太空和電子戰(zhàn)領域作戰(zhàn)的現(xiàn)狀和對策

王倉紅通信作者

（廣東隆源光電有限公司，廣東 中山 528415）

在1957年10月和11月期間，前蘇聯(lián)將Sputnik I和Sputnik II衛(wèi)星射入太空，標志著人類探索太空時代的開端[1]。值得關注的是，磁懸浮助推發(fā)射技術的使用，使航天器發(fā)射成本大幅下降[2]，這直接導致“參與者”數(shù)量持續(xù)增加，太空軍事力量發(fā)展對國家國防安全帶來新的挑戰(zhàn)。例如，衛(wèi)星數(shù)量持續(xù)增加會導致?lián)頂D和碰撞，甚至有意或無意的摧毀對方衛(wèi)星， 給軍方造成通信和情報障礙[3]。美國、俄羅斯等大國已經(jīng)建立了太空部隊并部署了反衛(wèi)星武器[4]，這些軍事力量的發(fā)展有力地推動了太空軍事化進程。彈道導彈技術擴散，迫使導彈防御預警系統(tǒng)大力發(fā)展， 而高超音速導彈技術的應用，又一次迫使現(xiàn)有的導彈防御預警系統(tǒng)需要升級迭代以應對新的挑戰(zhàn)。

基于人工智能（AI）時代，研發(fā)能夠應對高超聲速武器和具有新型探測預警能力的新一代智能反導預警系統(tǒng)，成為一些國家追求的新目標。與此同時，軍用無線電設備成指數(shù)級增長，也使得電磁頻譜日益擁擠[5，6]。為了使無線電設備能夠完全訪問電磁頻譜，美國國防高級研究計劃局（DARPA）定期舉辦“頻譜協(xié)同挑戰(zhàn)賽”（SC2），對照靜態(tài)和預先分配的頻段，測試AI是否能夠更有效共享無線電頻譜。測試結果表明，比長期演進（LTE）標準更低的頻譜上能夠傳輸和共享更多的數(shù)據(jù)，并且能夠在多個無線電設備上對頻譜重復使用。這表明，應用AI 在網(wǎng)電空間作戰(zhàn)的電磁頻譜管理將展示其巨大潛力。本文通過探討主要軍事強國太空軍事力量發(fā)展現(xiàn)狀和人工智能在網(wǎng)電空間作戰(zhàn)中的應用，設想了可能會在太空和電子戰(zhàn)領域出現(xiàn)的新場景，并為如何在新時代確保國家安全與繁榮提出對策建議。

1 主要軍事強國太空軍事力量發(fā)展現(xiàn)狀

美國為了應對彈道導彈和其他高超聲速武器的威脅，在彈道導彈防御預警探測方面將研發(fā)新系統(tǒng)，以強化對這些威脅目標的預警、探測識別、全程跟蹤監(jiān)視和殺傷力評估?；诿绹鴩乐г媱潱―SP），美國目前大力發(fā)展的導彈防御系統(tǒng)有天基紅外系統(tǒng)（SBIRS）[7]、空間站跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)（STSS）[8]以及正在研發(fā)的新型導彈預警防御衛(wèi)星系統(tǒng)。例如，下一代過頂持續(xù)紅外系統(tǒng)（OPIR）[9]和高超聲速與彈道跟蹤傳感器（HBTSS）[10]。OPIR包含3顆地球同步軌道衛(wèi)星（GSO）和2顆極地軌道衛(wèi)星（POS），OPIR將采用增強型LM2100通用衛(wèi)星平臺，通過移除舊設備的方式，在多個系統(tǒng)里面插入新型電子設備以增強彈性作業(yè)能力[11]，使其能夠適用于下一代OPIR。OPIR的開發(fā)采用競爭性并存的開發(fā)方式同時開發(fā)兩個紅外有效載荷。HBTSS 衛(wèi)星作為導彈預警網(wǎng)絡中的佼佼者，該網(wǎng)絡系統(tǒng)還包含了寬視場（WFOV）導彈跟蹤衛(wèi)星[12，13]。研發(fā)HBTSS目的是為了開發(fā)監(jiān)視和跟蹤高超聲速導彈系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)負責監(jiān)視和傳遞當武器穿越地球時的數(shù)據(jù)信息，當敵方的威脅目標進入或離開單個衛(wèi)星的視野時，低軌衛(wèi)星會將信息數(shù)據(jù)進行傳遞并共享。與此同時，WFOV衛(wèi)星將信息傳遞給具有更精確傳感器的中等視場的HBTSS衛(wèi)星。因此，不同視場傳感器和不同軌道衛(wèi)星之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享，自動生成適當?shù)膽?zhàn)術數(shù)據(jù)，自動檢測敵方目標位置并創(chuàng)建摧毀威脅目標所需的數(shù)據(jù)。當然，目前的反導攔截系統(tǒng)想要預警并攔截在飛行過程中可以變軌的高超音速武器還有待時日。為了增強應對高超音速武器的威脅，美國正在討論升級標準-6反導導彈系統(tǒng)以攔截高超音速武器，但是距離投入實戰(zhàn)尚需時日。

法國的超視距反導預警雷達（TLP）屬于遠程導彈預警雷達，其采用模塊化的設計，不但能夠跟蹤和探測600千米至3 000千米范圍內的彈道導彈發(fā)射情況，而且能夠預測彈道導彈的落地點，該雷達還能夠對衛(wèi)星進行跟蹤和探測。超視距雷達在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有得天獨厚的優(yōu)勢：一是用于對抗反輻射導彈（ARM）對雷達系統(tǒng)的硬攻擊，由于ARM超強的威力和超高命中率，直接威脅雷達系統(tǒng)的生存。與此同時，隨著ARM持續(xù)更新?lián)Q代，對雷達系統(tǒng)的威脅也持續(xù)增加；二是用于對抗目標隱身技術還原飛機形態(tài)。目標隱身技術能夠控制飛機形態(tài)，其采用雷達吸波透波材料，能有效減少目標雷達反射面積（RCS），達到降低雷達探測距離的效果。隨著隱身技術的應用，作戰(zhàn)飛機的突防和生存能力獲得了極大提高，對空戰(zhàn)模式和防空系統(tǒng)都產(chǎn)生了深遠影響；三是用于對抗低空與超低空突防飛機和巡航導彈。如何預防低空和高速的巡航導彈，是現(xiàn)代防空系統(tǒng)需要攻克的關鍵難題，否則將在戰(zhàn)爭中遭受巨大損失。目前，法國航空空間研究局（ONERA）對預言家天波超視距雷達（OTHR）正在改進成海洋超視距雷達[14]，使得該系統(tǒng)的覆蓋面擴大到海洋。ONERA研發(fā)的無源雷達技術，貢獻模擬波形探測（FM無線電）和數(shù)字波形探測（TNT），打破了常規(guī)且保持了其空中優(yōu)勢，目前正在研究避免無源雷達的對抗技術，以迎合當前的作戰(zhàn)需要。

俄羅斯的“穹頂”太空反導預警系統(tǒng)，能夠從太空探測彈道導彈的發(fā)射并跟蹤其運行軌跡。此外， 俄羅斯的“沃羅涅日”雷達[15]的瞄準器（太空監(jiān)視光電系統(tǒng)）和集裝箱-3M（超視距探測系統(tǒng)）也已經(jīng)投入運營?！拔至_涅日”作為高性能超視距雷達，有探測距離達到6 000千米的米波雷達“沃羅涅日-M”；有水平探測距離6 000千米，且垂直探測距離為8 000千米的分米波雷達“沃羅涅日-DM”；在性能上了一個臺階的“沃羅涅日-VP”，是“沃羅涅日-M”的改進型； 作為厘米波雷達的“沃羅涅日-SM”，具有較高的分辨率和遠距離及全天候成像功能，可以有效提升戰(zhàn)時預警的精確性?！疤υ笔嵌砹_斯新一代導彈預警衛(wèi)星，其運行軌道包括高橢圓軌道和地球同步軌道。該系統(tǒng)裝載了紅外望遠鏡、光學望遠鏡和紅外傳感器，用以識別其覆蓋范圍內所以國家的洲際導彈發(fā)射、飛行、太空飛行和攻擊過程，也能探測各國航天發(fā)射的情報。當?shù)孛胬走_在接收到衛(wèi)星報警信號后，能夠及時發(fā)現(xiàn)從不同地點發(fā)射的飛行器，并能初步判斷其飛行方向和墜落坐標。隨著俄羅斯預警衛(wèi)星的持續(xù)逐步發(fā)射，其預警偵察能力也會獲得完善。

2 AI在網(wǎng)電空間作戰(zhàn)中的應用現(xiàn)狀

在2017年8月，美國國防部先進研究計劃局（DAR PA）啟動了A I射頻機器學習系統(tǒng)項目（RFMLS）[16，17]，探索機器學習（ML）如何理解無線電信號，建立將ML應用于電磁頻譜領域以理解電磁頻譜的使用狀態(tài)，以應對電磁環(huán)境中存在的風險。例如，低下的動態(tài)感知能力，被惡意干擾的通信系統(tǒng)以及無法確認的威脅。為了實現(xiàn)頻譜共享， 需要掌握占用頻譜的信號種類和從背景中提取重要信號，用來識別違反無線電規(guī)則的信號。通過ML 訓練的RFMLS能夠從電磁頻譜中提取額外的信號特征，并利用頻譜大數(shù)據(jù)，對以前無法檢測到的無線電信號進行識別，達到對電磁環(huán)境更好的理解。RFMLS能夠對無線電環(huán)境中正在發(fā)生的事件進行理解和識別查證，并逐步具備在復雜的電磁環(huán)境中識別感興趣的無線電信號的能力?；谀繕巳蝿?， ML不僅能夠處理采集的頻譜數(shù)據(jù)，而且可以確定需要采集頻譜數(shù)據(jù)的種類，并規(guī)劃數(shù)據(jù)采集的時間和地點。

在射頻前端，有特征學習和波束合成。在頻譜感知方面，有注意力引導和自主射頻傳感器；在特征學習方面，基于射頻信號數(shù)據(jù)集，RFMLS通過ML識別和表征民用和軍用設備信號特征；在注意力引導方面，通過對RFMLS納入新的算法或設計射頻領域的顯著性檢測，可以實現(xiàn)將RFMLS注意力導向射頻頻譜中潛在的重要事項或對重要視覺和聽覺刺激進行識別的能力；在配置自主射頻傳感器方面，使RFMLS對亮度變化自動調節(jié)、持續(xù)移動和聚焦，保證動態(tài)場景中的重要部分保持在RFMLS的敏感部位，對最為有效的信號和信號特征能夠自動調節(jié)對其感受能力；在波形合成方面， 即對有可能的波形進行數(shù)字合成，使RFMLS對擁擠的頻譜信號進行區(qū)分和表征，為自動化武器系統(tǒng)提供無線電領域的所需信息。

美國的認知電子戰(zhàn)（Cognitive EW）是目前的重要進展項目，這是一個智能的電子戰(zhàn)系統(tǒng)[18]。通過對電子戰(zhàn)的擴展，數(shù)據(jù)和AI算法可以用于優(yōu)化電子戰(zhàn)行動。更進一步，軟件可編程無線電的存在， 進一步增強了這種網(wǎng)絡與電子戰(zhàn)的協(xié)同作用。在自主評估電磁環(huán)境、學習、推理、實時改變其電磁干擾策略和評估實施效果，自適應對抗威脅目標。AI 引導的電子戰(zhàn)軟件升級極大地縮短了電子戰(zhàn)傳感器到射手的時間，并組織了另外的數(shù)據(jù)池，這決定了戰(zhàn)爭的勝負。

3 未來戰(zhàn)爭的新場景

在未來，衛(wèi)星間發(fā)生有意或無意的碰撞損毀， 并產(chǎn)生大量的太空碎片是大概率事件，這將導致對地觀測、遙感、通信能力的喪失，阻礙軍事情報收集、導彈防御、海岸監(jiān)測等任務的執(zhí)行。大量的衛(wèi)星碎片形成碎片場，堵塞衛(wèi)星軌道并威脅其他軌道衛(wèi)星的運行。通過針對全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座展開網(wǎng)絡攻擊，這可能導致衛(wèi)星導航系統(tǒng)中斷運行，影響依靠衛(wèi)星導航系統(tǒng)國家的電網(wǎng)、電信和導航與定位授時，對反衛(wèi)星武器的發(fā)展和部署帶來嚴重威脅。美軍正在尋求應對中俄大國的軍事對抗優(yōu)勢[19]，會進一步促進其電子戰(zhàn)的研究和部署，推進電子戰(zhàn)由戰(zhàn)略向能力轉變，加速電子戰(zhàn)重點項目的研發(fā)和電子戰(zhàn)裝備升級。美國利用其在AI方面的優(yōu)勢，正在加速其電子戰(zhàn)裝備能力向認知化和智能化發(fā)展，這將對現(xiàn)有的軍事平衡構成挑戰(zhàn)。

4 建議

為確保國家安全與繁榮，需要預防衛(wèi)星間碰撞、軌道擁堵、太空競爭軍事化和認知電子對抗的挑戰(zhàn)，對此，我們提出以下建議。

建立統(tǒng)一的太空監(jiān)測和作戰(zhàn)控制系統(tǒng)，構成太空反導預警系統(tǒng)的主要部分，提供全球監(jiān)控。通過該系統(tǒng)的構建，減少探測彈道導彈發(fā)射的時間，提高導彈威脅信息的可靠性和效率性。加大新型防空反導預警裝備研發(fā)，建立高低軌相結合的預警探測及殺傷力評估一體化的預警系統(tǒng)，并建立應對太空星座被破壞后預警裝置的彈性作業(yè)能力。加強多邊合作制定太空規(guī)則，重點要發(fā)展自身的太空能力。加強關鍵技術研發(fā)，逐步降低在關鍵技術層面對其他國家的依賴，增強太空安全感知。積極探索高超音速武器技術在軍事的應用，高超音速武器作為一種顛覆性技術，在軍事領域將產(chǎn)生深遠影響。

提升電子戰(zhàn)的智能化水平。完善其自主感知能力和實時反應能力，持續(xù)改進其精確打擊能力和評估反饋能力，這是認知電子戰(zhàn)未來的發(fā)展趨勢?；诖?，我們要不斷測試其在復雜多變的電磁環(huán)境中的作戰(zhàn)能力，對關鍵技術進行深入的分析和專研以增強電子戰(zhàn)裝備的對抗能力。將AI技術和網(wǎng)電空間海量數(shù)據(jù)的特性緊密結合，改變對未來網(wǎng)電空間戰(zhàn)爭的認知模式。將AI技術應用在網(wǎng)電空間作戰(zhàn)中， 深刻改變軍事對抗的舊模式，賦能軍事新力量，并持續(xù)豐富網(wǎng)電空間作戰(zhàn)行動。