KH

阿松houv84e3o6 2021-12-18

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如今所有美国间谍卫星几乎都会被冠以KH-11的称呼，但第一枚KH-11是在1976年发射的。从1976至今，空间望远镜技术都发生了多次重大进步，而侦察卫星还只在KH-11的基础上改进是不可能的；同时，诸多新闻报道所透出的碎片、技术论文、专利文献尤其是地面拍摄的间谍卫星真实构型图像给了我们通过公开资料分析美国间谍卫星构型的能力。由此，我们可以揭开美国的黑幕，了解美国真实的技术能力与水平，并展望我国未来航天侦察与反侦察力量的发展。

KH-12

KH-12的技术路线和NASA的SIRTF-LEO（space infrared telescope facility/空间红外望远镜设施，后来经多次阉割变成了斯皮策太空望远镜）相仿，是一枚采用了先进冷却技术的高分辨率红外光学卫星。

这是一张著名的KH-12地面图。然而右边给的这个公开展出模型的构型显然和左边构型完全不符。

以下为推测图像：（灵魂画手手涂，仅供参考）

KH-12采用了环绕式氦罐冷却加遮光板冷却的技术，这使得卫星能始终保持低温运作状态，提升红外传感器分辨率。但这同时也导致了卫星的重量极大增加：如90年代一篇报道所提到的那样，KH-12太重以至于Titan3火箭无法运送，只有借助航天飞机才能上天。NRO在此后对KH-12构型进行了大改，简化优化了设计，并达到了预期成像效果。

为了保障光学系统能持续低温运作，KH-12必须由航天飞机补加液氦进行冷却；同时，KH-12可能还整合了模块化光学系统设计，使得光学系统可以被整体更换更新。

KH-12可能具有的几大突破：

1：自适应光学系统的应用通过波前感测和主动调整型面，KH-12可以最大限度的减少大气扰动，将分辨率提升到一个新水平；

2：超轻超薄镜的应用超轻超薄主动镜的应用不但能减重，还能主动调整主镜变形，同时可以为自适应光学系统提供支持。

3：减振与成像防抖 KH-12复杂的结构可能导致更复杂的振动条件，这会极大影响成像效果；为了规避这种影响，KH-12采用了多种减振设计，进一步优化了振型，并在光学系统中使用了防抖摆镜等设计

KH-11宽幅：EIS/8X

KH-12卫星在海湾战争中暴露出了成像幅宽不足、受云层影响较强、情报无法快速传导到用户而无法有效支持作战行动的问题。基于此，NRO提供了一个宽视场光学卫星解决方案：通过higherboy式的高轨部署模式结合宽视场光学系统，EIS拥有百公里甚至千公里级的视场和SAR成像能力，并可以在全天候条件下提供部队所需的全战区卫星图像。同时，NRO将其部署在低倾轨道，这使得卫星对热点地区的重访率得到了提高。

但这颗卫星的问题更加显著：

1：SAR与光学侦察载荷的组合极大增加了系统复杂度，并对卫星敏捷性构成了一定妨害；

2：这颗卫星的分辨率相对更低，这使其不但不具备足够的情报搜集能力而且还无法获得相对于航空侦察等其它侦察手段的优势；

3：EIS这种高度复杂的一体化卫星把鸡蛋放在了一个篮子里面，即使部署在MEO其生存力仍然是要打个问号的；

4：美国情报界和DOD以及各级前线部队之间的掣肘使得EIS情报的应用价值极大降低。

5：高轨电磁环境复杂，可能会影响到卫星可靠性和寿命。实际上EIS卫星或许没有达到预期寿命

尽管8X轨道过高且没有公开的地面图像，但USA-161的构型有地面图。根据公开信息，USA-161是NRO在FIA未来成像体系开发失败后向洛马追加的一枚EIS光学卫星。其大概率取消了SAR天线，但保留了一套elint天线系统

之前NASA从NRO获得的EIS光学系统这催生了WFIRST AFTA构型的诞生而WFIRST作为宽视场巡天卫星实际上和NRO的EIS卫星构型有着摆不脱的关系

如果要结合SAR与光学的成像能力，最好的办法是使用搭车小卫星。就像aftrackSIGINT卫星系列一样，目前discovererII等成像小卫星和colony平台的SSA护卫卫星是NRO卫星系统中不可或缺的一部分大卫星提供甚高分辨率情报图像，而小卫星则可以提供补网与近实时战术支持能力。小卫星从大卫星剥离也有利于小卫星的开发与性能发展，还可以提供很好的技术练兵平台

KH-13（NGEO）

回到KH-12卫星：KH-12尽管已经拥有了先进的红外成像能力，但分辨率和幅宽依然无法得到有效提升；根据角分辨率原理，如果红外卫星要取得和可见光光学卫星相同的分辨率，则主镜要大几倍。而这种大型主镜会超出整流罩包络，故必须要做成可展开结构：这就是NGEO-NGST的诞生。

通过使用8m左右口径的大型可展开光学系统，KH-13不但实现了高分辨率的红外成像，还实现了甚高分辨率的可见光成像。此外，若这颗卫星拥有激光雷达成像能力，则分辨率或许可以达到毫米级。这使得这颗卫星可以取得极其细节的技术情报，让卫星变成了真正意义上的'间谍卫星'。

地面拍摄的KH-13 根据地面图像，KH-13当时似乎在从成像状态转入维持状态：光学系统向后摆动，花瓣主镜前后收拢，整个卫星调整指向这可能是维持轨道机动/恶劣热工况规避的需要，同时平衡光压和气压动量

KH-13示意图前部类太阳能板结构应该还有充当遮光板、进行光压平衡、气动控制的能力；KH-13最夸张的一点在于它是在200km-300km的高度进行超低轨成像；为了维持轨道稳定，KH-13可能有一套先进微推力系统来持续维轨。同时，KH-13具有非常先进的隔振策略：它使用一套机械臂/转塔系统来将光学系统和装置了动量轮的平台相隔离，同时转塔装置还可以保障光学系统的指向稳定并提供补偿；在臂式定位机构和光学舱链接部位则可能使用了电磁非接触隔离超静超稳技术。这种臂式定位机构看似是KH-8机械云台文艺复兴，但实际上高度复杂、异常先进。

这张图片可以看到花瓣主镜的展开模式-花瓣主镜相较于JWST/NGST ball三折方案来说收纳率较好，但型面精度要求极高；但同时花瓣主镜构型的型面精度又高于HARD等更加激进的旋转展开构型

NGST的六边六大块方案很容易让人联想到之前NRO捐给一等人的可展开分块望远镜系统但那个构型是否是NRO某个KH卫星主镜构型的缩比验证机呢？并不一定。实际上，它可能是NRO为NOSS-3卫星所打造的光学系统：有很多报道提到海军需要NOSS-3拥有先进的红外光学系统来实现天基反潜：探测核潜艇造成的局部水温升高和特殊波浪根据之前的一些地面图，实际上可以推测NOSS-3卫星或许实际上是一枚SAR和一枚光学卫星的组合，整合了sigint能力而不是大多数人所想象的纯sigint卫星。可能的NOSS-3光学系统除了3m可展开红外相机以外还有可能是2.55m口径的Oracle激光雷达光学系统改，通过激光雷达来识别潜艇流场扰动 05年NRL有一个激光雷达提案，而NRO也在内部进行了LIDAR培训此时激光雷达的技术水平仍然值得研判-但有一点可以确认，就是NRO的激光雷达系统技术水平是十分强悍的

那么，FIA的真容又是什么？大部分公开报道把FIA当做是一个大卫星项目，但FIA其实是一个体系：它可能包括大型情报卫星和小型传感层卫星。根据波音此前发布的专利，我们可以推测波音FIA构型的核心在于'可重构'，或在轨组装/升级。这种对接模式可能被后来的NROL-129/system F6卫星所采用

波音的FIA传感层构型可能是这样的一个可对接/重组卫星构型这和之前波音公布的一些专利和文献也相符

这里有一个大胆的猜测：会不会NGEO/KH-13本身一直是FIA的一部分？乃至KH-13/USA-186就是公开报道里提到的FIA本尊？亦或是在波音大卫星失败之后，NGEO构型被加速推进升空？又或许FIA其实是NGEO/KH-13的下一代？

KH-14（EIS- BASIC）

KH-13高度昂贵，而KH-14则是要把成本降下来。怎么降？NGST-δ方案给了我们思路。

NGST-δ里面给出的方案有两个大特征：使用低成本的方形轻薄镜加可能的镜面主动散热，并使用简化的次镜塔。

现在我们来看USA-245的地面图：前部可以明显辩识出次镜塔结构，总体构型和NGST-δ的长方形主镜光学系统方案构型似乎是相符的。

KH-14通过这种大型类合成孔径光学系统与椭圆轨部署，不但取得了更大幅宽还拿到了更高的分辨率，在性能上全面超越了常规2.4m口径EIS。

KH-15 NGEO-EECS

*EECS更新：

ralf公布了自己在今年早些时候拍摄的NROL-71地面图，呈现出了类似于USA-245的架构非常有意思

可以注意其电池板构型很可能就是下面这个构型

关于前部条状结构有两种主要可能性，一种是遮光板一种是次镜塔，当然也可能是单纯的信号情报天线组但可能性很小

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去年发射的NROL-71/USA-290是一枚很有趣的新卫星：它不但是70度低倾轨，还使用了NRO卫星一般不会用的400km圆轨。NRO卫星一般都会把近地点拉到200km级来实现超分辨率详查，但这枚卫星则需要部署到400km级的稳定轨道。原因为何？最大的可能性就是这枚卫星的构型过大、过复杂，以至于其无法于极低轨运作；但同时因为其具有庞大的光学系统，这枚卫星可以在400km轨上就实现甚高分辨率。这让人马上联想到NASA的未来望远镜项目：LUVOIR/ATLAST。

巨大的主镜，巨大的遮阳板，这颗卫星是典型的高性能但无法部署在极低轨的侦察卫星的可能候选

实际上，LUVOIR的曾用名令人产生了更多的联想：HDST/高分辨率空间望远镜。

这种环式收纳拥有更高的收纳率，比JWST更加高效而比花瓣等其它构型技术完备度更高

注意最下方的16.8m方案所使用的可展开遮光筒因为没有部署在晨昏轨，KH-15很可能连用了可展开遮光筒和遮光板来加强被动热控以适应70度轨道的复杂热流这个遮光罩本身也可以消杂光，优化光学系统工作环境

其实在这之前NASA和NRO一起还做过一个25m级主镜研究，并产生了一个诺格的starburst可展开主镜构型。问题来了：这种光学系统是给GEO还是给LEO/MEO用呢？NRO推测在未来应该会使用25m级可展开分块主镜

实际上NRO在一开始的下一代侦察卫星NGEO预研中曾经提出过2枚军用2.4m口径WFIRST构型/EIS现代化版加上2枚升级版WV4 1.1m口径光学星，非常经济适用然后来还是走上了超大型可展开光学的EECS道路，虽然保住了美国技术优势也提供了技术练兵，但整个EECS项目投资可能达到了150亿美金，或许比FIA还贵

USA-224（最后的EIS？）:

USA-224资料非常有限目前推断为使用了steward平台载可动非可展开大口径同轴光学系统（或KH-11/EIS望远镜）的'敏捷'卫星其可能主要是接替USA-161的上午星职能实现时间轴多样化；但即使是这个高技术完备度拿旧望远镜改改快速上马的补网项目性能也还是很可观。

关于这枚EIS卫星的信息仍然很有限，其应用有三种可能性：

1：先进主动减振

2：主动指向调整

3：旋转环推扫