12月18日,日本國家空間政策辦公室和美國太空軍籤署了一份諒解備忘錄,決定在日本準天頂導航衛星上搭載兩臺美國航天與飛彈系統中心研製的有效載荷,分別於2023年和2024年從日本種子島航天中心發射升空。美國太空軍首腦將這份備忘錄稱為「歷史性」的。
這項合作為什麼會得到美軍如此之高的評價?
日本官方發布的準天頂衛星外形
這裡首先要看看「準天頂」是什麼。這是一個日本自己研製和發射的導航增強星座,主要是用來播發GPS改正信號,用來提高日本和東亞地區的GPS導航精度。應該說是個軍民兩用系統。
準天頂衛星所採用的軌道,和中國北鬥系統裡的傾斜同步軌道衛星有點類似。它的軌道高度是35800千米,但和赤道有一定的夾角。因此會在天空中繞著一條8字形的軌跡,在南北半球的上空往復飛行。通過軌道設計,人們可以調整這個8字的具體形狀,可以南大北小、南小北大、南北相等。準天頂衛星主要為日本服務,因此要確保日本上空能看到的衛星儘量密集一些,因此採用了南大北小的8字形。
準天頂衛星的8字形軌跡
目前準天頂系統發射了4顆衛星,到2028年前還要再發射3顆。屆時,能最高把日本境內的GPS定位精度提高到釐米級。
既然是覆蓋日本的星座,就意味著準天頂系統總是在東亞上空晃來晃去。考慮到它的位置很高,因此也可以很容易地俯視中國。假如僅僅是作為民間導航服務,「準天頂」對中國用戶還是有一定用處的。但是美國軍方的加入,就讓這件事變味了。
因為航天系統的技術複雜、風險大,所以無論衛星還是火箭,在設計的時候都會留出比較大的載重餘量或者供電餘量,用來應對意料之外的故障。隨著系統的成熟,故障越來越少,這些餘量往往會長期閒置。這就為搭載活動提供了條件。美國軍方很早就在商業衛星上搭載一些設備來做實驗,比如2007年前後利用一顆歐洲的通信衛星進行了飛彈預警紅外相機的搭載試驗。如今,這種相機要搭載到馬斯克的「星鏈」上,充當低軌道預警衛星了。
但是本次備忘錄中討論的並不是飛彈預警,而是一種叫做「空間態勢感知光學敏感器」的載荷。這個詞在美國軍方那裡有特定的含義,就是近距離觀察其他國家的衛星,看看到底是幹什麼用的。一般來說,各國發射衛星都會公開宣布它的用途。但是美、俄經常會發射一些秘密功能的衛星。美國也因此而「以小人之心,度君子之腹」,總感覺其他國家隱瞞了衛星的真實用途,總想著利用某種手段,近距離拍攝其他人的衛星細節,然後判斷真實用途。加上地面雷達和光學監視,這就是所謂的「空間態勢感知」。美國之前已經發射了幾顆衛星來做這樣的試驗,那麼在準天頂衛星上的搭載又是為了窺探什麼?
我們還是要回來觀察準天頂衛星的軌跡。可以發現,它每畫一次8字,就要兩次穿過赤道上空的靜止軌道。在靜止軌道上,部署了大量的通信衛星、氣象衛星,中國還開創性地在這裡部署了靜止軌道高解析度對地觀測衛星。準天頂衛星每次穿過靜止軌道,都會在一定距離上掠過這些衛星,得到了拍攝的機會。不過,準天頂衛星穿過靜止軌道的地點分別在東經128度和東經150度左右,中國的多數靜止軌道衛星都部署在更加偏西一些的位置。所以,美日的這次合作很難直接觀測到中國的現有衛星。
準天頂衛星每圈會兩次穿過靜止軌道
那麼,美國軍方把「空間態勢感知」相機搭載到準天頂衛星上是為了幹嘛?美軍空軍部長巴雷特評價說「這份備忘錄有助於保護從全球定位系統到通信衛星等各種能力」。考慮到中國和俄羅斯都是具有反衛星作戰能力的國家,美軍也有可能是為了測試,用傾斜同步軌道上的光學敏感器,是不是可以發現和預警中俄的反衛星武器攻擊。
日方代表籤字
除了上述用途,我們還不應該忘記美國太空軍心的另外一個業務範圍:飛彈預警。對於中國,美軍目前最著急的事情是缺乏探測和預警中國「東風快遞」或者俄羅斯核飛彈的能力。美軍在印度上上空只有一顆靜止軌道的飛彈預警衛星,低軌道的「天基紅外衛星」只能短暫地飛過中國上空,無法提供持續監視。「準天頂」系統卻一直在東亞上空晃蕩,如果把紅外預警相機裝在上面,只要把鏡頭向西偏一點,就可以看到中國大陸的東部以及整個中國領海。等7顆準天頂衛星全部入軌,就可以24小時不間斷地監視東風家族的發射活動了。不僅如此,當準天頂衛星飛行到8字的最北端時,還能有效地觀察到朝鮮半島,監視朝鮮甚至俄羅斯遠東的飛彈試驗活動,效果是非常好的。
這樣的合作模式下,日本並不需要付出太多的額外資金,美國只要出錢購置相機。雖然這樣會導致準天頂衛星更重一些、消耗的火箭燃料更多一些,但終歸是一筆小錢。如此說來,美國和日本這下要雙贏了?
美方代表籤字
如今的彈道飛彈不是「飛毛腿」那種「傻飛彈」。無論東風21D、東風26,都具有末段修正能力,就算是美日雙方眼睜睜地看著飛彈起飛,也無法精確預測她究竟往哪裡飛、哪裡落。至於東風17,起飛後很快就要進入滑翔彈道。紅外相機或許能看到一個大火球在高速突擊,但是根本看不清彈頭的具體位置。部署再多的預警衛星也不可能改變態勢。
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