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美太空态势感知能力建设探析

访问次数: 1344 次    作者: 罗泽霖 张兆鑫 李俊霖    发布时间: 2024-01-04

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2023年10月28日,马斯克利用“星链”在社交媒体中发布了一张美军中东基地的“虚假图片”,再一次引起了较大的社会舆论,然而,这并非马斯克和“星链”第一次卷入争议之中。近几年,马斯克和“星链”曾多次与军方合作,例如在俄乌冲突中,“星链”成为了美国对乌克兰情报支援的重要工具,帮助乌克兰士兵在通信瘫痪的地区展开军事行动。那么,美国是如何一步步构建起完备的太空态势感知系统,其态势感知能力到底如何,对我方又有何借鉴之处?

一、美太空态势感知能力建设发展历史

美国提出,太空态势感知能力既是美国太空安全政策的基石,也是美国实现太空军事化的前提,已将太空态势感知能力视为“所有太空活动的基础、太空控制的关键前提和不可或缺的作战力量”。一直以来,美国高度重视太空态势感知的在各个领域的作用,并不断加强相关领域布局。

在20世纪90年代初期,美国空军大学的中队军官学校最早地使用了“太空态势感知”这个术语,用来解释“太空监视”和“太空控制”。几年后,时任美空军太空司令部司令的豪厄尔·M·埃斯蒂斯三世在一份报告中指出“太空 态势感知能力是进行太空控制和能够在太空自由行动的重要因素。” 此后“太空态势感知”(Space Situational Awareness,SSA)成为一个术语。

2001年,美国空军对《太空作战》条令进行了修订,首次明确给出了太空态势感知的概念,指出“太空态势感知的内容包括传统的太空监视、对某一太空设施的详尽侦察、对太空情报数据的采集和处理,以及对太空环境的分析,此外还使用传统的情报源来洞察敌方的太空作战行动”,目的是对敌人的太空性能进行评估,确定敌人的太空系统对战区战役有可能造成的影响。到这时,美国开始注意到太空态势感知在未来可能会发挥出关键的作用。

此后的十八年内,美国三次修改《太空作战》条令,太空态势感知的地位也不断提高,成为美军五大任务领域之一和太空作战的十大能力之首。随后,美国天军用天域感知代替了太空态势感知,并进一步强化了太空领域在非传统作战形态下的重要性。

美军强大的太空态势感知能力,与其发展历史有关,美军最早在太空领域规划部署军事力量,提出了太空态势感知这一思想,并在后面几十年不断发展,同时凭借其高科技企业的帮助,美方逐步在太空态势感知能力建立优势地位。

二、美太空态势感知能力建设发展现状

目前,美国已经具备对进入空间的多种目标和空间活动的态势感知能力。例如,美国的“上帝之眼”低轨目标分辨率可达5cm、静止轨道目标分辨率50cm,能跟踪2.3万个在轨卫星和直径数厘米以上的空间碎片,对几乎所有在轨工作飞行器都能有较为全面的感知。

在太空态势感知系统建设上,美国意识到“军民融合”这一战略。美军在太空态势感知建设上形成了以国防部和国家情报总监办公室为领导,军方与情报界为主要建设力量,其他民事、商业、国外机构为补充的军民融合式建设格局。通过各部门技术手段的有机整合,美国实现了太空态势感知建设的快速发展。

近年来,美国新成立的统筹未来国防太空体系发展部署的航天发展局提出新一代国防太空体系发展架构,以“威慑层”描述了未来太空态势感知(SSA)体系架构的初步设想。

新一代构想体系包括七层结构,分别包括:

1.传输层,包含658颗卫星,形成大规模低延迟的去中心化天基网状网络

2.跟踪层,包含200颗卫星,用于对先进导弹识别,告警,目标指示和跟踪

3.看护层,包含200颗卫星,用于对时敏目标全天候识别和看护

4.威慑层,包含200颗卫星,实现地月空间态势感知和快速介入

5.导航层,实现独立于GPS全球定位导航系统的通信导航一体化体系

6.作战管理层,人工智能支持下的分布式作战管理和指挥控制系统

7.支持层,由快速响应发射服务,大规模地面测控网和基于商业技术可大规模制造的用户设备共同配合组成。

新一代SSA体系的主要目标是针对航天国家在地月空间的探索和利用活动越来越频繁,探索范围不断拓展的情况,构建覆盖地月空间的态势感知能力,同时通过大规模、无中心节点的分散部署形式,提升SSA体系弹性。

然而,由于太空目标监视网探测器数量、探测能力、地理分布等因素限制,美国的太空态势感知系统依旧存在以下几个方面问题:

一是太空监视系统的覆盖范围不足,探测灵敏度不高;由于目前太空空间范围非常大,仅凭美军目前的卫星数量,无法对太空领域进行有效覆盖,另外,由于卫星分布在太空范围较为稀疏,对突发的卫星碎片、小型目标的探测能力较弱,灵敏性不高。

二是太空环境能量稀缺,态势感知和数据处理能效合理分配困难;相较于传统领域,太空中仅有太阳能作为能量来源,如何合理分配能量,高能效实现态势感知和数据处理和成了亟待解决的难题。

三是太空态势感知任务分配流程的灵活性不足,指挥控制能力不足;由于太空态势感知系统建成相对较晚,实际使用经验不足,尚未形成完整的体系,因此在指挥协同上还存在较大困难。

三、太空态势感知发展建议

在当前的全球形势下,太空不仅被视为知识和技术进步方面发展和增长的机会,而且越来越被视为一个军事领域。根据美国在该领域发展的经验与不足,我国应该把握以下几点:

一是加快创新和研发,突破关键难点。作为新质新域力量的代表,太空领域的行动能力区别于传统地面力量,具有无人化、高度依赖自动化等特点。然而,目前太空态势感知还存在几个难点:1、卫星分布不均,全覆盖难度大;2、目标移动速度极快,探测感知时延较大;3、目标探测获取能力有限,对远距离目标探测能力较弱。以上已成为制约各国太空态势感知的难点问题,我国应在关键问题上加大研发投入,集中攻关,实现弯道超车的效果。

二是提升装备感知能力,寻求全域多维感知。传统的地面态势感知系统通常针对地平面进行二维或二点五维建模,而在太空领域,感知系统将可能面对来自各个方向的高速移动目标,只将探测区域聚焦在某个方向上时,将无法实现太空全域的探测功能。因此需要探测设备对周围所有方向都同时进行探测,尽可能提高探测角度,才能实现太空领域的多维全方位态势感知。

另外,近地目标通常移动速度较低,空地导弹,巡航导弹,反舰导弹的速度通常不大于2马赫,速度稍快的空空导弹,地空导弹的速度也不会超过4马赫,而太空目标的移动速度往往在10马赫以上,最快甚至可以达到25马赫,需要进一步提高雷达的响应灵敏度,从而满足太空领域态势感知的低延时要求。

三是打造数据共享平台,重视数据融合。随着太空目标和探测感知设备的不断增多,若使用传统的“点对点”探测和数据分析,则会导致各端之间不能相互配合,导致数据冗余、各装备无法充分发挥出应有的优势。我方科研人员应考虑实现各个探测端的数据融合,各个探测设备相互协作形成一个大的“探测网络”,旨在充分发挥各探测平台的优势,取长补短,形成优势互补效应。

要解决这一问题,首先需要有时延低、可靠性高的卫星通信网络作为通信保障,可以采用组网作战方法,基于战术指挥控制中心,由指挥控制中心对各态势感知平台进行命令组网,构建中心数据库,采用内容分发和数据收集的方式,将各探测平台的数据经简单预处理后汇总至数据中心后再由指挥控制中心进行集中计算,从而实现了探测能力和算力的高度统一调度,能更好地适应战场复杂多变的态势。

四是引入智能技术,重视辅助决策。随着智能化武器设备在战场环境的不断应用,现代战场形态变化往往越来越复杂,现代信息化战争具备突发事件多、时间窗口短、数据处理量大的特点,仅依赖指挥员进行全权决策是不够的,因此应当引入智能技术进行辅助决策,可以在各个探测节点引入联邦学习和边沿计算,探测平台依托人工智能模型可以先对数据进行基本的预处理,强化关键信息,过滤冗余信息,中心数据节点再将各路数据汇总后进行统一处理,使用人工智能对中心数据节点赋能,可以极大地增强中心数据节点的数据处理能力,从而减轻了指挥控制中心的指挥协同负担,提高作战指挥效率。

五是重视军民融合,促进合作共进。近年来,美国国防部高度重视与各高科技企业相融合,例如近期热门的“星链”技术自问世以来就多次与美国军方合作,在近期几场战争和冲突中已经起到了至关重要的作用。通过军地之间的合作,可以实现军民科技成果双向转化。可以看出,随着科技的不断发展,军民融合之路已成为国防现代化建设的必然选择。


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