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合成孔径雷达卫星为何被称为太空中的“电眼”

作者: 兰顺正 来源: 消息报
2019-05-17 09:53 
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出品:科普中国

作者:兰顺正

策划:宋雅娟

监制:光明网科普事业部

俄罗斯《消息报》5月7日报道称,俄罗斯国防部向表示,计划在2020年1月1日前发射两颗卫星,之后“藤蔓”卫星系统将全面启动,俄罗斯总参谋部能够借助它探测全球范围内的小型物体。根据目前的资料分析,“蔓藤”应属于合成孔径雷达侦察卫星系统,而这也再次引发了世人对于该类卫星的关注。

合成孔径雷达卫星为何被称为太空中的“电眼”

合成孔径雷达原理图(图片来自网络)

1神通广大的SAR卫星

随着军事航天技术的发展,各种航天装备在战争中“力量倍增器”的作用越来越显著,而这其中合成孔径雷达(SAR)侦察卫星一直是航天大国发展的重点。合成孔径雷达(SAR)是与实孔径雷达(RAR)相对而言的, 实孔径雷达的天线孔径是一先发射后接收的物理单元, 而合成孔径雷达 (SAR) 是把天线的运动考虑进去, 雷达所收到不同位置的回波不是同时的, 而是依靠雷达天线的运动, 分时顺序获得的, 通过一定的信号处理算法使之合成一个相对较大的天线即合成孔径,采用这种合成孔径雷达技术的雷达称为合成孔径雷达。而卫星在装载了合成孔径雷达后,能克服云雾雨雪和夜暗条件的限制对地面目标成像,可全天时、全天候、高分辨率、大幅面对地观测,同时具有一定的穿透能力,能识别伪装,发现地下军事设施,这对于全面观测战区、侦察全球军事动态等有重要的意义。如美国的"长曲棍球"合成孔径雷达侦察卫星,不仅适于跟踪舰船和装甲车辆的活动,监视机动或弹道导弹的动向,还能发现伪装的武器和识别假目标,以及“透视”地下数米的设施。在海湾战争中和波黑战争中,"长曲棍球"卫星发挥了巨大作用,被用于跟踪伊拉克和塞族装甲部队行踪,还多次被用来对美国发动的巡航导弹袭击进行效果评估。

2各国掌握战场态势的“电眼”

经过这么多年发展,合成孔径雷达侦察卫星已经是大国侦察家族中不可或缺的一份子,如美国、俄罗斯、日本、德国、以色列等都拥有自己的SAR卫星。

合成孔径雷达卫星为何被称为太空中的“电眼”

长曲棍球卫星(图片来自网络)

美国目前的技术最为先进,上文提及的"长曲棍球"卫星是知名的合成孔径雷达侦察卫星,由美国国家侦察局研制并运行,主要为美国情报界提供战略侦察情报。卫星主体呈八棱体,长8米,直径约4米,太阳能电池帆板在轨道上展开后跨度为45.1米,运行在倾角57°~68°、高670~703千米的轨道上。其上的合成孔径雷达天线呈矩形,长14 .4迷,宽3 .6米,由3个平面天线阵组成,每个天线阵含4个长度相等的子阵。具备全天时全天候成像侦察能力,卫星具有标准、宽幅、精分辨率和试验4种工作模式,最高分辨率可达0.3米。另外,美国在2010年9月20日用宇宙神-5火箭发射“未来成像体系”的首颗卫星。与“长曲棍球”卫星相比,“未来成像体系”卫星改用逆行轨道,轨道高度提升了约450千米,雷达功率也得到大幅提高。

合成孔径雷达卫星为何被称为太空中的“电眼”

  “荷花-S”卫星(图片来自网络)

俄罗斯的首型SAR成像侦察卫星代号为“秃鹰”(Kondor),运行于高度约500千米的极地轨道,由机械制造科研生产力联合体公司研制,质量约1150千克,采用S频段抛物面天线,具有聚束、条带、扫描三种合成孔径雷达(SAR)成像模式,可实现对卫星两侧成像。文章开头提及的“藤蔓”是俄罗斯新一代雷达侦察系统,预计在2020年前建设完成。俄国防部长谢尔盖 绍伊古在2017年初首次正式宣布了“藤蔓”的存在,该系统由四颗卫星组成,包括两颗“荷花-S”和两颗“芍药-NKS”卫星。其中“荷花-S”是俄罗斯2006年开始研制新一代电子侦察卫星,目的是取代苏联时期研制的“处女地”(Tselina)卫星。2009年首颗“荷花-S”升空,第二颗于2018年发射。运行在高度900千米的低地轨道,主要用于截获侦听敌方无线电发射信号。预计在发射了剩下的两颗搭载了雷达载荷的新型“芍药”-NKS卫星之后,“藤蔓”卫星系统将全面启动,据介绍该系统将可跟踪敌方陆上战车、空中飞机和海上船只的移动,形成目标移动实时指示图,俄罗斯总参谋部能够借助它探测全球范围内的小型物体,为精确打击提供支持。

另外,中国的SAR卫星技术发展的也很快。2016年8月10日中国成功发射高分三号C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星。高分三号是中国首颗分辨率达到1米的SAR卫星,具备12种成像模式,涵盖传统的条带成像模式和扫描成像模式,以及面向海洋应用的波成像模式和全球观测成像模式,是世界上成像模式最多的合成孔径雷达卫星。

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