网易首页-新闻-体育-NBA-亚运-娱乐-财经-股票-汽车-科技-手机-女人-论坛-视频-博客-房产-家居-健康-教育-读书-游戏 Rss |
 亟待提高的中国军用卫星
  随着现代科技的发展,卫星在世界各大军事强国的国防体系中表现出了日益强大的支撑作用。当中与空军进攻能力有着密切联系的有通讯卫星、成像侦察卫星和GPS导航卫星。空军在组织进攻战役时,必须有不断更新的卫星地图,还需要通过通讯卫星对攻击机群进行远程指挥,GPS卫星则可以将炸弹准确引导至敌人头顶。国产卫星技术是否满足中国空军攻势转型的需要?下面我们将进行一番探讨。

    美国在太空拥有一百余颗的军用卫星,它同时也极大的增强了美军的战斗力。而军用卫星对于地球上其他国家来说也同样如此。

    21世纪前后的高科技局部战争中,军事卫星得到了广泛的应用,成为制空权和信息化作战的基础,被誉为现代战争作战能力的“倍增器”,世界列强都非常重视军事卫星的发展。

    侦察卫星:用途最广的军事卫星

    军用卫星中使用最早,数量最多,用途最广当属侦察卫星。航天时代到来后,侦察卫星成为情报收集的主要手段之一,冷战期间美苏发射的航天器大部分是侦察卫星。没有高效的侦察卫星,平时无法了解敌方军事设施和武器的发展部署,无法监视危机冲突的局势,无法得到战略战术预警,战时无法及时获得敌方的调动部署和战略意图等情报,在现代战场上无异于瞎子和聋子,甚至无法进行有效的防守,更不要说进行进攻。

    通信卫星和导航卫星

    作为C4ISR的核心,通信卫星已经成为指挥控制的重要手段,它在全球范围内为指挥官提供极为灵活的信息传递能力,在复杂的战场上快速传送语音、图像、视频和决策数据,是现代信息化战争的核心,对于空军而言,远程打击任务时几乎是唯一的通信手段,是保证空中力量进行远程精确打击的关键。

    卫星导航定位系统同样是军用卫星中极为重要的一部分,为现代军事行动提供了有力的保障。传统定位手段如地面导航台和机载惯导设备收到地域、气候和距离的限制,而导航定位卫星在全球范围内提供高精度全天候的三维导航定位信息,极大提高了空中力量的打击效率,随着GPS制导弹药大量投入使用,空中力量的打击能力也随之大幅度提高。

    美国KH-12“锁眼”侦察卫星分辨率低于0.1米,是现今分辨率最高的光学侦察卫星。

    作为世界唯一的超级大国,美国军事力量傲视群雄,而它强大力量的基础,正是密布全球的军事卫星。美国空军每年投入天基系统的资金,一直以来都超过了举世瞩目的美国航空航天局(NASA)的预算,雄厚的资金编制了一张货真价实的天网,保障了美国空军不仅具有强大的战术攻防能力,更有强大的战略打击能力。

    侦察卫星可以分为光学成像侦察卫星和雷达成像侦察卫星、电子侦察卫星和预警卫星等,可以提供全天候、全方位的情报收集和预警探测能力,是世界军事强国力量不可缺少的触角。今天可以毫不夸张的说地球的每个角落都在各国侦察卫星的监视下,但把各国换成美国也是一样的。

    KH-12:分辨率高达0.1米的光学侦察卫星

    和很多人想象的不同,近些年美国发射的侦察卫星的数量并不多,如美军现役只有3颗KH-12系列卫星,但KH-12卫星提供了高达0.1米的超高分辨率,尽管KH-12首颗卫星1992年就发射升空,但高分辨率的记录至今也没有被其他国家达到更不用说超越。高分辨率下KH-12几乎能识别地面所有的军事目标,在历次战争中为美军提供了大量敌军部署和调动的情报。1991年海湾战争中由于美国缺乏中东地区的地形数据,KH-12的前身KH-11曾紧急调动拍摄了大量高精度的三维照片,为空中打击和战斧导弹的地形匹配制导提供了地形数据。

   美国的Lacrosse雷达成像卫星不受天气影响,可以不仅对地表进行侦察,还有一定的穿透土壤、冰层的能力。

    Lacrosse:不受天气影响的雷达成像卫星

    光学侦察卫星容易受到不良天气的影响,雷达成像侦察卫星则不受此影响,美国累计发射了5颗Lacrosse/长曲棍球雷达侦察卫星,目前仍有4颗正常运行。长曲棍球一号卫星1988年发射,它的合成孔径雷达(SAR)分辨率高达0.3米,这同样是令其他国家望而兴叹的高指标,目前国际主流SAR卫星也只是达到了1米的分辨率。

    长曲棍球雷达成像卫星不仅对地表进行侦察,还有一定的穿透土壤、冰层的能力,不受云雨雪雾以及黑夜的影响,配合光学侦察卫星实现全天候全时段的监视能力,对美国空军对地打击提供了大量高精度的目标数据。

    美军在预警卫星和电子侦察卫星方面在全球中也是具有压倒性的优势。如DSP红外预警卫星为美国提供了至关重要的早期导弹预警情报。1991年爱国者大战飞毛腿,多次拦截成功就是依靠DSP提供了飞毛腿的初始发射数据。而电子侦察卫星则为美国进行信息侦听,提供敌方电子情报,了解敌方的指挥和部署,俨然已经成为美国的太空耳朵。

    除了侦察卫星外,美国的导航卫星和通信卫星在美军中同样发挥了不可或缺的作用。它们在战争中为美军各级单位提供定位和通信支持,其中通信卫星为美军C4ISR指挥系统直接提供了天基的通信基础。

    美军正在发展的先进极高频卫星通信系统,美军在今年已经发射了一颗该系统的卫星,未来美国将要在太空中打造天基宽带网络。

    通信卫星:美军的天基宽带网络

    卫星通信已经成为现代高科技战争中进行信息情报传递和指挥控制的重要工具,提供了灵活高效的全球通信覆盖能力,这是其他通信方式无可比拟的。美军通信卫星主要包括第三代国防通信卫星(DSCS),特高频后继通信卫星(UFO)和军事星通信卫星(MilStar)以及数据中继星。

    美国现有军事通信卫星尽管在历次战争中较好的完成了关键信息传递的作用,但仍有很大不足,尤其是带宽和接入能力有限,1991年海湾战争期间军用卫星承担了绝大部分通信量,到了科索沃战争和阿富汗战争承担大部分通信量的却是临时租用的商业卫星,这主要是战场图像和视频数据激增的结果。

    美军正在发展的新一代通信卫星如宽带全球卫星通信系统(WGS),先进极高频卫星通信系统(AEHF)和移动用户目标系统(MUOS),提供了远超上一代系统的通信能力,这些卫星近两年来已经陆续开始使用。

    中国资源一号卫星直到1999年才上天,且受性能限制,其战术侦察能力基本为零。

    与世界先进水平相比,中国军队的军用卫星的数量和性能都有很大差距,无法满足中国空军攻防兼备尤其是远程打击的需求。中国军用侦察卫星主要分为早期的返回式侦察卫星和现有的传输型成像侦察卫星、雷达侦察卫星以及电子侦察卫星。中国早期返回式卫星主要着眼于为战略武器提供目标指示,直到20世纪80年代末才获得足够的目标数据,确保第二炮兵战略部队具备有效的打击能力。

    为了获得高分辨率图像,返回式卫星一般工作在低轨道上,轨道运行时间短,无法长期稳定的提供敌方军力部署和调动信息。传输型成像侦察卫星可以提供长期稳定的侦察能力,但由于技术限制分辨率要低于返回式卫星。中国很早就确定发展传输型侦察卫星实践三号,可惜由于各种原因,即使转为中巴合作,资源一号(后来命名有变)直到1999年才发射上天。

    资源一号:战术侦察能力基本为零

    1999年发射上天的资源一号卫星不具备高分辨率能力,20米分辨率的CCD相机对于战术侦察来说聊胜于无。相机地面分辨率是衡量侦察卫星的重要指标,分辨率指的是照片上区分两点的最小间距,或者说照片上一个像素点代表的目标尺寸。一般地说,从照片上能识别的最小目标是地面分辨率的3倍以上。资源一号20米分辨率CCD相机,指的是20米长宽的目标在资源一号的照片上显示为一个像素点,它能识别的目标尺寸长宽要达到60X60米以上,根本无法对飞机、军舰、坦克等战术目标进行识别。

    资源二号和遥感二号卫星

    2000年后中国资源二号遥感卫星投入使用,分别在2000年、2002年和2004年进行发射,资源二号卫星成像分辨率提高到3米,这也是中国第一代军用传输型光学成像遥感卫星。资源二号的发射与服役,提高了解放军的侦察能力,初步具备了长期稳定的成像侦察能力,但由于资源二号分辨率不足,同期中国仍然继续发射返回式卫星,在必要时刻进行高分辨率的成像侦察。

    2008年12月15日,中国用长征四号乙运载火箭将“遥感卫星五号”成功送入太空。这是中国首颗分辨率达到1米级的侦察卫星。

    21世纪以来中国大力加强了高分辨率对地观测系统的建设,传输型侦察卫星进步很快。由于资源二号寿命将尽,在新一代传输型侦察卫星服役前,中国还在中巴资源卫星02B上加装了2.36米分辨率的相机填补空白。

    2007年新一代遥感卫星二号发射服役,这一代传输型侦察卫星分辨率进一步提高到2米,根据Gunter's Space网站的猜测,遥感卫星二号、四号、七号、十一号是同型号卫星,目前这种卫星四星高照,缩短了重访周期,不过这个分辨率只能用于目标普查,无法提供可供打击使用的精确详查数据。

    遥感五号:分辨率首次达到1米级

    2008年中国发射了遥感卫星五号,根据Gunter的判断,这是另一种光学遥感卫星,综合各种消息它具有1米的分辨率, 这也是中国传输型侦察卫星首次达到详查的1米分辨率。遥感卫星五号的服役无疑大大强化了中国战术侦察能力,不过由于目前只有一颗卫星,重访周期较长时效性不足,还远不能满足中国空军进行远程精确打击的要求。此外中国还发展了天绘一号等三维立体绘测卫星,为空军巡航导弹等远程打击手段提供关键的地形匹配数据,保障了远程打击能力的有效性。

    CARTOSAT-2卫星的模拟图。该星的分辨率已经达到了0.8米,超过了遥感5号的1米分辨率。

    雷达成像卫星分辨率同样不足

    中国还发展了雷达侦察卫星和电子侦察卫星,遥感卫星一号就是众所周知的雷达侦察卫星,汶川地震时官方公开消息称分辨率5米,同样根据Gunter的猜测,遥感卫星一号和遥感卫星三号、遥感卫星十号是同型号卫星。

    目前遥感卫星一号已经失效,而三号和十号还在服役中,由于分辨率问题它们只能用于详查信息,判断部队部署集结调动尚可,提供目标数据同样不够精确。

    总的来说,中国军用遥感卫星尽管有了一系列的进步,但与世界水平的差距仍是显而易见的。事实上即便不与美国相比,就是邻国印度的遥感卫星水平也已凌驾中国之上。2010年7月12日,印度使用PSLV火箭成功发射了最新的Cartosat-2B遥感卫星,该卫星分辨率达到0.8米,性能远超中国同类遥感卫星。尽管与世界先进水平相比,印度在遥感卫星方面也只能算是二流水平。

   表1:中美军用侦察卫星对比
  中国
  美国
  名称
  性能
  名称
  性能
   光学侦察卫星
  遥感2,4,7,11号
  全色2米
  KH-12 3颗
  全色0.1米
  遥感5号
  全色1米
   雷达侦察卫星
  遥感3,10号
  合成孔径雷达分辨率5米
  Lacrosse 4颗
  合成孔径雷达分辨率0.3米
  遥感6号
  合成孔径雷达分辨率1.5米
   注:中国与美国在侦察卫星方面数量差距不大,主要是在卫星性能上的差距巨大。

    2003年11月15日,中国用长征三号甲运载火箭将最新的“中星”20号通信卫星成功送入太空。“中星”20号通信卫星的技术水平很难满足解放军的实际需求。

    如果说军用侦察卫星上中国还可圈可点的话,在军用通信卫星上则实在乏善可陈。中国通信卫星事业长期以来远远落后于世界先进水平。1984年发射的东方红二号卫星只有2个C波段转发器,历经8年时间研制的东方红三号卫星转发器数量增加到24个,但外国进步更快,研制时东方红三号还是大容量通信卫星,在发射时只能称为中容量通信卫星了,而且东方三号卫星直到2000年才成熟稳定。长期以来,中国并没有专用的军用通信卫星,指挥通信能力与世界先进水平的差距可想而知了。

    2000年才真正开始军用通信卫星建设

    2000年中国发射了军用的中星22号通信卫星,开始军用通信卫星网络的建设,2006年发射了备用和接替工作的中星22A通信卫星。10年后的今天中星22号卫星仍在工作,创造了东方红三号卫星平台的寿命记录,但由于东方红3平台和载荷性能的限制,中星22号卫星转发器数量有限,而且主要使用C波段转发器,Ku波段转发器只有两个,与外军使用X/Ka/Ku波段为主的军用通信卫星形成了鲜明的对比。

    中星22号卫星不仅通信带宽和接入能力不够,也基本不具备抗干扰能力,甚至不如美军租用的商用通信卫星安全可靠。2003年中国发射了军用的中星20号卫星,它同样以东方红三号卫星平台,是中国战略军用卫星,尽管没有更多公开信息,但从技术水平推断,其实际能力很难满足21世纪解放军日益增长的指挥通信和信息传递需求。在中国空军进行攻防兼备转型,大幅度提高远程打击能力的同时,卫星通信能力不足的瓶颈却日益严重的制约着空军作训水平的提高。

   表2:中美军用通信卫星对比
   类型
  中国
  美国
   战略通信
  中星20号 1颗
  DSCS-3 8颗;WGS-1 3颗
   战术通信
  中星22号,中星22A号 共2颗;北斗卫星可能兼有战术通信功能
  MilStar 5颗;UFO 10颗;AEHF-1 1颗;
   注:中国军用通信卫星与美国相比,在数量和质量上均存在巨大差距。

    东方红3号卫星是中国现阶段大多数卫星的平台,不过该平台的性能实际上早就已经落后。

    当前中国军用卫星的数量和质量无疑无法满足中国军队尤其是中国空军战略转型的需求,这种差距实际上是中国卫星平台和卫星载荷落后的必然结果。中国的元器件基础水平不高,又长期受国外技术封锁, 缺乏技术引进和技术交流,导致中国卫星平台和载荷发展缓慢,性能落后。

    东方红二号和三号平台早已落后

    以通信卫星为例,东方红二号的落后自不待言,中国主力卫星平台东方红3的性能和世界先进水平差距太大,突出表现在电力供应功率小,寿命短,有效载荷低。东方红3平台初始版本太阳能电池功率只有1.7千瓦,设计寿命8年,载荷质量更是只有170千克,此后几乎每颗新的东方红3平台卫星都进行改进,到2008年东方红3A平台电源功率已经提高到4千瓦功率,其中供应载荷为2.5千瓦,有效载荷质量增加到360千克,设计寿命增加到12年。

    麻烦不断的东方号四号平台

    中国还开发了性能更为强大的东方红4卫星平台,东方红4平台太阳能电池提供功率高达10.5千瓦,可为载荷提供8千瓦电力供应,设计寿命15年,有效载荷质量达到了600千克,就平台的技术水平而言达到了世界90年代先进水平。可惜东方红4平台一直问题多多,前两颗卫星鑫诺二号和尼日利亚一号分别在入轨和轨道测试阶段彻底失效,最新发射的鑫诺六号发射又出现了高压氦气泄露的新问题,发射的四颗东方红4卫星中三颗出现了致命的故障。

    东4平台的测试场景,图中图为近日发射的鑫诺6号卫星,该卫星发射后出现了高压氦气泄露问题。

    令人扼腕的是原始设计中东方红4平台太阳能电池板采用二次展开的先进技术,在鑫诺二号的事故后改回老式的一次展开,太阳翼也从每侧四片电池板改为三片。

    更无奈的是东方红4系列卫星理论上可携带50个以上的转发器,而实际转发器数量一直在20~30之间徘徊。由于东方红4平台问题很多还不成熟,计划使用东方红4平台的新型军用通信卫星和新型数据中继卫星不得不推迟,东方红3平台也只好继续挖潜,这不得不说是一种无奈。

    大量卫星核心部件仍需进口

    中国卫星的国产化也存在很大问题,虽然通信卫星转发器为国产,但核心元件转发器行波管放大器(TWTA)完全依赖进口,全国产行波管的通信星大概只能去早已失效的东方红2系列卫星上找了。

    在北斗导航定位卫星上,进口元器件也占据了很大的比重,第一届北斗导航年会上航天科技袁家军总经理的论文提到:“约有200余种进口元器件和6类核心单机产品需要国产化替代;当前在性能指标、质量等级和长寿命高可靠等方面基础尚比较薄弱”。

   表3:东方红3号平台和东方红4号平台对比
   类型
性能
   平台质量(千克)
   载荷质量(千克)
  电源功率(瓦特)
   东方红3
   2300
   170
  1700
   东方红3A
   2200-3050
   220-360
  最高4000
   东方红3B
   3800-4600
   450-不明
  最高6800
   东方红4
   5100
   600
  10500

    经过数十年的发展,中国航天工业为解放军提供了种类齐全的军事卫星体系,这个成果即使在世界范围内也是名列前茅的。但我们同时也要看到,这个体系里的各种卫星质量仍非常落后,不要说美国,即便与欧洲日本等国相比也要逊色得多。中国在高性能卫星平台和航天电子技术方面的落后,直接影响了中国军用卫星的发展。

    由于缺乏高分辨率的侦察卫星和大容量的通讯卫星,战略侦察和远程通讯已成为中国空军进攻能力中最短的木板。目前,国产大型运输机、五代战斗机(俄标)、各种精确制导武器都在快速向前发展,唯独国产卫星技术进展缓慢。中国空军能否进一步发展成为远程进攻型空军,就视乎国内航天工业能否提供高质量的军用卫星。但现在的情况令人失望,有限的资源被大量投入到更具宣传价值的载人航天、探月工程中去,而非急需提高的实用型卫星,这也许就是中国空军去年高调提出“空天一体化”战略、以求重视的原因之一。(文/松鼠)

 
 
 
pic
系列策划一:中国空军远程打击能力评估
pic
系列策划二:中国空军精确打击能力评估
pic
系列策划三:中国空军电子战能力评估
pic
系列策划四:亟待提高的中国军用卫星
责任编辑:黄治茂 冯家杰
转发到微博 | 新闻首页 | 回到顶部