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发信人: bage (醍醐灌顶@洗心革面), 信区: AerospaceScience
标  题: 21世纪初国外卫星技术及应用的发展趋势与启示
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年02月22日13:56:06 星期四), 站内信件

中国航天2000年第11期 【航天系统与技术】
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21世纪初国外卫星技术及应用的
发 展 趋 势 与 启 示
******************************** 王景泉 ********************************
　　 随着空间技术的迅速发展和广泛应用，空间系统在政治、军事、经济等领域的战略
地位日益提高。当今世界进入信息革命时代以后，社会发展和人类进步将对空间技术形
成新的、更强的依赖。卫星技术在通信广播、导航定位授时、遥感、地球资源和环境监
视、军事侦察、测绘和气象等方面的能力，已经体现并将在更广和更深程度上体现对信
息革命的价值。空间技术发展的深远意义还在于，它能将分布广泛的地面经济建设设施
和武器平台，及作战部队的作用高度集成，使其能力极大地增强，因而将成为政治进步
、军事革命和经济发展的巨大推动力量。这就是为什么世界上越来越多的国家不惜重金
发展航天技术的根本原因所在。
　　然而空间技术作为高技术领域，如何更好、更快、更省地发展，如何不断创新，以
实现最佳的投入产出比，在政治、军事和经济建设中发挥更大效益，也就不能不成为发
展空间技术的国家和地区十分关注的问题。
　　一、卫星技术的发展趋势与创新思路
　　卫星技术是空间系统的核心，卫星技术的发展水平，决定了21世纪初空间系统的总
体能力。
　　1.通信广播类卫星技术
　　通信广播类卫星是国外最早进入商业化的卫星领域，但迄今为止，卫星通信在全世
界整个通信市场中的渗透率大约占2％，近期的目标也只是达到5％，可见应用潜力仍很
大，未来目标是与地面通信手段竞争。而实现这些目标的关键是技术发展与创新。
　　军事通信广播卫星，在战时通信容量聚增的情况下，主要问题是通信容量不足，抗
干扰能力差。而进入商业市场的卫星系统（星座），其占有市场的能力主要取决于可靠
应用与技术进步。
　　为解决这些问题，通信广播类卫星技术发展和主要创新思路是：
　　（1）高、中、低轨道卫星并行发展；
　　（2）发展多波束天线和超精度天线技术；
　　（3）发展光通信技术；
　　（4）发展高速星上信号处理和切换技术；
　　（5）研究直播卫星在军事上的新应用；
　　（6）发展高温超导转发器技术。
　　2.导航定位卫星技术
　　在1991年的海湾战争中，装在大衣口袋的全球定位系统（GPS）接收机在无地图的沙
漠作战中发挥了巨大作用；在盟军行动中，安装了惯导／GPS集成系统的导弹和制导炸弹
的命中精度达到9米，机载炸弹具备了夜间和恶劣天气条件下的精确打击能力，GPS成为
了高技术武器平台不可缺少的关键组成部分。
　　目前，在导航定位方面，除美国GPS正常运行外，俄罗斯的Glonass系统只有很少卫
星在运行，欧洲正在论证由15国参加的伽利略方案。
　　这类卫星技术的主要发展趋势是：
　　（1）用创新轨道设计获得理想的导航信号；
　　（2）美国大力开发抗干扰和干扰非友好国家使用的技术；
　　（3）开发提高GPS导航信号性能的技术。
　　3.民用遥感卫星技术
　　民用遥感卫星是继通信广播卫星后，有望进入商业市场的另一大卫星领域，但由于
其公用性和社会化的特点，使其商业化历程仍很艰难。
　　由于遥感卫星能大范围、高时效、连续地观测地球表面和大气层，在国民经济建设
和科技进步中的作用越来越重要，各国发展的势头有增无减。其主要发展趋势表现为：

　　（1）将地球作为一个整体系统，进行环境、地球资源等综合观测；
　　（2）根据地球环境和观测对象的不同，进行多种有效载荷科学配置，综合利用；
　　（3）提高民用遥测卫星重访周期的要求，甚至要求其能进行连续观测。
　　4.成像侦察卫星技术
　　目前国外成功使用的成像侦察卫星主要有两类：CCD可见光成像卫星和合成孔径雷达
(ＳＡＲ)卫星。它们是侦察卫星的主体，长期以来作为战略手段使用。由于其观测幅宽
很窄（如锁眼-12卫星空间分辨率为0.1米，幅宽却只有 10公里左右），在战场应用中效
果不理想，美国军方批评它为“用麦管观测地球”。在战场成像侦察方面，美国过去主
要采用机载系统，而其成像侦察卫星，还未达到战术应用能力。
　　为实现21世纪初航空航天作战一体化，美国国防部正考虑将美国空军正式改名为“
美国航空航天部队”，主要举措是将机载系统搬上天。根据初步预算，10年内将为这些
新型战场监视航天器投资2300亿美元（另有发射费220亿美元），这样美国国家年度航天
投资将达到550亿美元之巨（不含商业性航天投资）。
　　该领域主要发展趋势和创新思路是：
　　（1）成像侦察卫星从战略型向战术型扩展，将机载系统搬上天；
　　（2）SAR卫星的重访周期将达到几分钟；
　　（3）新概念、新技术使可见光侦察卫星大而轻，在展宽幅宽的前提下将突破0.1米
的分辨率；
　　（4）出现新概念雷达卫星；
　　（5）加快超光谱成像卫星的开发；
　　（6）红外侦察卫星采用超导技术；
　　（7）卫星向小型化发展。
　　5.电子侦察卫星技术
　　电子侦察卫星是保密级别最高的卫星，主要用于对雷达信号、通信信号和导弹发射
遥测信号的探测。
　　这种卫星有低、中和静止轨道3种。但对于常年值守的电子侦察卫星，静止轨道具有
更多的优势，如美国的农舍、旋涡、大酒瓶、猎户座、水星、顾问等，新一代的电子侦
察卫星有入侵者。
　　这类卫星的主要发展趋势是：
　　（1）不断改进超大型天线技术；
　　（2）采用综合化、集成化新思路。
　　6.海洋监视卫星技术
　　海洋监视卫星过去都归于电子侦察类，如美国白云。这类卫星主要通过侦收舰船雷
达信号，实现对舰船目标定位，最好定位水平为2公里左右。
　　根据新的概念，海洋监视卫星也用于战场。但由于海洋面积大，舰船移动性强，过
去只有电子侦察功能的海洋监视卫星概念显然存在诸多问题。
　　海洋监视卫星不是简单的卫星系统，它必须是由电子侦察、成像侦察和海洋环境监
测组成的综合系统。由于海洋大浪大涌等特殊环境，如果没有环境监测，侦察目标的位
置精度将难以确定。因此海洋监视是天基网概念的一种综合卫星系统例证。
　　7.气象卫星和测绘卫星技术
　　这两种卫星都有典型的军、民共用特征，在多次军事行动中，气象卫星都发挥了重
要的战术作用。可以说，高技术武器平台离开了这些卫星，就会失去高技术意义的作战
能力。
　　这些卫星，涉及的有效载荷都很复杂，其总的发展趋势是综合利用，由可见光、多
光谱向超光谱扩展，微波遥感器（SAR、高度计等）的作用越来越突出。
　　8.导弹预警卫星技术
　　在海湾战争中，导弹预警卫星曾发挥过重大作用，但原来的国防支援计划（DSP）只
采用静止轨道，难于实现对来袭导弹的持续跟踪。它只有扫描红外探测器，扫描速率低
、频段少，预警数据需在地面处理。这些问题，不但决定了DSP难以适应对战术导弹进行
预警，而且对于反导，特别是对巡航导弹进行预警都显得效果不佳。
　　这类卫星主要的发展趋势和创新思路是：
　　（1）开发３种轨道混合的天基红外系统（SBIR）；
　　（2）双模式的采用使预警能力大幅度提高；
　　（3）低轨天基红外系统扩展了导弹预警卫星的功能；
　　（4）巡航导弹的发射和拦截要求雷达系统的并入；
　　（5）地基拦截向天基激光拦截的飞跃将推动激光雷达卫星的发展。
　　9.空间攻防技术
　　空间攻防问题是空间系统投入战场应用必然会出现的课题，它虽然不是新课题，但
在新世纪到来的新形势下，却出现了新内涵。具体说，就是美国防部航天政策的新三论
。
　　·空间系统作为国家财产的“保护论”
　　1999年美国发布的“国防航天政策”突出了空间系统体现国家利益的新战略思路。
提出，空间系统是代表其在外层空间存在的物质实体，是其主权在外层空间存在的象征
。对美国空间系统有意干扰，将被视为对美国主权的侵犯，如果得到国家指挥当局的指
令，美国将采取一切合理的措施进行自卫，包括使用武力对向美国的这种主权侵犯进行
回击。
　　·空间控制论
　　美国认为，各种军用卫星将成为未来战争的常规手段，卫星也因此变成敌方攻击的
目标，反卫星武器自然成为敌对国家的优先发展项目。针对这种发展趋势，美国认为必
须具备“控制空间”的能力。
　　·间战场论
　　美国航天司令部指出：正如在1920～1930年10年间空军的发展那样，空间力量在今
后10年将有非常大的变化。空间力量的增长非常类似于在这个世纪上半叶空中力量的增
长规律，即空间力量将从支援战斗向空间作战扩展，最后发展成为独立战场，从战略角
度专门投入力量。
　　以上述“三论”为基础，美国空间攻防的总思路是：
　　（1）所有军、民用卫星都将装载可敏感探测敌方干扰的敏感器；
　　（2）对卫星构成的威胁进行防卫；
　　（3）对敌方进行攻击。
　　二、综合、高效利用卫星的“天基综合信息网”的发展
　　之所以概括出“天基综合信息网”概念，是由于有几个国家正在论证发展天基系统
的新概念：
　　美国提出了“全球国防信息网”(GDIN)的概念，并开始实施“一体化空间指挥控制
”(ISC2)现代化计划；
　　 欧空局委托意大利进行通信系统(ESYS)和地球观测系统(MDA)集成化的论证；
　　 俄罗斯提出了“多功能卫星通信和远程地球监视系统”(ROSTE－LESAT)计划。
　　1.美国提出GDIN的战略背景
　　（1）抓住战略暂停期大力进行空间系统发展创新；
　　（2）探索将武器平台和作战部队集成起来的顶层思路。
　　2.天基综合信息网的概念
　　天基综合信息网是从顶层设计角度，将天基系统数据获取、传输、处理、分发、应
用有机地融合起来，从天基下传数据向下传信息过渡，提供知识，丰富智慧。最大程度
地发挥天基系统的整体效率。
　　3.天基综合信息网的发展思路
　　（1）天基综合信息网是发展目标，更是发展战略思路；
　　（2）将烟囱拉成网，是实现空间系统从战略应用向战术应用拓展的关键；
　　（3）未来天基系统向下传信息方向发展，数据处理将逐步搬上天。
　　三、天基综合信息网的应用前景
　　如果说电和石油是工业革命的关键角色的话，那么天基综合信息网无疑可能成为信
息革命的关键角色。天基综合信息网的建立和完善，必将对社会和经济的发展，对军事
现代化产生具有历史意义的推动作用。
　　1.天基综合信息网在社会和经济发展中的应用前景
　　（1）构造“数字地球”需要天基信息网；
　　（2）将地球作为一个整体系统进行观测和研究，对天基综合信息网提出了直接需求
；
　　（3）只有建造天基综合信息网，才能有效解决对地球资源和环境进行监测的精度和
时效问题。
　　2.天基综合信息网在军事上的应用前景
　　空间系统用于军事，其应用目标主要是：
　　（1）在功能上，能够使广泛散布的武器平台部队的作用集成起来；
　　（2）在时效上，利用天基信息系统实现决策能力，使“观测、判断、决策、行动”
环路所要求的平均时间达到几分钟之短。
　　21世纪初，空间系统在军事上的应用将实现上述两点质的突破和重大飞跃，将在总
结海湾战争、波黑行动、沙漠之狐及盟军行动4次空间系统投入实战的经验教训后，探索
出以天基系统为重点的创新的作战概念。
　　美国在国防训练中心进行的“21世纪任务力量”演练再次表明，下一代军队作战将
对空间系统产生越来越强的依赖。未来的数字化战场将主要依靠天基系统，具体表现在
以下几方面：作战的准备和决策；作战行动的实施；打击效果的评估与作战行动的调整
。
　　四、国外卫星技术发展对我之启示
　　1.卫星技术属于集成系统，应用卫星系统属于更大规模的集成系统，天基综合信息
网是这种集成概念的必然结果
　　卫星技术是把成千上万个零部件有机组合起来，形成一定功能的综合技术。随着卫
星技术的发展与成熟，以及应用的扩展，国外现在更多的是研究卫星系统，卫星本身只
是作为系统的一个结点，由卫星系统和分布式星座系统就构成了天基综合信息网。
　　根据对国外卫星技术发展趋势的分析，我国的天基综合信息网是在卫星及应用的发
展规律的基础上提出的，属于创新性概念，它对我国卫星技术的发展无疑将起到巨大推
动作用。
　　2.在天基综合信息网的基础上，提出的卫星技术发展的顶层设计，不仅涉及到发展
目标，也涉及到应用市场开发的战略思想
　　网络化是信息革命的较高形式，而作为信息获取与传输的卫星系统，形成综合性网
络必然也是其应用的发展方向和目标。这种综合信息网也为卫星应用向广度、深度扩展
，开拓市场提出了新的宏观模式。天基综合信息网的概念的引入，从扩大空间基础设施
应用效果的角度来看，这种卫星的发展已成为必然，因为它真正涉及到市场开发的战略
思想。
　　3.通信广播卫星应以发展静止轨道为主，特别要重视大平台的发展和抗干扰等军用
有效载荷技术的发展
　　在通信广播类卫星方面，美、欧、日实现了不同程度的商业化，中低轨道的这类卫
星基本上由商业性公司开发。如果没有获取国际市场的能力，这种全球性系统不宜开发
，因此我们必须仍以静止轨道卫星为主，这样加快大平台的开发成为当务之急。
　　在需求更加迫切的军用通信广播卫星方面，应重视跳频、扩频、天线调零及多点波
束等抗干扰技术的工程化应用。
　　星上信号处理和光通信技术也应提到议事日程。
　　4.侦察、遥感类信息获取卫星重视星座技术，有效载荷技术开发必须搞好综合协调
，努力实现更多用户的参与
　　信息获取卫星，无论是军用还是民用，都面临着提高空间分辨率和缩短重访周期这
一对矛盾的统一，解决途径是开发星座系统。
　　信息获取类卫星有效载荷种类多，有效载荷上星的步骤和配置存在复杂的协调问题
。卫星少、用户部门多，卫星有效载荷应进行合理的配置。运用天基综合信息网，既可
保证更多的用户参与，满足更多需要，又可避免“一家一户”拥有和使用卫星的问题。

　　5.导航定位卫星应发展军、民两用系统，以我为主，进行有限的国际合作
　　这类卫星一般属于全球系统。采用特殊轨道设计，最多只能保证区域覆盖的优化和
区域应用的优化，但不能从根本上改变全球资源的性质，这是美、俄以外任何国家和地
区（如欧空局）发展这类卫星面临的难题。如果国际合作规模过大，就危及到系统的控
制权，如果不采取合作，则面临经济压力和技术速度问题。因此可考虑以我为主，争取
一定限度的经济、技术合作，建成军、民两用系统。
　　6.重视新概念、新技术的开发和飞行验证，卫星技术似以采用小步快跑为好，但卫
星系统则应有大跨度发展的思路
　　新概念、新技术是决定卫星应用能力的关键，也是从根本上提高可靠性的前提。但
由于卫星发射和运行有其特有的风险性，美国航宇局曾明确规定，研制一种新型应用卫
星采用经飞行验证的部件必须达到80%。这就赋予了卫星技术“小步”发展的特殊性，但
“小步”多小，“快跑”多快，均取决于技术试验卫星的发射，这一用户部门不会太关
心的卫星，只能依赖于航天研制部门去真正地考虑。
　　至于卫星系统可以考虑进行大跨度的发展，这属于加强集成化研究的思路范畴，即
要充分利用天基综合信息网的概念去规范系统的发展。
　　7.空间技术从战略应用向战术应用扩展，规模和技术难度将发生较大变化，经费投
入成为决策的关键
　　除通信、导航等卫星外，包括成像、电子侦察等信息获取卫星，即使是在美国，长
期以来也未能突破战略应用的范围。为此美国准备投入巨资发展战术应用系统，第一步
是把机载侦察系统搬上天。其代价是未来10年将另外投资2300亿美元（另有220亿美元的
发射费）。战术系统达到战场，直接使用的空间分辨率与重访周期的统一、卫星数量多
、规模大、技术难度大等问题都是我们应该认真考虑的。我们应对在研或计划中的卫星
应用能力进行评审和定位，以明确战场应用的技术目标和发展框架，尤其是对需要的经
费水平定出比较清晰的数量级。
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