美国是如何监控全球是否有洲际导弹发射的?

首先要告诉大家的是:可以监控全球洲际弹道导弹发射的国家可不止美国一个而已,中俄也具备了这种能力,就是向外太空发射几颗红外预警卫星的事。

然而,美国是将这一能力发挥到极致的唯一国家。无论是发射火箭,还是试射洲际导弹,都容易被美国给及时的发现。


窥视地面红外信号的预警卫星

其实,美国之所以可以监视全球洲际弹道导弹的发射,全靠建立的导弹防御系统。由于导弹防御系统针对的主要目标就是:洲际弹道导弹。

想要对洲际弹道导弹进行拦截,首先要做的就是可以发现它。为了达到及时发现处于助推段的洲际弹道导弹,美国就研究发射了很多颗红外预警卫星。


美国的天基红外预警卫星

美国的天基红外预警卫星主要由:五颗SBIRS-GEO卫星和四颗SBIRS-HEO卫星以及数十颗SBIRS-LEO卫星组成。

其中:SBIRS-GEO主要用于探测,发现,跟踪处于助推上升段的洲际弹道导弹。SBIRS-HEO主要用于探测从北极区域的战略导弹核潜艇上发射的潜射弹道导弹。SBIRS-LEO主要用于精确测得来袭洲际弹道导弹的型号,类别等信息。

也就是说,可以监测到洲际弹道导弹发射的红外预警卫星就是SBIRS-GEO。


时间拨回2022年8月4日,在美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角天军发射场,一枚“宇宙神5”运载火箭腾空而起,其上面级搭载的就是美国所构建的导弹防御系统中的 “天基红外系统”中的最后一颗红外预警卫星送入外太空。

这次发射入轨的红外预警卫星是“天基红外系统”的第六颗,代号SBIRS-GEO-6。

随着SBIRS系统的六颗预警卫星全部就位,也就预示着美国天基预警系统全部完成了。此后,美国天军监视全球火箭和导弹发射将如虎添翼易如反掌。


SBIRS-GEO的性能

顾名思义,GEO指的就是地球静止轨道,即处于赤道上方36000千米的椭圆上。而SBIRS-GEO就是被发射到地球静止轨道上的卫星。

该卫星是基于洛克希德·马丁公司开发的A2100M平台制造。其重量约为4500kg,设计寿命为12年,主要就是搭载了两台红外摄相机,分别为视域监视摄像机和精细监视摄相机。

其中视域监视摄像机的功能就是大范围监视,也就是常说的全面撒网,它可以观测到较广区域的面积。当有火箭或者导弹点火升空时,其红外探测器就可以跟踪到。然后交由精细摄像机精准的跟踪,而该红外探测器的探测精度比较高,可以将探测到的目标放大。


两台红外摄像机就是用于跟踪地表和近地空间,以及搜索、探测和连续跟踪处于主动飞行段上的洲际弹道导弹或者火箭。每台像机使用一部施密特望远镜,主镜直径约为0.4m。有一个被动式冷却系统,用于冷却构件。

SBIRS-GEO卫星除了具备探测弹道导弹和火箭发射的性能之外,还可以测定核爆炸,确定其坐标,并记录其功率和辐射谱。由此可见,SBIRS-GEO卫星还是具备多种功能的,真正实现了一星多用一星多能。


这还是有实际例子的

在2019这一年的时间内,SBIRS-GEO卫星系统就监测到了近一千枚导弹的发射事件。

当伊朗在2020年1月于伊拉克基地发射了十几枚弹道导弹之后,就被美军部署在外太空的预警卫星给探测到了,在导弹到达美军基地的最后一刻,预警卫星系统向美军和盟军发出了警告,最终并没有导致美军和盟军出现较大的伤亡。

综合来看,美国耗费大量的人力和物力建造的天基红外预警系统还是有较大作用的。


当然了,导弹防御系统仅有这一种预警卫星也满足不了需求,毕竟SBIRS-GEO预警卫星只能粗略的探测到发射的洲际弹道导弹。还是需要其他卫星对发现的洲际弹道导弹进行跟踪,监视,确定具体的信息等等。

为了达成上述目的,除了要发射6颗SBIRS-GEO预警卫星之外,还要发射24颗~30颗SBIRS-LOW卫星和2颗SBIRS-HIGH卫星。

其中SBIRS-LOW卫星主要用于捕获和跟踪处于飞行中段的弹道导弹。还附带着要分辨出真弹头和诱饵弹头,更主要的是为拦截弹提供目标位置诸元和超视距指导,增加拦截导弹的防御区域。SBIRS-LOW卫星的设计寿命是10年。


SBIRS-HIGH卫星就只有2颗,采用了双波段双传感器方案,扫描速度是早期DSP卫星的10倍,分辨率也提高了10倍。卫星上面搭载的传感器可以穿透大气层,具备导弹初段探测识别的能力,而SBIRS-H还强化了对小型导弹的探测能力,还弥补了之前说过在南北极顶端的盲区。

综合来看,美国建立的天基红外预警系统一共就包括SBIRS-LOW,SBIRS-GEO,SBIRS-HIGH这三种。

可以确定的是:只要全球有国家发射弹道导弹或者运载火箭,美军就可以第一个知道。不是冲着美国去的还好说,若是冲着美国去的,它就可以制定出合适的拦截方案。


故,天基红外预警系统是导弹防御系统不可或缺的一个重要的组成部分,有了它,美国就可以监视全球的航天发射,导弹试射等动态了。

甚至可以提前模拟拦截对方发射出来的洲际弹道导弹,从而得到相关的作战经验,最终提高导弹的拦截效率。




卫星监测




军事卫星




简单来说,美国是靠天基卫星和陆基雷达来实现监控全球导弹发射的。其中,导弹发射初期主要由卫星来监控和识别,而上升到足够高度后,则主要依靠遍布全球的地面雷达网来实现持续跟踪并拦截。

美国的全球弹道导弹防御手段,最早是“天基红外导弹防御警报系统(MIDAS)”,后来升级到“国防支援计划(DSP)”,目前已经发展到第3代的“高空天基红外系统(SBIRS-HIGH)”。

下面来逐个看一下。

(美国目前的导弹防御体系)


天基红外导弹防御警报系统(MIDAS)

1957年,前苏联成功发射人类第一颗人造卫星之后,美国意识到苏联已经具备将核弹头从太空扔到美国本土的能力。为此,美国在最靠近苏联的图勒空军基地,建立了专门的雷达站,这就是最早的弹道导弹预警系统。

但受地球曲率的影响,雷达无法发现在远程刚刚发射的导弹,由于美苏之间的距离太近,所提供的预警时间将会缩短。在这种情况下,美国决定研制卫星从太空监测,这就是MIDAS的由来。

(MIDAS红外传感器)

基本的原理比较容易懂,就是通过卫星携带的红外传感器,来监测火箭/导弹发射时产生的光和热。在检测到发射信号后,将位置数据下发到地面,然后指挥中心采取相应的应对行动。

这个想法是挺好的,但有两个坎美国没能跨过去。一个是当时火箭运载能力有限,无法将卫星送入地球同步轨道,因此就需要多颗卫星绕着地球转圈圈。另一个是苏联国土太大又靠近北极,而极地轨道卫星停留时间短,因此为了能够全面监控苏联,不得不动用20颗卫星。

而实际上美国最终也没有完成全部发射,因为他们发现传感器会受到云层反射太阳光的影响,容易引起误报警。后来的传感器升级之后解决了这个问题,但数次发射失败以及卫星寿命短成本高等因素的影响,让美国最终也没能完成这个宏大的计划。


国防支援计划(DSP)

1970年,用来取代MIDAS的国防支援计划(DSP)正式启动,并于当年发射了首枚预警卫星(IMEWS-1集成导弹预警卫星)。此后不断发射、维修、升级,直到最后一枚在2007年发射升空,DSP总共拥有23颗侦查卫星运行在地球同步轨道上,构成了美国导弹预警系统的强大核心。

(DSP卫星)

最初的DSP卫星重900千克,功率为400瓦,有2000个探测器。后来随着改进,卫星增强了可靠性和功能性,重量和功率也随之增加到了2380千克和1275瓦,而探测器的数量则增加了三倍,达到了6000个。

这些卫星在过去的50年中,为美国提供着不间断的天基预警能力,并在海湾战争中,有效地对伊拉克发射的飞毛腿导弹进行了预警。

随着下一代导弹预警卫星系统的开发,DSP的功能已经在逐渐转变。美国森林火灾频发,而DSP的红外传感器刚好可以用作火山爆发和森林大火等自然灾害的预警。DSP的设计寿命还有不少,这也算是物尽其用了。


高空天基红外系统(SBIRS)

DSP原本计划发射25颗卫星,但最后两颗已被取消,因为虽然DSP在应对远程导弹威胁时具有良好的表现,但在应对近程导弹或恐怖袭击等方面受到了一些技术限制。所以,第三代的天基红外系统(SBIRS)应运而生。

(SBIRS卫星)

SBIRS用于提供战区和战略导弹发射的预警,以及提供技术情报和战场感知数据等。整个系统有2类卫星组成:

  1. 高椭圆地球轨道(HEO)卫星
  2. 地球同步轨道(GEO)卫星

目前,HEO有3颗卫星,GEO有4颗卫星。最新的一颗GEO-4于2018年启用。最初计划GEO将会发射5颗卫星,耗资50亿美元,但该计划已经变成了6颗卫星,预计将花费196亿美元,超出原计划3倍。

3颗HEO和6颗GEO,就能提供比DSP那23颗卫星更强大的监控能力,所以单价贵确实有贵的道理


太空跟踪和监视系统(STSS)

STSS原名叫做SBIRS-LOW,也就是上面SBIRS的低空版(SBIRS就是SBIRS-HIGH),计划预计发射24颗低地球轨道卫星。

STSS的主要目的是跟踪弹道导弹并区分弹头和其他物体(例如诱饵),每颗卫星主要有2个传感器:

  1. 红外扫描传感器,用于导弹飞行初期捕获弹道
  2. 红外跟踪传感器,用于在飞行的中后期,跟踪导弹、弹头和其他物体(碎片和诱饵)

(STSS卫星载荷)


陆基导弹防御系统

高空卫星在导弹发射初始阶段的监控意义重大,但缺乏持续跟踪能力。虽然美国正在对SBIRS进行改进和试验,但目前跟踪导弹的能力,还是主要由陆基导弹防御系统来实现(STSS数量少)。

这些系统单体来说不像卫星那样可以眼观六路,但是它们伴随着美国的军事力量,遍布于世界各地。这些系统主要包括:

  • 陆基中段防御系统
  • 宙斯盾弹道导弹防御系统
  • 终端高空区域防御系统(THAAD)
  • 爱国者反导系统(PAC-3)

(THAAD)

这些系统被安装在了军事基地、机场、预警机、军舰、海上石油平台……甚至美国还计划使用庞大的F-35机群,依靠机载雷达和电子设备,来编织更广泛和灵活的导弹防御网。

从太空到陆地,从海洋到天空,从国内到盟友,美国的导弹防御系统可以说是无处不在,或者说是无孔不入。除了这些看得见的系统,据媒体透露,美国还使用大量的人力、商业遥测、电子情报以及网络间谍等鲜为人知的方法,构建了另外一张隐形的监控网

现在,几乎任何国家在任何地方发射导弹,都逃不过美国的眼睛。所以目前应对这个强大的防御系统最有效的手段,就是高超音速武器——让他看,看到也防不住。比如说东风快递新系列。




美国早已建立24小时洲际导弹监控系统,这个系统由三大模块组成,分别为天基监控系统、陆基监控系统,海基监控系统。凭借着三大监控系统联网,美国随时可以发现世界各地起飞的洲际导弹。通过对导弹的飞行轨迹进行分析和计算,可以辨别导弹的袭击方向以及地点,从而评估是否对美国构成安全威胁。




天基监控系统,由GpS全球卫星定位系统构成,而监控方式就是红外监控。红外监控顾名思义就是利用安装在GpS卫星上的红外望远镜进行监控,原理是导弹在起飞后会带着长长的尾焰。导弹的尾焰是一个移动的红外辐射源,并且进行长距离运动,由此导弹红外辐射源与非导弹的红外辐射源有着非常明显的区别。




陆基监控系统就是雷达网,美国在全世界各地都部署军事基地,美国的基地都有雷达,除此之外美国还与“友好国家以及地区”进行军事合作,建设铺路爪远程相控阵雷达,围绕着有洲际导弹的国家构成了严密的雷达监控网。在这种严密雷达网的监控下,别说洲际导弹起飞了,就算飞机升空都会被美国发现。




海基监控系统就是利用船舶上的雷达进行监控,美国有专业的导弹观测船,还有各种装载远程雷达的军舰。如果美国与某一个国家的关系进入紧张状态,或者某一个国家处于一种军事作战状态,美国就会派他的导弹观测船或者军舰到相关海域进行雷达监控,时刻监测该国上空,一旦有洲际导弹起飞,必然会知道。



美国三大导弹监控系统相辅相成,天基监控系统是全天候、全地域的监控系统,世界上任何一个地方出现强烈的红外辐射源都会被它监控到,当然了,有时候天基监控系统也会有一些失误。

例如,如果有一辆燃烧起火的大货车在路上狂奔,有可能会被它误以为是导弹。

所以单单依赖天基监控系统,有一些失误会让美国军方神经紧张,为了减少军方过度紧张,美国采取了三基联网的方式来进行监控,这也是为什么美国要在他针对的国家周边部署大量军事基地的原因。

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页面更新:2024-06-05

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