天基信息支援发展趋势

2016-10-24中国人民解放军装备学院张占月

卫星应用 2016年9期

关键词：天基航天太空

●文|中国人民解放军装备学院　张占月

战略支援部队航天系统部祝曙光

天基信息支援发展趋势

●文|中国人民解放军装备学院张占月

战略支援部队航天系统部祝曙光

现代战争实践表明，天基信息支援对于打赢信息化战争具有至关重要的影响。通过提供侦察预警、导航通信等信息服务，天基信息支援大大提高了战争信息化程度，促进了战场透明化、指挥扁平化和打击精确化，实现了各种作战要素的高度融合，已成为推进新军事革命的重要动力。随着天基信息支援应用的日益广泛，以美国为首的军事强国对其重视程度越来越高，在装备研制部署、运用理论创新、指挥体制改革方面不断推动创新，引领了天基信息支援的时代潮流，并催生出一系列新的关键技术。

一、美国天基信息支援发展趋势

1.天基信息支援装备发展趋势

进入21世纪后，美国以侦察监视、导弹预警、通信中继等各类卫星为代表的天基信息支援装备开始进行大规模更新换代，整体能力得到大幅提升。

在侦察监视方面，美国除继续部署高性能的“锁眼-12”、“长曲棍球”军用卫星外，一方面发展新一代高性能商业光学遥感卫星，如2007年后开始部署的“世界观测”［1］、“地球之眼”［2］等卫星均具备最高优于0.5m的分辨率，性能甚至超过其他国家的军用光学成像卫星，已成为美军天基侦察监视的重要力量；另一方面研制了“未来成像体系结构雷达”卫星［3］，自2004年以来已部署3颗，分辨率可达0.1m，采用非传统的大倾角逆行轨道，具备对战术目标的全天候快速侦察能力，使美军战场态势感知能力跨上了新台阶。

在导弹预警方面，美军全新研制并部署了新一代高轨“天基红外系统”预警卫星［4］，其扫描速度和灵敏度比原有的“国防支援计划”预警卫星提高了一个数量级，自2011年开始已部署2颗。此外，美军还于2011-2013年利用新研制的2颗低轨道“太空跟踪和监视系统”试验预警卫星，成功进行了弹道导弹飞行全程探测跟踪、引导标准-3拦截弹发射等试验［5］，实现了预警卫星从单纯导弹预警到为反导作战提供直接目标引导的历史性突破。

在通信中继方面，美军正全面更新原有通信卫星系统，一颗新卫星与原来一个卫星星座的能力基本相当。在宽带通信方面，自2007开始发射的“宽带全球卫星通信”卫星数传速率高达2.4～3.6 Gbit/s，用于取代“国防卫星通信系统”卫星，通信容量提高了12～18倍［6］，目前已部署6颗。在窄带通信方面，自2012年开始部署的“移动用户目标系统”卫星总数据率42Mbit/s，每颗卫星允许4000余路用户同时接入，用于取代“UHF后继”卫星，数据率提高了10倍、可同时接入数量提高了16倍［7］，目前已部署了3颗。在安全通信方面，自2010年开始部署的“先进极高频”卫星总数据率430Mbit/s，用于取代“军事星”卫星，总数据率提高了近11倍［6］，目前已部署了3颗。

此外，美军还开展了新一代导航卫星GPS III的研制。新卫星将大幅提高定位精度和抗干扰能力，其中定位误差降至约0.9m内，采用Ka频段代替UHF频段，星间链路信号播发方式由广播改为点对点传输［8］，安全性大大提高。预计首颗GPS III将于2017年发射。

除了上述传统卫星的发展外，美国还提出新的创新性星座发展构想。在侦察方面，典型的是SeeMe计划。SeeMe项目将建立一个由24颗小卫星不均匀分布组成的星座。卫星设计寿命为45～90天，运行在200～350km轨道上，实现对10°S～10°N之间区域的持续覆盖，每颗卫星均能同时支持10个地面用户，从地面用户通过手持设备或通信系统直接向卫星提出成像需求到接收图像数据用时不超过90分钟［9］。在通信方面，2015年美国OneWeb公司和欧洲空客防务与航天公司宣称将联合建立900颗互联网广播卫星组成的低轨星座［10］，太空探索技术公司也宣布计划制造并发射由4000颗小卫星构成的低轨通信卫星星座［11］，后者数量甚至超过了目前全世界在轨运行航天器总数的2倍。显然，这些星座的部署将使美国天基信息支援面貌发生重大变化。

2.天基信息支援运用理论创新

经过多次战争检验，美国天基信息支援运用理论相对其他国家较为成熟，其创新主要体现在跨域协同、增强太空系统弹性等方面。

美国在2012年《联合作战进入概念》中首次提出了跨域协同作战思想，是指在不同作战领域互补性而不是简单地叠加运用多种能力，使各领域之间互补增效，从而在多个领域建立优势，获得完成任务所需要的行动自由［12］。具体来说，美军将在陆、海、空、天、网5个领域互补性地运用军事力量，互相弥补脆弱性，共同提高有效性，不仅仅是在单个作战领域，而是在所有作战领域，建立整体作战优势。跨域协同和美军传统联合作战概念的最大不同，是把传统的陆、海、空联合作战升格为陆、海、空、天、网联合作战，其中天升格为陆海空并列的作战域，其地位和作用大大增强了。跨域协同将使美军在指挥控制、情报、火力、机动、防护等作战要素上发生革命性变化，天基信息支援将和陆、海、空、网进行全面融合，由此可能导致未来战争样式发生重大变化。

面对未来战争中太空系统可能受到对手攻击的情况，美国高度重视增强天基信息系统的弹性，致力于发展“分散式太空系统体系结构”等太空防御装备，增强己方太空系统的安全性，同时也在演练太空能力缺失情况下的联合作战［13］。例如2013年开始，美军高层就要求各军种将卫星和全球定位系统遭敌破坏的情况纳入大型演练活动。又如，据统计美军在打击“伊斯兰国”和塔利班行动中，没有采用GPS制导模式的精确制导炸弹/导弹占了20%。美国这种多管齐下的做法，将使天基信息支援作战呈现出更多不确定性。

3.天基信息支援组织指挥模式改革

虽然美军航天力量90%以上由空军管理，但其陆军、海军也有较强的军事航天力量，此外国防部下属国家侦察办公室、国家地理空间情报局、国家安全局等也都拥有自己的军事航天力量，美国政府的中央情报局、国家海洋大气局也掌握部分军事航天力量，呈现出典型的烟囱特征。这种现状对指挥控制带来诸多负面影响，但要彻底改变又很困难。对此美军没有像俄军那样进行编制上的彻底变革，而主要是通过建立完善太空协调机制、“战区太空网络”等方式，实现各种航天力量的集成运用。

在2013年美军参联会发布的《太空作战》条令［14］中，首次提出运用“战区太空网络”概念，规范了航天协调机制下各军种军事航天力量支援战区行动的方式。其中，陆军利用航天支援小组实现陆军、集团军、师、旅和特种部队太空能力一体化，空军通过航天力量顾问来集成太空力量，海军通过在“海军作战中心”内设立航天支援工作组的方式提供太空系统服务支持。航天支援小组、航天力量顾问、航天支援工作组都承担了本级航天力量的指控职责，负责与航天协调官沟通，协调需求、提供支持，并负责本军种太空作战的规划、执行和评估。

为了解决跨域协同的指挥问题，美军还在探索建立新的组织指挥机构。2015年10月1日，美军组建了“联合机构间合成太空作战中心”（JICSpOC）［15］，未来将代替现有的“联合太空作战中心”（JSpOC）。JICSpOC计划整合美国所有卫星收集的数据，改进美国国防部与情报界、民用机构、太空商业机构和盟国太空资源调用、任务规划、信息共享、威胁告警等行动的组织指挥，强化太空侦察能力，提高对军事行动的天基信息支援效率，保护美国太空资产安全。

二、天基信息支援发展关键问题分析

从美军情况来看，天基信息支援无论装备建设、作战运用还是组织指挥，都还处在不断发展过程中，未来可能会发生很大变化，突出体现在业务流程、体系建设等方面。要准确判断天基信息支援可能的发展趋向，必须从分析天基信息支援的运用特点入手。认清这些特点是科学解决天基信息支援关键问题的基础和前提。

1.对天基信息支援的再认识

随着天基信息支援在战争应用越来越广泛，不少人认为“天”无所不能，只要有了足够的天基信息支援能力，就能够获得战场优势，进而打赢战争，但2015年的马航事件使人们开始认识到天基信息支援存在固有不足。从3月8日到4月4日近一个月的时间内，世界各国调用为数众多的遥感卫星搜寻马航失联客机，但一直没有发现踪迹。再以美国最新提出的SeeMe卫星星座计划为例，该星座主要用于战术侦察，但却只能覆盖南北纬度10度区间，世界绝大多数区域都覆盖不到；即便对如此狭窄的覆盖范围，从发出请求到接到图像情报也需要90分钟，显然很难满足战场快速变化的侦察需求。美国近几场战争和反恐实战经验也都表明，天基信息支援固然能够发挥重要作用，但也绝非无所不能，甚至存在难以克服的不足。

就航天侦察而言，其优点主要是覆盖范围广、可合法过境他国上空、侦察速度快等，但其缺点也十分明显，就是灵活性差、受天气因素影响大。受轨道运行规律影响，卫星只能“按时间表”或在“有可能”的情况下行动，而无法像飞机一样按需要灵活地行动。气象条件会严重影响光学成像侦察卫星侦察活动。这些特点都使得航天侦察无法像航空侦察那样进行战场实时情报保障。

就卫星通信而言，其优点是可覆盖全球、地面设施依赖程度小、灵活性强，但其致命缺点是通信总容量太小，难以满足传输战场海量数据的需求。以美军容量最大的WGS卫星为例，单颗WGS卫星带宽虽然达到3.6Gbit/s，但现在广泛使用的手机4G网络单个用户带宽都有100Mbit/s，也就是说一颗WGS卫星只能满足36个4G手机用户需求。从这个角度来看，即便美国也不可能把卫星通信普及到单兵广泛使用的程度。

卫星导航采用广播方式工作，对用户数量没有限制，因此在军事上可以拓展到各层战术应用。也就是说，卫星导航最大限度地发挥了航天覆盖地域广的优势，而避免了资源紧缺的弱点，因此即便是在现实生活中，卫星导航也是各种卫星应用中最为广泛、最为成功的一类。

从上述分析中不难得出结论：航天侦察战术层次使用限制较多，卫星通信适合关键场合使用，卫星导航则适合各种场合使用。尽管美国也在通过成立联合机构间合成太空作战中心等方式整合天基信息资源，但单纯从指挥体制上改革解决不了卫星侦察等存在的物理局限性。必须尊重“尺有所短、寸有所长”的客观事实，研究探索能够最大限度发挥宝贵卫星资源效益的途径。

2.天基信息支援业务流程问题

业务流程，也就是天基信息支援服务于作战的具体流程。设计业务流程必须首先明确它在在现代战争中的定位，也就是在存在诸多局限性的情况下，如何准确界定航天侦察的作战功能？本文认为，航天侦察在现代战争中比较适合发挥训练器、触发器、评估器的作用。

训练器作用，就是利用航天侦察可以合法飞跃他国上空的特点，在平时和战前广泛收集对手地形地貌、战略战术目标、战场建设等情报，构建虚拟的战场环境并不断更新，部队在此虚拟环境中进行作战训练，达到熟悉未来真实战场、探索战术战法的目的。在美军“沙漠风暴”行动空袭期间，每当美军飞行员袭击伊拉克目标之前，指挥官总是例行地将打击目标的卫星照片作为命令的一部分拿给飞行员们看，让他们熟悉飞行路线及所要轰炸的目标情况［16］，部分发挥了训练器的作用。

触发器作用，就是战前或战争发起后，利用航天侦察侦测敌方重兵集团或重要战略目标动向，当航天侦察情报确认敌方动向后，以此为发起信号，触发后续一系列作战行动。例如，现代战争中如果再发生类似诺曼底登陆等大型重兵集团的集结活动，航天侦察可凭借合法过境他国上空的优势首先发现并确认敌情，由此触发预防打击作战行动。冷战期间，美、苏两个超级大国都利用预警卫星实时监视对方的洲际导弹发射，一旦发现导弹来袭且经地面预警雷达确认后就会发起核反击，这就是典型的触发器作用。

评估器作用，就是利用航天侦察的轨道运行特点，对已知目标或区域进行定期重复侦照，对目标变化情况进行评估。航天器在固定轨道上高速飞行，适合对全球范围内的目标尤其是固定目标进行重复侦照，而不适合战场实时监视。例如美国利用成像侦察卫星对朝鲜核试验场进行定期侦照评估，就能够发现核试验开始的迹象。在伊拉克战争中，美军广泛利用成像侦察卫星进行重要目标打击效果评估，取得了令人满意的效果。

按照训练器、触发器、评估器三类作用，可以分析美军航天侦察业务发展的趋势。目前美军在联合参谋部成立了国家联合作战与情报中心，负责统一管理国防部情报需求，战时进行冲突裁决；国防部内部建设有多元信息共享网络体系，将受援部队与作战支援机构无缝连接在一起，并采用“上推下拉”的支援方式，大大缩短了需求提出到获得支援的周期［17］。这种流程作为训练器是适用的，但作为触发器和评估器时效性还远远不够。例如，联合部队要获得航天侦察支持，需要先由本级情报部门确定本级情报缺口，形成信息请求清单，逐级汇总至联合作战司令部下属联合情报作战中心，再由联合情报作战中心将需求提交至国家联合作战与情报中心，国家联合作战与情报中心进行优先排序、确定收集计划、分配收集任务、裁决需求冲突，这种流程时延之长可想而知。因此，美军已开始进行航天侦察调整变革，典型的是尝试采用任务式指挥模式［18］。任务式指挥要求尽量实施分散化指控，下级指挥员能够根据上级意图独立行动，以创造性的方式跨域整合作战行动，这就要求航天侦察力量不是被动地等待部队提出需求，而是要紧密跟踪战场态势，主动为作战部队推送所需的情报信息。

3.天基信息支援体系建设

天基信息支援服务的用户是各种地面力量，因此除了发展各种类型侦察卫星外，天基信息支援体系建设更应注重开发航天侦察数据的处理传输分发网络、建设适合部队使用的数据服务和应用终端。例如，美国开发的“分布式通用地面系统”可从天基平台（侦察卫星和GPS卫星等）、空基平台（侦察机等）、地基平台（地面和生物传感器等）共600多种信息源获取数据，进行远程数据分析处理并分发给用户，已配属到陆、海、空三军营级及以上部队，实现了信息接收、传输、处理、应用的高度集成。

天基信息支援体系建设中，当前难点问题集中在数据处理部分。由于智能化程度不高，目前卫星图像判读多数需要人工参与完成，效率低、易出错。在马航事件中，数字地球公司把该公司5颗卫星获取的一百万平方千米高分辨率卫星图像发布到Tomnod网站，邀请数百万志愿者进行判读，凸显了航天侦察图像数据处理的复杂度。另一方面，日益增多的侦察卫星情报数据人工判读很可能形成不一致的结果，这种不一致性也容易让指挥员产生困扰，严重时将影响军事行动指挥。

三、天基信息支援关键技术

天基信息支援的关键技术涉及任务规划技术、数据传输分发访问技术、数据融合处理技术、应用终端技术等。随着世界信息化技术的不断进步，这些关键技术也变得越来越成熟，但还远远未达到能够普及应用的程度。天基信息支援的关键技术迫切需要创新性或颠覆性发展。“一个国家从事生产的方式，就是他从事战争的方式”。回想20年来世界最大的变化发生在哪个领域？毫无疑问是互联网领域。智能手机和网上购物的普及，使得日常生活和社会生产的面貌发生了根本性改变，这种改变必然将影响战争进行的方式，这是不以人的意志为转移的。互联网技术的普及运用为天基信息支援技术创新提供了新途径。

首先，智能手机的普及，使得广大民众免费接受了信息化平台的培训，这种信息化平台完全可以扩展到天基信息支援业务。以智能手机最为典型的导航地图和微信应用为例，主流的手机导航地图软件都集成了地理信息系统、卫星遥感图像和卫星导航功能，并能够实施更新态势，只要加以改造，就是一个很好的单兵作战支持系统。广为使用的微信集成了各种类型的通信功能，封装了大量信息源和知识库，只要加上卫星通信等功能，就能够变成性能优越的指挥终端，指挥人员可针对战场上出现的新情况灵活快速地组建朋友圈进行在线交流决策，从而大大增强指挥机构的灵活性和决策效率。

其次，网上购物、搜索引擎等软件的成功经验也可以用到天基信息支援指挥模式上。以网上购物为例，阿里巴巴的淘宝网用一个入口实现了各种信息的灵活检索和排序，用户能够快速地定位所需购买的商品。同时，淘宝网还支持个性化服务，主动推送用户需要的产品，使用的越多、推送的信息越准确。如果把各种天基信息支援服务像商品一样挂在网上，由用户定制访问，同时后台收集用户使用偏好，主动推送个性化服务，无疑将极大提升天基信息支援服务的用户体验。因此，网上购物软件很适合改造为天基信息数据服务中心。

当然，由于军事和民用差别很大，把现有的智能手机、网上购物思想移植到军事领域还需要突破很多关键技术，比如云服务技术、信息融合处理技术、信息共享分发技术、信息安全技术等，但鉴于很多技术在民用领域已十分成熟，这种改造总体是可行的。一旦改造成功，必将使天基信息支援运用迈上新的台阶。

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