美国天基红外系统（SBIRS）发展浅析

云脑智库 2022-09-15 00:00

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导读：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。

系统概述

SBIRS系统现由美国太空部队(原美国空军太空司令部)运营，洛克希德·马丁公司(简称洛马)是该系统的主承包商。

发展历程

由于美国“国防支援计划”(DSP)卫星系统在1991年海湾战争中表现出的巨大优势，美国国防部(DOD)决定进一步增强战略和战区弹道导弹预警能力。1994年，美国国防部经过研究后决定建设SBIRS系统，用于增强并最终取代DSP卫星系统。

1996年，SBIRS项目由美国国防部长正式启动。美国国防部选定洛马公司作为项目主承包商，航空喷气洛克达因、诺斯罗普·格鲁曼、霍尼韦尔等公司是该项目的分包商。

在最初的方案中，SBIRS系统空间部分由高轨卫星(SBIRS-High)和低轨卫星(SBIRS-Low)组成。不过，SBIRS-Low于2001年独立出去，移交到美国导弹防御局(MDA)运营，并更名为“空间跟踪与监视系统”(STSS)。

2006年6月，第1个天基红外系统大椭圆轨道载荷(SBIRS-HEO-1)搭载在美国“军号后续”侦察卫星(NROL-22)上成功发射，并在轨完成了性能测试，随后交付美军投入作战应用。2008年3月，SBIRS-HEO-2以同样方式入轨运行。

2011年5月，第1颗天基红外系统高轨卫星(SBIRS GEO-1)完成部署，并于2012年11月投入作战应用。

2013年，SBIRS系统达到初始运营能力。之后，SBIRS系统进入了能力全面发展期。从2013年到2022年，美军发射了后续5颗SBIRS GEO卫星并以搭载的方式部署了后续2个SBIRS-HEO载荷。

SBIRS GEO卫星

系统组成

SBIRS系统分为空间和地面两个部分：空间部分由6颗SBIRS-GEO卫星和4个SBIRS-HEO有效载荷组成。

地面部分即地面数据处理和指挥控制中心，主要功能包括识别导弹轨迹、数据分发、任务规划、星座管理和地面控制。

部署情况

截止2022年8月，SBIRS系统空间部分已全部部署。SBIRS系统卫星/载荷发射情况如下表所示。

卫星/载荷	代号	发射时间	运载器	状态	预期寿命/年
SBIRS-HEO-1	USA-184	2006.6.28	Delta-4	搭载在“军号后续”卫星	-
SBIRS-HEO-2	USA-200	2008.3.13	Atlas-V	搭载在“军号后续”卫星	-
SBIRS-HEO-3	USA-259	2014.12.13	Atlas-V	搭载在“军号后续-2”卫星	-
SBIRS-HEO-4	USA-278	2017.9.24	Atlas-V	搭载在“军号后续-2”卫星	-
SBIRS-GEO-1	USA-230	2011.5.7	Atlas-V	在轨	12
SBIRS-GEO-2	USA-241	2013.3.19	Atlas-V	在轨	12
SBIRS-GEO-3	USA-273	2017.1.21	Atlas-V	在轨	12
SBIRS-GEO-4	USA-282	2018.1.20	Atlas-V	在轨	12
SBIRS-GEO-5	USA-315	2021.5.18	Atlas-V	在轨	12
SBIRS-GEO-6	-	2022.8.4	Atlas-V	在轨	12

资料来源：调研整理

卫星/载荷性能参数

SBIRS-GEO卫星主要由扫描型红外探测器、凝视型红外探测器、A2100/LM2100卫星平台以及通信天线组成，卫星重约4500kg，尺寸为14.9m×6.7m×6.1m。SBIRS-HEO卫星载荷即扫描型红外探测器，重约240kg，尺寸为2.1m×1.2m×0.9m。

SBIRS-GEO卫星和SBIRS-HEO卫星载荷的基本参数如下表所示。

指标	参数
指标	SBIRS-GEO卫星	SBIRS-HEO载荷
尺寸	14.9m×6.7m×6.1m	2.1m×1.2m×0.9m
重量	4534kg	240kg
红外探测器类型	扫描型和凝视型	扫描型
红外探测器波段	近红外、中红外、地面可见光波段	近红外、中红外、地面可见光波段

资料来源：调研整理

卫星平台

SBIRS-GEO-1/2/3/4卫星采用洛马公司A2100M卫星平台，卫星平台采用开放式中央圆柱体结构设计，其核心结构是蜂窝铝型石墨环氧树脂弧形板和夹芯板，燃料箱和大部分推进设备都与卫星平台直接相连，太阳电池板以模块化形式安装在平台基座上。

A2100M卫星平台

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%”。

A2100M卫星平台和LM2100卫星平台技术参数如下表所示。

卫星	SBIRS-GEO-1/2/3/4	SBIRS-GEO-5
卫星平台	A2100M	LM2100
太阳电池翼翼展/cm	260	-
典型发射包络/cm	270×370×470	180×370×370
寿命初期有效载荷功率/kW	-	12～16
寿命末期有效载荷功率/kW	5～13.5	-
设计寿命/年	15	15
化学推进/N	MR-106：26.7 MR-510：0.222～0.258
电推进/N	BPT-4000霍尔电推力器：0.168～0.294

资料来源：调研整理

系统能力及应用

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。

2006年，美国空军发布了SBIRS-HEO-1拍摄的一张图像(如下图所示)，图中箭头所指位置显示了Delta-4火箭上升时的羽流，该图经过了美国空军的降级处理以掩盖系统的能力。

2013年，美国空军发布了SBIRS-GEO-2拍摄的一张图像(如下图所示),由于美军对拍摄到的导弹图像严格保密，仅发布了2013年5月在美国中部形成的雷暴图像，该图经过了美军降级处理。

2020年1月,SBIRS系统检测到由伊朗向驻伊拉克美军发射的十几枚导弹,并向美军及其友军发出预警,从而避免了美军基地的人员伤亡，只有基础设施受到一些破坏。

虽然SBIRS系统的主要功能是导弹预警，但它的短波和中波红外传感器还可以探测到地球上许多红外特征明显的事件,包括爆炸、火灾和飞机失事等。SBIRS系统每年提供数千个非导弹相关事件的红外数据。这些数据存档在美国国家航空航天情报中心的“在全球范围内运行的飞机、导弹和其他军事硬件的电磁和红外签名目录”中。

未来发展规划

继SBIRS系统之后,美军又规划了新一代高轨预警卫星系统——“下一代过顶持续红外”(Next-Gen OPIR)。美国空军于2018年4月宣布启动Next-Gen OPIR项目，作为SBIRS系统能力的补充并最终取代SBIRS系统，项目初步预算为144亿美元。

Next-Gen OPIR项目分为Block 0和Block 1两个阶段，Block 0由3颗GEO卫星和2颗极地轨道卫星组成,首颗GEO卫星将于2025年发射,首颗极地轨道卫星将于2027年发射,系统将在2029年前完成5星组网。

2022年7月2日,由美国L3哈里斯技术公司负责研发和建造的WFOV卫星成功发射,随后部署于GEO轨道，该任务旨在解决Next-Gen OPIR系统研发过程中的技术问题,包括测试新的大尺寸焦平面红外传感器、开发地面算法以处理传感器数据等。

美国当前和未来的天基导弹预警系统示意图

小结：随着SBIRS GEO-6卫星的部署，SBIRS系统能力达到了顶点。另一方面，美国已于2020年6月宣布对DSP星座进行技术升级，将DSP星座服务期延长至2030年。此外，美国的Next-Gen OPIR卫星正在进行建造，预计将在2050年后具备初始作战能力。可见，相比于美军现役仅3颗的STSS卫星，高轨导弹预警卫星一直是美军导弹预警能力建设的重中之重。