天基红外系统

天基红外系统是美国冷战时期国防支援计划(DSP)红外预警卫星系统的后继，是20世纪80年代计划用于取代DSP系统的先进预警系统、助推段情报与跟踪系统和稍后的早期预警系统等方案的自然延伸。作为美国空军研制的新一代天基红外探测与跟踪系统，它是美国弹道导弹防御系统探测预警的核心环节。

天基红外系统的主要任务是为美军提供全球范围内的战略和战术弹道导弹预警，对弹道导弹从助推段开始进行可靠稳定的跟踪，为反导系统提供关键的目标指示功能。天基红外系统提供了更为强大、可靠和灵活的弹道导弹预警信息，不仅可以更早的探测到远程和洲际弹道导弹的发射，增加了对飞行中段弹道导弹的探测跟踪能力，还在设计之初就考虑到对中短程战术弹道导弹的探测跟踪能力。

SBIRS计划向关键决策者提供及时，可靠和准确的导弹预警和红外监视信息。

SBIRS系统增强了全球导弹发射探测能力，支持了国家的弹道导弹防御系统，扩大了该国的技术情报收集能力，并增强了战场上作战人员的态势感知能力。

SBIRS架构包括地球同步轨道（GEO）中的卫星，HEO轨道上的托管有效载荷以及地面硬件和软件的弹性组合。该综合系统同时支持多个任务，同时提供强大的性能，覆盖全球，持续覆盖。

美国太空部队第六次也是最后一次任务成功部署导弹预警卫星方面发挥了至关重要的作用天基红外系统地球同步地球轨道 （SBIRS GEO）-21计划系列。

美国设计并建造了任务有效载荷，该有效载荷配备了强大的扫描和凝视红外监视传感器，该传感器今天在联合发射联盟Atlas V上发射。

除了任务有效载荷外，诺斯罗普·格鲁曼公司还为Atlas V运载火箭提供了推进力，关键复合材料结构和其他关键部件。两个直径63英寸的石墨环氧发动机（GEM 63）固体火箭助推器在发射时提供了额外的推力，以增强Atlas V运载火箭的升力能力，并支持火箭将有效载荷置于所需轨道的能力。该系统有效载荷和组件为作战提供了关键的导弹预警能力。

该系统的有效载荷设计已成功通过美国太空部队下一代架空持续红外（下一代OPIR）地球同步（GEO）Block 3导弹预警卫星的初步设计审查（PDR），该卫星由航天器主承包商洛克希德马丁空间公司设计和建造。

计划通过提供改进的、更具弹性的导弹预警来接替天基红外系统（SBIRS），下一代OPIR Block 0由空军部实施，作为五种太空飞行器的“快速前进”采购计划，其中三架在GEO，两架在极地轨道。在该计划启动仅0天后为下一代OPIR Block 45 GEO计划设计潜在的有效载荷。

美国导弹防御局（MDA）建造的空间跟踪和监视系统（STSS）卫星远远超过了其四年的在轨设计寿命，完成了第十年的太空操作。STSS卫星至今仍在运行，继续为导弹和国防提供关键支持。

2009年，两颗STSS卫星被发射到低地球轨道，证明了天基精确中段弹道导弹跟踪的操作价值。STSS跟踪弹道导弹的所有飞行阶段，并在2013年展示了“远程发射”能力，这大大扩展了美国海军宙斯盾巡洋舰的防御区域。还系统表明从传统的OPIR（架空持续红外）系统（STSS，DSP[国防支持计划]和SBIRS（天基红外系统）。

 “天基红外系统”（SBIRS）是美国空军为取代“国防支援计划”（DSP）预警卫星而设计部署的后续新型导弹预警卫星系统，用于支持导弹预警、导弹防御和作战空间感知等领域，是美国战略战术作战与防御系统的重要组成部分，对国防军事领域具有关键支撑作用。文章根据公开资料，在对SBIRS GEO-3卫星的任务、技术指标和总体能力进行分析的基础上，对其构型设计与特点以及应用的新技术等进行分析和总结。

SBIRS的高轨卫星系统由洛 马公司负责研制，卫星平台采用洛马A2100M平 台，有效载荷采用诺斯罗普·格鲁曼公司的红外相 机。截至目前，SBIRS高轨部分已发射布署了6颗 地球同步轨道（GEO）卫星和2颗椭圆轨道（HEO） 卫星，最后一颗GEO卫星于2022年8月24日 发射并入轨。其中，GEO卫星5颗在用、1颗为备 份，HEO卫星2颗在用。

高轨导弹预警系统用于对发射阶段导弹的探 测，对弹道导弹主动段、高超武器助推段的探测和 跟踪，以及协同低轨导弹预警系统对导弹自由段进 行探测和跟踪，并且可将探测到的信息传输至地面 系统和天基预警系统低轨星座，以便协同将导弹的 准确飞行轨迹信息提供至地面雷达使至引导拦截系 统。

SBIRS卫星网络可实时对全球进行监视和侦 查。其卫星采用多波段探测技术与新型See-To Ground探测技术，通过配置扫描和凝视红外相机 来搜索、发现、识别和跟踪目标对象，具有红外、可 见光和紫外多谱段探测能力。

经过三代发展，虽然实施了多项技术改造， 使DSP系统性能不断改进和提高，而且从目前其 在轨卫星寿命看它还能在2017~2022年之前担 任导弹预警任务，尤其是D-23在向下一代导弹 预警卫星系统转换中扮演重要角色，但毕竟 DSP系统原本是作为一种远程和洲际弹道导弹 预警手段提出的，加之21世纪导弹防御对预警 和反导一体化以及反战略导弹和战术导弹综合 化要求，所以整体看DSP系统能力不足，实战应 用方面还存在一些固有问题和不足，主要包括：要在导弹发射升空到10千米左右的高度后才能 实施探测，而不能在导弹刚一点火就进行探测， 从而导致预警时间较短，尤其是对主动段时间 不长的战术导弹；对机动式导弹发射监测很难， 预警能力有限；只能获得导弹发射地点、时间和 航向，不能跟踪中段和再入段飞行的导弹，提供 弹头的轨迹和落点，且反导系统不能从它直接、 及时地获得有用信息；星载探测器扫描速度和 灵敏度不高，探测实时性较差，对覆盖区不能连 续监视；卫星全部部署在地球静止轨道，地面分 辨率不高，目标定位能力较弱；虚警和漏警问题 难以得到根本解决；过度依赖国外地面站，地面 站不具备多颗卫星的信息融合能力，整个系统 尤其是地面站的信息融合难以满足新时期对弹 道导弹防御的要求。针对DSP系统的这些问题， 美国空军决定研制新的导弹预警卫星系统。

天基红外系统部署在地球同步轨道或者更高的椭圆轨道上，上面搭载了凝视型和扫描型两种红外探测系统。其中，扫描型探测器通过快速区域扫描能在地球背景下发现助推器发动机的明亮尾焰，从而引导凝视型探测器进行特定区域观测及目标精确跟踪。天基红外系统通过两颗观测星对目标的监视确定目标的轨迹方向、飞行速度以及飞行高度。据公开资料报道，天基红外系统的测量精度小于1 km。为使地球背景的亮度最小化，人们可能采用了2.7um和4.3um两个大气吸收带内的谱段作为红外探测谱段。

地面设施包括美国本土的任务控制站(MCS)、海外的中继站(RGS)和多任务移动处理系统(M3P)。此外还包括相关的数据链系统以及训练等基础支持设施。2001年天基红外系统的低轨道星座部分从美国空军转交给美国弹道导弹防御局，并改名为天基跟踪与监视卫星系统(STSS)，2009年STSS的两颗技术演示验证卫星发射上天并验证了其能力，但由于预算问题美国弹道导弹防御局决定推进下一代的精确跟踪太空系统(PTSS)的建设，PTSS系统将使用静止轨道卫星，从而与原来的天基红外系统低轨道星座彻底分道扬镳。

2022年8月4日，美国第6颗天基红外系统高轨卫星(SBIRS GEO-6)在佛罗里达州卡纳维拉尔角太空部队站成功发射，标志着SBIRS星座的全面建成。SBIRS系统是目前美国天基导弹预警的主力军，为美军提供早期导弹预警、战场空间感知和技术情报。

随着SBIRS-Low系统由美国空军移交给弹道导弹防御局，系统改称太空跟踪与监视系统(STSS)，所称的SBIRS系统一般特指原有的SBIRS-High。红外传感器采用双探测器方案，每颗高轨道卫星安装一台宽视场的高速扫描探测器和窄视场凝视跟踪探测器，通过两者的结合，使SBIRS卫星的扫描速度和灵敏度远远高于DSP卫星，同时覆盖面积也大得多。高轨道卫星之间本身不进行通信，不过可以和低轨道进行相互通信以做到接力跟踪。STSS卫星分布在三个不同平面的太阳同步轨道上，这些低轨道卫星装备了宽视场扫描探测器和窄视场凝视多光谱探测器。

SBIRS GEO-5/6卫星则采用洛马公司的LM2100卫星平台,该型卫星平台在A2100M的基础上进行了性能升级。采用LM2100卫星平台的SBIRS GEO卫星能力得到了进一步提升，洛马公司OPIR任务副总裁Michael Corriea表示：“SBIRS GEO-5卫星在轨测试期间超出了性能预期，与SBIRS GEO-1～4相比，完成所有在轨测试和分析的时间缩短了40%”。

SBIRS系统能够每隔10s拍摄一次地球表面，同时搜索红外(IR)信号。SBIRS系统能够更快地探测导弹发射，还能够识别导弹的类型、燃尽速度、轨迹和撞击点。

宽视场扫描探测器可以捕获地平线以下弹道导弹的尾焰，以尽快完成高轨道卫星转交的跟踪工作，窄视场多光谱探测器具有中长波和可见光探测能力，能锁定目标并对整个弹道中段和再入段进行跟踪，利用极为灵敏的多光谱探测器，STSS可以实现对助推器燃尽后母舱弹头等冷目标的探测，在杂波和噪声中跟踪弹头分离并具有分辨弹头，弹头母舱，轻重光学雷达诱饵的能力。

STSS系统对弹道导弹弹头的精确定位，是通过4颗STSS卫星同时探测到并跟踪为前提，具有很高的定位精度。对于远程和洲际导弹，通过SBIRS和STSS的配合探测，可以在助推段，上升段，中段和再入段实现对弹道导弹的全程探测与跟踪，通过精确定位为拦截导弹提供坐标，在来袭导弹进入陆基海基雷达探测范围前发射，实现多层拦截提高拦截成功率。

SBIRS的高轨部分由2颗SBIRS-HEO和5颗SBIRS-GEO组成。主要是通过红外探测来侦察、跟踪来袭导弹的助推段，为美国最高指挥当局和作战部门提供全球范围内的导弹发射数据。其中，SBIRS-HEO远地点位于北半球上空，可长期观测北半球的情况，主要用于探测俄罗斯等高纬度地域的洲际导弹发射和北方水域的潜射导弹发射。SBIRS-GEO卫星扫描型探测器扫描视场约为10︒，利用摆镜南北线列扫描，2帧实现相应地球表面覆盖，凝视型探测器视场1︒~2︒，凝视型探测器对目标进行高分辨率成像、精确跟踪，获取详细信息。