以遥感9号卫星浅论我国海洋监视系统 - squirrel的日志 - 网易博客

以遥感9号卫星浅论我国海洋监视系统

Space 2010-03-09 17:24:10 阅读353 评论6 字号：大中小

3月5日长征四号丙发射遥感九卫星升空

2010年3月5日中午12点55分，我国酒泉发射中心尖兵工位使用长征四号丙火箭发射了遥感九号卫星。这次发射航天爱好者们期待已久，不仅是因为经历长时间的拖延才发射，还有中央电视台的新闻中曾出现遥感9卫星的整流罩，其长度远超以往历次遥感卫星整流罩，从而引发过众多的猜测。众多爱好者有的认为是大型雷达卫星，有的认为是红外预警卫星，不过确定的信息还是要看正式公布的结果。

2月17日晚间新闻中出现的加长整流罩，从时间判断是遥感九号卫星所用

       以往历次发射，基本发射后最多几十分钟就能看到官方的正式消息，但3月5日发射后，很长时间没有来自新华社等官方媒体的正式消息。众多媒体只有中央电视台午间新闻13点30分提到过遥感九号发射成功，此后中新网以此为依据发布了遥感九号发射成功的消息，新华网的权威快讯姗姗来迟，直到15点23分才发布。这更引发了大家的兴趣，到底是什么载荷，会是如此神秘呢？到了晚上，央视新闻中提到了遥感九号卫星的发射，其中一个画面上的发射轨迹显示这是一个大倾斜轨道的发射任务。到了3月6日中午，北美防空司令部(NORAD)终于发布了遥感九号卫星的轨道信息：1083 x 1100 km x 63.4 deg，这个轨道几乎和美国白云海洋监视卫星一样，至此遥感九号的身份呼之欲出。不过此时NORAD的TEL信息上，只有一个空间目标，这意味着火箭上面级和卫星尚未分离，不过依据白云星座的信息判断，遥感九号应该也是2星或3星的星座。很快的，NORAD的轨道信息上出现了第二个目标，到了3月6日晚上，NORAD给出了遥感九号的6个空间目标，6日晚的新闻中出现“中央军委给酒泉卫星发射中心发射测试站记集体一等功庆功大会”的消息证明发射圆满成功。由以上消息判断，遥感九号上天后组成了多星星座，用于海洋监视任务。

最右部画面，酒泉发射的长征四号丙运载火箭划出一个大倾角

       海洋监视卫星分为主动型和被动型，主动型海洋监视卫星携带大型雷达对海面进行扫描，通过接受回波确定目标位置与特征，简单的说就是一个天基的海洋监视雷达平台。和其他平台的主动雷达一样，主动型主动型海洋监视卫星定位精度高，可获得更多的目标信息，但是易受干扰，最重要的是需要大功率的能源。苏联时代曾经发射多颗核动力大功率雷达型海洋监视卫星，编号在宇宙系列卫星里。1980年坠毁于加拿大的宇宙954卫星，就是一颗核动力雷达型海洋监视卫星；被动型海洋监视卫星通过电子设备截获目标散发的雷达信号，通过时差法或是基线干涉相位比较法进行目标定位，和传统的无源定位设施一样，被动型海洋监视卫星具有隐蔽性好的优点，但是定位精度要低得多。无源被动定位方法上，美国采用时差定位方法，最佳定位精度4公里以内，其基本原理是三颗卫星分别形成两条基线，一条基线上通过测量目标辐射信道到两颗卫星的时差，得出目标到两颗卫星的距离差，利用距离差以两颗卫星为焦点形成一个回转双曲面，通过两条基线形成的两个双曲面与地球表面相交，定位两个交点，再通过其他信息排除一个交点，另一个交点就是目标也就是辐射源的位置。同时代的苏联则采用单星基线干涉定位进行目标定位，最佳定位精度大致在6~10公里之间，定位发放同样是时差定位方法，不过单星定位精度较差。苏联卫星定位精度差的主要原因是在一颗卫星上进行基线干涉定位，受卫星尺寸限制基线长度有限，而在一颗卫星上实现多基线定位还受到卫星姿态的限制，要求严格控制滚动和俯仰，需要很高的姿态控制水平。同时时差定位需要高精度时钟配合，这对苏联人的技术也是一个考验。除了用于主动被动定位的海洋监视卫星外，海洋监视卫星体系还包括海洋环境监测和成像侦察等内容，这就是另外的话题了。

传说中的NOSS-1卫星，NOSS外形也是机密，外界只能猜测

       就我国这次发射的遥感九号卫星而言，从轨道和空间目标参数看是仿效美国白云海洋监视星座体系的。美国的海军卫星监视系统(Naval Ocean Surveillance System,NOSS)又称白云系统，该计划与20世纪60年代后期开始启动，发展了三代星座体系。第一代NOSS星座于1976至1987年间发射，分别编号为NOSS 1-1到NOSS1-8，其中NOSS 1-7在2005年进行了控制继续保持运行；第二代NOSS星座于1990年至1996年之间发射，编号NOSS 2-1到NOSS 2-3，其中NOSS 2-1仍然保持运行；第三代NOSS星座采用了新的双星体系，第三代NOSS星座目前包括NOSS 3-1到NOSS 3-4总计4组卫星，NOSS 3-1于2001年开始发射，由于作为军事卫星不会透露什么细节，首次发射时只发现两颗卫星，还曾被误认为是有一颗卫星未能分离的发射失败。更有戏剧性的是美国军方宣布NOSS 3只有一个有效载荷，所谓的第二颗卫星是发射产生的轨道碎片，不过4次发射都产生同样的碎片未免太过巧合，而且根据天文爱好者对轨道目标的观测，所谓的轨道碎片随后在轨道上进行了机动，这让美国海军的战略欺骗最后徒劳无功。从轨道数据上说，我国的遥感九号卫星和NOSS的三代星座的轨道都类似，3月7日人民网报道中提到“全国政协委员、中国科学院院士、嫦娥一号总指挥兼总设计师叶培建通过一首短信诗，向在场的委员和记者们传达了我国 “一箭三星”发射成功的消息”，到此时可以非常肯定的判断遥感九号是类似NOSS 1和NOSS 2的三星星座。

       从苏联到俄罗斯，都没有使用三星星座用于海洋监视定位，对外行来说似乎蒙上了一层神秘的面纱，会误认为三星星座监视定位是高不可攀的高技术，其实不然，苏联时代使用的单星定位从理论方法上说同样是时差法多基线定位，只不过采用单星体系，这提高了对单星姿态的控制要求，但是相对于多星体系少了控制位置误差的大麻烦。对我国来说，很早就有对三星时差定位星座的预研。根据国内的研究表明，三星时差定位为了获得最优的定位精度，应将三星布置为星间距限制所允许的最大边长等边三角形。卫星轨道高度越低，定位精度越高，当然覆盖面积自然也就越小。卫星位置误差对于定位精度影响也很大，我国在论证时就以白云星座为目标，设定轨道高度1000公里，3星间距100公里时，为满足地面4公里等精度曲线距离大于3000公里，卫星位置误差必须小于1公里。不过这仅仅是最低要求，3颗卫星的绝对位置误差会引起星座产生旋转误差，考虑旋转误差是定位精度曲线近似为四边正方形，为满足地面4公里等精度曲线所围面积边长大于3000公里，则要求引起旋转误差的相应单星位置误差至少小于50米，可以说，这是一个很高的轨道控制要求。美国的NOSS 2-2和2-3之所以被外界认为失去监视能力，就是其星座卫星间距2006年后异常，即使仍在使用定位精度也会大幅度下降。

三星定位的基本原理示意图(感谢DFH提供图片)

       我国此次遥感九号被动型监视星座的成功发射，将极大的提高了我国的海洋监视能力。如果未来继续发射，形成4组海洋电子侦察卫星星座的话，对中纬度任何地区重访问时间可以压缩到1小时，这对于大型舰艇目标的初步监测已经足够了。随着其他如海洋系列卫星，遥感系列成像侦察/SAR雷达侦察卫星的进一步发展，我国将逐步建立一个完善的全方位海洋监视系统，满足国民经济建设和国防保障的需求。