王灝宇,范宏深,趙國偉
(1.北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院,北京100191;2.第二炮兵裝備研究院第二研究所,北京100085)
隨著航天技術(shù)的發(fā)展,以各類衛(wèi)星為主的航天力量為地面作戰(zhàn)提供了全面的信息支援,對戰(zhàn)爭進(jìn)程和結(jié)局產(chǎn)生了巨大影響[1]。未來太空中的多種衛(wèi)星很可能成為軍事對抗新的目標(biāo)或平臺,將使得空間作戰(zhàn)成為必然的發(fā)展趨勢[2]。
空間作戰(zhàn)中,敵對雙方的空間信息網(wǎng)絡(luò)具有暴露性、開放性、脆弱性[3]。針對空間信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)電一體對抗將成為空間作戰(zhàn)的重要手段,其要求多種作戰(zhàn)平臺具備網(wǎng)電作戰(zhàn)能力,尤其對空間作戰(zhàn)的主要作戰(zhàn)平臺即航天器平臺提出了新的功能需求。
本文首先論述了空間作戰(zhàn)融合網(wǎng)電作戰(zhàn)力量的趨勢,進(jìn)而針對其對航天器網(wǎng)電攻防的功能需求,討論了一種可行的具備網(wǎng)電攻防能力的航天器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。
空間作戰(zhàn)以外層空間(距地球表面100km 以上)為主要作戰(zhàn)領(lǐng)域,以奪取和保有制天權(quán)為主要作戰(zhàn)目的,以軍事航天力量為主要作戰(zhàn)力量,作戰(zhàn)行動既包括作戰(zhàn)雙方天基作戰(zhàn)系統(tǒng)之間的格斗和天基作戰(zhàn)平臺對戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的攔截,也包括航天兵器對地球目標(biāo)的突擊和以地球?yàn)榛氐姆捞熳鲬?zhàn),還包括從陸地、海洋、空中對敵航天發(fā)射場和指揮控制機(jī)構(gòu)發(fā)起的攻擊[4]。
網(wǎng)電一體戰(zhàn),是指綜合運(yùn)用電子戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)手段,對敵信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行一體化攻擊,同時對己方信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行一體化防御,以奪取電磁空間和網(wǎng)絡(luò)空間的制信息權(quán)[5]。在信息時代,戰(zhàn)爭在總體上是各軍種力量參加的在全維空間的一體化網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)爭。網(wǎng)電對抗的實(shí)踐說明,網(wǎng)電戰(zhàn)場沒有疆域限制,信息網(wǎng)絡(luò)所能覆蓋的所有無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都是可能的網(wǎng)電作戰(zhàn)的作戰(zhàn)目標(biāo)或切入點(diǎn),如2011年伊朗軍方曾通過侵入美軍無人偵察機(jī)的導(dǎo)航定位系統(tǒng),誘導(dǎo)迫降并俘獲一架入侵的美軍無人偵察機(jī)。
空間作戰(zhàn)應(yīng)融合網(wǎng)電作戰(zhàn)力量,并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)電作戰(zhàn)力量與現(xiàn)實(shí)空間作戰(zhàn)力量的協(xié)同。網(wǎng)電作戰(zhàn)力量將對空間作戰(zhàn)所包含的全部作戰(zhàn)行動提供網(wǎng)電領(lǐng)域的支持,包括對敵方信息節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)電偵查或攻擊,以及對己方信息節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)電防御。空間作戰(zhàn)中網(wǎng)電作戰(zhàn)力量的任務(wù)功能如圖1所示??臻g作戰(zhàn)的網(wǎng)電作戰(zhàn)力量應(yīng)具有對敵空間目標(biāo)和地面航天目標(biāo)的偵查和攻擊能力,同時具有對己方空間目標(biāo)和地面航天目標(biāo)的網(wǎng)電防御能力。
圖1 空間作戰(zhàn)中網(wǎng)電作戰(zhàn)力量的任務(wù)功能
網(wǎng)電作戰(zhàn)力量具有的硬件載體,可以以網(wǎng)電對抗子系統(tǒng)的形式,嵌入到按海拔高度分類的天基、空基、陸(海)基作戰(zhàn)平臺中,分別構(gòu)成天基、空基、陸(海)基網(wǎng)電作戰(zhàn)平臺。這些網(wǎng)電作戰(zhàn)平臺分別具有各自的優(yōu)勢和劣勢:陸基網(wǎng)電對抗系統(tǒng)較容易實(shí)現(xiàn),但易受地域和時域限制;?;W(wǎng)電對抗系統(tǒng)比陸基系統(tǒng)有更大的活動范圍,但艦船平臺對網(wǎng)電對抗設(shè)備的技術(shù)條件具有一定約束,作戰(zhàn)效能也受到限制;空基網(wǎng)電對抗系統(tǒng)受制于載機(jī)的種種技術(shù)條件限制,具有一定技術(shù)難度;天基網(wǎng)電對抗系統(tǒng)不受地域、時域的限制,可以接近空間目標(biāo),能大大提高空間網(wǎng)電對抗的作戰(zhàn)效能,但天基網(wǎng)電對抗系統(tǒng)需要眾多高技術(shù)支撐,而且有效載荷受到體積、質(zhì)量和功耗的限制,難度比較大[6]。
空間網(wǎng)電對抗的最優(yōu)技術(shù)途徑是集成利用陸(海)基、空基和天基網(wǎng)電作戰(zhàn)平臺各自的優(yōu)勢,建立協(xié)同統(tǒng)一的空間作戰(zhàn)網(wǎng)電作戰(zhàn)力量,進(jìn)而建立網(wǎng)電作戰(zhàn)力量與傳統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)空間作戰(zhàn)力量協(xié)調(diào)統(tǒng)一的空間作戰(zhàn)系統(tǒng)。這種協(xié)同可依托于一種網(wǎng)絡(luò)中心化的體系結(jié)構(gòu),如圖2所示。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的對角線位置,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)體現(xiàn)為包含網(wǎng)電對抗子系統(tǒng)的天基、陸(海)基、空基平臺實(shí)體。其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將由指揮控制的通信網(wǎng)絡(luò)保障。這種網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)是分布式的,各現(xiàn)實(shí)空間的作戰(zhàn)系統(tǒng)和各網(wǎng)電作戰(zhàn)平臺地位相同,即涵蓋平臺內(nèi)網(wǎng)電力量的融合,又涵蓋不同平臺或系統(tǒng)間的網(wǎng)電力量的協(xié)同,且之間具有多種鏈路保障,中心節(jié)點(diǎn)不明顯。
這種網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn):
1)網(wǎng)電作戰(zhàn)與現(xiàn)實(shí)空間作戰(zhàn)能有效地協(xié)調(diào)、配合以及資源共享;
2)各現(xiàn)實(shí)空間作戰(zhàn)系統(tǒng)和各網(wǎng)電作戰(zhàn)平臺資源隸屬關(guān)系不明確,作戰(zhàn)過程中便于靈活重組;
3)指揮和控制層次明顯扁平化,快速信息交流的信息鏈較短;
4)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得任意兩平臺之間并不由單一鏈路相連,因此體系結(jié)構(gòu)具有一定的抗毀性和可靠性。
就裝備技術(shù)而言,目前世界各國在陸(海)基平臺或空基平臺嵌入網(wǎng)電對抗子系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)已具備一定基礎(chǔ),如作戰(zhàn)飛機(jī)和艦艇以及各種陸基雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)普遍裝備或應(yīng)用對空、對海、對陸的網(wǎng)電對抗技術(shù),只需針對空間作戰(zhàn)的作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行重新規(guī)劃和改進(jìn)設(shè)計(jì)。由于天基平臺(航天器)本身相當(dāng)復(fù)雜,嵌入網(wǎng)電對抗子系統(tǒng)將面臨較大挑戰(zhàn),其在一定程度上將改變天基平臺(航天器)的系統(tǒng)架構(gòu),并由此帶來新的問題。
為應(yīng)對未來空間作戰(zhàn)融合網(wǎng)電作戰(zhàn)力量的需求,航天器系統(tǒng)要向融合網(wǎng)電作戰(zhàn)力量的方向發(fā)展,以具備網(wǎng)電空間態(tài)勢感知、網(wǎng)電攻防等手段,并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基于天基平臺的網(wǎng)電作戰(zhàn)手段與其他作戰(zhàn)手段或系統(tǒng)協(xié)同的作戰(zhàn)能力。
圖2 網(wǎng)電作戰(zhàn)力量與現(xiàn)實(shí)空間作戰(zhàn)力量協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)中心化體系結(jié)構(gòu)
航天器系統(tǒng)的融合網(wǎng)電作戰(zhàn)力量的技術(shù)能力包含:天基網(wǎng)電偵查,主要依靠基于航天器的電子偵聽、密碼破譯等手段;天基網(wǎng)電攻擊,主要依靠基于航天器的電子干擾、無線接入等手段;多平臺協(xié)同通信網(wǎng)的網(wǎng)電防御;航天器平臺測控網(wǎng)的網(wǎng)電防御。這些技術(shù)能力可由嵌入航天器系統(tǒng)的網(wǎng)電對抗分系統(tǒng)來實(shí)施。
1)基于航天器的電子偵聽
航天器利用電子對抗裝備對敵空間目標(biāo)、地面目標(biāo)的有意或無意輻射的電磁信號(即網(wǎng)絡(luò)通信信號或電子設(shè)備無意泄露的信號)進(jìn)行搜索、截獲、定位和識別,從而獲得敵天地通信的無線電信號特征和技術(shù)參數(shù),通聯(lián)規(guī)律,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的裝備類型、數(shù)量、部署、位置等信息。
2)密碼破譯
由于星載計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力有限,航天器將所截獲的敵方天地通信數(shù)據(jù)發(fā)送至己方地面計(jì)算平臺進(jìn)行解碼分析,以獲取敵方通信的編碼規(guī)則。
3)基于航天器的電子干擾
傳統(tǒng)的電子對抗手段已經(jīng)具備了較強(qiáng)的壓制式和欺騙式等干擾的能力,由在軌航天器搭載電子干擾設(shè)備進(jìn)行電磁干擾作戰(zhàn),可擾亂敵方天地通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。
4)基于航天器的無線接入
依據(jù)所破譯的敵方通信數(shù)據(jù)信息,如編碼規(guī)則,由在軌航天器主動發(fā)射與敵天地通信信號相一致的信號接入敵方通信網(wǎng)絡(luò),掌握敵方天地通信網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)。
5)具備網(wǎng)電防御能力的多平臺協(xié)同通信網(wǎng)
航天器系統(tǒng)成為重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),既要實(shí)現(xiàn)航天器系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)電作戰(zhàn)能力,又要實(shí)現(xiàn)與其他網(wǎng)電作戰(zhàn)平臺或現(xiàn)實(shí)空間作戰(zhàn)系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)能力的技術(shù)途徑是:多種平臺之間具有具備網(wǎng)電防御能力的通信鏈路,這種協(xié)同通信網(wǎng)將成為保障空間作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中心化體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。這種通信鏈路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力,體現(xiàn)為較完善的抗干擾體制和較為可靠的抗干擾技術(shù)。
6)測控網(wǎng)的網(wǎng)電防御
航天器測控網(wǎng)的網(wǎng)電防御主要依靠抗干擾系統(tǒng)和抗干擾體制,以及通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)技術(shù)。其中通信網(wǎng)絡(luò)防護(hù)技術(shù)包含防火墻、入侵檢測、病毒防護(hù)、密碼、身份認(rèn)證、信道信源欺騙等技術(shù)。
傳統(tǒng)航天器的分系統(tǒng)包括:有效載荷、結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)、熱控、電源、姿軌控、測控通信、導(dǎo)航制導(dǎo)等。融合網(wǎng)電力量的航天器系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)航天器系統(tǒng)架構(gòu)中加入網(wǎng)電對抗分系統(tǒng),如圖3所示。網(wǎng)電對抗分系統(tǒng)的職能是在網(wǎng)電虛擬空間執(zhí)行天基網(wǎng)電偵查或網(wǎng)電攻擊任務(wù),同時保護(hù)航天器系統(tǒng)免受網(wǎng)電攻擊破壞。網(wǎng)電對抗分系統(tǒng)可進(jìn)一步分解為網(wǎng)電偵查或攻擊子系統(tǒng)和網(wǎng)電防御子系統(tǒng)。
圖3 融合網(wǎng)電一體的航天器體系結(jié)構(gòu)
網(wǎng)電對抗分系統(tǒng)雖然側(cè)重網(wǎng)絡(luò)電磁空間的對抗,但履行網(wǎng)電對抗任務(wù)仍然需要與其它專業(yè)領(lǐng)域高度融合。因此增設(shè)的網(wǎng)電分系統(tǒng)應(yīng)注重與航天器分系統(tǒng)的交互耦合。網(wǎng)電對抗分系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)的高度融合體現(xiàn)在:
1)網(wǎng)電偵查或攻擊子系統(tǒng)與其他星載載荷協(xié)同;
2)與航天器總體設(shè)計(jì)的交互耦合可能反映在整星電磁兼容性指標(biāo)中;
3)需要熱控分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)對其進(jìn)行主被動熱控和供電支持;
4)與姿軌控分系統(tǒng)的交互耦合體現(xiàn)在網(wǎng)電對抗總體任務(wù)、技術(shù)方案當(dāng)中;
5)對測控通信分系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)電防御的支持保障;
6)受數(shù)管分系統(tǒng)支持;
7)需與導(dǎo)航與制導(dǎo)分系統(tǒng)高度協(xié)作等。
經(jīng)初步分析,融合網(wǎng)電一體的航天器系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)有:
1)網(wǎng)電偵查或攻擊載荷技術(shù);
2)融合網(wǎng)電一體的多手段協(xié)同星上載荷技術(shù);
3)融合網(wǎng)電防御的星地和星間通信技術(shù);
4)融合網(wǎng)電防御的航天器導(dǎo)航定位技術(shù)。
針對空間作戰(zhàn)可能涉及到的網(wǎng)電偵查或攻擊的目標(biāo)(見圖1),融合網(wǎng)電一體的航天器系統(tǒng)研發(fā)的方案設(shè)計(jì)流程如圖4所示。設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)充分考慮網(wǎng)電攻防與航天器的任務(wù)總體方案和技術(shù)總體方案的融合。
圖4 融合網(wǎng)電一體的航天器系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)流程
本文論述了空間作戰(zhàn)融合網(wǎng)電作戰(zhàn)力量的趨勢,分析了未來空間作戰(zhàn)融合網(wǎng)電力量對航天器網(wǎng)電攻防的功能需求,包括航天器融合網(wǎng)電力量的技術(shù)能力和可能系統(tǒng)組成。這對于發(fā)展針對空間作戰(zhàn)的網(wǎng)電對抗裝備和保障航天器正常運(yùn)行的網(wǎng)電對抗力量具有一定的參考意義?!?/p>
[1]張占月,孫琰.空間兵棋推演初探[J].裝備學(xué)院學(xué)報(bào),2013,24(3):72-75.
[2]周立新,李智,劉帥.空間作戰(zhàn)態(tài)勢圖概念初探[C]∥The 2ndAsia Pacific Conference on Information Theory,2011:314-318.
[3]黃漢文.空間網(wǎng)絡(luò)對抗研究[J].航天電子對抗,2009,25(1):7-9.
[4]楊樂平,安雪瀅,趙勇.空間控制的概念、任務(wù)與方法[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,14(4):43-46.
[5]鄧兵,劉鋒.未來信息作戰(zhàn)的主要形式——“網(wǎng)電一體戰(zhàn)”[J].航天電子對抗,2002(1):47-49.
[6]莊海孝,姚志健,徐超,等.空間電子對抗系統(tǒng)研究[J].航天電子對抗,2013,29(1):11-13.