导读
电子侦察卫星是军用卫星的重要组成部分，又称信号情报(SIGINT)卫星，是用来侦察收集敌方电子设备的电磁辐射信号以获取情报的人造地球卫星，它与卫星地面接收站共同组成卫星电子侦察系统。主要任务有两方面：一是收集电子信号(ELINT)情报，包括导弹遥测信号和雷电信号，从而确定雷达、舰艇、导弹等军事目标的位置;二是收集通信信号(COMINT)情报，通过监听、截获和破解无线电通信，获取敌方军事情报。美国在电子侦察卫星的研制和发展领域处于领先地位。
一、起源
在第二次世界大战结束后，以研究潜艇侦察和通信为主的美国海军研究实验室利用其在电子侦察领域的先进经验，率先研制成功电子侦察卫星。但第一份针对苏联导弹侦察任务的人造卫星计划(代号“告密者”Tattletale)被纽约时报泄露，在加强保密措施之后该计划重新命名为“核桃”(Walnut)，卫星代号“DYNO”。为避免“DYNO” 电子监视任务被发现，美方决定利用针对太阳电磁波谱的研究为发射“DYNO”提供理想掩护，美国海军此前就想确定太阳耀斑是否会导致无线电通信中断，以及紫外线和X射线辐射对卫星和宇航员究竟有多大危害，但受地球大气层阻挡，地面观测站无法获得所需数据，故该卫星最终被命名为“银河辐射能量背景”(Galactic Radiation And Background，简称GRAB)。在准备发射期间，1960年5月1日，一架U-2侦察机在苏联被击落，更加验证了太空电子侦察的重要性，同年6月22日，第一颗GRAB发射升空。
GRAB备用星
这次发射的卫星轻而易举地截获了苏联的雷达和通信数据，探测出雷达使用频率和功率，确定了苏联防空雷达的位置，为美国获取了有重大价值的情报。GRAB卫星此后还经历了四次发射，全部五次任务中只有两次成功，其他均未抵达轨道。1962年，美国所有高空侦察项目均由新成立的美国国家侦察局(NRO)管理，该机构决定从1962年7月开始配备代号“罂粟”(POPPY)的新一代卫星继续拓展银河辐射能量背景任务。电子侦察卫星不再承担太阳辐射监测的实验任务，而是独立配备卫星，但仍与“罂粟”卫星共同发射，由“罂粟”提供一定程度的掩护。银河辐射能量背景计划直到1998年才解密。
二、发展历程及现状
1962年成立的美国国家侦察局(National Reconnaissance Office，NRO)，位于美国弗吉尼亚州，负责为美国政府设计、组装并发射侦察卫星，管理运营分布在世界各地的地面卫星站，并协调、收集、分析和发布从中央情报局以及军方的航天飞机、卫星收集到的情报。NRO与中央情报局(CIA)，国家安全局(NSA)，国防情报局(DIA)和国家地理空间情报局(NGA)一起被认为是美国“五大情报机构”。NRO在成立伊始，就担负起美国电子侦察卫星的相关研制与运行任务。
作为预警侦察和通信拦截的重要工具，美国电子侦察卫星的研制和使用情况一直处于高度保密中，甚至其运作机构NRO也在成立十余年后才在不经意间被披露。美国电子侦察卫星发展情况最早由英国《简氏防务周刊》首次详细披露，并对这些卫星做了详细的分类，在当时，美国的电子侦察卫星已经发展到以“水星”“门特”“号角”等为主的第四代，现在第五代“入侵者”“徘徊者”也已经在轨运行。
美国历代电子侦察卫星
(一)低轨道电子侦察卫星发展情况
1962年5月发射的“雪貂”(Ferret)系列卫星是为美国空军和中情局服务的侦察卫星。在1962年至1971年间，美国共发射了17颗星载设备复杂，重约1500-2000千克，轨道高度大约500公里的的详查型电子侦察卫星，这些卫星可以飞经大部分前苏联和中国的领空，基本完成了预定的电磁辐射源的侦察任务，之后美国不再发射详查型卫星，只使用普查型卫星。“雪貂”的部分侦察任务由后续的“流纹岩”同步轨道卫星接替。
另一类普查型“雪貂”电子侦察卫星任务是进行大面积的广域侦察，在方圆2000公里范围内对各种无线电信号和雷达脉冲信号进行大范围侦察。这种卫星体积较小，重约59-158千克，重复周期约98.7分钟，工作寿命4-5年。
美国空军于上世纪80年代中后期开始部署改进型的“雪貂”系列卫星，这些卫星被部署在高倾角的极地轨道上，前苏联将其称为“雪貂-D”。“雪貂-D”除了携带电子侦察接收机以外，还携带一种红外传感器作为辅助侦察载荷，美国于90年代完成这种极地轨道侦察卫星的部署，星座由6颗卫星组成，可能到现在仍为美国空军使用。
另一类低轨电子侦察卫星是美国海军的“海军海洋监视系统”(NOSS)，诞生于冷战时期，主要侦察前苏联舰队的战术地理位置。NOSS第一代为“白云/命运三女神”，由三颗卫星组成一个星座，于1976-1987年共发射了8组32颗。在空军和海军因为分歧而各自开展“天基广域监视计划”(SB-WASS)之后，美海军开始部署SB-WASS-NA系统(又被称为NOSS-2)，内部命名为“Ranger”,1990-1996年共发射有4组16颗卫星，“Ranger”不仅可以探测水面舰艇，还可以实现对水下潜艇的探测和跟踪，这两代卫星都在海湾战争期间发挥了重要作用。在2000年之后，由于空军和海军分别发展SB-WASS系统耗资巨大，最终合并为一个系统，新系统增强了卫星的侦察监视功能，提高了地面站的利用率，兼顾空军防空和海军海洋监视的需求。新的NOSS系列卫星不再是低轨卫星，而是同步轨道卫星“入侵者”(Intruder)，目前已知的“入侵者”最近发射日期为2017年3月。
(二)地球同步轨道电子侦察卫星发展情况
在经历了第一代低轨道卫星十多年的研制发展之后，美国发现为了更有效地监听地面雷达和通信信号，电子侦察卫星必须升高轨道高度，如果可以在地球同步轨道运行，则可以实现全天24小时不间断的监听，而高轨道情报卫星需要解决大型天线、高灵敏度接收机以及信号传输等一系列难题。
“峡谷”(Canyon)电子侦察卫星是美国第一颗地球静止轨道信号情报侦察卫星，也是第一个卫星通信对抗系统，首颗卫星于1968年8月发射，此后十年间共进行了7次发射，其中一次失败。“峡谷”主要用来监听前苏联军方的无线电通信，早期“峡谷”卫星天线口径约3米，后期增加到约10米。
“峡谷”电子侦察卫星参数图
“峡谷”的成功带动了“小屋”(Chalet)的诞生，“小屋”起初是小型通信情报侦察卫星，后来搭载了电子情报载荷之后成为了信号情报卫星，在“小屋”的名字被媒体曝光后，这些卫星改名为“漩涡”(Vortex)，“漩涡”卫星重量约1800千克，带有直径38米的伞状反射天线，主要在地球静止轨道拦截超高频无线电通信，在1978-1989年间共发射了8颗“小屋/漩涡”系列卫星。
“小屋”电子侦察卫星参数图
“漩涡”系列的改进版本为“高级漩涡”(Advanced Vortex)，又称“水星”(Mercury)，水星确切的使命和功能高度保密，但是一般估计其质量为4-5吨，装载三轴稳定系统，由休斯公司制造，装有口径接近100米的相控阵天线。“水星”可拦截监听广播通信信号，也可收集导弹试验中的遥测数据信号和雷达发射的雷达信号情报，定位信息的种类和位置。前两颗“水星”系列卫星于1994年和1996年发射，第三颗于1998年发射失败导致爆炸，直接经济损失近12亿美元。
2003年12月12日，NOSS系统的第三代“入侵者”(Intruder)系列首颗卫星发射升空，这也是美国电子侦察卫星领域最新一代——第五代卫星，其具体尺寸、重量、设备等严格保密，卫星与火箭总成本近20亿美元。“入侵者”诞生于美国国会1995年底提出的卫星发展五年计划，目的在于提高卫星系统性能，避免成本过高，利用中型运载火箭发射，采用先进的数据处理技术。“入侵者”由美国休斯公司研发，据推测其重量较轻，有数个12.25米的可展开天线和强大的搜索功率，采用“HS-601”卫星平台，结合了“流纹岩”和“漩涡”系列的优势，将通信信号情报和电子信号情报集成到一个单一的侦察收集平台。“入侵者”的另一大创新为多轨道能力，而不是像以前只能在同步轨道或大椭圆轨道运行，轨道机动能力既可以提高侦察机动能力，又提高了未来太空战背景下的卫星生存能力。目前已知至少已经发射了7颗“入侵者”系列卫星，最近一次在2017年。
另外一类地球同步轨道电子侦察卫星的最早型号为“流纹岩”(Rhyolite)，每两颗卫星构成一组，于1970-1978年发射了四颗，一组位于非洲之角上空，监听前苏联的固体洲际导弹和潜射导弹的遥测信号，一组位于太平洋西南的婆罗洲上空，监听前苏联和中国的军事通信和雷达信号以及前苏联液体洲际导弹和反弹道导弹的遥测信号，此外还可以窃听亚欧非大部分国家和地区的军事外交情报。后因间谍泄密而改名为“水上表演者”(Aquacade)。
“流纹岩”电子侦察卫星参数图
“大酒瓶”(Magnum)是“流纹岩”的继任者，又称“猎户座”，卫星重约2.2-2.7吨，定位于迭戈加西亚岛和新加坡之间的上空，可监听地球近三分之一的范围，初代“大酒瓶”的伞状天线直径大约为76米，可以折叠，卫星入轨后再展开，更大的天线能监听更微弱的信号，但即便折叠之后的天线仍无法由火箭发射，只能搭乘航天飞机升空。
“大酒瓶”电子侦察卫星参数图
2020年12月10日，德尔塔IV重型运载火箭携带代号“NROL-44”的卫星升空，据推测这又是一颗“门特”系列卫星。“门特”(Mentor)又称“导师”“顾问”，因其替代“猎户座”，又称“高级猎户座”，采用三轴稳定系统，大型网状相控阵天线用于截获监听100MHz-20GHz的所有信号，包括微弱信号，“门特”用户主要是美国中央情报局(CIA)，用以监听中国、俄罗斯、朝鲜、中东等地区的微波通信、无线电通信、步话机通信以及导弹试验遥测数据，有很强的星上信号处理能力和轨道机动能力，属于美国国家侦察局(NRO)“集成化过顶信号情报侦察体系-1”(IOSA-1)的一部分。
“门特”电子侦察卫星
已知部分“门特”卫星的运行参数表
1990美国 “亚特兰蒂斯”号航天飞机承担的STS-38任务公开报道了部署的国家侦察局的一颗地球同步轨道通信卫星，但是其上还有第二个有效载荷一直无法确认。2004年有关美国隐形卫星计划的新闻报道显示，未经证实的第二颗卫星已在轨运行：这是“一颗实验性且高度机密的卫星，称为‘Prowler’”，“已秘密操纵接近俄罗斯，或者其他国家”。因为任务高度保密，直到2010年初，业余爱好者们从独立的地球同步轨道卫星观测网络中通过对比分析才确定“徘徊者”的轨道数据。“徘徊者”被认为是精确信号情报目标群(PSTS)先进概念技术演示(ACTD)系统的先驱，向战术用户提供精确目标定位，比任何单一系统的性能都要提高一个数量级以上。“徘徊者”的隐身机制旨在防止在俄罗斯光学空间监视系统视线内工作时被光学探测到，但在退役时它将失去隐身性，为了避免定期在俄罗斯领土上空范围内通过，退役的“徘徊者”将不会采用常规的地球同步轨道上升高度至“墓地”轨道的处理方法，而是进入椭圆形轨道并且大部分时间停留在西半球。
(三)大椭圆轨道电子侦察卫星发展情况
“折叠椅”(Jumpseat)是美国第一种大椭圆轨道电子侦察卫星，负责空军的通信情报侦察，1971-1983年间有7颗“折叠椅”发射升空。“折叠椅”重700千克，装载三轴稳定系统，运行在近地点约400公里，远地点38720公里，倾角63度的大椭圆轨道上，运行周期12小时，其远地点位于西伯利亚上空，在远地点附近速度较慢，所以长时间在北部高纬度地区运行。“折叠椅”通常采用2-3颗卫星组网工作，主要用于窃听前苏联无线电通信，还可以探测、截获反弹道导弹雷达和空间跟踪雷达信号。
“折叠椅”电子侦察卫星参数图
“号角”(Trumpet)是“折叠椅”的替代者，三颗分别于1994、1995和1997年发射，卫星质量一般为5.2～6吨，装载三轴稳定系统，采用先进星载电子设备、天线和数据传输技术，高灵敏度的监听天线打开后直径约150米，可同时监听上千个地面信号，包括地面、空中与核潜艇舰队之间的通信，还携带有“EHF极地附件”的极高频中继装置。“号角”的确切任务是侦察监听通信情报，但可能还带有导弹预警有效载荷。2006年6月25日发射的编号USA-184和2008年3月13日发射的编号USA-200卫星当初并没有命名，但据推测是“号角”的后续型号。“号角后续-1”是双胞胎卫星中的主卫星，装载了美国国家航空航天局(NASA)的TWINS有效载荷。TWINS是“两台广角成像中性原子光谱仪”的缩写，这种光谱仪提供了对磁层进行立体成像的新功能。“号角后续-2”是双胞胎卫星中的第二颗卫星，也装载了TWINS。
2000年之后美国电子侦察卫星发射表
(四)电子侦察卫星发展新进展
Raven系列包括两颗卫星，是在Molniya轨道运行的下一代“号角”(即“号角后续-3”和“号角后续-4”)电子侦察卫星。由于没有官方正式名称，这些卫星暂被称为“号角后续2代”，据传正式名称可能会被称为Raven。Raven卫星极有可能使用大型的、不易弯曲的碟形天线来收集信号。据美一位官员报道说，尽管这颗卫星与它的前身有着相同的名字，但在技术上却相差近90%。Raven系列极有可能还搭载导弹预警载荷。
Nemesis(复仇女神)系列卫星是地球静止轨道卫星，由Atlas Ⅴ 401火箭发射，共发射了两颗，第一颗卫星PAN最初发现于东经38°，但在中东地区的不同位置也曾被观测到，第二颗卫星被称为CLIO，于2014年发射。观测表明，它还多次在不同轨道之间进行了变轨操作。这可能是美国第一颗非冷战时期设计的高空电子侦察卫星。Nemesis的公开介绍是用于截获通信情报传输的商业通信卫星，由洛克希德·马丁公司的商用A2100A总线制造，并使用了商用的现成组件和流程，已出版的照片显示其带有一个明显呈球形的碟形天线。但在后来泄漏的文件中被识别为国家侦察局管理的卫星，证明其还有军事用途。当协助完成“国外卫星通信拦截”任务的地面信息接收站无法正常工作时，Nemesis可提供一个太空信息站点，这些任务的地面处理设备位于英国Menwith Hill站和澳大利亚的Pine Gap站
PAN / NEMESIS泄漏的图像
还有一类新卫星被称为SIGINT High Altitude Replenishment Program (SHARP)，已泄漏的NRO文档标识了SHARP计划，SHARP可能指代地球静止轨道电子侦察卫星的新系列，也可能是卫星有效载荷的一种。这些卫星可能代表“猎户座”卫星的下一代，另一种可能性是“号角后续”系列的对地静止版本。
三、未来发展趋势
美国国家侦察局正在推进“集成化过顶信号情报体系-2”(ISOA-2)的研究，但是由于资金问题，美国决定暂时不再投资建设新一代电子侦察卫星，而是在目前IOSA-1的基础上进行改进，改进的基本型就是“入侵者”地球同步轨道卫星，着重发展高轨道大型卫星和低轨道小型卫星星座两个方向。为了适应信息化太空化作战的要求，美军的电子侦察卫星系统也需要进行不断的升级改造。
首先是星上载荷方面，最重要的就是天线，目前已有卫星的天线分为伞状侦察天线和网格状相控阵侦察天线。重点是发展超大型天线，但天线越大，其收拢、展开和变形等技术也会变得复杂，如“号角”卫星就采用滑轮组和微型马达来展开天线，或者为天线配备更高的搜索功率。在信息处理方面，进一步增强星上电子侦察设备的信号处理能力和处理速度，提高信息传输效率，提升卫星的电子对抗水平和抗干扰能力。
其次是加快星座网络化发展。新一代电子侦察卫星多是一箭多星发射，或者一组卫星相隔较短时间发射，从而加快卫星星座组网速度，实现快速部署。星座制卫星系统的组成和信号处理要复杂一些，但具有定位精度高，瞬时覆盖区域大，侦察设备相对简单等优点，不再需要单颗卫星承担过多载荷过多任务，使卫星向小型化微型化方向发展，并且扩大了侦测范围，提高了测向精度。
提高近太空的利用率，加快小卫星的开发。目前美国现役电子侦察卫星大部分为高轨道卫星，虽然覆盖面积大，但是对侦察灵敏度要求高。近些年近太空不断被开发利用，美国进行了各种高超声速飞行器的实验，鉴于现代战争的快速性，战时美国可择机发射近太空侦察飞行器或可快速发射部署的小卫星系统，支援美军战役及战斗层面的行动，弥补高轨道电子侦察卫星大多用于战略侦察层面的不足。随着科技的发展，外太空活跃卫星的数量一直在增长，造成空间拥挤，或者卫星碰撞，从而产生空间碎片。小卫星系统可以完美地利用空间碎片“隐身”，又或者通过分别发射所有零件并将它们分散到不同的轨道中，例如将传感器、放大器、处理器放在不同轨道，并无线连接以创建“虚拟卫星”，它们将完美融合进太空碎片中，这对微小卫星的变轨机动能力提出了更高的要求。
结语
美国军用电子侦察卫星经过60年的发展，数量众多，功能齐全，种类完备，代表了当今世界的领先水平。电子侦察卫星正向着多功能、长寿命、实时性强和适用范围广等方向发展。得益于美国在航天探索领域的深厚基础，以及现代化一体化协同作战的军事思想，电子侦察卫星与其他类别卫星有着更密切的协同合作，在星座网络化方向有着广阔的发展前景。进一步增强星上电子侦察设备的信号处理能力和处理速度，提高太空战背景下卫星的抗干扰能力、变轨机动能力以及抗摧毁能力是美军电子侦察卫星未来的发展趋势。
参考文献
[1] Into the Unknown Together – The DOD, NASA, and Early Spaceflight
[2] The Navy's Spy Missions in Space
[3] NOSS Double and Triple Satellite Formations-Naval Ocean Surveillance System
[4] Unknown GEO Object 2000-653A / 90007 Identified as Prowler
[5] Gunter's Space Page
[6] INSIDE MENWITH HILL
[7] The SIGINT Satellites of Pine Gap: Conception, Development and in Orbit
[8] National Reconnaissance Office (NRO) history: The SIGINT Satellite Story, 1994 - updated
文章来源于高端装备产业研究中心