美国空军的骇人黑星：美国军用侦察卫星发展简史

Part 1 第一代侦察卫星和CORONA计划

栉雨Zhi_Yu

前言：

侦察卫星或情报卫星（俗称间谍卫星）是为军事或情报应用而部署的地球观测卫星或通信卫星。在本文中，我们将会探讨美国军用侦察卫星发展的早期历史。

20世纪50年代中后期，美苏两国都开始了军用卫星的研发。1955年3月16日，美国空军正式开展了“先进侦察卫星”的研究。这项研究的目的是对地球上预先选定的区域进行持续监视，以确定潜在敌人的战争能力状况。但是在美国人的研究还没出现结果的时候，苏联就抢先发射了全世界第一颗人造卫星“Sputnik 1/斯普特尼克一号”。这件事大大的刺激了美国人，于是，时任总统艾森豪威尔亲自将这项研究批准成为了“CORONA/日冕/科罗娜”计划。“CORONA”计划是由美国空军和美国中央情报局(CIA)联合管理的军用侦察项目，目的是开发并且运营能从太空拍摄保密区域，提供有关苏联导弹信息并且取代危险的U-2飞行侦察的的军用侦察卫星。

CORONA计划最初被称为“Discoverer/发现者”计划，是1956年美国空军开始的WS-117L卫星侦察和保护计划的一部分。WS-117L计划基于RAND Corporation/兰德公司（一家源于美国陆军RAND计划的非营利性智库，为美国在太空竞赛、越南战争、冷战以及其他方面提供咨询）的设计，目的是研发一颗胶片回传摄影卫星来取代U-2侦察机来对苏联集团的导弹及其他战略资产（例如远程轰炸机）进行监控，顺便再做一些地图测绘类的工作。CORONA计划最初发展并不迅速，直到1960年5月1日U-2侦察机第一次被苏联击落，CORONA才得到迅速的推进。从1959 年开始到1972年停止，CORONA计划一共发射了8组侦察卫星（不含测试），也就是第一代Keyhole/锁眼/KH卫星。“锁眼”名字的来源是老式的门锁，可以让人通过钥匙孔来偷窥房间内部。值得一提的是，和CORONA计划一起进行研发的还有另一个被称为“SAMOS/萨摩斯”的侦察卫星计划，但是其进行并不顺利，后续被美国空军停止。

CORONA计划产生了以下卫星：

KH-1 CORONA/日冕 (1959-1960）：

由Lockheed/洛克希德研发，CIA操作的第一代光学侦察卫星。其基于Agena-A上级，搭配Fairchild Camera Co./仙童相机公司开发的C（Corona）单全景相机和由General Electric/通用电气开发的Satellite Return Vehicle/SRV/卫星返回飞行载具，由Bell 8048液体燃料发动机和Star-12固体发动机驱动，电池供能。其C相机的光圈为f/5.0，焦距61厘米，地面分辨率12.9米。

KH-1卫星被用于Discoverer 4、5、6、7、8、9、10、11、14、15共计十次任务中，其中三次（Discoverer 4、9、10）未能成功入轨，其余七次中只有Discoverer 14成功回收了胶片载荷。

KH-1 5（来源：美国空军）

KH-1 模块示意图

KH-2 CORONA/日冕 (1960-1961）：

由Lockheed/洛克希德研发，CIA操作的第一代光学侦察卫星KH-1的改进型号。其基于比Agena-A更大的Agena-B上级。其其相机改进为由Fairchild Camera Co./仙童相机公司开发的C‘（Corona’/Corona Prime）单全景相机，地面分辨率10.7米。液体发动机改进为Bell 8081。

KH-2卫星被用于Discoverer 16、17、18、22、25、26、28、33、34、35共计十次任务中，其中四次（Discoverer 16、22、28、33）未能成功入轨，其余六次有四次成功回收了胶片载荷。

KH-2 3（来源：美国空军）

KH-2 模块示意图

KH-3 CORONA/日冕 (1961-1962）：

由Lockheed/洛克希德研发，CIA操作的第一代光学侦察卫星KH-2的改进型号，基于Agena-B上级。其相机改进为由Fairchild Camera Co./仙童相机公司开发的C’’’（Corona’’’/Corona Triple Prime）单全景相机，光圈为f/3.5，地面分辨率7.5米。

KH-3卫星被用于Discoverer 29、30、31、32、36、37共计六次任务中。其中Discoverer 37未能成功入轨。其余五次有四次成功回收了胶片载荷。

KH-3 5（来源：美国空军）

KH-3 6（来源：美国空军）

KH-3 模块示意图

KH-4 CORONA-M/日冕-M (Agena-B型号1962，Agena-D型号 1962-1963）：

由Lockheed/洛克希德研发，CIA操作的第一代光学侦察卫星KH-3的改进型号，早期基于Agena-B上级并使用Bell 8081液体燃料发动机，后期基于Agena-D上级并使用Bell 8096液体燃料发动机。KH-4引入了第二个相机来提供立体成像，也就是Corona-M或者叫Mural/壁画相机系统。Mural系统由两个呈三十度分离角的两个C’’’/Corona Triple Prime相机构成，一个叫前（fore），一个叫后（aft）。Mural相机由 Itek Corporation/艾泰克公司制造。（注：仙童公司和艾泰克公司都参与了Corona相机的竞标。艾泰克的技术比仙童更好，但是仙童早先已经签订了合同。于是CIA说服两家公司，先由仙童制造相机，等艾泰克有自己的制造能力后再由艾泰克来制造。同时，艾泰克公司也为上文提到的SAMOS项目制造了E-5广域低分辨率成像相机）同时，KH-4还携带了一共额外的小型索引相机（用于大范围概括性寻找目标）。

基于Agena-B上级的KH-4卫星任务有：Discoverer 38、39，Corona40、42、43、44、46、47、51、55、56，共计11次。这些任务均成功。

基于Agena-D上级的KH-4卫星任务有：Corona 45、48、49、52、57、58、59、60、62、65、66、67、73、74、75，共计15次任务。其中Corona 60、73两次任务未能成功入轨，其余均成功。

KH-4 12，Agena-B（来源：美国空军）

KH-4 Agena-B 模块示意图

KH-4 18，Agena-D（来源：美国空军）

KH-4A CORONA/日冕 J-1 (1963-1969）：

由Lockheed/洛克希德研发，CIA操作的第一代光学侦察卫星KH-4的改进型号，也是KH系列卫星的第五个版本，基于Agena-D上级。其相机改进为两台J-1全景相机，地面分辨率2.7米。KH-4A同时也搭载了一部四厘米索引相机，焦距38毫米，地面分辨率162米，帧覆盖面积308x308公里。

KH-4A被用在Corona 69、71、76、77、78、79、81、82、83、85-98、100-119、121、123、126、128、130、132、133、135共计51次任务中，其中Corona 77、108两次任务未能入轨，Corona 117未能成功回收载荷。

KH-4A 4（来源：美国空军）

KH-4A 模块示意图

KH-4B CORONA/日冕 J-3 (1967-1972)：

由Lockheed/洛克希德研发，CIA操作的第一代光学侦察卫星KH-4A的改进型号，基于Agena-D上级并使用Bell 8096液体燃料发动机。其相机改进为两台J-3全景相机，焦距地面分辨率1.8米，帧面积16x217公里。KH-4B同时也搭载了一部DISC（Dual Improved Stellar Index，双改进星间索引）相机，焦距91厘米，地面分辨率30米，帧覆盖面积260x260公里，其提供了比KH-5 ARGON更好的测绘能力。

KH-4B卫星被用在Corona 120、122、125、127、129、131、134、136-145共计17次任务中。其中Corona 142未能入轨。

KH-4B示意图（来源：NRO）

KH-4B 操作示意图（来源：NRO）

KH-4B 模块示意图

KH-5 ARGON/氩气 (Agena-B型号1961-1962，Agena-D型号1963-1964):

由Lockheed/洛克希德研发，CIA操作的第一代光学侦察卫星，早期基于Agena-B上级并使用Bell 8081液体燃料发动机，后期基于Agena-D上级并使用Bell 8096液体燃料发动机。KH-5是CORONA计划的区域调查部分的结果，搭载一台Argon单帧相机（又称Corona-A），地面分辨率140米。

基于Agena-B上级的KH-5卫星任务有：Corona 20、23、24、27、41、50、53，共计七次。其中Corona24、27未能成功发射，Corona20、23未能成功入轨，Corona50未能成功回收，只有Corona41、53两次任务成功。

基于Agena-D上级的KH-5卫星任务有Corona 63、70、72、80、84，共计五次。其中Corona 63姿态控制失败未能入轨，其余成功。

KH-5 2, Agena-B（来源：美国空军）

KH-5 12, Agena-D

KH-6 LANYARD/挂绳 (1963)：

由Lockheed/洛克希德研发，CIA操作的第一代光学侦察卫星，是CORONA计划中为了得到高分辨率图像的实验产品，基于Agena-D上级。KH-6卫星搭载一台Kodak/柯达制造的改进型Samos E-5相机（Samos计划又是另一个坑，还是改天说吧），地面分辨率1.8米。KH-6的相机会在一次拍摄中前后倾斜来覆盖同一片区域，以此得到立体的图像。和其他姊妹任务不同的是，KH-6的设计任务时长只有较短的8-12天，所以没有装备太阳能电池板。

KH-6卫星被用在Corona 61、64、68三次任务中。其中Corona 61未能入轨，Corona 64入轨后胶片过片机构失灵导致没有图像，Corona 68任务成功但是图像质量很差。由于三次不成功的任务，KH-6系列被终止，后续转向支持KH-7 “Gambit/策略” 高分辨率侦察卫星。

KH-6 3（来源：美国空军）

计划的发射：

早期Corona计划中的卫星（例如KH-1和早期测试卫星Discoverer1-3、12、13）均采用Thor/雷神-DM18运载火箭搭配Agena-A上级进行发射。后续KH-2、3、4改用Agena-B上级（这些火箭上级和卫星是一体的，所以说是“基于某上级的卫星”，下面级会把整个上级和卫星一起送入轨道，上级平台会给卫星载荷提供变轨等能力）。等到1963年，一部分基于Agena-D的KH-4卫星开始使用Thor/雷-SLV2A运载火箭，但是同期其他KH系列卫星也会使用Thor-DM21。从Corona 117 (KH-4A 41)任务开始，Thorad-SLV2G运载火箭逐渐取代其他的火箭。后续从Corona 134 (KH-4B 7)任务开始又改为Thorad-SLV2H运载火箭。

CORONA计划使用的相机：

CORONA计划使用规格为70毫米的柯达特殊胶片和61厘米焦距的相机。最初，这些CORONA胶片的厚度是7.6微米，分辨率为每毫米170线，对比度为2比1，每颗卫星携带2400米胶片。相比之下，二战时最好的航空胶片的分辨率只有每毫米50线。后来随着技术的改进，CORONA胶片的厚度被进一步压缩，到了KH-4A已经能携带9800米胶片。CORONA项目也使用过红外胶片（任务1104，KH-4B 4）和彩色胶片（任务1105，KH-4B 5和1008，KH-4A 8）。但是由于分辨率不佳，绝大部分CORONA任务还是使用黑白胶片。

CORONA计划中的C系列相机由艾泰克公司和仙童公司制造，使用30厘米f/5光圈三和镜头，每个镜片直径18厘米，类似蔡司的Tessar镜头。最初相机长度1.5米，后来改进为2.7米。从KH-4开始，C相机的镜头改为Petzval f/3.5镜头。为了获得最好的拍摄效果，这些镜头会在垂直于轨道方向的70°弧线上来回扫描移动，以此抵消卫星移动带来的模糊和镜头边缘导致的畸变。

第一批CORONA卫星只有一个摄像头，但是后来就改进为了前后倾斜各15°的双摄像头系统，同时有第三台索引相机负责拍摄大范围索引照片。1967年部署的KH-4B搭载的J-3相机使用叫做“鼓”的旋转系统，使得相机本体无需在轨道上来回移动，进一步提高了拍摄质量。KH-1卫星的地面分辨率为12米，两年后KH-3卫星的分辨率就提高到了3米，随后KH-4卫星的分辨率进一步提高到了1.5米。到了CORONA任务的后期（1970年），KH-4B卫星已经可以取得最高0.91米的成像地面分辨率。

最初的CORONA任务遭遇了神秘的边界雾化和在返回的胶片上不规则出现的明亮条纹。最终，来自该项目和学术界的科学家和工程师团队确定是一种静电（称为电晕放电）导致相机的某些组件正在对胶片进行曝光。随后的改进措施包括更好的部件接地、不产生静电的薄膜辊、改进温度控制以及更清洁的内部环境。虽然进行了改进以减少电晕，但最终的解决方案是将胶片盒装满胶片，然后将未曝光的胶片通过相机送入收片轴而不进行曝光。然后对未曝光的胶片进行处理并检查电晕情况。如果未发现任何电晕或观察到的电晕在可接受的水平内，则这些胶片盒将获得使用认证并装载新胶片以执行发射任务。

CORONA计划的回收：

CORONA任务的胶片是通过通用电气设计的“胶片桶”回收的。胶片桶被隔热罩包裹，从轨道上被卫星丢下，在经过再入高温后于18公里高处抛弃隔热罩并展开降落伞。接着，一架特殊改装的飞机会把降落伞钩住并把胶片舱拖进机舱里。胶片舱的底部有盐做的塞子，如果落入海中且两天内未被回收的话会被水化开导致胶片沉入海底。1964年中，一个胶片舱意外落在委内瑞拉的陆地上并被农民发现。在这之后，胶片舱上印刷的“机密”标签被改为八种语言写的“携带此物交还美国政府的人有奖”。

在任务Corona 69/KH-4A 1之后，卫星开始携带两个胶片舱，在完成一次的拍摄和回收后卫星会休眠21天然后再次拍摄。从1963年开始，胶片舱增加了在卫星意外断电时自动弹出并回收的“救生艇”功能。回收的胶片在纽约罗切斯特的柯达“鹰眼”工厂冲洗。

这个胶片筒在CORONA计划之后被改装为KH-7 “GAMBIT/策略” 高分辨率侦察卫星的胶片舱。

CORONA胶片回收流程示意图

CORONA胶片舱

仙童公司改装的C-119J正在回收CORONA 19的返回舱

CORONA计划的运营：

CORONA计划的诞生地是桑尼维尔空军基地（现称Onizuka/鬼冢空军基地）。1958 年 5 月，国防部指示将 WS-117L 项目移交给ARPA（高级计划研究局，DARPA的前身）。1958 财年，美国空军给WS-117L提供了 1.082 亿美元的资金（2024 年通货膨胀调整后为11.4亿美元）。空军和ARPA在1959 财年总共给Discoverer/发现者计划花费1.323亿美元（通货膨胀调整后的 2024 年为13.8亿美元），在1960财年花费了1.012亿美元（通货膨胀调整后的 2024 年为10.4亿美元）。社会估计当时CORONA 计划的总成本达8.5亿美元。

CORONA卫星的生产和采购由中央情报局管理。CIA利用从1958年4月到1969年的掩护安排在Hiller Helicopter Corporation/席勒直升机公司的Palo Alto工厂生产CORONA卫星和Agena上级。随后，卫星、上级和相机被运往范登堡空军基地进行组装测试。1969年后，卫星的生产转移到加州桑尼维尔的洛克希德工厂。

CORONA卫星拍摄的目标是由CORONA Target Program/CORONA目标计划做出的。CORONA卫星的地面控制中心最初设在加州Palo Alto的斯坦福工业园，后转移到桑尼维尔空军基地。

CORONA计划中的琐事：

由于美国的太空发射直到1961年底才被列为机密项目，为了保护掩人耳目，CIA把第一批的CORONA卫星被归为一个叫做“Discoverer/发现者”的太空探索计划名下。对于公众来说，发现者项目是个偏向科学项目而不是军事项目。为了掩盖机密信息，CIA建造了几个CORONA太空船来容纳猴子乘客。生命维持系统的地面测试导致了许多测试猴子的丧生。事实证明用发现者计划来掩人耳目的做法并不完美，最终导致了美国科学界对该计划的审查。最后一个以发现者命名的CORONA任务是1962年1月13日的Discoverer 37任务。之后的CORONA任务被简单的归类为“国防部卫星发射”。

上面提到早期CORONA任务被伪装成一个载生物航天项目。最早携带生物太空舱的CORONA任务是Discoverer 3任务，携带了四只黑老鼠上天。

从Discoverer4开始的三次任务失败的原因是胶片在过片时断裂。测试结果表明，用于制造片基的醋酸酯薄膜在太空环境下会变脆。为此，柯达公司开发了一种在杜邦公司生产的聚酯上涂覆高分辨率显影乳液的技术。用此技术生产的聚酯薄膜不但能抵抗太空环境带来的脆化，而且重量是此前醋酸酯薄膜的一半。

Discoverer/发现者 13任务是人类第一次从太空回收完整的人造物体（此次任务未装载胶卷），比苏联的Korabl-Sputnik 2（携带两只太空狗Belka和Strelka进入太空并安全返回）卫星早了九天。现在发现者13号在华盛顿特区国家航空航天博物馆里展出。

CORONA计划第一次回收完整的胶卷是Discoverer/发现者 14任务。这次任务成功返回了7.3公斤重的胶卷，带来的信息比之前所有的U-2侦察飞行加起来还要多。这使得美国首次清楚的了解苏联的战略核打击能力。在此前，CIA估计苏联1961年会部署140-200枚洲际导弹。但在发现者14回收一个月后，这个数字就被细化为10-25枚，大大减轻了美国人的压力。此外，CORONA任务也提高了情报收取的时效性。

CORONA卫星拍摄的五角大楼，摄于1967年9月25日

KH-1系列的最后一个卫星Discoverer 15号的胶卷舱成功返回了地球，但是沉入了太平洋未被找到。

KH系列卫星进入成熟阶段是从KH-4卫星开始的。从1963年开始，NRO（美国国家侦察办公室）可以将KH卫星保持在“R-7”状态（从准备到发射7天内）下。等到1965年中，NRO就有了“R-1”（从准备到发射1天内）的能力。

KH系列卫星还经常搭车发射一些较小的载荷。一些KH-4A和4B任务一起发射了更高轨道的电子情报（ELINT）卫星。一些P-11侦察卫星也是这样搭车发射的。Discoverer/发现者计划也发射了至少两颗MIDAS（Missile Defense Alarm System，导弹防御警报系统，美国早期的全球导弹发射监控计划）的测试卫星。这些卫星用红外相机来检测轨道上运载火箭的热信号。

最后一次CORONA发射是在1972年5月25日发射的KH-4B 17/Corona 145, Mission 1117, OPS7371号任务。随后，CORONA项目正式结束，被KH-9 Hexagon取代。

CORONA卫星的校准手段一直有所争议。有人认为亚利桑那州卡萨格兰德郊外的水泥箭头是CORONA卫星的校准目标，但是也有人认为这些水泥箭头是为了航空测绘而建的。

位于亚利桑那州Casa Grande市Carmel Boulevard and West Cornman Road东北角的水泥箭头CORONA Target (Y4-7)

所有的CORONA发射在当时都是绝密的。一直到1992年，CORONA计划才被移除绝密名单。1995年5月22日，时任总统比尔·克林顿签署了解密CORONA卫星和两个连带项目（ARGON和KH-6 LANYARD）的行政令。随后，“除CORONA外的过时的广域胶片拍摄返回系统”（也就是KH-7和KH-9）在审查后被于2002年解密。

澳大利亚国立大学的科学家曾用解密的图像来定位和探索叙利亚北部的古代遗迹。哈佛大学的科学家也用这些图像研究过美索不达米亚的古代遗迹。

美国地质调查局拥有1960年到1972年间来自CORONA、ARGON和LANYARD的超过860000张地球表面照片。

CORONA卫星拍摄的加州Dinuba地区

下集、下下集还有更多坑预告：

番外：CORONA的姊妹，SAMOS计划是怎么没的？

CORONA加强版：KH-7是什么样的？

KH-9 “六角”：力大砖飞？第二代胶片侦察卫星：胶片巅峰，70年代的0.5米级分辨率

KH-10 MOL 载人轨道实验室：锁眼还干空间站的活？

KH-11 "凯南/水晶/增强水晶"：站在太空看报纸？四十年仍未停止的项目，川普泄密的来源

锁眼之匙：SDS卫星数据系统

可见光之外：“玛瑙”和“长曲棍球”还有“黄玉”，“鹅毛笔”

骇人黑星3.0：150米直径的巨大天线：“猎户座”和“导师”电子侦察卫星

不是哥们你是干嘛的？那些不知道用途的黑星合集

......

未完待续