外軍電子偵察衛(wèi)星技術(shù)特點(diǎn)與趨勢淺析

2016-11-29  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年中旬,一顆隸屬于美國國家偵察辦公室(NRO)的偵察衛(wèi)星(代號(hào)NROL-37)發(fā)射升空,有專家分析稱,該衛(wèi)星可能是“門特”(Mentor)系列電子偵察衛(wèi)星系列中的第7顆,并引起了世界各國的高度關(guān)注。

電子偵察衛(wèi)星之所以會(huì)引起如此高度的關(guān)注,主要是因?yàn)榧幢阍诤教祛I(lǐng)域發(fā)展如此快速的今天,電子偵察衛(wèi)星仍屬“奢侈品”——其技術(shù)含量之高、設(shè)計(jì)難度之大讓很多國家(甚至是有些大國)望而卻步。例如,從國家分布角度來看,電子偵察衛(wèi)星及其技術(shù)主要掌握在美、俄、中、法等極少數(shù)幾個(gè)國家手中,且其中美、俄占了絕大多數(shù)。從歷史上看,美國、前蘇聯(lián)/俄羅斯、法國分別發(fā)射了156顆、164顆、10顆電子偵察衛(wèi)星(不完全統(tǒng)計(jì));從目前來看,美國、前蘇聯(lián)/俄羅斯、法國仍在軌運(yùn)行的電子偵察衛(wèi)星數(shù)量分別為20顆、15顆、10顆(不準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì))。

一、外軍電子偵察衛(wèi)星近期發(fā)展動(dòng)態(tài)綜述

在上個(gè)世紀(jì)經(jīng)歷過一次蓬勃發(fā)展階段后,天基電子偵察領(lǐng)域一直處于沉寂狀態(tài),風(fēng)頭完全無法與天基成像偵察相抗衡。尤其是在合成孔徑雷達(dá)(SAR)等雷達(dá)成像技術(shù)高速發(fā)展的今天,天基電子偵察的空間被進(jìn)一步壓縮。然而,自從2014年俄羅斯高調(diào)宣布發(fā)射“蓮花-S”電子偵察衛(wèi)星以后,美國、法國也在電子偵察衛(wèi)星領(lǐng)域取得了一系列進(jìn)展,這可能意味著天基電子偵察領(lǐng)域再次走到情報(bào)偵察舞臺(tái)的中央。2014年以來發(fā)射的主要電子偵察衛(wèi)星如下表所示。

2014年以來發(fā)射的電子偵察衛(wèi)星

衛(wèi)星	概述
“蓮花-S”	2014年12月25日,俄羅斯從普列謝茨克航天發(fā)射場成功發(fā)射了一枚“聯(lián)盟”2-1B火箭,將一顆“蓮花-S”(Lotos-S)電子偵察衛(wèi)星送入太空。該新型電子偵察衛(wèi)星將用于監(jiān)聽全球無線電通信,電子偵察專家也可以利用截獲的信號(hào)對各種設(shè)施和軍用平臺(tái)實(shí)施定位、特征分析和目標(biāo)瞄準(zhǔn)。 “蓮花-S”是俄羅斯研制的新一代電子偵察衛(wèi)星,首顆衛(wèi)星于2009年11月發(fā)射并一直工作到2011年。此次發(fā)射的是“蓮花-S”系列的第二顆衛(wèi)星,搭載了更先進(jìn)的載荷。原計(jì)劃于2012年年初發(fā)射,但由于技術(shù)原因拖延了兩年多時(shí)間?！吧徎?S”系列衛(wèi)星是俄羅斯“藤蔓植物”(Liana)衛(wèi)星星座的一部分。該星座還包括用于海上情報(bào)監(jiān)視的“介子”(Pion)衛(wèi)星,該衛(wèi)星可幫助俄羅斯海軍對敵方艦只進(jìn)行定位和目標(biāo)瞄準(zhǔn)。
“谷神”	2015年3月17日,據(jù)報(bào)道,法國空客公司已與法國國防采購局(DGA)簽訂了一份價(jià)值4.87億美元的合同,為其建造3顆“谷神”(CERES)衛(wèi)星,用于太空信號(hào)情報(bào)(SIGINT)任務(wù)。這是法國“天基電磁情報(bào)”(CERES,“谷神”)項(xiàng)目的一部分。泰勒斯公司將負(fù)責(zé)衛(wèi)星信號(hào)情報(bào)有效載荷的研發(fā)。按計(jì)劃,首顆“谷神”衛(wèi)星將于2020年開始運(yùn)作。 該衛(wèi)星將具備最新的太空信號(hào)情報(bào)偵察能力,預(yù)計(jì)于2020年投入使用。三顆衛(wèi)星在軌位置距離較近,將通過組網(wǎng)協(xié)同來實(shí)現(xiàn)對地面信號(hào)的檢測、定位。主承包商包括空客公司和泰勒斯公司:前者將負(fù)責(zé)太空衛(wèi)星部分,后者則將負(fù)責(zé)有效載荷和地面站部分。
“門特”	2016年6月11日,一顆隸屬于美國國家偵察辦公室(NRO)的偵察衛(wèi)星(代號(hào)NROL-37)發(fā)射升空,據(jù)稱該衛(wèi)星是“世界上最重的衛(wèi)星之一”(“德爾塔4”型火箭可將10噸重的載荷發(fā)射到地球同步軌道)。 專家稱,該衛(wèi)星可能是“門特”系列(“門特”亦稱為“高級獵戶座”(Advanced Orion))電子偵察衛(wèi)星系列中的第7顆,主要用于從地球同步軌道上收集地面的各類雷達(dá)、通信(以通信為主)等電磁信號(hào)。

二、外軍電子偵察衛(wèi)星典型特點(diǎn)分析

從歷史上看,世界上第一顆偵察衛(wèi)星即是電子偵察衛(wèi)星,即,美國1960年6月底發(fā)射的GRAB衛(wèi)星,這比世界上首顆圖像偵察衛(wèi)星“科羅娜”早了2個(gè)月。從當(dāng)前來看,外軍電子偵察衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀主要體現(xiàn)出如下幾大特點(diǎn)。

美國1960年6月底發(fā)射的GRAB電子偵察衛(wèi)星是世界上第一顆偵察衛(wèi)星

1.偵察頻段方面幾乎覆蓋了從短波到SHF的所有常用射頻頻段

外軍電子偵察衛(wèi)星的覆蓋頻段從最初的雷達(dá)頻段逐步向兩端擴(kuò)展,逐步覆蓋了從短波到SHF的常用射頻頻段。

例如,美國發(fā)射的首顆電子偵察衛(wèi)星GRAB就是專門針對俄羅斯的地面防空雷達(dá)設(shè)計(jì)的,而隨著偵察目標(biāo)類型的不斷擴(kuò)展,偵察頻段也不斷向兩端擴(kuò)展——低端可達(dá)短波頻段(約20 MHz,如,法國“克萊門汀”衛(wèi)星就具備該頻段偵察能力),高端可達(dá)SHF頻段(約20 GHz,如,美國“大酒瓶”衛(wèi)星就具備該頻段偵察能力)。

2.偵察目標(biāo)方面幾乎已遍及所有射頻信號(hào)

從最初單純地偵察防空雷達(dá)信號(hào)擴(kuò)展到能夠偵察幾乎所有射頻信號(hào)。

目前,外軍電子偵察衛(wèi)星的偵察目標(biāo)主要包括:防空雷達(dá)信號(hào)、反導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)(如,美國的“折疊椅”衛(wèi)星)、太空跟蹤雷達(dá)信號(hào)、導(dǎo)彈測控信號(hào)(如,美國的“水星”、“門特”衛(wèi)星)、戰(zhàn)術(shù)通信信號(hào)、戰(zhàn)略通信信號(hào)(如,美國的“折疊椅”、“號(hào)角”衛(wèi)星可用來偵察前蘇聯(lián)/俄羅斯的“閃電”戰(zhàn)略通信衛(wèi)星信號(hào))、廣播通信信號(hào)(如,美國的“水星”衛(wèi)星)、微波通信信號(hào)(如,美國的“門特”/“高級獵戶座”衛(wèi)星)、無線電話(如,美國“大酒瓶”衛(wèi)星)。可以看出,當(dāng)前的電子偵察衛(wèi)星的目標(biāo)幾乎已遍及所有傳統(tǒng)、非傳統(tǒng)射頻信號(hào)。

3.衛(wèi)星軌道與具體功能密切相關(guān)

不同國家天基電子偵察戰(zhàn)略、任務(wù)的不同導(dǎo)致其衛(wèi)星軌道不盡相同,其中:

? 美國目前在軌運(yùn)行的電子偵察衛(wèi)星主要以大橢圓軌道、地球同步軌道為主,為數(shù)不多的低軌衛(wèi)星也運(yùn)行在相對較高的軌道(1000公里左右),可見美國在電子偵察衛(wèi)星發(fā)展方面主要著眼于全球偵察這一戰(zhàn)略;

? 俄羅斯目前在軌運(yùn)行的電子偵察衛(wèi)星則以低軌為主(大多低于800公里),但其新一代電子偵察衛(wèi)星則是兼顧了地球同步軌道和低地軌道(如,2014年底發(fā)射的“蓮花”衛(wèi)星),可見俄羅斯在電子偵察衛(wèi)星發(fā)展方面主要著眼于從戰(zhàn)術(shù)偵察向戰(zhàn)略偵察轉(zhuǎn)型;

? 法國目前在軌運(yùn)行的電子偵察衛(wèi)星均為低地軌道,這主要與法國在電子偵察衛(wèi)星領(lǐng)域起步較晚(20世紀(jì)90年代)、發(fā)展較慢有關(guān)。

4.偵察數(shù)據(jù)傳輸方式日趨多樣化

安全性、實(shí)時(shí)性、帶寬均已大幅提升,傳輸途徑也日趨多樣化。偵察數(shù)據(jù)的傳輸方式也隨著偵察手段的發(fā)展而快速發(fā)展,主要體現(xiàn)在如下幾方面:

? 安全性方面,從最初的直接采用超短波傳輸,到采用加密、編碼的EHF頻段衛(wèi)星通信鏈路傳輸;

? 實(shí)時(shí)性方面,從最初的從非實(shí)時(shí)傳輸轉(zhuǎn)型為實(shí)時(shí)傳輸;

? 帶寬方面,從最初的低頻段/低帶寬發(fā)展為高頻段/高帶寬;

? 傳輸途徑方面,從傳統(tǒng)的星地傳輸方式逐步發(fā)展為星地、星間一體化的傳輸方式,例如,俄羅斯的Tselina-2系列衛(wèi)星可通過“急流”地球同步軌道中繼衛(wèi)星向地面站實(shí)時(shí)傳輸偵察數(shù)據(jù)。

5.定位精度、方式、目標(biāo)、體制、信號(hào)處理等能力均非常強(qiáng)

主要體現(xiàn)出如下幾方面特點(diǎn):

定位精度已達(dá)到1公里以內(nèi)。最初發(fā)射的一系列電子偵察衛(wèi)星就已經(jīng)開始具備目標(biāo)定位能力(如,20世紀(jì)60年代“雪貂”系列),但定位精度一直不是很高。然而,最新一代衛(wèi)星則是大幅提升了其定位精度。例如:美國的“徘徊者”衛(wèi)星采用了“精確信號(hào)情報(bào)目標(biāo)標(biāo)定系統(tǒng)”(PSTS),據(jù)稱,該系統(tǒng)可向戰(zhàn)術(shù)用戶提供較之其它系統(tǒng)高一個(gè)數(shù)量級以上的定位精度,據(jù)分析可達(dá)百米量級;再例如,俄羅斯的US-P海洋監(jiān)視衛(wèi)星定位精度最高也可達(dá)到1公里以內(nèi)(700米)。

定位方式日趨多樣化,單星定位與多星組網(wǎng)定位兼顧。例如,美國的“白云”電子偵察衛(wèi)星、法國的ELISA衛(wèi)星等均具備多星組網(wǎng)定位能力,多星組網(wǎng)也大幅提升了定位精度。

定位目標(biāo)已經(jīng)從最初的地面固定目標(biāo)提升為地面/海面/水下移動(dòng)目標(biāo)。早期的衛(wèi)星(如,美國的GRAB、“罌粟”)僅能對地面固定目標(biāo)(如,雷達(dá)站)進(jìn)行定位,而諸如美國的海洋監(jiān)視衛(wèi)星等的新型電子偵察衛(wèi)星則可定位移動(dòng)目標(biāo)(如,水面艦船)。

定位體制兼顧測向定位與時(shí)差/頻差定位(FDOA/TDOA)。從外軍電子偵察衛(wèi)星描述來看,常見的兩類定位體制(測向定位和時(shí)差/頻差定位)都有采用。其中:俄羅斯的電子偵察衛(wèi)星基本都采用測向定位體制(單基線干涉儀測向或正交干涉儀定位體制),因此,星上一般要搭載測向設(shè)備,例如,俄羅斯“蓮花”衛(wèi)星采用相位干涉儀測向定位體制、Tselina-D系列衛(wèi)星采用二維多基線干涉儀測向定位體制;美國、法國的電子偵察衛(wèi)星除采用傳統(tǒng)測向定位體制外,還采用了定位精度更高的時(shí)差/頻差定位體制,如,美國“白云”采用長基線時(shí)差定位體制,法國“蜂群”衛(wèi)星采用三星時(shí)差定位體制。

定位處理方面,已初步具備星上處理能力。例如,據(jù)稱俄羅斯“蓮花”衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了星上輻射源精確定位能力。

6.信號(hào)處理已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化

數(shù)字信號(hào)處理已成主流,且已開始具備星上處理能力并逐步形成星地一體的綜合信號(hào)處理能力。例如,美國最先進(jìn)的電子偵察衛(wèi)星之一“入侵者”就具備了星上數(shù)字信號(hào)處理與數(shù)字波束形成能力,而此前美國的電子偵察衛(wèi)星也有一些已經(jīng)具備了初級的星上預(yù)處理能力,如,“雪貂”子衛(wèi)星-D系列;俄羅斯近幾年發(fā)射的“蓮花”系列衛(wèi)星以及上世紀(jì)90年代發(fā)射的Tselina-2系列衛(wèi)星也均已具備很強(qiáng)的星上數(shù)字信號(hào)處理能力。

三、外軍電子偵察衛(wèi)星發(fā)展趨勢分析

結(jié)合電子偵察領(lǐng)域的新技術(shù)發(fā)展趨勢,從外軍電子偵察衛(wèi)星發(fā)展角度來分析,外軍電子偵察衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展趨勢可歸納為如下幾方面:

1.情報(bào)融合已成大勢所趨

與水下、水面、地面、空中等部署的偵察平臺(tái)一樣,只有通過多源情報(bào)融合才能產(chǎn)生有用、可用的態(tài)勢信息。因此,近年來外軍電子偵察衛(wèi)星的情報(bào)融合能力不斷提升,而且這種趨勢還將繼續(xù)持續(xù)下去。從外軍電子偵察衛(wèi)星發(fā)展來看,未來情報(bào)融合大致可采取如下幾種方式:

? 信號(hào)情報(bào)自身的融合,即,通信情報(bào)與電子情報(bào)融合。例如,美國“入侵者”衛(wèi)星即基于美國空軍一體化信號(hào)情報(bào)體系結(jié)構(gòu)(IOSA)將通信情報(bào)與電子情報(bào)收集功能綜合在同一個(gè)平臺(tái)上。

? 信號(hào)情報(bào)與其它情報(bào)衛(wèi)星融合,尤其是信號(hào)情報(bào)與圖像情報(bào)的融合。例如:俄羅斯/前蘇聯(lián)的Tselina系列衛(wèi)星就具備了初步的信號(hào)情報(bào)與圖像情報(bào)融合能力;美國的“門特”衛(wèi)星的發(fā)射初衷之一就是“作為成像偵察的補(bǔ)充手段”。

? 天基情報(bào)與地基情報(bào)融合?？梢灶A(yù)期,未來隨著多源情報(bào)融合能力的推進(jìn),天基情報(bào)與地基情報(bào)之間的融合力度也將進(jìn)一步提升,真正做到“大融合”,并最終為作戰(zhàn)決策提供有力支撐。

2.陣列天線、陣列處理地位將顯著提升

陣列天線、陣列信號(hào)處理在外軍電子偵察衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用已有“悠久歷史”,1960年美國發(fā)射的世界上首顆電子偵察衛(wèi)星GRAB就采用了十字天線陣。隨著陣列天線、陣列信號(hào)處理在技術(shù)靈活性、多目標(biāo)能力、物理特性(尺寸、體積、功耗)等方面的優(yōu)勢不斷顯現(xiàn),未來陣列天線、陣列信號(hào)處理等在電子偵察衛(wèi)星領(lǐng)域的地位必將穩(wěn)步提升。例如,美國“號(hào)角”/“高級折疊椅”系列衛(wèi)星就已經(jīng)采用了大型相控陣天線,可同時(shí)偵察上千個(gè)輻射源。再例如,俄羅斯的Tselina-2系列衛(wèi)星也采用了正交干涉儀天線陣以及星上陣列處理技術(shù),以實(shí)現(xiàn)精確定位。

3.天基組網(wǎng)將助力提升偵察效能

在美軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)理念的指導(dǎo)下,國外天基系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程不斷推進(jìn),電子偵察衛(wèi)星自然也不例外。可以預(yù)期,從某種意義上講,未來電子偵察衛(wèi)星效能的提升將在很大程度上取決于其網(wǎng)絡(luò)化程度的提升。綜合來看,外軍電子偵察衛(wèi)星的天基網(wǎng)絡(luò)化主要采用2種方式:

? 天基組網(wǎng)偵察,即,以星座的方式將各種偵察衛(wèi)星組成網(wǎng)絡(luò),以提升總體偵察效能(定位精度、覆蓋盲區(qū)縮減、普查與控守兼顧等)。尤其是高低軌偵察衛(wèi)星的組網(wǎng)可有效解決定位精度和覆蓋范圍之間的矛盾。目前美國的第二代“白云”海洋監(jiān)視衛(wèi)星/第二代海軍海洋監(jiān)視衛(wèi)星(NOSS-2)衛(wèi)星、俄羅斯的Tselina-2系列衛(wèi)星、法國的“蜂群”衛(wèi)星都采用了天基組網(wǎng)偵察技術(shù)。可以預(yù)期,隨著對精細(xì)化偵察能力需求的不斷提升,這種具備網(wǎng)絡(luò)化偵察能力的衛(wèi)星將越來越多。

? 天基偵察數(shù)據(jù)組網(wǎng)傳輸,即,通過電子偵察衛(wèi)星與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)偵察數(shù)據(jù)的快速、超視距傳輸。例如,俄羅斯的Tselina-2系列衛(wèi)星即可通過“急流”中繼衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。可以預(yù)期,隨著對實(shí)時(shí)態(tài)勢感知能力需求的不斷提升,這種具備網(wǎng)絡(luò)化偵察數(shù)據(jù)傳輸能力的衛(wèi)星將越來越多。

4.偵察目標(biāo)將進(jìn)一步拓展

目前來看,外軍電子偵察衛(wèi)星的偵察目標(biāo)主要是雷達(dá)信號(hào)、通信信號(hào)、測控信號(hào)三類,但隨著各國對綜合態(tài)勢感知能力需求的不斷提升,未來電子偵察衛(wèi)星的偵察目標(biāo)可能擴(kuò)展到整個(gè)可用電磁頻譜,即,凡是可接收的射頻信號(hào)都有可能成為電子偵察衛(wèi)星的偵察目標(biāo)?！叭l譜感知”能力將成為電子偵察衛(wèi)星的主要能力之一。

5.電子偵察衛(wèi)星有望成為一種非核威懾手段

外軍電子偵察衛(wèi)星在如下技術(shù)領(lǐng)域方面的綜合發(fā)展使其有望成為一種非核威懾手段:

? 定位精度的不斷提升有望實(shí)現(xiàn)“傳感器到射手”閉環(huán),即,衛(wèi)星偵察有望直接引導(dǎo)火力打擊。若這一點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn),則“不受制于國界+可直接引導(dǎo)火力打擊”這種能力組合無疑可以對潛在對手產(chǎn)生巨大的威懾力。據(jù)稱,美軍最新型的“徘徊者”電子偵察衛(wèi)星就已具備“實(shí)時(shí)精確目標(biāo)標(biāo)定的‘從傳感器到射手’的能力”。可以預(yù)期,未來這種能力必將成為各國追求的目標(biāo)之一。

? 針對戰(zhàn)略目標(biāo)的精確感知能力很大程度上可掣肘潛在敵人的威懾能力的發(fā)揮。一直以來,以核武器及其搭載平臺(tái)為代表的核力量都是有核國家主要的威懾力量。電子偵察衛(wèi)星可對戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈導(dǎo)彈測控信號(hào)、戰(zhàn)略核潛艇等核威懾資產(chǎn)實(shí)施越來越精確的態(tài)勢感知,例如,美國的“小屋”、“大酒瓶”、“水星”、“門特”等衛(wèi)星均已具備針對導(dǎo)彈遙測信號(hào)的偵察能力,而“白云”系列海洋監(jiān)視衛(wèi)星還具備了對潛艇的定位與跟蹤能力。這些能力都可以大幅削弱潛在對手的核威懾力。這種“反威懾”能力亦可視作一種威懾。從核威懾出現(xiàn)的那一天起,大國之間的威懾與反威懾活動(dòng)就從未停止過,可以預(yù)期,未來電子偵察衛(wèi)星在“反威懾”領(lǐng)域內(nèi)定將占得一席之地。

? 與隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)一樣,隱身性本身就可以帶來一種威懾力。近來美國也不斷致力于提升其電子偵察衛(wèi)星的隱身能力,具備隱身能力的電子偵察衛(wèi)星可視作一種類似于隱身戰(zhàn)略平臺(tái)的“戰(zhàn)略威懾武器”。例如,美國最新型的電子偵察衛(wèi)星“入侵者”、“徘徊者”都具備隱身能力。

四、結(jié)語

太空一直被視作制高點(diǎn),其不受限于國界、領(lǐng)空的全球覆蓋能力是最大優(yōu)勢所在。正因如此,世界各國都不斷致力于將各種能力搬到天上。例如,通信與組網(wǎng)、預(yù)警與探測、情報(bào)與偵察、導(dǎo)航定位與授時(shí)等等。

不得不說,太空能力已成為驅(qū)散戰(zhàn)場迷霧、提升戰(zhàn)場透明度的一劑良方。然而,這劑良方究竟會(huì)讓未來戰(zhàn)爭朝著什么方向發(fā)展,尚需拭目以待。

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