价值堪比10艘航母同时天上飞——锁眼战略侦查卫星!


生物自从进化到较高的脊椎哺乳类开始,似乎就有越来越强的好奇心理,因此好奇心绝对不止人类有。小猫小狗甚至小海豚都有难以抑制的好奇心。好奇心越强的生物,似乎意味着更高的智商。而古人似乎毫不掩饰好奇心驱使下的窥探心理。比如《荀子》中就记载,把一面铜镜偷偷悬在和邻居之间的墙头上,就可以轻易的窥探邻居家的一举一动。全然不顾邻居家的隐私权。荀子大概没想到,他的这个记载,居然在几千年后,仍然是战略光学侦查卫星的基本原理。当代有实力的大国面积动辄几百万平方公里,再想在墙头上偷偷悬挂一面铜镜肯定不行了。但是现在却有卫星这种新东东,在距离地面120公里的高度以上飞过,就不算侵犯领空。当然领空多高到现在也没有一个国际上都公认的确切定义,对弱国来说,武器达不到的高度就不算领空。因此大国的卫星可以招摇过顶。
说现在的光学战略侦查卫星和荀子的铜镜原理相同,在于现在的光学侦查卫星,和铜镜一样采用的物镜仍然是反光镜,而不是和常见的望远镜或者眼镜一样是透光的折射镜。反射望远镜也是很早就发明的望远镜的一种,一般被叫做牛顿望远镜。是使用曲面和平面的面镜组合来反射光线,并形成影像的光学望远镜。而不是使用透镜折射或弯曲光线形成图像的屈光望远镜,透镜屈光望远镜一般被称为伽利略式望远镜。反射式望远镜所用物镜为凹面镜,有球面和非球面之分;比较常见的反射式望远镜的光学系统有牛顿式反射望远镜与卡塞格林式反射望远镜。反射式望远镜的性能很大程度上取决于所使用物镜的口径和性能。大口径,强光力的反射式望远镜的物镜通常采用非球面设计,最常的非球面物镜是抛物面物镜。由于抛物面的几何特性,平行于物镜光轴的光线将被精确的汇聚在焦点上,因而能大大改善像质。
由于光学玻璃做成透镜的方式很难做到2米以上的大直径,因此绝大多数光学天文望远镜其实都是反射望远镜。既然这种大型望远镜可以在地球上观察天空,那么若把这种大型望远镜做成卫星发射到天上,自然是既可以观察天空,也可以观察陆地上的一举一动。尽管现在各种红外、雷达成像侦查手段越来越先进,但是人类出于本能,还是最相信通过可见光波段拍摄到的眼睛可以直接识别的影像,因此任何时代,光学战略侦查卫星都是不可或缺。

美国从1959年开始研制照相侦察卫星。“发现者”号是第一代回收型照相侦察卫星。该卫星采用可见光照相和胶片舱返回的方式。从1962年美国开始KH,即keyhole“锁眼”系列卫星研制计划。到目前已经发射了7代,数十颗昂贵的锁眼卫星。KH-1到KH-4均使用差别不大的全景式相机或画幅式相机,而KH-7以后的卫星所携带的遥感器则有了质的飞跃,对军事目标判别有重要意义。KH-7是第一批真正的详查型卫星,每颗卫星用两个回收胶卷舱将胶卷送回地面,其分辨率为0.5米,工作寿命一般为5天;KH-8是KH-7的改进型,该卫星除了有红外相机和多光谱扫描仪外,还装备了高分辨率测绘全景相机,分辨率达0.15m,而且卫星具有机动变轨能力,工作寿命达30天。
KH-9代表了美国光学照相侦察卫星向综合型侦察卫星发展的趋势,既能普查,又能详查。这种卫星兼有回收型和传输型两种工作方式,每颗卫星重13.1~13.4吨,装有多种遥感器,其中4个独立的胶卷回收舱用于传送分辨率达0.3m的详查信息,星上直径6.1m的展开式天线过顶传输普查信息,卫星工作寿命达71~275天;1976年12月19日发射的第1颗KH-11卫星使美国获得了卫星实时侦察能力,KH-11既能详查也能普查,普查时的分辨率为1~3m,详查时的分辨率可达0.15m。目前在轨运行的KH-12对地分辨率达0.1m。
KH-12是美国现役的光学成像侦察卫星,从1990年2月28日开始发射的,至今已经发射了5颗,是美国目前空间照相侦察的主力。星上载有一个反射望远镜系统,一台红外扫描仪,一个独立的遥感器包,包括光电增强管、专题测绘仪、多谱段扫描仪等和高分辨率CCD可见光相机等设备。星体全长13.1m,直径4m。直径4m的星体本身就是一个大的反射望远镜的镜体,可以在800km的空中分辨0.1~0.15m的物体。还装有被称为“星光视野”的暗视装置,可以进行夜间侦察。除第1颗KH-12运行在800km以外,其它5颗都运行在270~1000km的轨道上。KH-12的燃料用完之后原本可由航天飞机进行在轨加注,因而该星的机动变轨能力很强,其设计寿命达8年。不仅有可见光/近红外成像仪,还增装了热像仪,可用于监测地下核爆炸或其它地下设施。
美军最新的一代战略照相侦察卫星是KH-13,其重量高达20吨。
由洛克希德公司研发的哈勃太空望远镜实际上只相当于锁眼系列侦察卫星KH-11的初期批次,两者的外观其实几乎完全一样。而哈勃被发射上天后,前2年居然一直镜头朝下拍摄地球,其实主要目的是观察苏联的战略导弹。只有等苏联在1991年轰然解体,哈勃望远镜才真正掉了个,把镜头朝向了天空。所以说美国人才没那么无聊的高尚,花费几十亿去拍摄浪漫星空。

哈勃空间望远镜核心部件是由柯达公司负责研制的直径达2.4米的碳化硅主镜片,这块镜片的主材质是碳化硅,做成了夹层蜂窝状结构,仅在前端后端有一定尺寸厚度的玻璃,这块镜片仅镜面打磨工序就持续了至少大半年的时间。虽然哈勃能看到百亿光年之外的恒星,但实际上它的对地观测分辨率仅在分米级。美军锁眼KH-11大口径对地侦察卫星后续批次使用的主镜片尺寸远远大于哈勃的2.4米直径,达到了3米。听说要研发新的天文照相卫星,美国战略侦查局还装模作样的“捐献”了2面库存的3米级的高质量镜片。
早在KH-11时代,一颗卫星的报价已经是25亿美元,这可是30年以前的25亿美元。到KH-12时代,一颗卫星报价则首次超过了50亿美元,KH-13时代一颗超过了130亿,基本和同时代的航母舰体报价相等,历来都是一艘艘核动力航母在天上飞!
不过这种局面正在被打破。长耳朵的长光所已经磨好了4米级别的新镜片,就等大火箭可靠了往天上打,锁眼系列独霸的局面将终结。