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有关美国绝密军事卫星的去处
[版面:航空航天][首篇作者:PBSNPR] , 2018年01月25日14:10:51 ,273次阅读,0次回复
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发信人: PBSNPR (大刀王五), 信区: Aviation
标  题: 有关美国绝密军事卫星的去处
发信站: BBS 未名空间站 (Thu Jan 25 14:10:51 2018, 美东)



公元2018年1月8日,协调世界时01点00分,一枚SpaceX公司的猎鹰9号火箭从卡纳维拉
尔角点火升空。





由于小火箭在2018年1月6日对这次发射已经做出了预报,并且给出了几点分析,大家对
这颗价值或为10亿美元(64.4亿元人民币)的绝密军事卫星的发射有所准备。



但是,几乎令所有人始料未及的是:人类在2018年发射的第一颗人造地球卫星失踪了。








ZUMA祖玛卫星的发射过程,除第二级火箭发动机点火之后的画面被切换外,其第一级的
上升段和返回段等情况都是在大家亲眼见证的过程中进行的。


这枚猎鹰9号火箭的第一级发射正常,返回过程也正常。



从这张照片可以看到,这枚猎鹰9号火箭的一二级分离正常,二级点火时刻正常,弹道
正常。






2018年1月9日,一位名叫彼得·豪森汀克的飞行员正在驾驶一架波音747-400货机在非
洲苏丹上空飞行。他发现了神奇的天象,并赶紧拍摄了下来。


对猎鹰9号运载火箭的弹道比较熟悉的小火箭好友们应该一眼就认出来了。是的,这的
确是发射ZUMA绝密军事卫星的那枚猎鹰9号火箭的第二级正在准备再入大气时的场景。


如此看来,火箭第二级工作也是正常的。


考虑到此次发射的星箭适配和星体本身是诺斯罗普·格鲁曼公司研制的,火箭的第一级
和第二级由SpaceX公司来提供,那么对于SpaceX公司来说,这次发射中,火箭没有暴露
出任何问题。


至此,我们不再去期待诺斯罗普·格鲁曼公司做出太多声明,毕竟是绝密军事卫星任务
。当然,对于此次发射后不久,就有不愿透露姓名的美国官方人员向《华尔街日报》表
示,“ZUMA卫星未能与猎鹰9号火箭的第二级分离,可能已经解体或者落入海中。目前
调查正在进行中,未发现有破坏或其他干扰的迹象。”


上述说法,我们持保留意见。


ZUMA卫星去哪里了?作为亚欧大陆上技术实力最强的轨道与弹道独立工作室,小火箭当
然不会去转述国外媒体的那些看似靠谱的评述,也不会给出臆测。


在十年来,小火箭工作室的轨道和弹道计算中,类似ZUMA卫星的情况还从未出现过。


不过,十年前呢?这不禁让小火箭想起了一些往事。



今天,我们就聊一聊那往事。事情已经过去了很多年,大家可以就当做故事一样权且一
读吧。或许看过这件事后,我们对ZUMA卫星会有一些全新的想法吧!


往事





1979年5月,马丁·椰林博士正在仔细观察一块镜片的打磨情况。这块正在被抛光的镜
片就是日后乃至今天依然大名鼎鼎的哈勃太空望远镜的主镜片。


这块直径达2.4米的镜片最终在1981年圣诞节前完工。在镀上了75纳米厚的铝膜和25纳
米厚的镁氟保护层后,隆重出厂的这块镜片即将成为全人类了解太空的眼睛的核心构件。



公元1990年4月24日,协调世界时12点33分51秒,发现号航天飞机点火。随后,她拔地
而起,把凝结着人类好奇心和工程技术结晶的哈勃望远镜送入太空。




这是将哈勃望远镜送入太空的发现号航天飞机5人组合影。注意巨大的徽标上面,有一
个哈勃望远镜的画像。




后来的事情,大家比较清楚了。哈勃望远镜的主镜面的边缘磨大了,有些太平了,与理
想的状态差了2.2微米。


这个误差相对于2.4米的直径来说,是很小的。但是,对于成像来说,其结果是灾难性
的。2.2微米的误差带来了严重的球面像差,哈勃望远镜成了近视眼。


再后来,一组训练有素的宇航员被送上哈勃望远镜,执行了彻底而又成功的弥补措施。




上图左侧为哈勃望远镜刚刚进入太空不久后拍摄的照片,其效果远不及在地球表面的很
多大型天文台。右侧则是1993年维修之后的哈勃望远镜拍摄的同一个星系的照片。其分
辨率在所有望远镜里,登峰造极。




这是哈勃望远镜拍摄的创世之柱,位于老鹰星云内。


秘密


小火箭要讲的往事,是哈勃望远镜么?


不是的,我要说哈勃望远镜的那些哥哥姐姐们。




这是在洛克希德公司的厂房内正在进行总装的哈勃望远镜。


此时的洛克希德公司,还没有和马丁·玛丽埃塔公司合并。(1993年,两大军火巨头合
并,成为了现今全球第一大军火巨头洛克希德·马丁公司。年营业额接近全球500强之
首,零售业巨头沃尔玛公司的十分之一。)


嗯,是的,哈勃望远镜是军火巨头洛克希德公司研制的。






前文,小火箭在往事一开始就提到了马丁·椰林博士与哈勃望远镜2.4米直径镜片的事
情。椰林博士所在的珀金埃尔默公司以光学和流体见长,当时一些非常先进的镜片加工
工艺都是该公司率先提出的。


而上图则是美国柯达公司的产品。嗯,就是那个以前造胶卷很厉害的公司。


这是一块2.4米直径的太空望远镜主镜片(后面的格子是托举支架),是哈勃望远镜的
备用镜片,由柯达公司采用传统打磨工艺制成。


那么问题来了,原来哈勃望远镜的那块主镜片不唯一!到底还有没有其他的2.4米直径
的镜片?造这么多镜片干什么,难道还会有其他太空望远镜?


1975年,柯达的工程师史蒂芬·沙森发明了世界上第一台数码相机。这台数码相机以磁
带作为存储介质,拥有1万像素。拍摄一张黑白照片仅需要23秒。


数码相机改变了人类文明的呈现方式,也最终在今天与手机和社交网络一起改变了我们
的生活方式。结合自拍软件,我们发现,掩饰真实和塑造假象是如此的便捷。



数码相机的出现,也改变了人类获取情报的方式。以前的间谍卫星拍摄到的胶片,需要
通过返回式卫星的方式,再入大气,然后冲印出来。(有关返回式卫星,详见小火箭的
公号文章《飞到天上去摘星:空中回收卫星的那些事》。)


数码相机技术出现以后,结合无线传输技术,间谍卫星可以几乎无限量地在太空拍摄大
量照片了。


不出所料,哈勃望远镜仅仅是庞大的照相卫星大家族中的一员,洛克希德公司实际上早
就开足马力批量生产了。





以KH-11和KH-12为代表的锁眼系列侦察卫星代表了人类太空光学系统的最高技术水平。


这些侦察卫星的体量与5层楼高的哈勃望远镜相当。质量在13吨到13.5吨之间(最新的
一枚重19.6吨,这个以后详细说吧)。哈勃望远镜的质量为11吨。


镜片,锁眼系列卫星全部为高配,陀螺仪也是最好的。





曾有人看到哈勃望远镜拍摄的星系和恒星的照片担心到:如果这家伙调转镜头,对地面
拍摄,岂不是会成为很强大的侦察卫星?


其实,这个多虑了。哈勃望远镜的次级镜面是不能转动的,更适合执行拍摄遥远星体这
样的任务。除非用于镜头校准,她很少会掉头来看看她诞生的地方的。


而且,军方有大量性能远远超过哈勃望远镜的侦察卫星正在对着地面拍摄,轮不到哈勃
望远镜出手。


即使哈勃望远镜为了对地拍摄在硬件和软件上进行了升级,其分辨率也只能在25厘米量
级。而在役的锁眼KH-11系列侦察卫星,其分辨率早已小于15厘米了。


现役的锁眼系列,其性能已经与哈勃望远镜形成了代差。其主镜片的直径也突破了2.4
米的限制,变得越来越大。


锁眼卫星的拍摄效果如何呢?



这是一颗早期型号的KH-11侦察卫星拍摄的苏联正在建造一艘基辅级航空母舰的船坞的
场景。


这张照片是1984年一位名叫塞缪尔·莫里斯的美国海军情报部门的分析官出售给英国简
氏防务集团的。

这是流传出来的少有的真正确认由KH-11侦察卫星拍摄的照片。莫里斯因为私自出售照
片,被判两项泄露国家机密罪和两项盗窃政府财产罪,入狱2年。



后来更新型号的KH-11系列侦察卫星的分辨率当然会高很多。因为从预算的角度来看,
早期型号的KH-11侦察卫星的单星预算为1.75亿美元左右。

后来的KH-11侦察卫星,在有之前的基础建设和技术积累的情况下,整个项目的预算以
及单星的预算还在不断攀升。

2005年,单颗KH-11侦察卫星的造价为63.5亿美元。刚好比2006年10月9日下水的尼米兹
级航空母舰布什号的62亿美元的造价贵了一点点。

2011年,KH-11侦察卫星的造价被成功控制在44亿美元以下。

2014年,美国国侦局追加了2颗KH-11侦察卫星的需求,预算为50亿美元。


苏联

当1984年,那张描述基辅级航空母舰在船坞中的照片由简氏刊载后,苏联方面是震惊的。


苏联工程师通过照片中的阴影和大量的透视关系来反推卫星轨道参数。结合苏联分布在
世界多个角落的50多台大型雷达,他们认定,这颗卫星的轨道为:


近地点335公里,远地点758公里,轨道倾角98°。


苏联加快了反卫星项目的研制进度。




1981年8月19日,别里耶夫A-60激光作战平台首飞成功。




得知美国的锁眼卫星的最新成果后,苏联工程师加大了A-60激光反卫星平台的功率。


这架伊尔-76MD运输机平台加装了功率达1兆瓦的激光武器后,成为了A-60反卫星平台。
苏联工程师对激光反卫星武器的追求是孜孜不倦的,甚至在1991年8月29日,依然进行
了新一轮的彻底升级。


发射


知道苏联有了打击卫星的意愿和技术之后,美国人是怎么办的呢?



在被誉为古罗马最伟大的诗人维吉尔的记载中,特洛伊英雄埃涅阿斯在特洛伊城陷落之
后,漂流于大海之上很多天,经过迦太基,然后达到了意大利。


他在公元前1152年建立了阿尔巴隆加城。他的后代则建立了罗马城。公元前600年,阿
尔巴隆加城被罗马所灭。


上图为法国画家雅克-路易·大卫于1784年完成的作品。这个新古典主义的典型代表作
品描绘了这场灭国之战中,三兄弟向父亲立下誓言时的场景。


美国的思维方式和行为方式受古罗马时代的影响非常大。往往讲究一个师出有名和仪式
感。


不过,自从美国人知道苏联拥有激光反卫星的手段之后,发射就变得低调了。



这是航天飞机STS-36任务组的合影。(从左到右:苏厄特、卡斯帕、克雷顿、姆莱恩、
赫尔墨斯)。和STS-31任务组的人数一样,也是5人组。


值得一提的是,航天飞机任务编号并不会严格按照发射的先后顺序来进行。发射绝密军
事卫星的STS-36任务看起来比发射哈勃望远镜的STS-31任务的编号要靠后,实际上,发
射时间却靠前一些。


哈勃望远镜是1990年4月24日发射的,STS-36发射基于KH-11侦察卫星改进而来的绝密军
事卫星则是在1990年2月28日。



公元1990年2月28日,协调世界时07点50分22秒(美国东部标准时间凌晨02点50分22秒
),亚特兰蒂斯号航天飞机点火。


趁着夜色,绝密军事卫星载荷悄悄搭载升空。STS-36是航天飞机的第34次发射,同时也
是航天飞机第6次执行美国国防部的绝密军事任务。



这是STS-36的任务徽章。中间是亚特兰蒂斯号航天飞机。白头鹰是美国的象征,同时鹰
眼暗喻了侦察任务。星条旗,代表这是国家任务。


漫天星座,小火箭这是又要来对应星图来分析么?


不用的,我数了数,总共有36颗星星。看起来,那时候的美国工程师算是比较单纯,就
是用星星的数量来表示STS-36发射任务了。


徽章一圈,是5个人名。按照指令长、驾驶员和3位载荷专家的次序,从左上角排到右下
角。


这样的设计,算是航天飞机的任务徽章里非常低调的了。2个月后发射哈勃望远镜的发
现号航天飞机的任务徽章,是下图这样的:




看,硕大的哈勃望远镜大大方方地展示在了徽章中,告诉了我们哈勃望远镜长这个样子。






实际上,作为与哈勃望远镜在同一条生产线上诞生,同样是洛克希德公司出品的KH-11
侦察卫星,其外形与哈勃望远镜是非常接近的。


上图是KH-11侦察卫星的示意图。


另还有图为证:




还记得小火箭前文提到的苏联A-60激光反卫星平台么?

一心要应对美国侦察卫星的苏联人也设计了徽章,见上图机头侧面。



离近一些看,苏联A-60激光反卫星平台的徽章是这样的。


一只巨大的白色老鹰身上仿佛带着西伯利亚的冰雪,一只利爪掐断了一条近地轨道。老
鹰背部放出一道闪电,直接击中了一颗卫星的光学系统的镜头盖的位置。


很多人看到这个徽章,会以为这是苏联人在威胁击毁哈勃望远镜。其实小火箭觉得他们
的本意是干掉到处乱看的,和哈勃望远镜长得非常像的KH-11侦察卫星。


惊险



STS-36发射的是绝密军事卫星。航天飞机的5名机组人员也全部是军方的人,并且在执
行任务之前再次接受了保密培训。

这5人,两人来自美国海军,两人来自美国空军,而赫尔墨斯则是一名海军陆战队员。
有史以来,或许这是美国3大军兵种最融洽的时刻。

5人的笑容背后,则是惊心动魄的飞行。小火箭找到了一些飞行日志,努力复现了轨道
后,努力向大家还原这次飞行的一些细节吧!



STS-36的首要任务是将AFP-731绝密载荷送入预定轨道。


这个载荷有时也被称作USA-53,或者1990-019B任务。


小火箭在本文中,将其称作迷雾。符合该卫星原本的军方工程代号的中文含义。


为了把迷雾送入轨道,亚特兰蒂斯号航天飞机创造了航天飞机的2项飞行纪录:


轨道倾角最大纪录;近地点最低纪录。


迷雾卫星任务中,亚特兰蒂斯号航天飞机进行了传说中的“狗腿机动”。拼尽全力,飞
出了62°的大倾角。这个倾角非常大,已经超出了航天飞机的设计使用倾角范围。按设
计指标,航天飞机最大可用倾角为57°,由此可见,设计时还是留了不少余量。


为了比较,小火箭给出前一次任务的倾角:STS-32任务,倾角为28.45°;再给出后一
次任务的倾角:STS-31任务,也就是发射哈勃望远镜的任务,倾角也是28.45°。


迷雾卫星任务中,亚特兰蒂斯号航天飞机的近地点只有198公里!远地点其实也只有204
公里。


这是一条超低轨道(见小火箭制作的上图)。




飞行日志里,记述了宇航员们如此近距离地飞掠地球的惊喜和惊险。加勒比海波涛汹涌
的海面在诉说海盗时代的智慧与勇气;南极洲的冰雪在脚下飞速掠过,竟然来不及拍下
一张照片。


指令长知道,航天飞机的设计师向他坦诚地说过,这小家伙儿的设计轨道飞行高度在
250公里以上。当高度太低时,大气的作用不可忽略,氧原子是这个高度的大气的主要
成分。要千万控制好航天飞机,以防提前坠入稠密大气。




一般来说,航天飞行器的轨道高度在300公里以上才有足够的轨道寿命。空间站运行在
400公里轨道高度上,哈勃望远镜运行在559公里轨道高度上。


当高度在160公里以下时,在大气阻力摄动影响下,航天飞行器的轨道寿命只有几天时
间。如果不能持续提供动力的话,很快就会坠入稠密大气焚毁。




4天后,公元1990年3月4日,协调世界时18点08分44秒,执行完绝密军事任务并顺手创
造了航天飞机的2项飞行纪录的亚特兰蒂斯号在爱德华兹空军基地第23号跑道上着陆。


猫鼠


难道美国人不怕苏联的反卫星激光么?


没事,对策是有的。


亚特兰蒂斯号航天飞机返回后不久,美国有媒体传出消息:绝密军事卫星其实发射失败
了,其轨道信息迟迟未向外界发布,根本没有入轨迹象。



官方的回应比较有趣:亚特兰蒂斯号航天飞机圆满完成任务,但至于迷雾卫星的轨道情
况,属于机密,无可奉告。


当然,这阻挡不住全世界(包括苏联人)工程师想要捕获卫星的渴望。


迷雾卫星是公元1990年2月28日,协调世界时07点50分22秒升空的。实际上,在1990年3
月6日,就有人通过天空中偶然飞掠的一道亮光猜出了是迷雾卫星,并给出了轨道参数:


近地点256公里,远地点257公里,倾角61.99°。







造价堪比一艘航空母舰的绝密军事卫星为什么要这么飞?结合轨道参数和时间节点,我
们有了这样的猜想:


1990年8月2日至1991年2月28日期间,以美国为首的由34个国家组成的联军对伊拉克发
动的海湾战争中,联军的军事行动组织有效,打击精准,一定是在之前就对伊拉克相关
地区的军事设施部署情况了如指掌。


而迷雾卫星这种高性能侦察卫星在战争爆发前5个月就曾以低轨道飞掠过这个地区,或
许是进行了高分辨率的拍摄活动。


苏联工程师也盯上了迷雾卫星。但是,1990年3月中旬,他们的多个雷达系统都报告:
迷雾卫星疑似爆炸解体。


1990年3月底,坊间传闻也多了起来:迷雾卫星早已失控,随后滚动姿态角速度过大,
导致卫星解体。


苏联的雷达数据证实了这个传闻。这下子,苏联人放心了:没等我们用激光打,这家伙
自己先吓得散掉了,哈哈。





1990年9月15日、9月17日、10月21日,来自欧洲3个不同地方的人,印证了一颗硕大的
不明物体的存在。其轨道参数为:


近地点791公里,远地点814公里,倾角65.02°。


难道是迷雾卫星变轨了?


当然,美国方面同样对此没有进行评论。




直到有一天,有人用高倍望远镜拍摄到了这个不明物体的模糊轮廓。


通过分析,这个长度20米左右,直径3米左右的比哈勃望远镜还要大的物体,正是1990
年3月中旬人们以为已经炸掉的迷雾卫星!


原来这家伙真的变轨了。


世界各地的手里有天文望远镜的很多人都在跃跃欲试,想要按照公布的轨道参数来获得
自己的一张绝密军事卫星的靓照。


但是,一无所获。


直到5年后,人们才知道,在消息传开之前,迷雾卫星的轨道就再次发生了变化:


近地点724公里,远地点731公里,倾角65.29°。


传说中,迷雾卫星拥有针对可见光和雷达的隐身技术。不过,小火箭觉得,通过诡异的
轨道变化和释放在轨爆炸的假象,即使没有隐身黑科技,卫星也照样能够隐身在漫山遍
野的新闻中吧!


在1996年和1997年,依然有陆陆续续的记录在表明有人偶然捕获到了这颗飘忽不定的迷
雾卫星,但是最终,人们还是把她遗忘了。





那么,ZUMA卫星会不会像迷雾卫星一样呢?

不可知。但是,我们不妨再看看ZUMA卫星的任务徽章与STS-36迷雾卫星的任务徽章吧!
ZUMA卫星明显是在向迷雾卫星致敬!发射载具由猎鹰9号火箭代替了航天飞机,但都位
于中间。上部是星条旗。




ZUMA卫星任务徽章中的6颗星,小火箭在全天区星图中找到了比较符合任务徽标标识的
:天狼星、参宿五、南河三、娄宿三、北河三、星宿一。我把这六颗星标上了蓝色圆圈。


如今,听完小火箭讲完那段往事,我们看到这6颗星,是否会有其他想法呢?要知道,
当年的STS-36迷雾绝密军事任务是航天飞机第6次执行国防部绝密军事任务,其发射活
动的军方代号,恰好就是“第6任务”。












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