{2017年第15期]张雅声:航天装备的发展与运用

来源:社科联  作者:整理:蒋伶敏  时间:2017-11-03  浏览次数:385

航天装备的发展与运用

 

主讲人:张雅声(航天工程大学教授、博士生导师、航天器领域研究专家)

 

(讲座时间:20171014日;2017年第32讲,总第311讲)

 

    空间系统在信息化战争中的重要作用

虽然现在伊拉克战争的战后局势让美国政府焦头烂额,但仅从战争的角度来看,伊拉克战争对于美国政府而言,是一场近乎完美的战争,它体现了信息化战争所具有的夺取信息优势、实施精确打击、全面体系对抗等重要特点。

一是主宰战场态势感知。空间系统为信息化战争提供了全天时、全天候的侦察、监视、预警、环境和气象信息。美军利用“锁眼”卫星、“长曲棍球”卫星、“国防支援计划”(DSP)预警卫星等对伊拉克实施每两小时一次的严密监视;其中“锁眼”卫星侦察地面分辨率达到0.1米的水平;“长曲棍球”卫星侦察地面分辨率达到0.3米的水平;“国防支援计划”预警卫星系统在10秒内探测地地战术导弹的发射情况。二是提升精确打击能力。基于GPS的武器系统具有精度高、费用低、准备时间短、不受气候影响等优势,在美军作战方式中占据了主导地位。GPS精确制导弹药在信息化战争中大量使用,主战平台广泛采用了GPS技术,全天候作战能力倍增。例如:JDAM“联合制导攻击弹药”上加装的GPS接收机每隔1秒就会接受定位数据,修正可能出现的偏差。JDAM的结构与原来的激光制导炸弹相似,但激光制导的缺点是易受环境的影响,如果天气不好,导航用的激光束可能会受到阻碍或干扰,将无法精确的打击目标,而使用GPS导航的JDAM采用卫星定位,可全天候使用,并且精度很高,误差不超过4米。三是强化联合作战体系。空间系统是C4ISR系统的中枢和纽带,空间系统确保了指挥控制、信息传输的近实时,极大地提高了部队的快速机动和协同作战能力。

四是确立全面作战优势。空间系统使美军的快速反应能力、作战效能、指挥效率和生存能力显著提高,整体作战能力跃升新台阶。

    纵观伊拉克战争,航天装备已经构成美军不对称优势的基础,成为美军作战方式不可分割的重要组成部分。空间已经成为现代军事行动和国家安全的重心。

    侦察卫星

    侦察卫星的分类。成像侦察卫星重要的基天情报搜集手段,包括光学成像和雷达成像两种类型。电子侦察卫星:用于侦察对方预警探测系统、国土防空系统和中远程打击武器系统中雷达的特征参数和位置,侦听对方卫星通信、散射通信、超短波通信的信号参数和信息情报。海洋监视卫星:通过卫星遥感设备对海面舰船和水下潜艇进行探测、跟踪、监视。

   卫星侦察的特点。速度快:在150km的高度,以7.8km/s的速度绕地球一周,只需1.5小时;从北京到天津不到20秒,到广州只需5分钟。效率高:用飞机对我国全境拍照,需拍照100万张,费时10年,而用卫星拍照则只需拍500张,几天就可完成。效果好:地面分辨力高,侦听准确,信息传递及时。适用广:不受国界和地理环境的限制,不存在侵犯领海、领空问题,高山、河海挡不住。

    侦察卫星的作战应用。海湾战争后,各国军事家得出一个结论:“在高科技战争中,侦察已无孔不入,目标只要被发现,就意味着被摧毁”。美国提出了“发现即消灭”的军事思想,可见非常重视态势感知力量的建设。当进行军事行动时,千万不要忘记头顶上的侦察卫星。否则,有可能付出惨重的代价!

    预警卫星

 冷战时期,导弹预警卫星作为一种重要的战略力量,大大降低了美国和苏联突然遭受核导弹袭击的可能性。导弹预警卫星和导弹预警雷达一起构成了美国、苏联整个战略预警系统的核心,地位非常重要。

    导弹预警卫星的工作原理。弹道导弹主动段发动机关机后,其飞行轨迹基本固定,落点也基本确定,因此只要把主动段探测准确,就能进行有效预警。导弹预警卫星利用一个或多个特殊的红外波段,感应导弹发射时尾焰的红外辐射,来实施导弹发射预警。大气层尤其是对流层会吸收大部分导弹尾焰的红外辐射,因此,只有当导弹飞到一定高度时,其红外辐射才能被导弹预警卫星的探测器捕捉到。由于导弹预警卫星研制难度大,目前世界上仅有美国和俄罗斯拥有导弹预警卫星。

美国的导弹预警卫星。国防支援计划卫星(DSP卫星):世界上现役功能最强大的导弹预警卫星。国防支援计划(DSP,Defense Support Program)是美国的第一个实战部署的导弹预警卫星系统。DSP卫星星座布设在高度为35786km的地球静止轨道上,由5颗卫星组成,分布在全球各大洲上空,实时监测全球导弹发射、地下核发射和卫星发射的情况。1970年11月6日发射了第一颗DSP卫星,1989年5颗常驻卫星全部部署到位。直至今日,DSP预警卫星系统已经为美国及其盟国在全球的驻军提供了近半个世纪的导弹入侵预警服务。 现役的DSP星座有4颗工作星和1颗备用星,当工作星出现意外事故时备用星可作为临时补充。4颗工作星分别定点于西经37º(大西洋位置)、东经10º(欧洲位置)、东经69º(印度洋位置)和西经152º(太平洋位置),备用星则定点于东经110º(东印度洋位置)。其中,位于印度洋上空的DSP卫星,能够覆盖俄罗斯部分地区、哈萨克斯坦全境、中国西北以及中部的大部分地区、印度和巴基斯坦全境,用于监视陆基洲际弹道导弹的发射;位于大西洋上空的DSP卫星,主要用于监视从大西洋向美国东海岸发射的潜射弹道导弹;而太平洋上空的DSP卫星,则是用于监视从太平洋向美国西海岸发射的潜射弹道导弹。

天基红外系统(SBIRS):未来世界上功能最强大的导弹预警卫星系统。天基红外系统(SBIRS,Space Based Infired System)是美国正在研制的新一代天基红外预警系统,也是美国国家导弹防御系统的一个主要组成部分,能够为美国部队提供更准确、更及时的弹道导弹预警情报。SBIRS系统的主要任务包括5项:一是国家导弹防御,预警洲际弹道导弹,可以跟踪从初始助推段一直到飞行中段的导弹目标,有关数据还可以被传送到拦截弹;二是战区导弹防御,预警战术弹道导弹,为指挥人员提供更及时、更准确的导弹预警信息;三是技术情报支持,提供敌方导弹的详细技术信息,可以描述导弹特征所需的数据以及其他目标数据;四是作战空间特征描述,可以帮助指挥人员评估战斗损伤,并跟踪红外辐射强烈的射线,从而增强战场态势感知;五是空间监视,能够监视空间的卫星。后来SBIRS系统专指其高轨部分,低轨部分改称为空间跟踪与监视系统(Space Tracking and Surveillance System,STSS)。

    导弹预警卫星的作战应用。第一次海湾战争:实际上并不有效,预警时间只有2分钟,甚至没有预警时间。第二次海湾战争:伊拉克发射了23枚飞毛腿导弹,利用第三代DSP卫星和“爱国者”导弹,美军成功拦截了9枚,其它导弹或自毁或落入无关紧要的区域,未造成人员伤亡。一位曾担任前苏联导弹袭击预警系统地平线上雷达师师长的少将说:“一个拥有战略核进攻力量、却没有导弹袭击预警系统、没有核力量的侦察情报保障系统的国家,让人想到了手持大棒的聋哑人。不清楚哪些国家使用了核武器?也不知道应向谁实施导弹核反击?”

    未来美国的导弹防御系统尤其是天基红外系统部署完成后,我国现有导弹将很难突防,必须尽快开展导弹突防技术研究。

    通信卫星

    在“精确打击+信息战”的现代战争中,卫星通信系统保证了侦察信息和指挥信息的远程传输,实现了信息向作战能力的快速转换,大大提高了武器装备的作战效能,对快速取得作战胜利具有非常重要的作用。

    通信卫星的作战应用。美军进行全球作战,主要依靠全球指挥控制系统进行指挥协调。以通信卫星为主体的通信系统是美军全球指控系统的神经中枢,使其本土战略指挥部对战区乃至全球的作战行动实施远程通信和指挥控制成为可能,使美国空军所谓的“实时目标打击” 行动得以实现。

    美国在近期发生的几场局部战争中,首先将大量先进的卫星通信系统用于实战,着力解决联合统一指挥、各作战力量的互联与协同、战场信息传输等难点问题,大大提高了战时通信的效率,加速了美军取得战争胜利的进程。

    在海湾战争中,90%以上的侦察信息和情报靠卫星传输。每天70万次通话、15万次通报都是依靠这些军用通信卫星系统、商用通信卫星、127个地球站完成。存在的不足是:地面设备不足;机动性差;安全性与稳定性差;一体化程度有待提高。

在伊拉克战争中,通信卫星的作战应用遍布各个阶段。在战前准备阶段,利用跟踪与数据中继卫星将侦察卫星收集的情报传送回美国本土,监视伊拉克主要军事设施及伊军部署。多次补星,增强卫星通信能力,为战争中信息传输保障作准备。在战争集结阶段,以战术卫星通信终端装备美军数字化部队,以卫星通信保障部队集结中的机动通信。在战争进行阶段,利用跟踪与数据中继卫星信息传输;利用低轨通信星座支持近空作战;利用全球广播服务系统保障通信和广播;还租用了一些商用卫星。 在战争结束阶段,用于战后评估和伊拉克残军的搜寻;保障美国本土与驻伊美军的通信指挥。卫星通信的战术应用能力显著提高,实现了向作战平台实时传输战场信息,实现了信息向作战能力的迅速转化。

    导航卫星

    国外的导航卫星系统中,GPS是最成熟的卫星导航系统,GLONASS抗干扰能力最强,GALILEO定位精度最高。GPS处于良好的使用状态,GLONASS已经恢复运行状态,GALILEO尚处于建设阶段。 我国北斗导航系统是完全自主研发的,提供开放服务和授权服务两种服务方式。

    GPS的军事应用,主要体现在以下方面:为车、船、飞机等机动工具提供导航定位信息、为野战或机动部队提供定位服务、为精确制导武器进行精确制导、为人员救援指引方向。美军在战争中把GPS转化为战斗力的潜力发挥得淋漓尽致,充分体现了GPS导航技术在高技术战争中的基础性地位。美军参联会主席曾说过:“如果没有了GPS的支持,美国甚至连一场战斗都无法取胜,更谈不上打赢一场战争。

    空间系统发展对我国的启示

侦察卫星:侦察卫星又称为对地遥感卫星,目前各类遥感卫星很多,性能差异较大,管理也比较分散。为了最大程度的发挥这些遥感卫星的服务性能,不仅需要重点增强各种遥感数据的数据处理与分析能力(这需要大量的人才),而且还需要构建一个灵活、快速的响应机制,以确保能够有效响应军民双方的应急需求。未来需要做好以下几点。一是提高侦察信息的质量,解决看得清的问题。主要体现在有效载荷探测性能的提升,这是技术水平问题,技术创新、质量保证是关键,民用技术大有所为。二是力求快速和及时,解决时效性问题。主要体现天基信息的新鲜度,这是信息传输能力和机制问题,从能力上讲也属于技术问题。三是扩大综合侦察能力,解决发现、跟踪、识别的一体化问题。这也是未来天基信息获取的发展方向之一,主要由一些大卫星或者是卫星群完成。四是军用与民用相结合。民用航天技术的发展将大大推动航天事业的发展,并且军民两用的航天发展越好越紧密,航天系统的安全性就越强。

预警卫星。预警卫星虽然是一种典型的军用卫星,但却是一种技术水平较高的航天器,其对载荷的性能要求和实时数据处理要求非常高,与武器装备的耦合性也比较强,需要军民双方的技术人才共同努力,才能快速形成我国自己的天基预警体系。须着手提升预警卫星这几方面的能力:一是穿透云层的尾焰探测能力,通过增强预警载荷的探测性能,提升天基预警水平。二是全弹道跟踪监视能力,对抗敌方导弹的突防技术,确保我国本土的安全。三是缩短探测与攻击的信息链,有效提升作战能力,增强预警信息的实时数据处理能力和数据的传输能力。

    通信卫星。目前我国的通信卫星数量、质量和运用都还存在较大发展空间,而这项技术的军民两用性非常强,随着民用商用航天的发展,可以在这个方面大有可为,包括卫星系统的设计制造、发射运行,以及地面应用系统的研发。要建立星间链路,构建真正的天网,确保信息的实时全球传递;要增强星上处理能力,增强信息传递的效率;要提高卫星生存能力,通过军用两用也是增强其生存能力的一个有效途径。

    导航卫星。导航卫星我国已经有了规划,并正在积极发展构建阶段。目前我国北斗系统发展中最急需解决的问题之一就是扩展用户的问题。因为GPS系统已经先于我们抢占了绝大部分的市场份额,并且其运行的也非常成熟,系统的可用性也比较好。为了能够扩展北斗的应用,我们需要更好的应用系统、更好的服务性能。另外,就是要发挥我们中国人民的爱国主义情怀,积极使用北斗系统,以自身行动支持北斗系统的发展。要提高水下卫星导航能力,需要通过技术创新发展新型导航方式,突破这个世界性难题。要增强卫星自主运行能力,其实也是增强其生存能力的一种方式,民用的越多生存性越强。加强卫星导航信号的抗干扰能力,通过跨学科突破型抗干扰技术,确保北斗信号的安全、可靠。

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