軍事衛(wèi)星系統(tǒng)對抗策略研究

邢建泉，劉宏華，陳愛梅

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所，河南 鄭州 450047)

0 引 言

軍事衛(wèi)星系統(tǒng)包括預(yù)警、導(dǎo)航、偵察、中繼、通信等各類衛(wèi)星，隨著信息化戰(zhàn)場對信息獲取需求的不斷提升，能夠近實(shí)時提供戰(zhàn)場信息的軍事衛(wèi)星系統(tǒng)越來越受到重視，通過衛(wèi)星獲取、傳輸、分發(fā)各類戰(zhàn)場信息已成為信息化戰(zhàn)場的重要特征。據(jù)報(bào)道，美軍在伊拉克戰(zhàn)爭中90%的信息是通過衛(wèi)星傳遞的,近年來又將大量的軍事衛(wèi)星用于反恐。

按照美國衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會2017年7月發(fā)布的《2017年衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)狀況報(bào)告》，截止到2016年12月31日，全球在軌工作的衛(wèi)星為1 459顆，其中美國594顆，中國192顆，俄羅斯135顆，其他國家總計(jì)約538顆。表1對在軌工作衛(wèi)星的任務(wù)類型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

表1 在軌衛(wèi)星任務(wù)類型統(tǒng)計(jì)

美國目前占有全世界40%左右的現(xiàn)有在軌衛(wèi)星資源，并且在全球密布衛(wèi)星地面站,始終保持著在情報(bào)獲取、信息傳輸、導(dǎo)航定位、氣象保障、空間預(yù)警等方面的全方位信息優(yōu)勢[1]。進(jìn)入21世紀(jì)，美軍在其太空戰(zhàn)略的指引下，更加大力發(fā)展各類軍事衛(wèi)星系統(tǒng)，同時加速研發(fā)各類具備軟硬殺傷能力的衛(wèi)星對抗裝備，以確保美軍在未來戰(zhàn)場取得絕對的信息優(yōu)勢，并阻止或限制其他國家利用太空信息資源。為使人類社會能夠公平、和平地利用太空資源，其他國家也有必要高度重視發(fā)展空間信息對抗技術(shù)，特別是針對軍事衛(wèi)星系統(tǒng)的對抗技術(shù)。

圖1 谷歌地球可視化數(shù)據(jù)庫模擬展示的8 700 km高度人造衛(wèi)星分布示意圖

1 軍事衛(wèi)星系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1 衛(wèi)星空間情報(bào)獲取

1.1.1 偵察衛(wèi)星系統(tǒng)

(1) 成像偵察衛(wèi)星

成像偵察衛(wèi)星是用于軍事偵察的主要手段，被廣泛用于各種戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)偵察，獲取感興趣目標(biāo)的高分辨率圖像型偵察信息。典型的光學(xué)成像偵察衛(wèi)星如美國的“鎖眼”，最高幾何分辨率達(dá)0.1 m；雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星如美國的“長曲棍球”，它采用合成孔徑雷達(dá)，分辨率達(dá)l～3 m，可實(shí)施全天時和全天候偵察[2]。2016年，美國最新一代雷達(dá)成像衛(wèi)星“未來成像體系”(FIA)已實(shí)現(xiàn)四星組網(wǎng)運(yùn)行。

(2) 電子偵察衛(wèi)星

電子偵察衛(wèi)星主要用于截獲諸如雷達(dá)、通信等系統(tǒng)的無線信號，破譯相關(guān)的信息情報(bào)。其中最具代表性的是美國的電子偵察衛(wèi)星“大酒瓶”、“顧問”等，它們居于地球同步軌道上，星上信息處理能力強(qiáng)，高達(dá)100 m的大型天線可接收100 MHz～20 GHz的信號，據(jù)說就連地面的手機(jī)信號都能實(shí)時偵收。目前最新的電子偵察衛(wèi)星是2016年發(fā)射的第7顆“顧問”電子偵察衛(wèi)星。

(3) 導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星

導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星主要用于探測導(dǎo)彈發(fā)射。典型的導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星是美國的“國防支援計(jì)劃”(DSP)衛(wèi)星，它布署在大西洋、太平洋和印度洋上空的地球同步軌道上。衛(wèi)星搭載紅外傳感器和可見光攝像機(jī)。目前,更先進(jìn)的天基紅外系統(tǒng)(SBIRS)已逐步替代了現(xiàn)有的DSP導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)。

(4) 海洋監(jiān)視衛(wèi)星

海洋監(jiān)視衛(wèi)星用于監(jiān)視海上艦船的無線電通信和雷達(dá)信號，并以此判明它們的性質(zhì)，確定其位置，航速和航向。典型的是美國的“白云”系列海洋監(jiān)視衛(wèi)星。在海灣戰(zhàn)爭期間，美國利用4組16顆衛(wèi)星組網(wǎng)截獲了伊拉克艦艇上發(fā)射的無線電和雷達(dá)信號，測定其位置、航向和航速，連續(xù)監(jiān)視了其活動情況，并為多國部隊(duì)指示攻擊目標(biāo)。

1.1.2 中繼衛(wèi)星系統(tǒng)

(1) TDRSS系統(tǒng)

TDRSS衛(wèi)星系統(tǒng)是同步軌道衛(wèi)星,可將偵察衛(wèi)星獲取的偵察數(shù)據(jù)實(shí)時中繼回傳至地面站，直接支持作戰(zhàn)行動。TDRSS的地面站主要有白沙、哥達(dá)德、關(guān)島等，可使美軍獲得近實(shí)時的情報(bào)信息。中繼衛(wèi)星由于擔(dān)負(fù)著傳送其他偵察衛(wèi)星的偵察情報(bào)到達(dá)美國本土地面站的重要使命，因此，在所有的軍事衛(wèi)星中具有舉足輕重的地位。

(2) SDS系統(tǒng)

衛(wèi)星數(shù)據(jù)系統(tǒng)(SDS)是美國偵察辦(NRO)主管的非常保密的軍用數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。它采用大橢圓軌道，能對地球兩極以及高緯度地區(qū)提供良好的波束覆蓋，主要為KH-11、DSP等偵察衛(wèi)星和預(yù)警衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，同時也能為處在地球極區(qū)的美國戰(zhàn)略核力量和其他部隊(duì)提供通信中繼服務(wù)。

1.1.3 通信衛(wèi)星系統(tǒng)

(1) 國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)(DSCS)

國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)是美國戰(zhàn)略遠(yuǎn)程通信的支柱，該系統(tǒng)由位于赤道上空地球同步軌道上的14顆衛(wèi)星組成，主要工作在EHF頻段，可為遍布全球的美國陸、海、空三軍提供加密且可靠的全球通信服務(wù)[3]。

(2) 移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)(MUOS)

該系統(tǒng)的任務(wù)是用于取代老舊的艦隊(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，為美海軍移動目標(biāo)提供多信道UHF高速通信服務(wù)，并維持國防部現(xiàn)行窄帶通信的性能和有效性。目前已發(fā)射5顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了該星座的完整部署。

(3) 軍事星(MILSTAR)

系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是生存能力強(qiáng)，能在核爆炸中幸存并有效地工作。它的自主能力，抗核加固能力和抗干擾能力都超過現(xiàn)有的任何衛(wèi)星，該系統(tǒng)能在全球范圍內(nèi)提供美國三軍戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，采用了高速跳頻技術(shù)抗干擾,能確保最低限度的通信。

(4) 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)(WGS)

寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)是目前美軍大容量傳輸?shù)闹髁Γ麄€星座計(jì)劃部署10顆衛(wèi)星，主要用于美軍司令部與軍艦、潛艇部隊(duì)和地面部隊(duì)之間的高速秘密通信。至2016年底，已發(fā)射8顆衛(wèi)星，能同時采用X和Ka頻段通信。

1.1.4 導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)

目前全球已建成或基本建成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家包括美國(GPS)、中國(北斗)、俄羅斯(GLONASS)和歐盟(Galileo)等，還有印度(IRNSS)、日本(QZSS)也在大力發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

其中，美國的GPS建成最早，性能最強(qiáng)，至今已發(fā)展了3代，除開放民用的C/A碼外，還開發(fā)了P、M碼等專用的軍碼。對民碼加入干擾，使其精度下降，阻止敵方將GPS作為軍用。2017年10月，美國空軍宣布，最新一代的GPSⅢ衛(wèi)星將于2018年完成發(fā)射準(zhǔn)備。

1.2 衛(wèi)星電子攻防

1.2.1 衛(wèi)星電子防護(hù)

美國十分注重解決威脅源和攻擊源的檢測和識別問題，美國國防部近年來已投資220億美元用于保護(hù)衛(wèi)星，增強(qiáng)其抗攻擊、抗干擾能力。先后發(fā)展了SOURS(星載攻擊報(bào)告系統(tǒng))，STW/AR(衛(wèi)星威脅告警與攻擊報(bào)告系統(tǒng))，RAIDRS(快速攻擊識別、探測和報(bào)告系統(tǒng))等防護(hù)系統(tǒng)。目前，RAIDRS的Block10版本已可以收集到來自地面的威脅信息，包括導(dǎo)彈來襲前兆以及敵方有意的衛(wèi)星干擾等。

美軍認(rèn)為，發(fā)展防御性空間對抗能力要比發(fā)展進(jìn)攻性空間對抗能力的優(yōu)先級更高、更重要、更迫切。實(shí)現(xiàn)防御性空間對抗就是要發(fā)展衛(wèi)星系統(tǒng)的全面防護(hù)能力,也就是需要發(fā)揮主動防護(hù)與被動防護(hù)的協(xié)調(diào)效應(yīng)，取長補(bǔ)短，這樣才能使衛(wèi)星系統(tǒng)防護(hù)獲得最佳效果。

1.2.2 衛(wèi)星電子攻擊

為獲取“空間優(yōu)勢”，2003年美空軍轉(zhuǎn)型飛行計(jì)劃提出了保護(hù)己方重要空間資源并阻止敵方利用空間的需求。美空軍空間司令部于2004年9月公布其新型的地基通信干擾系統(tǒng)(CCS)已具有初始作戰(zhàn)能力，該系統(tǒng)專用于干擾敵方衛(wèi)星通信(SATCOM)。

Northrop Grumman公司研制的CCS由位于PETERSON空軍基地的第67太空控制中隊(duì)使用。其主要由天線、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，可安裝在拖車上，干擾敵方的星載通信，并且這種干擾不會影響友方和中立方的通信服務(wù)。該系統(tǒng)將在所有級別的沖突中部署以保障空間優(yōu)勢。作為一部射頻干擾機(jī)，其作用是暫時、可逆、非毀滅性的，旨在削弱敵方(威脅美軍及其盟軍)的天基能力，但當(dāng)此能力不構(gòu)成威脅時，仍可恢復(fù)至原狀態(tài)。

為持續(xù)提升CCS作戰(zhàn)能力，美國對CCS一直進(jìn)行技術(shù)性能提升。根據(jù)美國空軍2017財(cái)年預(yù)算申請，在空間對抗系統(tǒng)項(xiàng)目下，美軍繼續(xù)推進(jìn)CCS預(yù)規(guī)劃產(chǎn)品改進(jìn)(P3I)子項(xiàng)目，繼續(xù)研發(fā)、集成并測試Block 10 P3I項(xiàng)目增量-2(CCS 10.2)；繼續(xù)開展進(jìn)攻性空間對抗(OCS)指揮與控制子項(xiàng)目，在交付了“螺旋4”基礎(chǔ)上，2017財(cái)年繼續(xù)開展“螺旋5”研發(fā)。

2 軍事衛(wèi)星系統(tǒng)的對抗策略

近年來，采用反衛(wèi)導(dǎo)彈對軍事衛(wèi)星進(jìn)行硬摧毀的研究十分熱門，但是，在國家間不發(fā)生重大沖突的前提下，采用軟的對抗手段才是首選。

目前的軍事衛(wèi)星系統(tǒng)種類繁多，功能各異，但是，無論哪種衛(wèi)星，要正常工作都離不開測控、通信、數(shù)傳鏈路，因此，對軍事衛(wèi)星系統(tǒng)對抗的核心是鏈路對抗。

2.1 對軍事衛(wèi)星系統(tǒng)的偵察

對衛(wèi)星鏈路進(jìn)行電子偵察可采用地基、空基、天基等多種平臺。

地基偵察設(shè)備可部署在陸地或艦船上，由于對體積、重量、能耗的要求較低，因此可以建立起大型的偵察站，利用大口徑的偵察天線對軍事衛(wèi)星的下行鏈路信號進(jìn)行偵收，獲取情報(bào)信息。但由于低軌衛(wèi)星過境時間短、高軌衛(wèi)星信號衰減大，并且隨著星間鏈路技術(shù)的成熟，許多衛(wèi)星的下行信息不再在國外下傳，而是直接傳送到本國的地面站，給偵收帶來了很大的限制。

空基偵察設(shè)備可利用有/無人機(jī)、飛艇、氣球等平臺，同時偵收衛(wèi)星的上下行鏈路信息；但難以長時間工作，偵察區(qū)域仍然受到限制。

天基偵察設(shè)備可搭載在衛(wèi)星、飛船等平臺上，直接對感興趣的目標(biāo)抵近偵察，對衛(wèi)星的上下行鏈路信號都可以很好地接收，而且不受國界的限制，可獲取比地基、空基設(shè)備更多的情報(bào)信息。

2.2 對軍事衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾

對衛(wèi)星的電子干擾可分為壓制干擾和欺騙干擾2種方式。

壓制式干擾通過向衛(wèi)星的接收機(jī)發(fā)射同頻大功率噪聲信號使接收機(jī)信噪比惡化，誤碼率升高；或者將接收機(jī)推向飽和，使其不能正常工作。常用的干擾信號形式有單音、多音、掃頻、噪聲調(diào)制等[4]。

欺騙式干擾是在掌握衛(wèi)星詳細(xì)信息格式的基礎(chǔ)上，通過采用轉(zhuǎn)發(fā)、生成等方式產(chǎn)生與衛(wèi)星信號相同或相近的信號形式，擾亂衛(wèi)星的信號接收。當(dāng)采用信息戰(zhàn)技術(shù)對衛(wèi)星傳輸信息格式完全破解后，甚至可能發(fā)射偽指令，控制目標(biāo)衛(wèi)星。目前，美軍第6代“舒特”網(wǎng)電一體對抗系統(tǒng)是最具代表性的此類設(shè)備[5]。

2.3 對軍事衛(wèi)星系統(tǒng)的防護(hù)

針對衛(wèi)星系統(tǒng)面臨的射頻干擾,可采用天線抗干擾、擴(kuò)頻抗干擾、星上處理和擴(kuò)展頻段等技術(shù)進(jìn)行防護(hù)[6-8]。

(1) 天線抗干擾技術(shù)

天線抗干擾技術(shù)已在衛(wèi)星通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，主要包括自適應(yīng)調(diào)零和多波束天線等技術(shù)。采用自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)能有效抑制小于陣元數(shù)的多源干擾。采用多波束技術(shù)可形成冗余通道，在受到干擾時關(guān)閉受干擾波束，使用未被干擾波束通道。

(2) 擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)

擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)是通過特殊信號編碼增加處理增益的方法抗干擾，主要包括直接序列擴(kuò)頻、跳時、跳頻及其組合。

(3) 星上處理技術(shù)

星上處理可以使上、下行鏈路之間去耦，通過星上處理使上行干擾不能進(jìn)入下行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，同時可設(shè)法避免轉(zhuǎn)發(fā)器被推向飽和。

(4) 擴(kuò)展頻段

除了繼續(xù)發(fā)展毫米波、太赫茲頻段通信外，近年來衛(wèi)星光通信的技術(shù)進(jìn)展很快,因?yàn)榧す馀c微波之間不存在干擾問題,而且光波束窄，抗干擾能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)1 Gbit/s以上的大容量保密衛(wèi)星通信。

3 軍事衛(wèi)星系統(tǒng)對抗的發(fā)展趨勢

3.1 發(fā)展天基衛(wèi)星信息對抗裝備

由于天基對抗裝備可以以較小的代價達(dá)到更好的對抗效果，近年來越來越受到重視。美國的“鳳凰”計(jì)劃、“軌道快車”項(xiàng)目都可以看作是天基對抗設(shè)備的雛形，該類設(shè)備具備變軌能力，能接近目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行觀察、維修，當(dāng)然也能進(jìn)行干擾、破壞，這可以通過搭載不同的載荷來實(shí)現(xiàn)。

同時，需要加速發(fā)展衛(wèi)星平臺的防護(hù)能力，從增強(qiáng)衛(wèi)星電磁防護(hù)能力的被動防護(hù)方式到具備對微波干擾、惡意接近行為告警能力的主動感知方式，建立衛(wèi)星的自我防護(hù)體系。

3.2 加強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的對抗能力

由于衛(wèi)星導(dǎo)航在未來戰(zhàn)爭中的關(guān)鍵作用，各國大力發(fā)展相應(yīng)的對抗技術(shù)，美國在第2代GPS系統(tǒng)先前的軍用P碼加上反欺騙(AS)的防御措施，發(fā)展為P(Y)碼，以有效降低接收機(jī)受假信號欺騙和干擾的可能性。同時,第2代GPS系統(tǒng)還加裝了星載干擾機(jī),以進(jìn)攻促進(jìn)防御。第3代GPS系統(tǒng)在應(yīng)用M碼的同時發(fā)展點(diǎn)波束和區(qū)域波束能力,并在作戰(zhàn)時對該戰(zhàn)區(qū)內(nèi)特定區(qū)域發(fā)射點(diǎn)波束的大功率M碼導(dǎo)航制導(dǎo)信號,從而進(jìn)一步增強(qiáng)抗干擾能力。

3.3 建立綜合一體化軍事衛(wèi)星對抗體系

未來高技術(shù)條件下的戰(zhàn)爭將不再是單一武器裝備的較量，而是系統(tǒng)對系統(tǒng)、體系對體系的較量，不同種類與型號的衛(wèi)星對抗裝備通過指控網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地聯(lián)系起來，形成一個彼此聯(lián)結(jié)、相互支持、協(xié)同運(yùn)作的體系，這個體系集偵察與告警、進(jìn)攻與防護(hù)于一身，具有資源共享、應(yīng)變快速、功能強(qiáng)大、作戰(zhàn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)束語

未來作戰(zhàn)的關(guān)鍵是取得制信息權(quán)，軍事衛(wèi)星系統(tǒng)是取得制信息權(quán)的重要裝備。軍事衛(wèi)星及其對抗在未來信息化戰(zhàn)爭中將占有極其重要的地位。把握軍事衛(wèi)星系統(tǒng)信息對抗技術(shù)的發(fā)展方向，著力發(fā)展相應(yīng)的技術(shù)裝備，對于打破超級大國的空間霸權(quán)，保護(hù)和平發(fā)展的國際秩序具有重要意義。

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