国外卫星军事应用体系发展现状分析及

军事 2019-01-14 10:34:19

  随着太空军事化的不断发展,太空已经成为继陆地、海洋和空中后的又一个崭新的作战域。各军事强国都在加快卫星应用技术创新,推动卫星应用装备发展,促进卫星应用能力跃升,提升基于网络信息体系的联合作战能力。深入研究国外卫星应用体系发展现状,对推动我国卫星应用体系的发展具有重要的理论和现实意义。

  军事航天应用是借助部署在太空的各种遥感器和观测设备、通信设备以及武器系统等,执行侦察与、弹道导弹预警、军事通信与、气象观测、大地测量、反卫星与反弹道导弹等军事任务。本文认为:卫星应用体系是以卫星应用技术为推动,卫星应用装备为支撑,卫星应用能力为目的,统筹卫星应用技术、装备和能力有序协调发展,有效执行侦察、导弹预警、通信中继、定位和监测等任务的要素集合。卫星应用体系从本质上可以分为卫星应用能力、卫星应用装备和卫星应用技术三个方面。

  太空被认为是必须通过军事化进行的边界,世界主要军事强国都在加强太空力量建设。随着军事技术在太空领域的不断应用,外军相继组建各自的太空部队,实现太空力量与地面作战力量的高度融合。

  卫星应用能力是卫星应用体系发展的核心要素。卫星应用能力建设以太空力量建设和发展卫星系统为基础,以加快作战应用为根本,以提升作战能力为目标。

  在太空力量建设方面,美国走在了世界前列,并得到多次实战的检验。2000 年 5 月《航空航天部队: 21 世纪美国》第一次正式确定建立太空作战部队,而在《全球参与:21 世纪空军构想》中美军第一次明确建立“天军”计划,这支天军应具有航空航天优势、快速全球机动、全球精确作战、信息优势和敏捷战斗支援能力。

  美国航天力量分散部署陆海空三军,各军兵种内设航天司令部,对其军种航天力量行使指挥权,其中,美陆军和海军所属的航天力量规模较小,空军所属的航天力量规模较大,是美军航天力量的主体。美空军航天司令部下辖的第 14 航空队拥有 5 个航天联队和 1 个航天大队,分别担负导弹预警与航天控制、航天发射、指挥与控制卫星和全球等任务。组建航天部队是美军太空力量建设的重要内容,目标是使其具备《全球参与:21 世纪空军构想》中提出的航空航天优势、快速全球机动、全球、精确作战、信息优势和敏捷战斗支援能力,最终成军。

  在作战应用方面,美国发展已经比较成熟,并多次应用于实战,检验了卫星应用能力。

  海湾战争中,多国部队 72 颗侦察、预警、通信、气象、等卫星直接或间接服务于战争,由美国和北约部署的 26 颗卫星组成综合通信系统,提供战略、战役、战术级通信保障,美国利用太空部署的数十颗侦察卫星获取 70%以上的战略和战术情报,基本实现战场透明。

  科索沃战争中,恶劣气象条件下,北约依靠两颗“长曲棍球”雷达成像侦察卫星对此起彼伏的科索沃地区进行打击前侦察,有效识别南联盟塞尔维亚地面部队和萨姆-6 机动式地对空导弹阵地。

  阿富汗战争运用成像侦察卫星共 13 颗,其中,美国部署有 10 颗,法国部署 2 颗,以色列 1 颗,这些卫星实时侦察本·和以及评估打击效果,为美军在阿富汗山区作战提供战术情报。

  伊拉克战争期间美军了 49 颗各类侦察和预警卫星,构成空前规模的太空侦察体系,同时,美军利用国防卫星通信系统和军事星卫星,使此次对伊拉克作战比 1991 年海湾战争的通信量提高 10 倍。

  利比亚行动中,美国部署了锁眼-12、战术星、长曲棍球卫星、陆地卫星、世界观测等,法国部署了太阳神-2A、太阳神-2B等侦察卫星,全天候利比亚,为联军空袭利比亚获取 80%以上的战略战术情报。

  据统计,美军 70%以上的通信、80%以上的情报侦察与、90%以上的精确武器制导、几乎 100%的气象预报都来自于太空系统。

  卫星应用装备是卫星应用体系发展的关键要素。从 20 世纪末开始,国外卫星应用装备进入快速发展时期。由于国外卫星应用装备尚没有进行类型划分,为方便对卫星应用装备进行研究,从作战角度将卫星应用装备分为指挥类和保障类。其中,指挥类卫星应用装备是辅助指挥员进行作战行动指挥控制的指挥型卫星应用装备;保障类卫星应用装备主要是由通信、气象保障等单一功能,或集成多种功能的保障型卫星应用装备。

  美国陆军战术指挥控制系统(ATCCS)是多个功能领域控制系统的集成,形成一个从营到战区无缝链接的指挥控制体系,为战役级作战部队提供战场态势信息和决策支持。该系统是战役级指挥控制系统,共分为 5 个指挥控制分系统:机动控制系统、高级野战炮兵战术数据系统、全源分析系统、前方地域防空指挥控制和情报系统以及战术勤务支援控制系统。

  美国陆地勇士士兵系统主要由综合头盔、无线网络、计算机、地面、用户接口、武器接口、昼用视频以及 2 组 12h 电池组构成。该系统主体功能是战场态势和作战指挥控制,能够对在 3~5km 外机动的士兵进行监管,为上级作战指挥机构提供强大的指挥控制能力。2007 年 3~8 月,美军首先为驻伊拉克第 4 斯特瑞克旅装备 200 套陆地勇士士兵系统。

  俄罗斯陆军战士士兵系统包括大约 40 个部件,主要由轻武器、防护与生命支援系统、通信、与目标系统等组成,主要提供态势和友军功能。系统核心组件是单兵 C4I 信息系统即电子战术背心(可穿戴式计算机)。2014 年战士士兵系统配备了 5~7 个兵团,未来 5 年战士士兵系统将全面装备到俄罗斯武装部队。

  美国蓝军(blue force tracking, BFT)系统是基于卫星通信的指挥控制系统。美军一直将提高战场态势共享作为发展蓝军系统的重心,随着卫星通信引入系统,实现了数百千米范围内友邻部队的战场态势共享,同时随着联合程度的加深,美军又对系统进行更新换代,提高信息传输速度、系统横向集成度,确保联合部队能更快、更好地共享态势,应对未来战场的挑战。

  美国空军战斗幸存者/逃逸者定位器(CSEL)系统是一种搜索、定位、识别、救援的指挥控制系统,由 GPS 接收机、卫星通信转发器、营救搜索信标和超高频/甚高频转发机组成。该系统主要功能包括:精确的 GPS 定位和数据、超视距卫星数据通信和视线语音通信功能。同时通过 CSEL 系统,救援者可以准确判断幸存者的,并进行身份识别。1997 年底,美军对首批 30 台 CSEL 系统进行作战测试与评估,至 2011 年 10 月,美军陆海空三军部队已配备了 50000 台 CSEL 系统。

  英国弓箭手(BOWMAN)战术无线 世纪综合战术通信系统,由一系列便携式或车载式组成,主要包括单人便携式和车载式的 HF/VHF 、UHF 地对空。该系统包括语音通信系统和自动定位系统,可使作战部队随时定位己方、友军和敌方部队。该系统车载型用户终端可实现动中通,车上乘员可以发送数据报告和浏览作战态势图。2004 年英国陆军第 12 机械化旅对“弓箭手”战术无线电系统成功完成了野战测试,宣告“弓箭手”开始服役,2011 年部署到阿富汗的英国陆军第 7 装甲旅也配备该系统。

  卫星应用技术是卫星应用体系的基础要素。目前,美国、俄罗斯、以色列等世界军事强国都十分重视卫星应用技术发展,纷纷投入大量资源,用于卫星应用技术的研发。其中,美军卫星应用技术发展最快,应用效果最好,代表了世界卫星应用技术的发展水平。

  随着作战理论的不断发展,综合类卫星应用装备智能化程度不断提高,逐渐减少人为参与的环节。这种趋势要求必须有相应的综合类卫星应用技术作为支撑,主要体现在信息集成和信息利用等领域,美军信息开发办公室对上述重点研究领域进行重点规划。在信息利用领域,研究方向是多种传感器的信息融合,对移动或时敏目标进行持续以及敌我目标自动化识别;在信息集成领域,研究方向是多约束的语义信息网络及嵌入式计算。

  综合分析美军信息获取类卫星应用技术有关资料,可以将其划分为侦察卫星应用技术和战场监测卫星应用技术。其中,侦察卫星应用技术主要包括各种目标数据的储存与融合、情报产品生成、管理、判读、编目、分发和应用等;而战场监测卫星应用技术主要包括战场信息接收、处理与加工,情报产品生成、分发和应用等。综合分析美军上述信息获取类卫星应用技术,可以将其划分为信息获取技术、信息处理技术和信息分发技术。

  从美军发布的关键技术分析,为大幅提升卫星通信终端性能以及增加通信数据的吞吐量,对卫星应用终端技术进行了大量深入研究。卫星激光通信也是美军近年来重点研究的热点,但由于其核心技术——捕获瞄准技术尚未完全突破,因此距离实际部署尚有差距。动中通技术是美军目前重点发展的关键技术,为实现超视距、移动通信提供技术支撑,美军师级指挥控制系统中已经大量配备动中通系统,现已开始形成向战术单元配备的趋势。

  美国 GPS 系统已经相当成熟,并经过多次实战检验。因此,美国目标非常明确,将进一步提高精确制导和授时精度,改善 GPS 系统的抗干扰能力。基于此,美军对在轨卫星和卫星运行控制装备开发大量新技术,同时,对卫星应用装备也做了大量工作,从接收机和天线这两个方面对卫星应用装备进行多项软件和硬件的改进以及新技术的研发,提高卫星应用装备的抗干扰能力,从而改善 GPS 系统的精确制导/定位和授时精度。

  卫星应用体系是一项复杂的系统工程,必须按照全面协调可持续发展的要求,统筹兼顾、整体规划,以确星应用能力的全面提升。为此,以能力提升为主要目标,从体系建设的角度出发,推动卫星应用技术、装备和能力之间的良性发展,为提升作战能力奠定基础。

  卫星应用技术是卫星应用装备建设和卫星应用能力形成的基础,应针对作战能力需求,加强基础技术研究、集成成熟技术、攻克关键技术,从而推动卫星应用装备的全面发展。

  “创新发展”为卫星应用相关基础技术的研发提供了契机,同时,作战需求推动了基础技术的发展,为卫星应用装备作战效能发挥提供强有力的技术支持。基础技术以数学、物理、材料等为核心,包括先进的建模技术、高效精准的算法、计算机技术集成以及近几年发展起来的大数据和云技术等。这些技术的研究需要大量的投入,而短期内甚至较长时间内都不见效果,需要国家在资源和政策上给予支持,以便实现基础技术的持续发展,支撑卫星应用关键技术的深入研究,打牢卫星应用装备体系稳固发展的根基。

  战术是进行作战的方法,装备是用于和保障作战行动的武器、武器系统、电子信息系统的统称。战术与装备是构成作战行动的基本要素,两者伴随着作战行动的全过程,共同决定着作战能力的强弱。卫星应用装备是武器装备体系形成战斗力的关键,而卫星应用装备作战效能的发挥则需着眼于最前沿的卫星应用技术。卫星应用装备性能决定了太空信息支援能力的实际发挥,而卫星应用技术决定了卫星应用装备的性能。深入研究卫星应用技术,推动卫星应用装备的全面普及,快速提升太空信息支援能力是保障作战行动的关键。

  立足当前实际技术水平,从度技术体制分析,综合考虑作战实际,通过顶层设计,形成统一的综合应用系统技术规范标准。研究综合应用系统技术要作战军事需求,技术交叉融合的趋势,重点突出关键技术的创新。同时,对关键技术达到的成熟度和技术风险进行有效评估,降低各类技术风险,实现技术应用的“软着陆”。统筹规划卫星综合应用技术的总体发展,循序渐进地做好进度管理,不断采纳反馈意见,提升系统研制的精细化管理水平和关键技术的可行性,确保系统研制顺利成功,满足联合作战军事需求。

  从作战需求的角度规划卫星荷载发展,突破快速响应的新型技术,大大提高卫星载荷快速响应整体能力,支持联合作战快速响应需求。开展新型卫星载荷应用技术方面的研究,针对具体类型的任务载荷,充分开展和卫星平台集成方、用户使用方之间的联合设计,逐步建立形成一套卫星载荷技术研究标准和设计规范,指导快速响应卫星载荷研制,最终实现面向作战任务、基于作战能力的卫星载荷快速协同设计、制造和集成,作战快速响应能力发挥。

  卫星应用装备的建设必须立足作战需求,以卫星应用技术的同步协调发展为支撑。卫星应用装备建设应具有超前意识,注重协调同步发展,在卫星系统规划开始阶段启动相关技术的研究,在卫星系统建设的同时进行卫星应用装备的研制。

  针对作战的各级指挥控制系统、作战单元,设计定位、通信传输、地形测绘、侦察预警、水文气象等基本型卫星通用装备,大量部署支援作战力量。对作战目标,尤其是时敏目标,基本上形成“基于太空信息支援的初始作战能力”。卫星应用装备的发展必须符合标准化、模块化、小型化和通用化的要求,彻底消除不同作战力量之间卫星应用装备各自规划发展的局面,真正实现不同作战力量卫星应用装备之间的互连、互通、互操作,确保太空信息支援作战行动,有效提升作战能力。因此,全面发展通用卫星应用装备是全面提升体系作战能力的基础。

  根据目前武器装备建设,结合对“航母”等重要时敏目标精确打击的作战需求,发展支持不同作战力量实施的综合型卫星专用装备。精确打击是陆海空作战力量联合实施的体系作战,通过对不同作战力量精确打击通用卫星应用装备的重点建设,提升了精确打击作战能力。但是针对陆上、海上、空中作战力量精确打击作战不同需求,按照统一标准发展专用卫星应用装备,以便更有针对性的提升不同作战力量的精确打击能力。因此,重点发展专用卫星应用装备是提升体系作战能力的有效保障。

  无论是通用卫星应用装备还是专用卫星应用装备,其不同作战力量作战效能的发挥往往必须依赖于网络、数据链等相关基础装备的辅助,大大提高卫星应用装备的效能。在作战过程中,如果出现军用卫星应用资源紧张,民用卫星应用装备可作为军用卫星应用装备的有效补充。立足未来卫星应用装备的发展,应重视发展辅助卫星应用装备。只有辅助卫星应用装备同步发展,才能提升不同作战力量的整体作战效能,同时,要注重卫星应用装备军民融合的发展,不能只停留在装备和技术融合发展的层面,还要确定相应的制度,为卫星应用装备军民融合发展提供制度保障。

  卫星应用能力构建是一项复杂的系统工程,其不仅关系到太空系统与装备建设及技术研发,还受到政策法规、作战条令、编制体制、人才队伍等诸多因素的影响和制约。因此,从能力体系建设的角度做好顶层设计,力求全面提高卫星应用能力的整体发展水平。

  需求牵引是武器装备发展建设的基本准则,准确把握卫星应用发展需求是全面推动卫星应用装备建设和技术研发,提升卫星应用能力的重要前提,这不仅是增强情报保障针对性的需要,更是提高卫星应用发展战略前瞻性的根本。只有准确把握作战实际需求,才能科学规划卫星应用能力的建设,合理布局卫星应用技术的研发,提早安排卫星应用装备的部署,从而远瞩地制定卫星应用发展战略。深入研究卫星应用装备建设和利用情况,摸清卫星应用装备的部署范围、配备层次和应用效益等具体状况,以便形成科学合理的卫星应用能力体系,有效支持作战行动。

  卫星应用能力发挥的关键因素是卫星应用技术及装备研发,同时必须认识到卫星应用技术研究及装备作战效能发挥,会受到其他相关因素的影响和制约。从作战装备体系建设角度看,卫星应用装备发展需要卫星有效载荷、计算机/通信网络等外部相关因素的同步协调;从卫星应用装备体系建设角度看,装备作战效能发挥受管理体制、培训与训练、维修与保障等因素的制约。因此,充分发挥理论先导作用,在卫星应用技术开发及装备建设的同时,对影响卫星应用能力发挥的诸多因素先期进行研究,开展作战中卫星应用装备支援作战理论研究,开展卫星应用装备作战应用、训练以及保障问题研究,通过教学、培训、训练和演习等多种手段,整体提升卫星应用能力发挥。

  信息化作战是体系与体系的对抗,在做好体系结构相关研究的基础上,从能力体系建设角度搞好顶层设计、规划卫星应用能力的长远发展。因此,必须统筹兼顾,结合当前和未来作战需要以及相关技术与装备的未来发展,科学构建卫星应用能力体系。以卫星应用能力体系结构为依据,做好卫星应用技术与卫星应用装备的统筹规划,根据装备的发展需求制定技术发展线,确保技术与装备的有效衔接;统筹考虑卫星应用装备与其他电子信息装备的融合发展、主战装备与卫星应用装备的配套建设、不同类型卫星应用装备的同步协调发展、不同种类卫星应用装备的综合集成等,把各类武器装备有机地融合为一体,不断提升作战能力。

  太空信息在信息化联合作战中发挥了不可替代的作用,向充分展示了太空信息优势,为作战能力的提升提供了一个新视角。通过对国外卫星应用体系发展现状进行深入研究,分析太空信息在信息化联合作战中的具体应用,为深入开展太空信息支援力量对联合作战体系的贡献度奠定基础,为加快卫星应用体系建设提供理论支撑。

  本文转载自“《飞航导弹》”;原标题《国外卫星应用体系发展现状分析及》;作者 孙盛智(海警学院电子技术系)、裴春宝(大学信息科学技术学院)、侯妍;基金项目 国家自然科学基金(61401105)、国防重点预研基金(9140A22010114KG02067)

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