ماهواره‌های ضدبالستیک – آشنایی با سیستم هشدار زودهنگام فضاپایه (SBIRS و DSP)

طرح مسئله: ژانویه ۲۰۲۰، نیروهای آمریکایی در غرب آسیا در حالت آماده‌باش کامل بودند و انتظار حمله‌ای از ایران پس از ترور سپهبد قاسم سلیمانی را داشتند. در این مقطع، ماهواره‌های SBIRS به پایش سایت‌های پرتاب موشک ایران پرداختند. سنسورهای فروسرخ، اثر پرتاب موشک‌ها را شناسایی و مسیر پرواز و اهداف احتمالی را با دقت ردیابی کردند. این داده‌ها به سرعت در اختیار نیروهای مستقر در عراق قرار گرفت. نمونه‌های مشابهی در عملیات‌های «وعده صادق» و «بشارت فتح» نیز تکرار شد و اطلاعات پرتاب‌های بالستیک ایرانی در اختیار نیروهای آمریکا (مستقر در قطر، دریای سرخ و دریای مدیترانه) و اسرائیل قرار گرفت.

اهمیت‌سیستم‌های هشدار زودهنگام فضاپایه: از دهه ۱۹۵۰، هشدار زودهنگام حملات احتمالی به آمریکا یکی از اصلی‌ترین دغدغه‌های برنامه فضایی نظامی بود. پژوهش‌ها نشان دادند سامانه‌های فضاپایه می‌توانند زمان هشدار موشک‌های قاره‌پیما را از ۱۵ دقیقه به حدود ۲۷ دقیقه افزایش دهند و زمان هشدار پرتاب‌های برد بلند را تقریباً دو برابر کنند. این سامانه‌ها برخلاف سنسورهای مرسوم راداری، امکان شناسایی پروازهای کم ارتفاع کلاهک‌های هسته‌ای (FOBS)در بمباران مداری و تأیید داده‌های راداری را نیز فراهم می‌کنند، استفاده از سیستم کاهش احتمال هشدار اشتباه را به دنبال دارد و از نظر هزینه-اثربخشی نسبت به رادارهای زمینی توجیه‌پذیرند. با این مزایا، ایالات متحده در طول شش دهه اخیر تمرکز ویژه‌ای بر سیستم‌های فضاپایه داشته و این سامانه‌ها امروز علیه روسیه، چین، کره شمالی، پاکستان و ایران به کار گرفته می‌شوند.

ریشه یابی: نخستین تلاش‌های آمریکا برای ساخت ماهواره‌های هشدار زودهنگام فروسرخ در دهه‌ی ۱۹۶۰ با پروژه‌ی Midas آغاز شد که در مدار لئو فعالیت داشت. ریشه‌ی مفهومی آن اما به طرحی در اواخر دهه‌ی ۱۹۴۰ بازمی‌گردد که شامل ماهواره‌ای مجهز به رادیومتر فروسرخ و تلسکوپ نظارت فضایی بود. پروژه‌ی Midas بعدها به پروژه-۴۶۱ تکامل یافت و بین سال‌های ۱۹۶۳ تا ۱۹۶۶ آزمایش شد. بررسی‌ها نشان داد که برای پوشش جهانی، منظومه‌ای در مدار لئو به حدود ۲۰ ماهواره نیاز دارد، در حالی که برای مدارهای هئو (بیضوی با میل زیاد) تنها ۹ تا ۱۰ ماهواره کافی بود، و در مدار ژئو (زمین ثابت) حتی دو ماهواره — یکی در هر نیم‌کره — می‌توانستند پوشش کامل ایجاد کنند. بااین‌حال، مدار ژئو مستلزم حسگرهای فروسرخ بسیار حساس بود تا پرتاب‌ها را از فواصل زیاد تشخیص دهند. در نتیجه، نیروی هوایی آمریکا سامانه‌ی زمین‌ثابت را از نظر فنی و اقتصادی مناسب‌ترین گزینه دانست. از سال ۱۹۶۵، پروژه‌های ۴۶۱، ۲۶۶، ۹۴۹ و در نهایت پروژه-۶۴۷ به‌عنوان پایه‌ی اصلی شکل‌گیری برنامه‌ی Defense Support Program تعریف شدند که شرح دقیق هر پروژه از بحث فعلی خارج است.

با نهایی شدن تحقیقات، قرارداد اولیه‌ی فاز نخست پروژه DSP (Defense Support Program) حدود ۱۰۵ میلیون دلار ارزش داشت و شامل ساخت سه ماهواره‌ی ۹۰۷ کیلوگرمی با عمر تقریبی ۱۹ ماه بود. در ابتدا دو ماهواره عملیاتی کافی در نظر گرفته شد، اما به‌دلیل تهدید موشک‌های زیردریایی‌ پرتاب شوروی، تعداد ماهواره‌ها به سه واحد عملیاتی افزایش یافت که هرکدام مناطق متفاوتی (به ترتیب: اقیانوس اطلس و شرق اقیانوس آرام، میدان‌های موشکی شوروی، چین و اقیانوس هند، به علاوه اقیانوس آرام غربی) را پوشش می‌دادند. در فازهای بعدی، وزن و عمر ماهواره‌ها افزایش یافت؛ تا سال ۱۹۷۰ جرم آن‌ها حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم و عمر عملیاتی‌شان ۳ سال شد. این روند تا پنج فاز توسعه ادامه یافت و در نسل‌های پایانی، جرم ماهواره‌ها به ۲۳۰۰ کیلوگرم و عمرشان به ۵ تا ۱۰ سال رسیده بود. بین دهه‌ی ۱۹۷۰ تا ۲۰۰۷، در مجموع ۲۳ ماهواره‌ی DSP به مدار زمین‌ثابت پرتاب شدند. طی این دو دهه معمولاً بین ۲ تا ۴ ماهواره همزمان در مدار فعال بودند.

بررسی عملکرد: این سیستم بسیار موفق عمل کرد؛ این ماهواره‌ها توانایی شناسایی پرتاب‌های موشکی، پرتاب‌های فضایی و حتی انفجارهای اتمی را از طریق اثر فروسرخ داشتند. عملکرد DSP در عملیات طوفان صحرا نقش کلیدی در کشف موشک‌های اسکاد عراقی داشت. در نهایت، با پیشرفت سریع فناوری موشکی، نیاز به سامانه‌ی جایگزین ایجاد شد و آخرین ماهواره‌ی DSP در سال ۲۰۰۷ پرتاب شد. هرچند امروزه ۳ ماهواره این منظومه همچنان ذیل سامانه‌های فعال نیروی فضایی ایالات متحده قرار دارد. بسیاری معتقدند که DSP به‌تنهایی عمل نمی‌کرد. یک سامانه‌ی تشخیص فروسرخ دیگر، نصب شده روی نوعی ماهواره‌ محرمانه در مدارهای هئو، نیز داده‌هایی ارائه می‌داد. این سامانه که به‌طور کلی با نام «DSP-Augmentation» شناخته می‌شود، پوشش همپوشان و زاویه دید متفاوتی نسبت به ماهواره‌های DSP که بالای خط استوا بودند، فراهم می‌کرد. داده‌های متعدد روی زمین یکپارچه می‌شدند تا درک بهتری از اهداف ایجاد شود، اما تقریباً هیچ اطلاعاتی درباره DSP-A در دسترس نیست.

طلوع نسل جدید: برنامه SBIRS رسماً در اواسط دهه ۱۹۹۰ برای جایگزینی منظومه قدیمی DSP آغاز شد، اما مسیر آن برای تبدیل شدن به یک سامانه کاملاً عملیاتی پر از چالش بود. تا سال ۱۹۹۶، نیروی هوایی ایالات متحده قراردادی برای توسعه‌ی سامانه‌ی Space Based Infrared System-High امضا کرده بود. در سال ۱۹۹۹، نگرانی از مشکل هزاره یا Y2K افزایش یافت زیرا بسیاری از سیستم‌های نظامی و غیرنظامی قادر به شناسایی صحیح سال ۲۰۰۰ نبودند و احتمال خرابی نرم‌افزار وجود داشت. بنابراین هدف این بود که نخستین پرتاب منظومه جدید در سال ۲۰۰۲ انجام شود و تا سال ۲۰۱۰، سامانه‌ی قبلی به‌طور کامل با سامانه‌ای بسیار پیشرفته‌تر جایگزین گردد. ۱۴ و ۱۵

برنامه اولیه شامل یک منظومه SBIRS-High با ماهواره‌های مدار ژئو و هئو، و سپس ۲۴ ماهواره مجزا در مدار لئو بود. هدف این بود که SBIRS-High و SBIRS-HEO پرتاب‌ها را ابتدا شناسایی کنند تا SBIRS-Low ردیابی مسیر دقیق‌تر موشک‌ها در فضا را فراهم کند تا امکان رهگیری کلاهک‌ها میسر شود. هرچند برنامه SBIRS-LOW در نهایت در سال ۲۰۰۱ به آژانس دفاع موشکی منتقل شد و به سیستم ردیابی و نظارت فضایی STSS تبدیل گشت، که بر ردیابی موشک‌های بالستیک در طول مسیر پروازشان تمرکز داشت.

درعین حال اوایل دهه ۲۰۰۰، برنامه با مشکلات جدی روبرو شد. نیروی هوایی آمریکا با مشکلات فنی، تأخیرها و افزایش هزینه‌ها در هر سه بخش مواجه شد به طوری که هزینه جاری از ۲.۱ میلیارد به ۹.۹ میلیارد دلار رسید. برنامه پرتاب ماهواره اول ابتدا از ۲۰۰۲ به ۲۰۰۴ و سپس تا ۲۰۰۶ به تعویق افتاد. در ۲۰۰۶، نخستین محموله مدار هئو، دومین در ۲۰۰۸، و دو محموله دیگر در ۲۰۱۴ و ۲۰۱۷ پرتاب شدند. این محموله‌ها جایگزین DSP-Augmentation شدند. سرانجام، اولین ماهواره مدار ژئو در سال ۲۰۱۱ پرتاب شد، یعنی ۹ سال بعد از برنامه اولیه. در تمام این مدت، DSP و DSP-Augmentation  (حسگرهای فروسرخ در مدارهای بیضوی طبقه‌بندی‌شده) همچنان به عنوان سامانه هشدار موشکی فضاپایه عمل کردند. درعمل هیچ‌کس انتظار نداشت DSP مجبور شود یک دهه دیگر مسئول هشدار موشکی باقی بماند.

معماری سامانه: این منظومه  یک شبکه چندوجهی و مقاوم است که برای ارائه هشدار جامع، مستمر و به‌موقع پرتاب موشک در سطح جهانی طراحی شده است. این سامانه از بخش‌های مختلفی تشکیل شده که در مدارهای متفاوت عمل می‌کنند و مطابق با نیاز مأموریتی خاص هر بخش، همگی توسط یک سامانه زمینی مدرن و یکپارچه کنترل و پردازش می‌شوند.

یکی از عوامل کلیدی شکل‌دهنده معماری نهایی، آزمایش ضدماهواره چین در ۲۰۰۷ بود که آسیب‌پذیری ماهواره‌های ژئواستیشنری را نشان داد. این واقعه اهمیت حفظ سه ماهواره عملیاتی آخر DSP به عنوان پشتیبان را نمایش داد. در نتیجه، SBIRS  با ترکیب ماهواره‌های اختصاصی خود، محموله‌های میزبان HEO و ماهواره‌های میراث DSP تحت یک ساختار کنترل زمینی واحد، مدیریت شده توسط ایستگاه مأموریت پایگاه فضایی باکلی واقع در کلرادو، شکل گرفت. این یکپارچه‌سازی تمام دارایی‌های فعال فضایی هشدار زودهنگام را در یک سامانه واحد ادغام کرد. تا سال مالی ۲۰۱۸، همه فعالیت‌های هشدار موشکی تحت نام SBIRS یکپارچه شدند.

داده‌ها دریافت شده از ماهواره‌ها از طریق پنج خط downlink مقاوم منتقل می‌شوند. داده‌های حسگر خام به زمین می‌رسند و تحت پردازش سیگنال پیچیده قرار می‌گیرند تا رویدادهای بالقوه شناسایی و طبقه‌بندی شوند. سپس اطلاعات پردازش‌شده به صورت پیام‌هایی به زنجیره فرماندهی شامل مرکز دفاع فضایی ملی و USSTRATCOM ارسال می‌شوند. این ساختار یکپارچه اجازه می‌دهد داده‌های ماهواره‌ای همراه با سایر منابع، مانند رادارهای هشدار زودهنگام ارتقا یافته (UEWR)، ترکیب شده و تصویر جامع و دقیقی از فضای نبرد ارائه دهند.

بیشتر بخوانید: دانش نظامی: سیستم دفاع موشکی ایجیس

ساختار ماهواره‌ها: بخش فضایی منظومه شامل ماهواره‌های مدار ژئو و حسگرهایی است که روی سایر ماهواره‌ها در مدار بسیار بیضوی میزبانی می‌شوند. منظومه ژئو شامل شش ماهواره اختصاصی با نام‌های GEO-1 تا GEO-6 است که توسط لاکهید مارتین روی پلتفرم LM2100 Combat Bus ساخته شده‌اند و در ارتفاع حدود ۲۲۰۰۰ مایل بالای زمین، نظارت مستمر بر عرض‌های جغرافیایی میانی را فراهم می‌کنند.

هر ماهواره ژئو دارای یک محموله دو-حسگری شامل یک حسگر اسکن‌کننده برای ارائه هشدار موشکی استراتژیک با پوشش وسیع و یک حسگر خیره‌شونده برای جمع‌آوری اطلاعات از منطقه خاص با حساسیت بالا و نرخ بازبینی سریع است. این طرح حساسیت سه برابر، وضوح دو برابر و نرخ بازبینی دو برابر DSP را ارائه می‌کند. حسگرها در هر دو باند فروسرخ موج کوتاه (SWIR) و فروسرخ موج متوسط گسترده (MWIR) فعالیت می‌کنند و امکان کشف طیف وسیع‌تری از تهدیدات، شامل موشک‌های کم‌نور یا با زمان سوزش کوتاه‌تر را فراهم می‌آورند. قابلیت پردازش سیگنال داخلی ماهواره‌های GEO نیز امکان تحلیل داده‌های خام و ارسال تنها رویدادهای شناسایی شده را فراهم می‌کند که حجم داده ارسالی به زمین را کاهش داده و هشدارهای سریع‌تری تولید می‌کند. دو ماهواره اول در سال‌های ۲۰۱۱ و ۲۰۱۳ پرتاب شدند و پس از آن پرتاب‌های بعدی در سال‌های ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸ انجام شد و یک جفت ماهواره مدرن‌شده، GEO-5 و GEO-6، در سال‌های ۲۰۲۱ و ۲۰۲۲ به فضا فرستاده شدند.

پلتفرم LM2100 دارای ویژگی‌های تقویت شده در برابر حملات سایبری، توان بیشتر و نیروی محرکه بهبود یافته است. علاوه بر ماهواره‌های ژئو، SBIRS از چهار حسگر HEO استفاده می‌کند که محموله‌هایی میزبانی شده روی سایر ماهواره‌های دولتی یا تجاری هستند. مدار HEO با انحراف زیاد خود به ویژه برای کشف موشک‌های بالستیک پرتاب‌شده از زیردریایی (SLBM) از منطقه قطب شمال مناسب است، جایی که پوشش GEO کامل نیست. دو محموله اول HEO در سال‌های ۲۰۰۶ و ۲۰۰۸ پرتاب شدند و فراتر از مشخصات خود عمل کرده‌اند و دو مورد دیگر در سال‌های ۲۰۱۴ و ۲۰۱۷ پرتاب شدند. این حسگرها از تلسکوپ‌های کنترل‌شده با ژیمبال استفاده می‌کنند که می‌توانند به طور مستقل برای پوشش مناطق خاص تنظیم شوند.

فصل پایانی این تاریخ طولانی با پرتاب GEO-6 در ۴ اوت ۲۰۲۳ رقم خورد و به پایان استقرار کامل منظومه SBIRS پیش از انتقال سامانه به جانشین خود، Next-Gen OPIR، انجامید. در طول عمر این برنامه، مدیریت آن بر عهده سازمان‌های مختلف وزارت دفاع بود، از جمله فرماندهی فضایی نیروی هوایی، فرماندهی فضایی نیروی فضایی ایالات متحده و مرکز سامانه‌های فضایی و موشکی، در حالی که لاک‌هید مارتین به عنوان پیمانکار اصلی و نورثروپ گرومن به عنوان پیمانکار فرعی محموله‌ها فعالیت کردند.

توسعه در آینده: سیستم SBIRS بیش از یک دهه به عنوان نقطه اتکای هشدار موشکی ایالات متحده عمل کرده با این حال، چشم‌انداز تهدیدات تغییر کرده است. منظومه‌ای که برای تهدیدات بالستیک سنتی طراحی شده بود، اکنون با ظهور سلاح‌های هایپرسونیک، سسیتم‌های پارازیت‌دهنده و حملات فضایی مدرن روبه‌رو است. این تغییر، محرک اصلی برنامه Next-Gen OPIR است، سامانه‌ای که شامل ماهواره‌های ژئو با قابلیت بیشتر، ماهواره‌های قطبی و حسگرهای توزیع‌شده در لئو و مئو است. معماری جدید مقاوم‌تر، بقاپذیرتر و کمتر آسیب‌پذیر در برابر نقطه شکست واحد است و حسگرهای آن سه برابر حساسیت و دو برابر دقت SBIRS را ارائه می‌کنند، همچنین نرخ انتقال داده downlink چهار برابر بیشتر برای ردیابی دقیق تهدیدات مانوردهنده خواهند داشت.

همچنین شایان ذکر است سامانه زمینی FORGE نقشی حیاتی در تداوم مأموریت‌های هشدار و ردیابی موشکی ایالات متحده ایفا خواهد کرد. با نزدیک شدن SBIRS به پایان عمر برنامه‌ریزی شده و جایگزینی تدریجی آن توسط Next-Gen OPIR، این برنامه پل ارتباطی کلیدی است که ادغام قابلیت‌های جدید و استمرار عملیات را تضمین می‌کند. هدف اصلی FORGE جایگزینی سامانه‌های زمینی پیشین است. این یکپارچه‌سازی هزینه‌ها را کاهش داده، کارایی را افزایش می‌دهد و نیاز به نگهداری چندین سامانه ناسازگار را از بین می‌برد. با یک سرمایه‌گذاری تخمینی بیش از ۳ میلیارد دلار تنها برای عنصر برنامه FORGE، واضح است که نوسازی سامانه زمینی به عنوان مهم‌ترین و استراتژیک‌ترین سرمایه‌گذاری در آینده آگاهی از حوزه فضایی ایالات متحده تلقی می‌شود.

اولین پرتاب ماهواره  نسل جدید برای اوایل ۲۰۲۶ برنامه‌ریزی شده است. با این حال، استفاده از سامانه زمینی FORGE به عنوان ستون فقرات مشترک پردازش و توزیع داده‌ها، امکان پشتیبانی همزمان از دارایی‌های میراث و نسل بعدی را فراهم کرده است. در نتیجه، میراث SBIRS به عنوان نقطه اتکا و پایه‌ای قابل اعتماد، مسیر را برای ایجاد یک معماری فضایی مقاوم، پاسخگو و انطباق‌پذیر با Next-Gen OPIR هموار خواهد کرد.

برآورد محدودیت‌ و چالش‌ها: سامانه فروسرخ فضایی ایالات متحده در بیش از یک دهه گذشته، به‌عنوان چشم بیدار آمریکا در فضا، نقشی حیاتی در هشدار موشکی و آگاهی موقعیتی ایفا کرده است. اما محدودیت‌های ذاتی این سامانه در برابر تهدیدات نوظهور قرن بیست‌ویکم به‌تدریج آشکار شده است. SBIRS برای رهگیری پرتاب‌های موشکی بالستیک طراحی شده بود، نه برای ردیابی مداوم سلاح‌های هایپرسونیک یا کلاهک‌های مانوردهنده که پس از خاموش‌شدن بوستر در ارتفاع پایین‌ پرواز می‌کنند. چنین اهدافی در ارتفاعات ۳۰ تا ۵۰ کیلومتری حرکت کرده و مسیر پروازی متغیری دارند، امری که شناسایی آن‌ها را برای سامانه‌های فعلی دشوار می‌کند. همچنین موشک‌های کروز، به‌دلیل امضای فروسرخ ضعیف، اغلب از دید حسگرهای بالاسری پنهان می‌مانند.

با افزایش تهدیدات چندبعدی از سوی روسیه و چین، بقاپذیری این سامانه برای آمریکا به یک اولویت استراتژیک تبدیل شده است. تهدیدات فیزیکی مانند سلاح‌های ضدماهواره (ASAT) ، تداخل هم‌مداری و حملات انرژی هدایت‌شده، همگی قابلیت نابودی یا ازکاراندازی ماهواره‌ها را دارند. روسیه در سال ۲۰۲۱ و چین در سال ۲۰۰۷ آزمایش‌های موفق ASAT انجام دادند که نشان داد حتی مدار GEO نیز امن نیست. برای مقابله با این تهدیدها، SBIRS دارای افزونگی (Redundancy) در پیکربندی خود است؛ شش ماهواره GEO و چهار حسگر HEO میزان معینی از “تحمل خطا” را فراهم می‌کنند تا از دست رفتن یکی‌دو ماهواره کل سامانه را فلج نکند. علاوه بر این، ماهواره‌های جدیدتر GEO-5 و GEO-6 با باس LM2100 ساخته شده‌اند که قدرت، رانش و چابکی بیشتری برای اجتناب از برخوردهای تهدیدآمیز دارند.

اما خطرات تنها به فضا محدود نیستند. زیرساخت‌های زمینی و شبکه فرماندهی سامانه، از جمله ایستگاه کنترل مأموریت (MCS) و سامانه زمینی FORGE، در معرض حملات سایبری پیچیده‌اند. در چنین ساختارهایی، هرگونه نفوذ می‌تواند داده‌ها را فاسد کرده یا حتی کنترل ماهواره‌ها را به خطر اندازد. اسکادران فضای سایبری ۴۶۰ در پایگاه فضایی باکلی نیز مسئول دفاع سایبری از شبکه OPIR است. حمله سایبری سال ۲۰۲۲ به شبکه KA-SAT شرکت Viasat، که ارتباطات ماهواره‌ای اروپا و خاورمیانه را مختل کرد، یادآور واقعیت ملموس این تهدید است. افزون بر تهدیدات سایبری و جنبشی، خطرات غیرجنبشی مانند پارازیت امواج رادیویی، مایکروویوهای توان بالا و لیزرهای فروسرخ نیز می‌توانند حسگرهای حساس ماهواره‌ها را کور یا آسیب‌دیده کنند. در کنار این‌ها، ظهور سلاح‌های هایپرسونیک، چالشی جدی و رو به رشد است. این سلاح‌ها در مسیرهای کوتاه و فرورفته حرکت می‌کنند، سوختن مرحله تقویتی آن‌ها کوتاه‌تر و کم‌نورتر است و تشخیصشان برای حسگرهای کنونی بسیار دشوارتر است.

استفاده از محتوای تحولات جهان اسلام فقط با ذکر منبع و نام “تحولات جهان اسلام” مجاز است.