一颗您从未听说过的间谍卫星帮助赢得了冷战

1970 年代初期，冷战达到了一个特别寒冷的时刻，美国军方和情报官员遇到了问题。苏联海军正在成为全球海上威胁，而美国没有全球海洋监视能力。更令人担忧的是，一种新的基洛夫级核动力导弹战列巡洋舰的出现，这是迄今为止最大的苏联舰艇。对美国来说，这种情况意味着相互确保毁灭的危险平衡，即迄今为止一直劝阻任何一方发动核打击的 MAD，可能会向错误的方向倾斜。

这将取决于一个名为 Parcae 的绝密卫星计划，以帮助防止冷战突然转向白热化。在 Parcae 上工作的工程师将不得不建造有史以来最强大的轨道电子智能系统。

“挑战越来越明显，”电气工程师 Lee M. Hammarstrom 说，他从 1960 年代开始的 40 年里一直处于机密冷战技术开发的高峰期。他的工作包括可以填补监控空白的那种基于卫星的情报系统。他指出，苏联在 1970 年代不断扩大的海军存在是在其防空和反弹道导弹能力不断增长的之后。“我们当时处于 MAD 之下，所以如果苏联有办法抵消我们的打击，他们可能会考虑先发制人。”

Parcae 卫星只有几米长，但它有四块太阳能电池板，从卫星主体伸出几米。从卫星中伸出的杆是一个重力臂，它使轨道飞行器的信号天线保持朝向地球。NRO

可靠、持续和全球范围的海洋监测成为美国的首要任务。现有的代号为 Poppy 的 ELINT（电子情报）卫星计划能够检测和定位苏联船只和陆基系统的雷达发射，但直到该计划的最后阶段，可能需要数周或更长时间才能理解其数据。根据美国国家科学院空间技术历史学家德韦恩·戴 （Dwayne Day） 的说法，美国在 1971 年进行了大型海军演习，美国船只广播信号，几种类型的 ELINT 卫星试图探测它们。这些测试揭示了该国情报收集卫星系统令人担忧的弱点。

这就是 Parcae 的用武之地。

Parcae 计划的一大进步是三颗卫星的分配器，它可以放样三颗卫星，然后它们作为一个组在轨道上一起运行。这里看到的是分配器上的三颗 Parcae 卫星。亚瑟·科利尔

即使是这些卫星的存在，这些卫星将由位于华盛顿特区的美国海军研究实验室 （NRL） 的一群资深工程师建造，在 2023 年 7 月之前也将保持官方机密。就在那时，国家侦察局解密了一份关于 Parcae 的一页致谢。自 1961 年成立以来，NRO 一直指导和监督该国的间谍卫星计划，包括照片侦察、通信拦截、信号情报和雷达计划。由于这种很少的解密，Parcae 计划至少可以被点名庆祝，其总体使命在当年 NRL 的百年庆典上揭晓。

多年来，一些有进取心的记者在诸如航空周与空间技术和 空间评论等场合，被像戴这样的历史学家，甚至被一位俄罗斯军事顾问 非正式地披露了Parcae计划的各个方面。在国防部的一份期刊上。本文基于这些来源，以及来自设计、建造、操作和管理 Parcae 及其前身卫星系统的海军工程师的额外采访和书面意见。它们证实了对那个时代美国的普遍持有但仍然深刻的理解。简而言之，没有什么比冷战的偏执狂和高风险更能刺激工程师们的创造性狂潮，这些技术迅速产生了出色的国家安全技术，包括像 Parcae 这样的监控系统。

一颗带有宇宙封面名称的间谍卫星

尽管 NRO 授权并支付了 Parcae 的费用，但实际设计和制造它的责任落在 NRL 的冷战工程师及其承包商合作伙伴身上，例如系统工程实验室和宾夕法尼亚州州立大学的信号分析和处理公司 HRB Singer。

Parcae 是 NRO 资助的第三个海军卫星 ELINT 计划。第一个是一个名为 GRAB 的卫星，大约有一个健身球那么大。GRAB 代表 Galactic Radiation and Background Experiment，这是卫星秘密有效载荷的幌子名称;它还在同一个壳中安置了一个真正的太阳科学有效载荷 [见侧边栏，“从石英晶体探测器到窃听卫星”]。1960 年 6 月 22 日，GRAB 进入轨道，成为世界上第一颗间谍卫星，尽管没有机会吹嘘它。直到 1998 年，GRAB 的机密任务的存在一直是官方机密。

第二颗 GRAB 于 1961 年发射，这两颗卫星为国家安全局和战略空军司令部监视苏联雷达系统。美国国家安全局总部位于马里兰州米德堡，负责美国信号情报的许多方面，特别是拦截和解密世界各地的敏感通信，以及设计保护美国官方通信的机器和算法。直到 1992 年，SAC 一直负责该国的战略轰炸机和洲际弹道导弹。

直径为 61 厘米的 Poppy Block II 卫星配备了天线，用于接收来自苏联雷达的信号 [上]。信号被记录并重新传输到地面站，例如这个于 1965 年拍摄的接收控制台，命名为 A-GR-2800。NRO

GRAB 卫星跟踪 散布在广阔的俄罗斯大陆上的数千台苏联防空雷达，接收雷达的脉冲并将其传输到世界各地友好国家的地面站。可能需要几个月的时间才能从数据中勉强获得有用的情报，这些数据被人工提交给 NSA 和 SAC。在那里，分析师将检查数据中的“感兴趣信号”，就像众所周知的大海捞针一样，解释它们的重要性，并将结果打包到报告中。所有这些都需要几天甚至几周的时间，因此 GRAB 数据主要与整体态势感知和长期战略规划相关。

1962 年，GRAB 计划围绕更先进的卫星进行了改进，并重新命名为 Poppy。该计划一直运行到 1977 年，并于 2004 年部分解密。由于轨道上有多颗卫星，Poppy 可以对发射源进行地理定位，至少是粗略的。

在 Poppy 计划接近尾声时，NRL 卫星团队表明，原则上，通过将这些信息直接中继到地面站，而不是先记录数据，甚至可以在几小时甚至更短的时间内将这些信息提供给最终用户。这些快速传递情报的第一批实例激发了美国国家安全领导人的想象力和期望，并让我们看到了他们希望 Parcae 提供的海洋监视能力。

Parcae 如何启发现代卫星信号情报

1976 年发射的 12 次 Parcae 任务中的第一次，20 年后最后一次发射。在其漫长的生命周期中，该程序还有其他神秘的封面名称，其中包括 White Cloud 和 Classic Wizard。根据 NRO 的解密备忘录，它已于 2008 年 5 月停止使用 Parcae 卫星。

Atlas F 最初设计为洲际弹道导弹 （ICBM），后来被重新用于发射卫星，包括 Parcae。 Peter Hunter 照片集

最初，Parcae 发射依靠 Atlas F 火箭以精确的轨道编队运送三颗卫星，这对于它们的地理定位和跟踪功能至关重要。（后来的发射使用了更大的 Titan IV-A 火箭。这种三重发射能力是通过由 Peter Wilhelm 领导的 NRL 团队设计和制造的卫星分配器实现的。在 2015 年退休之前，Wilhelm 担任 NRL 卫星制造工作的总工程师长达 60 年之久，指导了 100 多颗卫星的开发，其中一些卫星仍处于机密状态。

Parcae 卫星的众多技术突破之一是重力梯度稳定臂，这是一个长长的可伸缩臂，末端有重物。移动重物会移动卫星的质心，使地面上的操作员能够保持卫星天线朝向地球。

这些卫星通常以三颗为一组工作（Parcae 这个名字来自罗马神话的三种命运），每颗卫星都探测苏联船只的雷达和无线电发射。为了精确定位一艘船，卫星配备了高精度的同步时钟。然后，利用每颗卫星接收到飞船发射的雷达信号的时间的微小差异来确定飞船的位置。每次卫星经过时，都会更新计算出的位置。

一颗 GRAB 卫星准备于 1960 年发射。Peter Wilhelm 站在右边，身穿带图案的衬衫。NRO

来自 GRAB 卫星的传输是在“小屋”[左]中接收的，可能在苏联边界之外的一个国家。在这张照片中，两组接收器之间是用于手动控制天线的轮子。这些八木天线 [右] 是线性极化的。NRO

这些卫星收集了大量数据，并将其传输到世界各地的地面站。这些站点由海军安全组司令部运营，该司令部为海军执行加密和数据安全功能。然后，数据通过通信卫星转发到世界各地的海军设施，在那里进行关联并转化为情报。该情报以船舶发射器定位报告的形式传出，以监视海上船舶上的军官和指挥官以及其他用户。例如，报告可能包括有关新检测到的雷达信号的信息 - 雷达类型、频率、脉冲、扫描速率和位置。

从单个位置同时检测来自不同类型发射器的信号，可以识别进行发射的船舶类别，甚至是特定的船舶。这种精细的海上侦察始于 1960 年代，当时 NRL 开发了一种称为 HULTEC 的船舶监视能力，HULTEC 是船体与发射器相关性的缩写。

早期的小型计算机发现了感兴趣的信号

为了从原本压倒性的原始 ELINT 数据洪流中搜索感兴趣的信号，Parcae 程序包括一个围绕当时的高端计算机构建的情报分析数据处理系统。这些可能是由佛罗里达州劳德代尔堡的系统工程实验室生产的。SEL 生产了用于 Poppy 计划的 SEL-810 和 SEL-86 微型计算机。

这些机器包括“实时中断功能”，使计算机能够停止数据处理以接受和存储新数据，然后从中断的地方恢复处理。该功能对于像 Parcae 这样不断收集数据的系统非常有用。对于找出重要信号来说，数据处理软件也至关重要，该软件由身份仍处于机密状态的供应商提供。

SEL-810 微型计算机是数据处理系统的核心，该系统旨在搜索来自 Poppy 卫星的原始数据洪流以查找感兴趣的信号。 计算机历史博物馆

该分析系统能够自动筛选数百万个信号并识别哪些信号值得进一步关注。此后的几十年里，这种 ELINT 数据的自动筛选变得更加复杂。

Parcae 系统最大胆的要求是“拦截到报告”间隔（从卫星检测到感兴趣信号到生成报告之间的时间）不超过几分钟，而不是当时最好的系统所能提供的小时或几天。据退役海军上尉 Arthur “Art” Collier 说，最终，要求是生成报告的速度足够快，以便用于日常甚至每小时的军事决策。Collier 担任 Parcae 的 NRO 项目经理已有六年时间。他指出，在一个相互确保毁灭的时代，如果从拦截到报告的延迟时间比煎鸡蛋的时间还要长，国家安全领导人就会将其视为可能关乎生存的脆弱性。

随着时间的推移，船舶发射器定位报告从从原始截获数据得出的粗糙电传打字打印输出演变为更加用户友好的形式，例如自动显示的地图。这些报告以海军指挥官和地面和空中的其他最终用户可以快速掌握并投入使用的格式提供拦截的情报、安全或军事意义。

Parcae Tech 和 2 分钟警告

收集和精确定位雷达特征虽然很难实现，但甚至不是最发人深省的技术挑战。更令人生畏的是，Parcae 要求在几分钟内提供“传感器到射手”的情报——从卫星到舰船指挥官或武器控制站。

根据 NRO 运营支持办公室第一任主任海军上尉 James “Mel” Stephenson 的说法，要实现这一目标需要整个技术链的进步。这包括卫星、计算机硬件、数据处理算法、通信和加密协议、广播频道和最终用户终端。

从石英晶体探测器到窃听卫星

霍华德·洛伦岑  美国海军研究实验室

美国海军整个 ELINT 卫星故事的种子技术可以追溯到第二次世界大战，当时海军研究实验室 （NRL） 成为当时电子战和对抗新业务的领先开发商。想想看，监视敌人的无线电控制信号，骗过它的电子侦察探针，躲避它的雷达探测系统。

NRL 涉足基于卫星的信号情报源于 NRL 工程师 Reid Mayo 设计的基于石英晶体的无线电波探测器，他有时会亲自安装在美国潜艇的潜望镜上。该设备通过指定敌方雷达探测其船只的时间和方向，帮助指挥官挽救了他们的潜艇和船上人员的生命。

在 1950 年代后期，随着太空时代的起飞，梅奥和他的老板霍华德·洛伦岑（Howard Lorenzen）（后来聘请了 Lee M. Hammarstrom）可能是第一个意识到，如果探测器可以放置在轨道上，相同的技术应该能够“看到”更大的敌方雷达活动景观。Lorenzen 是一位有影响力的、具有传奇色彩的技术远见者，通常被称为电子战之父。2008 年，美国以他的名字命名了一艘支持和跟踪导弹发射的导弹射程仪表船。

Lorenzen 和 Mayo 为收集 ELINT 而“升起潜望镜”的工程概念在第一颗 GRAB 卫星上得以实现。这颗卫星是一个秘密的有效载荷，搭载在公开宣布的科学有效载荷 Solrad 上，该有效载荷首次收集了有关太阳紫外线和 X 射线辐射的数据。

这些数据将被证明可用于建模和预测行星电离层的行为，这影响了海军附近和珍视的遥远无线电通信。尽管苏联在太空竞赛中一次又一次地获得第一名，但美国无法吹嘘 GRAB 任务，但它是世界上第一个成功的在轨间谍有效载荷，比中央情报局的首个天基照相侦察计划Corona 的首次成功发射早了几个月。

这些用户终端开发的一个关键人物是 Ed Mashman，他是一名工程师，曾在 Parcae 担任承包商。终端必须根据它们的使用地点和使用者进行定制。一个早期的系列被称为原型分析显示系统，尽管“原型”最终被部署为操作单元。

在这些显示系统可用之前，Mashman 在接受 IEEE Spectrum 采访时回忆道，“从 Classic Wizard 传入的大部分数据都进入了刻录袋，因为它们无法跟上高容量。情报分析人员仍然依靠一个艰巨的过程来确定报告中的信息是否足够令人震惊，以至于需要采取某种行动，例如将美国海军舰艇部署在离苏联船只足够近的地方以发动攻击。

为了做出这样的评估，分析师必须筛选来自卫星的大量电传打字报告，手动在地图上绘制数据，以辨别哪些可能表明高优先级威胁，哪些可能表明高优先级威胁，哪些则没有。Mashman 回忆说，当“原型”显示系统可用时，分析师可以“突然看到它自动绘制在地图上，并从中获得有用的信息......当 Classic Wizard 传来一些非常重要的东西时，它会 [提醒] 值班人员并显示它在哪里以及它是什么。

数据过载在船上或现场更是一个问题，因此 NRL 工程师开发了将数据直接传送到船上和现场计算机的能力。软件会自动将数据绘制在地理显示器上，其形式是值班人员可以快速理解和评估的。

这些功能是在最终用户和 Mashman 等工程师之间的肩并肩工作会议中开发的。这些会议导致了一个迭代过程，通过该过程，ELINT 系统可以以用户友好的方式和战术上有用的快速交付和打包数据。

Parcae 的快速传播模式在项目结束后蓬勃发展，是 Parcae 最持久的遗产之一。例如，为了在全球范围内快速分发情报，Parcae 的工程团队基于协议、数据处理算法和定制传输波形等的复杂组合构建了一个安全的通信通道。

连接这些部分的通信网络被称为战术接收设备和相关应用程序广播。就在最近的沙漠风暴行动中，它仍在被使用。“在 Desert Storm 期间，我们向...广播，使其能够在生成后立即到达 Forces，“Stephenson 说。

在国家安全技术领域 40 年的职业生涯中，Lee M. Hammarstrom 升任国家侦察局首席科学家。 美国海军研究实验室

据 Hammarstrom 称，Parcae 的通信挑战必须与管理大量原始数据并将其解析为有用情报的核心挑战同时解决。应对这些数据洪流始于卫星本身，一些参与者将其视为“轨道外围设备”。

该术语反映了这样一个事实，即原始电子信号的收集只是一个复杂系统的复杂系统的开始。即使在 1960 年代后期，当 Parcae 的前身 Poppy 投入运营时，NRL 团队及其承包商已经为这项任务完全重新配置了卫星、数据收集系统、地面站、计算机和其他系统元件。

即使在 1960 年的 GRAB 1 中，这种“数据密度”问题也变得很明显。那些看到第一批数据收集的人对苏联建立的如此多的雷达基础设施感到惊讶。寻找处理数据的方法成为 Hammarstrom 和从事这些高度机密程序的新兴电子、数据和计算机工程师的主要关注点。

Collier 指出，除了支持军事行动外，Parcae “还可以帮助提供海事领域意识，以追踪毒品、武器和人口贩运以及一般商业航运”。

那些建造和运营 Parcae 的人以及那些依赖它来保障国家安全的人强调，这个故事的更多内容仍然是机密和无法讲述的。正如他们在尚未完全分享的采访中回忆的那样，使这个间谍卫星系统成为现实的工程师表示，他们在该计划之前或之后都没有更专业、更有创意地燃烧。Parcae 虽然是冷战时期盛行的相互确保毁灭范式的一部分，但事实证明，这是一次让这些工程师感到高兴的技术冒险。