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空间态势感知能力发展启示

更新时间:2009-03-28

0 引 言

空间资源的开发利用能力能体现一个国家的综合科学技术水平,关系着国家安全和利益,成为目前世界主要航天大国的核心发展方向。世界许多航天国家将发展空间技术作为国家重要安全发展战略,不断制定和调整航天政策和战略方向布局,引领本国未来航天技术快速发展。天地一体化空间态势感知装备与技术的快速发展应用使得透明化成为空间技术发展的新趋势。军事航天技术装备、核心传感器技术的快速发展明显加快了空间军事化进程,各国持续加强推进各自空间作战技术演练,以应对潜在的空间冲突,多项航天、雷达传感器等前沿科学技术的突破,推动着空间军事能力的变革。

美国空军近年来在空间作战能力建设方面动作频发,如调整、优化现有机构组成和任务管理流程、开发实施空间作战体系架构、跨部门联合太空作战中心[1]更名为国家太空防御中心并正式投入运行、创办“太空旗”新型军事演习等,这些重要事件值得关注。

俄罗斯高度重视空间环境安全和航天技术发展,为了加强其在空间领域的战略利益,俄罗斯始终将军事航天技术作为国家安全战略优先发展,以空天防御、攻防兼备引导装备体系发展,以应对太空军事化变革,逐步打造集航空航天、防空防天于一体的空天力量体系。2016年3月,俄罗斯发布的《2016—2025年联邦航天规划》草案中突出强调,在接下来的十年,政府将在航天技术重大项目中投入14 060亿卢布,用于加速核动力发动机、军用卫星、超重型运载火箭等在内的各项航天计划的发展,最大化发挥其航天领域的传统优势,重塑俄罗斯航天技术大国形象。

欧洲为维护自身空间战略利益,近年来采取了一系列措施,加快发展产业结构,通过建设强大的航天工业和空间基础技术来逐步增强其在空间技术领域的竞争力。欧盟发布的《欧洲航天战略》中提出,要增强在安全空间环境下进入和利用空间资源的自主性,确保欧盟航天基础设施的安全性及能力恢复,提升空间监视能力和目标持续跟踪能力,加强欧洲对关键空间基础设施面临赛博安全风险的感知预警能力。

从图2看出,地枫皮上表皮细胞形状多为4边或5边形,垂周壁类型也多为直线型,上表皮由1层细胞组成,排列整齐紧密,横切面观近长方形,无细胞间隙,无气孔器,这与过强的光照为了降低蒸腾作用有关。3个分布区地枫皮下表皮细胞均为4边形或多边形,排列紧密,分布着大量的气孔器。

8月17日,美国国防部发布2018年《中国军力报告》,声称“中国试图利用‘一带一路’倡议与其他国家建立强有力的经济联系,塑造他国利益使之与中国利益相符合,并遏止他国对中国处理敏感问题的方式提出批评或进行对抗。”[14]

日本近年来积极布局未来空间军事技术能力的发展战略方向。2015年1月9日,日本发布最新的《宇宙基本计划》,明确以空间安全为核心的战略目标发展体系,将空间军事能力应用作为首要发展政策目标。新版《宇宙基本计划》重点关注侦察、预警、通信、导航以及军事卫星技术的发展,力求完善其军事航天技术体系,为提升自卫队作战能力提供重要技术支持;重视加强日美空间技术合作,实现与美军空间能力的有效衔接,在提升航天装备技术水平的同时深化军事同盟关系。

1 空间态势感知体系建设概况

1.1 美国调整空间发展战略,强化空间领域优势

(2) 光学成像技术的创新研究应用。美国科学家研究应用图像重构技术,利用单颗或多颗空间侦察卫星对某一目标的多张观测图像进行后期合成处理,该技术在不改变空间侦察监视卫星硬件的基础上,可将图像分辨率提升近5倍,技术的应用能够迅速提升美国军事侦察以及空间态势感知识别的能力。此外,2016年美国洛·马公司与加州大学共同研究微缩干涉光学成像技术 (DARPA和NASA联合投资项目),拟采用微缩阵列(由多部微型干涉仪组成)进行干涉成像,技术可上百倍降低当前光学成像系统的尺寸,并显著提升成像质量。先进光学成像及处理技术的发展应用,可使空间目标监视系统目标识别更加细致。

(3) 加快“天基空间监视”后继系统规划部署。“天基空间监视系统”(SBSS)拥有强大的轨道监测能力,重复观测周期短,具备全天候观测能力。预计2017年前后,SBSS系统第1颗“探路者”卫星将达到其原定的设计寿命期限,美军后续会采用星座技术(由3颗小卫星构成)替换当前在轨的“探路者”天基空间监视卫星,其部署时间将早于2021年。2017年美空军已选定轨道科学公司发射的ORS-5卫星来弥补“探路者”卫星服役期满后美军空间监视系统能力[3]的缺口。

(1) 美国新一代“空间篱笆”首次跟踪空间目标。2016年1月底,洛克希德·马丁公司在新泽西“空间篱笆”雷达测试场,首次成功持续跟踪卫星目标,并完成了端对端雷达闭环试验。此次试验为“空间篱笆”项目后续雷达技术能力完善提供经验,并能有效降低该项目在马绍尔群岛部署全尺寸S波段雷达的风险。2017年美国空军为该项目申请了1.68亿美元的经费预算,新一代“空间篱笆”系统有望在2018年具备初始作战能力,预计最终耗资16亿美元,系统可跟踪的空间目标数量将由目前2万个增至20万个左右[2]

(2) DARPA正式向美空军交付“空间监视望远镜”。2016年10月,DARPA经过长达7年的系统联调测试,正式向美空军交付“空间监视望远镜”,标志着该项目正式进入作战应用阶段。“空间监视望远镜”口径约为3.5 m,具备快速探测和大视场监视能力,其部署将有效缩小美国空间监视系统在东半球、南半球的覆盖盲区,能明显提升美军对中高轨空间目标的监视认知能力和反应速度,预计2020年前具备稳定作战能力,可执行大量深空监视探测任务。

采用GB/T 4893.4—2013《家具表面漆膜理化性能试验 第4部分:附着力交叉切割测定法》进行家具表面漆膜附着力测试的关键要素在于刀具的选用、漆膜厚度的测定、划格间距、划断深度和粘胶带的选用,以及剥离面积的计算,其对评定的影响较大,往往会严重干扰结果的判定。该项目检验步骤较为繁杂,对设备的选用和质检员的划格技术要求较高,是很多检测人员难于掌握的主要原因。为做好该项目检测,按步骤对各要素做以下分析。

第一次在库·汉斯的信中看到了苏珊娜的名字,您永远不会完全知道,我亲爱的,这不经意的一句话从我的生活里带走了什么。

(5) DARPA构建空间太空态势感知网络服务体系。 美国正在开展一系列用于提升其空间态势感知(SSA)能力的研究工作,作为美国预研体系中的骨干力量,DARPA研究的“轨道瞭望”项目[5]拟研究快速获取和处理多源异构、异质海量空间态势感知数据的有效技术。截止2016年7月,“轨道瞭望”项目已集成融合处理了7家空间态势感知数据提供商的实时数据,首次组建了全球最大的SSA“网络之网络”服务体系。该网络体系的建成,将颠覆美军现有空间目标监视领域收集、处理SSA数据的方式,大幅缩短其空间事件预报与预警时间,并使空间信息使用的精确性与经济可承受性呈指数级提高。

(4) 持续加强高轨空间态势感知能力。美国“同步轨道空间态势感知计划”(GSSAP)在2014年发射的2颗卫星目前已具备空间作战能力。美国为了继续提升其高轨空间态势感知能力[4],在2016年8月发射了第3颗和第4颗GSSAP卫星。4颗在轨的GSSAP卫星通过组网形成系统性作战能力,将进一步支撑美军空间态势感知能力向空间目标侦察监视、行动意图判定等空间军事作战领域拓展。

1.2 俄罗斯全面布局空间能力发展,巩固空间技术领先地位

④加强计量监管,初步建立了以国家水资源监控系统、石羊河流域水资源监控系统、黑河水量调度系统监控、疏勒河及党河水资源信息系统为骨干的水资源监督管理系统,张掖、玉门、敦煌、武威、金昌、民勤等城市水资源实时监控管理系统基本建成,3个流域雨量站、水文站、地下水动态观测井网得到扩充和完善,全方位的水资源监督管理系统得以建立;地表水斗口以上计量设施全部完善,地下水机井开采量计量IC卡安装率超过80%,用水的精确计量成为可能,不同区域以水票控水、以电控水、以时间控水、以费用控水、以轮次控水等用水控制措施及机制初步完善,民勤等县(区)建立了由审计部门牵头的用水审计制度。

俄罗斯“窗口-M”系统陆续部署运行。俄罗斯新型光电系统“窗口-M”[6]于2016年5月陆续开始投入作战使用,俄军方首批订购了8套,4套部署在俄罗斯境内,包括远东地区,其他4套部署在国外。“窗口-M”系统是目前俄罗斯技术最先进的地基光电空间态势感知装备,可识别轨道高度在120~40 000 km、大小10 cm以上的空间目标,将有力支撑俄空天军空间攻防作战任务。俄罗斯拟用4年的时间,再建设超过10套新型“窗口”系统,准备部署在阿尔泰以及滨海边疆地区,届时俄空间监视能力将进一步提升。

目前空间技术主要研究如何进入空间、利用空间和管控空间。近年来,美国等航天大国加快空间技术创新发展步伐,大力推进航天系统体系建设,空间态势感知能力稳步提升。

2 提升空间态势感知能力的技术

综上所述,在土建工程中,施工技术是施工开展的重要保障,合理的运用施工技术可以是工程建设事半功倍,同时对施工技术的过程控制也非常重要,严格的按照施工工序和标准规范对工程进行施工,才能不断地提升整个土建工程的施工质量,为百姓的生命财产带来保障。

(1) 可重复使用运载器技术快速发展。2015年5月20日,美空军X-37B空天战斗机成功进行了第4次飞行试验任务,重点对携带的有效载荷开展技术验证,试验表明X-37B空天战斗机开始转向作战应用领域拓展。美国军方正在积极联合发射联盟研究新一代可重复使用的火神运载火箭,拟实现运载火箭第一级发动机和上面级的可重复使用能力。DARPA研究的“试验性太空飞机”项目完成转阶段研制工作,拟开展可重复使用子级样机的研制工作;目前俄罗斯正在开展水平返回式(将火箭发动机和涡轮发动机组合)可重复使用运载火箭的研制工作。可重复使用运载器技术快速发展,大力促进了态势感知能力经济的可承受性。

美国空军的发展战略是“全球预警、全球抵达、全球威慑”,并在此战略目标的牵引下制定了“全球到达、全球存在、全球感知”的发展构想,且不隐藏其空间作战意图,在发展攻防兼备太空武器的同时,大力建设具有弹性体系结构的空间态势感知系统。

(3) 导航卫星体系构成逐步完善。世界主要航天国家高度重视导航卫星技术的发展应用,目前美国(GPS导航卫星)、俄罗斯(GLONASS统)、欧洲(伽利略)以及中国(北斗导航系统)部署了具备实际应用能力的卫星导航系统。美国于2016年2月成功发射最后一颗GPS-2系列的改进型卫星(GPS-2F),该卫星导航精度高,抗干扰性能强。此外,美国正在加紧研制下一代GPS-3导航卫星系统,首颗卫星已完成全面热真空环境测试,截止目前尚未发射。俄罗斯于2016年2月成功发射一颗GLONASS-M卫星,目前有8颗处于存储待发状态的同型号卫星。各国导航卫星组网的逐步完善,将极大促进空间监视系统的定位精度和抗干扰性能的提高。

(4) 军事通信卫星技术逐渐发展完善。美国、俄罗斯等航天军事强国以先进的军事卫星通信技术为引领,大力构建实用性强的军事卫星通信系统。美军新一代窄带卫星通信系统MUOS,目前在轨运行的有4颗主星和1颗备用星。2015年7月,美国新一代宽带卫星通信系统WGS-7发射成功,相较于之前部署的WGS卫星,WGS-7对卫星载荷进行了系统性升级改进,可使美国及其盟友的通信带宽数量增加17%。受保护的通信卫星系统AEHF,前3颗卫星目前已在轨工作运行,计划在2017年、2018年和2019年分别发射第4、5、6颗卫星。俄罗斯一方面对现有“信使”和“箭”系列卫星通信星座进行扩充,另一方面加紧升级改造新一代“信使”低轨卫星的通信和数据传输系统,并计划在未来几年内部署机要通信卫星系统。

3 发展启示

美国和俄罗斯的空间态势感知装备体系有着明确的需求和发展目标,以国家空间利益和最紧迫的需求为出发点,对现有的空间监视装备进行升级改造,并大力研发部署新型空间目标监视设备;同时对“联合空间作战指挥中心”进行现代化改造,提高其指挥控制能力。从美俄空间技术发展脉络中,可以得到如下几点启示。

(1) 预警卫星系统能力拓展延伸,美国和俄罗斯部署的预警卫星系统开始从战略预警向战术预警拓展。美国目前共有8颗在轨运行的反导预警卫星,包括2颗低轨试验卫星、2颗“天基红外系统”(SBIRS)卫星和4颗第3代“国防支援计划”(DSP)卫星,对中段飞行的弹头目标具有较强的跟踪和识别能力。2015年11月17日,俄罗斯新一代“集成空间系统”(EKS)的核心导弹预警卫星 “冻土” (首颗)成功发射,并计划在2020年前再发射6颗同型号卫星。EKS系统不仅能大幅度提升俄对其他国家弹道导弹发射的探测能力,而且凭借其稳定的跟踪能力和强大的信息处理能力,使俄罗斯反导武装力量具备了快速反应以及决策执行能力。

2015年7月,俄罗斯发布实施《俄罗斯航天国家公司联邦法》,该法案废止了俄航天部门正在进行的政企分离的改革措施,通过组建政企一体的“俄罗斯航天国家公司”实现航天力量体系的集中化管理。2015年8月俄罗斯有效整合了多个军事部门的力量和资源,建成集航空航天和防空防天于一体的空天作战力量体系,正式组建空天军部队,承担作战执勤任务,负责集中统一管理指挥俄空中、空防和反导作战力量。

(2) 空间军事化进程加快,美军空间技术思维已从“空间是一种支撑”向“空间是一个作战域”的转变,未来世界任何重大军事冲突都有可能延伸至空间领域。近年来许多国家致力于发展军事航天力量,在如何进入空间、如何利用空间、如何管控空间等领域不断加大投入力度,空间军事化进程明显加快。2017年4月,美空军首次举行“太空旗”训练演习,美空军太空司令部赞誉其开创了历史新纪元;同年8月空军举行第2次“太空旗”训练演习。

(3) 加快发展空间态势感知多源数据融合处理技术,多源数据融合处理技术可大幅度提升美军空间态势感知能力,使空间事件的预报与预警时间从几周缩短到几小时,显著提高空间态势感知数据利用率,提升威胁判别的实时性和准确性。2016年DARPA 的“轨道瞭望”项目,创建了新型空间数据采集平台,组建了全球最大的SSA网络服务体系,并运用大数据技术融合处理了7家空间态势感知数据提供商的实时数据,多源融合处理结果可提供更准确、更完整、更真实有效的空间态势图,为美军空间态势感知能力提升带来革命性变化。

(4) 人工智能技术用于分析太空传感器数据,洛·马公司宣布将启用NEC公司的人工智能软件分析太空传感器数据。NEC公司副总裁表示,人工智能技术的应用有利于增强空间态势领域的安全性和运行效率。NEC公司和洛·马作为所在行业技术的领导者,二者强强联合有利于探索人工智能如何改进空间态势信息产品的建设。

(5) 加强空间态势感知领域国际与商业合作,为了最大限度地获取各类空间态势信息,美军已与近50家卫星发射服务商和运营商签署领域合作协议,美国军方将获得的空间目标监视数据与卫星服务商和运营商通过遥测、跟踪获得的卫星真实轨道数据进行对比分析,用以提高其空间目标监视能力。为了进一步加强信息共享力度,截止2016年12月,美国已与世界上11个国家和2个国际组织(欧洲气象卫星应用组织和欧洲航天局)签署了空间态势感知信息共享协议,并建立空间态势感知数据分享联盟。

(6) 不断拓展军民融合的范围,对地观测、图像、导航等不同类型应用卫星和光电传感器不仅可支持军事作战,还可以广泛应用于经济和社会其他领域,目前是军民融合发展的重要领域之一。美国空军正在开发空间作战概念,通过日常性地利用盟国和商业的太空态势感知信息,逐步验证核实、制定、细化共享数据源准则。2017年5月19日,美国战略司令部司令在国会表示,当年夏天美国太空态势感知将开始融入商业数据;空军航天司令部司令表示,融入商业数据是军方联合商业部门开发下一代战场管理指挥控制系统的重要环节。美国防部和NASA都在积极开展相关研究,尽管研究侧重点不相同,但演示的技术很多是具有共性的。同时美国通过商业搭载、分布式手段等将太空能力分散布置在不同轨道、不同用途的平台上,使空间监视能力去中心化,以体系协同对抗可能的不对称打击,以增强空间监视系统的安全性、抗毁性。此外,许多商业技术团队正在研究轨道碎片清除、在轨装配等空间先进技术,目前这些技术的使用界限比较模糊,但其军事应用前景值得关注。

2.弊端:(1)获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关;(2)目前相对于火力发电,发电成本高;(3)光伏板制造过程中要消耗大量化石能源并造成污染。

4 结束语

目前主要航天国家加速推进空间态势感知能力体系建设,积极构建天地一体、覆盖全轨道的空间态势感知系统,实现探测目标更小、监视时效更强、轨道精度更高、目标识别更细、作战响应更快的空间态势感知能力。未来大数据技术、人工智能、多源数据融合处理等技术将成为空间态势感知系统建设的热

点问题,加强空间态势感知的国际与商业合作将成为发展的主流。此外,开展军民融合,通过整合来自政府、军事部门、商业团体组织和科研单位的空间目标监视数据,实现空间监视数据的全面、高效利用也是值得重点关注的方向。

参考文献

[1] 杜小平,李智,王阳,等.美国太空态势感知能力建设研究[J].装备学院学报,2017(3):67-73.

[2] 刘海印,曹秀云,林飞.2016年美军空间态势感知能力建设及发展动向分析[J].中国航天,2017(2):9-12.

[3] 汤泽滢,黄贤锋,蔡宗宝.国外天基空间目标监视系统发展现状与启示[J].航天电子对抗,2015,31(2):24-26.

[4] 陆震.美国空间态势感知能力的过去和现状[J].兵器装备工程学报,2016,37(1):1-8.

[5] 王璐菲.DARPA“轨道瞭望”项目集成史上最大规模空间传感器网络[J].防务视点,2016(10):62-63.

[6] 李乐工.俄罗斯导弹防御系统装备建设[J].现代军事,2017(5):79-82.

 
唐匀龙,许厚棣,钮俊清,任清安
《舰船电子对抗》 2018年第02期
《舰船电子对抗》2018年第02期文献

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