高邊疆之謀⑨|“天軍”若成功組建，美或整合軍民氣象衛(wèi)星

氣象條件是影響戰(zhàn)爭或軍事行動(dòng)的重要因素，人類在很早的時(shí)候就認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)�！秾O子兵法》中的《火攻篇》就介紹了火攻戰(zhàn)術(shù)與氣象的關(guān)系。火攻篇中指出：發(fā)火有時(shí)，起火有日。時(shí)者，天之燥也;日者，月在箕、壁、翼、軫也。凡此四宿者，風(fēng)起之日也。也就是說，起火要選擇有利的天氣，即干燥且有起風(fēng)的日子。這是古人利用氣象進(jìn)行作戰(zhàn)的典型戰(zhàn)術(shù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類觀測氣象早已擺脫了肉眼觀察的階段，各種氣象探測設(shè)備，尤其是氣象衛(wèi)星的出現(xiàn)，大幅提高了氣象觀測能力。美國一直很重視軍用和民用氣象衛(wèi)星的規(guī)劃與發(fā)展，當(dāng)前正處于全面更新?lián)Q代之際。那么，美國氣象衛(wèi)星如何發(fā)展?戰(zhàn)爭中又有何優(yōu)異表現(xiàn)呢?

美國“國防氣象衛(wèi)星計(jì)劃”(DMSP)是當(dāng)今全球唯一在軌運(yùn)行的專用軍事氣象衛(wèi)星�！〕掷m(xù)發(fā)展：美國軍民氣象衛(wèi)星研制從未止步

美國自1960年4月發(fā)射全球首顆氣象衛(wèi)星TIROS-1以來，迄今共發(fā)射了近百顆氣象衛(wèi)星，構(gòu)建了極地軌道與靜止軌道搭配、軍用與民用獨(dú)立發(fā)展的氣象衛(wèi)星體系。

一、軍用氣象衛(wèi)星體系

大多數(shù)國家和地區(qū)的氣象衛(wèi)星都是軍民兩用的，只有美國和俄羅斯專門制造的軍用氣象衛(wèi)星。美國軍用氣象衛(wèi)星計(jì)劃始于上世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)稱國防衛(wèi)星氣象應(yīng)用項(xiàng)目(DSAP)，1973年12月正式更名為“國防氣象衛(wèi)星計(jì)劃”(DMSP)。DMSP是當(dāng)今全球唯一在軌運(yùn)行的專用軍事氣象衛(wèi)星(俄羅斯軍用氣象衛(wèi)星已退役)，由空軍空間和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心負(fù)責(zé)。自1962年發(fā)射首顆軍用氣象衛(wèi)星以來，迄今共經(jīng)歷了十一代，發(fā)射了52顆衛(wèi)星，尚有1顆等待發(fā)射，目前有5顆在軌運(yùn)行，所獲得的資料主要為軍隊(duì)所用。DMSP氣象衛(wèi)星對可見光和云層進(jìn)行照相，并獲取陸地和水面溫度、水汽、洋面和空間環(huán)境等信息，為美國軍方規(guī)劃陸、海、空作戰(zhàn)提供幫助。

DMSP氣象衛(wèi)星采用雙星運(yùn)行體制，重復(fù)觀測周期為12小時(shí)，掃描條帶寬度3000千米。該衛(wèi)星的主儀器是任務(wù)線掃系統(tǒng)(OLS)，用于對云、冰和沙塵暴進(jìn)行成像，也可用于觀察大氣煙霧。

DMSP氣象衛(wèi)星采用雙星運(yùn)行體制，重復(fù)觀測周期為12小時(shí)。圖為正在組裝的DMSP氣象衛(wèi)星。二、民用氣象衛(wèi)星體系

雖然美國軍隊(duì)擁有專門的軍用氣象衛(wèi)星，但在必要的情況也可以使用民用氣象衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。美國的民用氣象衛(wèi)星體系由國家海洋和大氣管理局(NOAA)負(fù)責(zé)，包括地球靜止軌道環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星(GOES)和極軌氣象衛(wèi)星(POSE)兩大系列。

GOES為美國NOAA和NASA(美國宇航局)共同開發(fā)的地球靜止軌道氣象系列衛(wèi)星，自1975年10月17日發(fā)射第一顆GOES-A始，至2018年6月共開發(fā)了5代，發(fā)射17顆，目前在軌5顆，包括2顆第五代衛(wèi)星。

第五代GOES氣象衛(wèi)星共包括4顆，剩余兩顆將分別在2020和2024年發(fā)射。衛(wèi)星搭載了先進(jìn)基準(zhǔn)圖像儀(ABI)、地球靜止閃電測繪儀(GLM)、極紫外線X光輻射度傳感器、空間環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測器、磁強(qiáng)計(jì)、日光紫外線成像儀等6臺(tái)科學(xué)設(shè)備，可以對颶風(fēng)、龍卷風(fēng)、洪水等進(jìn)行高分辨率觀測。與前幾代相比，其最顯著的區(qū)別在于基準(zhǔn)成像儀能力大幅提高，其探測通道增加到覆蓋可見光和近紅外的16個(gè)(原為5通道)，增加了先進(jìn)的閃電成像儀。衛(wèi)星每隔15分鐘生成西半球的完整圖像，每5分鐘生成美國大陸的完整圖像，特定風(fēng)暴區(qū)的信息每30s更新一次。

美國與歐洲、日本靜止軌道氣象衛(wèi)星聯(lián)合實(shí)現(xiàn)全球連續(xù)覆蓋。美國現(xiàn)役POSE氣象衛(wèi)星體系主要包括NOAA系列和聯(lián)合極軌衛(wèi)星系統(tǒng)(JPSS)系列兩類。NOAA衛(wèi)星是美國第三代極軌氣象衛(wèi)星，迄今經(jīng)歷五代，共發(fā)射了19顆NOAA系列氣象衛(wèi)星，目前在軌的3顆均為第五代衛(wèi)星。NOAA氣象衛(wèi)星高度為833千米～870千米，成像周期12小時(shí)。NOAA系列衛(wèi)星采用雙星運(yùn)行，同一地區(qū)每天可有四次過境機(jī)會(huì)。衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)對云的分布、地表(主要是海域)的溫度分布、大氣中氣溫及溫度的垂直分布等進(jìn)行觀測。

JPSS是美國第四代極軌衛(wèi)星系統(tǒng)，旨在替代NOAA系列氣象衛(wèi)星。美國于2011年發(fā)射了JPSS的首個(gè)運(yùn)行部分Suomi NPP衛(wèi)星，作為NOAA系列與JPSS兩代業(yè)務(wù)衛(wèi)星之間的過渡。除NPP氣象衛(wèi)星外，JPSS系統(tǒng)包括4顆衛(wèi)星，首顆衛(wèi)星于2017年11月18日發(fā)射，剩余3顆將分別于2021年、2026年和2031年發(fā)射。JPSS氣象衛(wèi)星性能較NOAA氣象衛(wèi)星有大幅提升，將提升美國對全球天氣預(yù)報(bào)的精確度，并有望提前7天預(yù)報(bào)極端天氣事件，其成像分辨率在保證幅寬不變的前提下提高了1倍，觀測能力也得以大大提升，光學(xué)和微波探測手段的結(jié)合，使衛(wèi)星集大氣、海洋和空間環(huán)境等多種探測能力于一體。

觀云測雨：美國氣象衛(wèi)星曾參與多次戰(zhàn)爭

氣象條件對戰(zhàn)爭或軍事行動(dòng)有重要的影響，甚至可能決定戰(zhàn)爭成敗，而氣象衛(wèi)星則是獲取戰(zhàn)略目標(biāo)和作戰(zhàn)地區(qū)氣象情報(bào)的重要手段，被譽(yù)為“戰(zhàn)爭的保護(hù)神”。

氣象衛(wèi)星第一個(gè)軍事用途是支持偵察衛(wèi)星執(zhí)行任務(wù)。對光學(xué)成像等偵察衛(wèi)星而言，其對地觀測受到光照、云層等因素的影響，云層的存在不僅會(huì)降低衛(wèi)星偵察效能，甚至可能失去成像機(jī)會(huì)。以美國“鎖眼”-12等光學(xué)成像偵察衛(wèi)星為例，其拍攝重要軍事目標(biāo)前，需要了解目標(biāo)區(qū)域的云層以及天氣情況，以確定拍攝(成像載荷開機(jī))的最佳時(shí)機(jī)。而氣象衛(wèi)星不僅能對云的宏觀參數(shù)(云量、云的層次、云頂溫度、云頂和云底高度)進(jìn)行觀測，同時(shí)也可對微物理參數(shù)(云離子相態(tài)、云液態(tài)水含量廓線、云離子有效粒徑與降雨率等)進(jìn)行觀測，從而為衛(wèi)星偵察提供保障。事實(shí)上，美國DMSP軍用氣象衛(wèi)星的最初用途即是預(yù)測前蘇聯(lián)和中國領(lǐng)土的哪些區(qū)域會(huì)被云層覆蓋，以及哪些區(qū)域?qū)τ趥刹煨l(wèi)星可見，從而支持美國早期偵察衛(wèi)星的活動(dòng)。

伊拉克戰(zhàn)爭中，美英聯(lián)軍共調(diào)用了12顆軍民氣象衛(wèi)星，為戰(zhàn)場提供了有利的“天時(shí)”保障。氣象衛(wèi)星的第二個(gè)軍事用途是為部隊(duì)提供戰(zhàn)術(shù)實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)。比如1999年爆發(fā)的科索沃戰(zhàn)爭，在地中海航行的北約艦艇需了解未來的海浪、水流及是否有大霧或臺(tái)風(fēng)等氣象情報(bào)，空襲用的導(dǎo)彈的命中精度也與大氣的溫度、壓力和風(fēng)速等密切相關(guān)，這就需要?dú)庀笮l(wèi)星提供實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)。

在科索沃戰(zhàn)爭中，以美國為首的北約調(diào)用了10顆氣象衛(wèi)星來為巴爾干半島上的軍隊(duì)提供24小時(shí)不間斷的天氣預(yù)報(bào)，其中4顆屬于“國防氣象衛(wèi)星計(jì)劃”。由于DMSP軍用氣象衛(wèi)星采用雙星運(yùn)行體制，在同一軌道上工作的每對衛(wèi)星每天可對世界任何地方掃描4次，采取存儲(chǔ)和直接發(fā)送兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，前者在飛經(jīng)美國本土?xí)r傳給3個(gè)空軍基地的地面站，再經(jīng)通信衛(wèi)星中繼到奧福特空軍全球氣象中心(又稱空軍氣象局)和蒙特雷海軍艦隊(duì)數(shù)值海洋學(xué)研究中心;后者把拍攝到的云圖實(shí)時(shí)發(fā)送給遍布全球各地的美軍戰(zhàn)術(shù)地面站和航母等大型軍艦上，供軍事指揮員直接使用。

伊拉克戰(zhàn)爭中，美英聯(lián)軍共調(diào)用了12顆軍民氣象衛(wèi)星，為戰(zhàn)場提供了有利的“天時(shí)”保障，并對交戰(zhàn)敵方進(jìn)行了氣象資料的保密制度。根據(jù)相關(guān)資料，氣象衛(wèi)星是伊拉克戰(zhàn)爭中獲取戰(zhàn)區(qū)氣象信息的主要手段。氣象衛(wèi)星對戰(zhàn)區(qū)進(jìn)行連續(xù)氣象監(jiān)測，生成的短期、中期、長期天氣預(yù)報(bào)構(gòu)成了戰(zhàn)時(shí)氣象信息，這些信息與戰(zhàn)區(qū)C3I系統(tǒng)中其他信息進(jìn)行綜合分析，作為指揮員指揮作戰(zhàn)的依據(jù)。

多管齊下：美軍將提升氣象能力

一、全面啟動(dòng)更新?lián)Q代，提升服務(wù)質(zhì)量

目前，美國新一代民用極軌及靜止軌道氣象衛(wèi)星均已開始部署，而下一代軍用氣象衛(wèi)星的發(fā)展盡管一波三折，但雛形初具。白宮于2012財(cái)年正式取消下一代“國防氣象衛(wèi)星系統(tǒng)”(DWSS)計(jì)劃，轉(zhuǎn)而開展“氣象系統(tǒng)后繼”(WSF)研制。2017年11月，空軍空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心授予波爾航天公司一份價(jià)值9170萬美元的合同，制造2顆攜帶被動(dòng)微波成像輻射計(jì)和高能帶電粒子傳感器的下一代氣象衛(wèi)星WSF-M�？哲娖谕�在2022年發(fā)射一顆氣象衛(wèi)星，以彌補(bǔ)因DMSP-19氣象衛(wèi)星退役造成的數(shù)據(jù)縫隙。

2014年9月，美國國防部聯(lián)合需求監(jiān)督委員會(huì)確定了12個(gè)最迫切的“天基環(huán)境監(jiān)測”(SBEM)能力需求，這也對新一代衛(wèi)星的性能提出的要求。根據(jù)披露，WSF-M氣象衛(wèi)星將緩解的國防部天基環(huán)境監(jiān)視三項(xiàng)高度優(yōu)先差距：海洋表面矢量風(fēng)，熱帶氣旋強(qiáng)度和LEO高能帶電粒子。

美國國防部天基環(huán)境監(jiān)測(SBEM)架構(gòu)，氣象衛(wèi)星是其重要組成部分。二、整合軍用與民用氣象資源，提升服務(wù)效能

如果美國順利組建“天軍”，“天軍”或?qū)⒔庸苊绹�所有的極軌氣象衛(wèi)星以及搭載于其它軍用衛(wèi)星上的氣象載荷，進(jìn)而對其進(jìn)行整合。美國的極軌氣象衛(wèi)星經(jīng)歷了分-合-分的發(fā)展歷程，兩者的分開使得NOAA與空軍開發(fā)的新一代極軌氣象系統(tǒng)之間缺乏合作與溝通，在一定程度上造成資源的浪費(fèi)。從技術(shù)上來說，兩者探測原理基本相同，差距主要體現(xiàn)在分辨率以及保密性，因此整合在技術(shù)上不存在特別大的障礙，主要在于管理機(jī)制。

從需求方面看，美空軍在2016年向國會(huì)提交的《國防部對于滿足聯(lián)合需求監(jiān)督委員會(huì)氣象和海洋數(shù)據(jù)采集續(xù)求的計(jì)劃》中提出，利用民用衛(wèi)星和國際合作伙伴的天基和地面能力，擴(kuò)展對商業(yè)“天基環(huán)境監(jiān)測”(SBEM)數(shù)據(jù)服務(wù)的利用，以解決能力缺口。目前，由美國NOAA與空軍的極軌衛(wèi)星已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通共享，其中，DMSP氣象衛(wèi)星覆蓋上午軌道，而JPSS氣象衛(wèi)星覆蓋下午軌道，以實(shí)現(xiàn)全天時(shí)數(shù)據(jù)覆蓋。因此，若由“天軍”統(tǒng)一管理，則可能大幅推進(jìn)軍用與民用氣象資源的整合。

如果美國順利組建“天軍”，“天軍”可能會(huì)整合軍用與民用氣象資源，提升服務(wù)效能。圖為JPSS氣象衛(wèi)星。三、引入商業(yè)氣象資源，擴(kuò)大數(shù)據(jù)來源

美國總統(tǒng)特朗普在2017年時(shí)簽署《2017財(cái)年氣象研究與預(yù)報(bào)創(chuàng)新法案》，正式批準(zhǔn)NOAA采購商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)提供的氣象數(shù)據(jù)，授權(quán)NOAA在2017~2020財(cái)年每年花費(fèi)600萬美元用于商業(yè)氣象數(shù)據(jù)采購試點(diǎn)項(xiàng)目，以評估商業(yè)數(shù)據(jù)對氣象預(yù)報(bào)的實(shí)效性。

2016年9月，NOAA向地球光學(xué)公司和施派爾公司授出首輪商業(yè)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)試點(diǎn)合同，目前正對獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，以為即將啟動(dòng)的第二輪試點(diǎn)作參考。除NOAA外，美國空軍亦已向工業(yè)界征詢關(guān)于采購天基商業(yè)氣象服務(wù)能力的問題，并評估SBEM企業(yè)級體系，以確定集成商業(yè)數(shù)據(jù)所需進(jìn)行的調(diào)整。在特朗普政府的推動(dòng)以及氣象衛(wèi)星預(yù)算的壓制下，未來商業(yè)公司的氣象數(shù)據(jù)也將成為重要的數(shù)據(jù)來源。

四、衛(wèi)星小型化，提升系統(tǒng)彈性

在美國已將太空定義為一個(gè)作戰(zhàn)域的背景下，提升天基系統(tǒng)的彈性是美國不斷追求的目標(biāo)。美國空軍在2013年發(fā)布的《彈性與分散式空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)》白皮書指出，分散式空間體系結(jié)構(gòu)時(shí)提升空間系統(tǒng)彈性的重要途徑。衛(wèi)星小型化、功能分散化成為美軍天基系統(tǒng)構(gòu)建的大趨勢。而從經(jīng)費(fèi)預(yù)算來說，相比于昂貴的大型衛(wèi)星，小衛(wèi)星更具價(jià)格優(yōu)勢。在新一代系統(tǒng)的構(gòu)建中，尤其是針對WSF，美軍期望其成為分散式體系的一次展示。