前苏联于1965年4月23日发射了“闪电”I型卫星并开始建立卫星通信系统,是世界上第一种实用的军用卫星(美国1958年—1965年间试验研究,1966年才转入实用)。初期的“闪电”I型卫星是一种军民合用的通信试验卫星,后来发展成为军用通信卫星。
“闪电”I卫星质量约1000千克,星体呈圆柱体,头部为圆锥形,底部有6块折叠的太阳能电池板。星上有三个转发器,每个转发器的输出功率为60瓦,可传送200路电话,还可传送电视。一般由8颗组网工作,它们分别运行在相互间隔90°的4个轨道面上,每个轨道面上有两颗卫星。由于前苏联位于北半球高纬度地区,部分领土处在北极圈内,地球同步轨道卫星无法为北纬77°以北地区提供通信。因此,前苏联优先发展了“闪电”通信卫星系统,采用了远地点在北半球上空高度约4万千米、近地点在南半球上空高度约(40~630)千米、倾角为65°,周期约为12小时、偏心率很大的大椭圆轨道,使卫星经过前苏联上空的时间较长,从而提供较长的通信时间。每天同一颗卫星两次飞经前苏联上空、第一圈在前苏联上空持续飞行约(8~10)小时,可覆盖它的大部分领土,第二圈约6小时。如果在同一轨道面上等距离配置(3~4)颗卫星,即可保证24小时不间断的通信。
“闪电”I型是当时前苏联的主要战略通信卫星,主要用于军事指挥、控制和通信,尤其是为前苏联的战略火箭部队提供指挥与控制通信勤务,为前苏联指挥机关与武装部队(包括东欧驻军)之间的战略通信业务服务。“闪电”卫星的地面系统称为“轨道系统”,由85个地面终端站组成了一个卫星通信网。这个系统还与以前苏联为主的所谓“国际卫星组织”成员国的地面站相连。
“闪电”II型是前苏联国内通信卫星,主要是提供民用电视、电话线路,同时也提供部分军用通信线路。到20世纪70年代末期,前苏联已停止发射这种型号的卫星。
“闪电”I型卫星发射了62颗,“闪电”II型卫星发射了23颗。截至20世纪80年代末,“闪电”卫星已发展三代,“闪电”III型卫星是前苏联用于国际通信的卫星,它向以前苏联为首的“国际卫星组织”提供通信线路,也为美苏“热线”提供线路。
四、美国“大鸟”侦察卫星
1971年6月15日,美国范登堡空军基地,太平洋夏季时间11时41分,有17层楼高的“大力神”火箭把一颗新的太空“间谍”,即刚诞生的第三代间谍卫星——KH—9(美国人称它是“低轨道监视平台”)送入轨道。“KH”是英文“锁眼”的缩写,意思是它能从“钥匙孔”里看到对方的紧闭的房门里的秘密。KH—9卫星由洛克希德公司研制,初期代号为“612计划”,1986年改为“467计划”。由于研制中保密性十分强,所以人们私下里给它取了一个神秘的名字——“大鸟”。
“大鸟”长15.24米,直径3.05米,有效载荷9090千克,包括推进剂在内重达13500千克。与前两代“锁眼”侦察卫星相比,其特点是:既作普查,又作详查,是详查与普查结合型;它既可照相,又可进行电子侦察;既带有6个回收胶卷舱,每两个星期把拍得的胶卷送回地球,又可通过直径为6.1米的可展开天线,把侦察到的情报在卫星过顶的10分钟内传给地面站。它的轨道近地点184千米,远地点300千米,倾角96.3°,周期89.1分。在这样的轨道上,卫星每隔三天半可重复经过地面目标一次。“大鸟”的寿命很长,为(71~275)天。此外,“大鸟”还有一绝,能驮着两个“小鸟”出游,它可携带两个小卫星。发射时,它们先一同进入母卫星的轨道,然后,子卫星再弹出来,进入自己的轨道,分别执行自己的任务。
“大鸟”具有分辨率很高的详查照相机,能把地面上的情况详细地拍摄下来。普查型用的照相机,地面分辨率为3米,能够自动冲洗底片。激光扫描成电信号,无线电转发回地面。而详查型用的照相机,在145千米高度可以分辨出地面上的单个行人,分辨率达0.3米。卫星带有新型胶片扫描器的普查相机,它不但可以一目千里地把地球表面物体尽收眼底,而且可以不断地把图像发回地面,供地面人员判渎。一旦发现可疑目标,地面控制中心便会发出指令,让卫星在第二次经过目标上空时,用洋查相机把它们拍摄下来,根据情况定期回收或紧急回收。这样,两种照相机互用,取长补短,其先进性也就在于此。
“大鸟”上的6个胶卷舱可分6次回收,一个回收舱的胶卷拍摄完后,卫星经过美国阿拉斯加上空时,回收舱就从卫星上弹射出去,回收舱降落到夏威夷附近离海面约15千米的高空时,自动打开所带的降落伞,美国C—130运输机会及时地飞抵这一空域,从空中进行回收。如不成功,回收舱就溅落到太平洋里,美国“蛙人”必须迅速赶来打捞起来,否则24小时之后,回收舱会自动爆炸,带着它所拍摄到的秘密永远沉人海底,防止其他人得到它。
五、美国“长曲棍球”雷达成像侦察卫星
为弥补KH系列卫星的侦察效果受气象影响的缺点,美国国家侦察局从1983年开始研制“长曲棍球”雷达成像卫星。1988年12月,由航天飞机首次发射1颗“长曲棍球”雷达成像侦察卫星。这种卫星价值5亿多美元,质量14.5吨,轨道高度675千米/700千米,倾角57~,星上装有较大的雷达天线和发射机,太阳能电池帆板的展宽50米,可产生(10~20)千瓦电力。卫星所获取的情报信息经跟踪与数据中继系统卫星传回位于新墨西哥州的白沙地面站。1991年3月,美国用“大力神”4运载火箭又发射1颗“长曲棍球”卫星,轨道高度683千米,倾角68°。首颗“长曲棍球”卫星在轨道上运行9年多(超过设计寿命),于1998年3月根据地面指令脱离轨道进入大气层陨毁。第二颗目前仍在太空工作。
为提高“长曲棍球”卫星的侦察能力,美国国家侦察局和空军于1997年9月30日用“大力神”4运载火箭,从范登堡空军基地发射了1颗改进型“长曲棍球”卫星。卫星质量15吨,轨道高度684千米、倾角68°。卫星上装有大型成像雷达,其抛物面天线直径9.14米,并带有相控阵馈电系统,可透过云层、伪装和在夜间侦察地上的目标。据称,改进型“长曲棍球”卫星的成像质量提高了,它与1991年发射的“长曲棍球”卫星配对工作,可以反复侦察地面目标。
这种卫星特点是采用高分辨率的合成孔径雷达,而不采用机械扫描天线,是由无数个雷达信号发射和接收单元组成的相控阵起“天线作用”,通过改变每个单元的馈电方式便可完成扫描。用自身发射的微波波束,穿过云、树、土,接收反射回的微弱信号,映在星载雷达屏幕上就可测定地面目标,其分辨率与可见光照相侦察卫星的相当,达0.3米。它能接收雷达搜索到的目标之全部图像,可获得巨大数量的信息,每秒可产生数十亿比特的原始数据。
“长曲棍球”雷达成像卫星的优点是:一,具有全天候、全天时侦察能力,选用合适频率可探测一定厚度的植被和干燥地表以下目标。二,有一定的识别伪装物的能力;可采用多种工作模式,即使用不同雷达频率、不同极化方式、不同波束入射角、不同观测次数和测绘走向,以获取同一目标的几种图像加以对比判读。三,具有动目标显示功能。
六、美国KH—12照相侦察卫星
美国第六代照相侦探卫星KH—12是世界上最先进的照相侦察卫星。1990年2月开始发射,是KH—11型卫星的改进型,后来于1992年、1995年和1996年分别发射一颗。这3颗高级卫星在太空中组成了阵容强大的光学成像星座。
它们是以老式KH—11为基础经重新设计而成,其太阳能电池帆板垂直于星体两侧,展开后总跨度为35米。卫星上装有先进的数字照相机、CCD高倍率大型光学成像望远镜(主镜直径达3.8米)、高度敏感的红外成像仪(可夜间成像)、监听微波通信信号和电话交谈信号的多波段情报接收电子装置等。为了抵消大气抖动引起的图像畸变,这种卫星采用了“自适应光学技术”,可随现场环境灵活又精密地改变相机反射镜和镜面曲率,使卫星在低轨道的分辨率达到0.04米。
卫星所载的改进型“晶体”测量系统(允许把测量数据量同网络标记一同传输)、雷达测高计等,提高了测绘能力(1该卫星地面分辨率约为0.1米(接近回收胶卷型侦察的水平,是目前最好水平),每分钟可以拍摄(8~12)幅图像。它们利用各自携带的成像系统(包括红外遥感器),每天在不同的时间和光照条件下四次扫描相同的目标区。特别是采用先进的红外照相机,使卫星可以探测种种热源和识别伪装,并能在黑暗条件下拍照。该卫星有效工作期(3~4)年。
这一代卫星主要特点是:
一,采用大型电荷耦合器件和“凝视”成傢技术,使卫星在取得高分辨率能力的同时还有多光谱成像能力,其先进的红外相机可提供更优秀的夜间侦察能力,能够探测伪装和埋置的目标,监测地下核爆炸或者其他地下设施,探知导弹和航天器的发射,分辨出目标区内的工厂开工或者关闭。
二,采用镜面曲率可由计算机控制技术,因而当卫星在高轨道普查或在低轨道详查时,能快速改变镜头焦距,这样就能在低轨道具有优越的分辨率,在高轨道可获得大幅度的图像。
三,可改变轨道高度和轨道平面,机动能力强,能满足现代战争的需要;卫星可由航天飞机在轨道上补充燃料,加满燃料时可达(14~18)吨,因而工作寿命更长。四,它还可进行电子侦察,能侦听从电话到电视的各种信号。KH~12照相侦察卫星在海湾战争和科索沃战争中发挥了很大作用。
七、欧洲国家的军事卫星
COSMO—SkyMed是一个两用(民用—军用)系统,由意大利宇航局和意大利国防部出资开发。这个系统正在研制中,该系统包含了四颗中型尺寸的卫星,每一颗都载有一个多模式、高分辨率的X波段的合成孔径雷达(SAR),最高分辨率小于1米。具有雷达干涉测量能力、全天候全天时对地观测能力以及卫星星座特有的高重访周期等优势,它主要应用于全球风险预测、环境灾害管理领域,以及国家安全、科研领域及各项商用服务。
COSMO—SkyMed卫星星座方案的成功完成,堪称意大利航天界的一次创举,是意大利科研机构与工业领域的完美合作。该雷达星座由四颗卫星组成,发射过程分阶段进行,其首颗卫星COSMO—SkyMed—1发射于2007年6月,第二颗卫星COSMO—SkyMed—2发射于2007年12月,第三颗卫星COSMO—SkyMed—3发射于2008年10月,第四颗卫星COSMO—SkyMed—4发射于2010年11月。第四颗卫星的成功发射完成了整个星座计划。
目前,该星座系统已被全球公认是最凭进的且在安全和环保等领域具有独特优势的高性能对地观测系统。早在第四颗星发射之前,COSMO—SkyMed数据就以其独特的优势,在测绘、国土、城市规划、海事管理、地质勘测、灾害管理、农林渔牧、环境保护等领域发挥了显著作用。第四颗卫星的成功加入,将使COSMO—SkyMed星座的实力与优势更加凸显,更能促进该星座数据的广泛应用及深入发展。
“太阳神”(Helios)卫星是欧洲第一代光学监视卫星,基于SPOT、卫星主体设计和成像系统研制。第一代卫星,“太阳神1A”和“太阳神1B”,分别于1995年7月7日和1999年12月3日发射。“太阳神1A”还在运行,而“太阳神1B”在4个电池失效后已经于2004年结束使命。
第三颗卫星“太阳神2A”,是法国、比利时和西班牙合作开发的项目。它在SPOT5平台的基础上做了很大的技术改进,机动性有了显著提高。它所装备的一块太阳能电池板能产生2.9千瓦电力。新一代的“太阳神2”卫星可以达到很高的分辨率,精确度可达0.5米。它具有的远红外能力使它在白天和夜晚都可以拍照。它具有更好的成像能力,可同时以几种模式成像,并且能够在更短的时间内传送图像。“太阳神”卫星载有一个极高分辨率成像系统,能够在可视和红外线中拍照,此外还有一个与SPOT5系统相似的宽视角成像仪器。除了能够在白天和夜晚拍照的能力,“太阳神2”还被用于跟踪目标、制导、计划任务和战争损害查证等任务。“太阳神2B”在2009年12月从法属圭亚那发射场由“阿里安—5”火箭发射,设计寿命为5年。