临近空间信息系统及其在空军未来作战中的应用-李望西1,宋磊,王勇1,王治军2,吴文超1,轩永波1

临近空间信息系统及其在空军未来作战中的应用

临近空间信息系统及其在空军未来作战中的应用

李望西1,宋磊,王勇1,王治军2,吴文超1,轩永波1

(1.空军工程大学工程学院,西安 710038 2.95739 部队装备部红河661100)摘要:以军事应用为背景,介绍了临近空间的概况,按临近空间平台功能的不同将其划分为信息系统、指控系统、作战和保障四大系统。重点对临近空间信息系统的成,特点和优势进行了研究,详细分析临近空间信息系统在空军未来作战中的应用,指出了其对空军取得制信息权的重要意义。

关键词:临近空间信息系统;防空;反导;协同作战;作战应用

中图分类号:E844

Near space information system and its application in future air force operation

LI Wang-xi1, SONG lei1, WANG Yong1, WANG Zhi-jun2, WU Wen-chao1, XUAN Yong-bo1

(1.The Engineering College, A ir Force Engineering University, Xi'an 710038, China 2. 95739 troops armament department Honghe 661100)

Abstract: Based on the analysis of military application of near space, near space general situation isdiscussed .According to the different function of near space platform, it has been divided into four parts,including information system, command and control system, combat system and support system. The components characteristic an advantage of near space information system are mainly discussed, its Application in future A ir Force operation is particularly analyzed , its significance to air force’s information superiority is indicated.

Key words: Near space information system;Air defense;Anti-TBM;Cooperative combat;Operational application.

0 引言

临近空间指距海平面20km-100km的空域,由于临近空间(near space)其所处的特殊空域环境,作为连接空天的桥梁其军事应用潜力越来越受到广泛重视。临近空间既不属于航空范畴也不属于航天范畴,这一空域的飞行器处于传统天空与空间作战的战略地位,上可威胁空间武器平台,下可探测、攻击空中和地面目标,可发展成为适应新形势作战需求的新概念信息化作战武器装备[1]。

临近空间平台指能够搭载设备并能持久稳定地运行于临近空间,并执行特定任务的各种飞行器,一般可分为两大类:轻于空气的临近空间飞行器和重于空气的临近空间飞行器[2]。轻于空气的临近空间浮空平台能持久稳定地运行在目标区域上空,适合长期连续定点或跟踪监视,可作为预警、战区和热点地区观测平台;重于空气的临近空间飞行器平台飞行速度较快,航程远,适用于远程应急侦察与远程快速反应作战,在临近空间各层中可能部署的主要飞行平台如图。

图 1.临近空间分层及层中主要飞行平台

Fig.1 Near space subdivision and the main aircrafts in each division

按照临近空间不同平台在整个作战体系中的功能,主要将临近空间作战体系划分为信息系统、指控系统、作战系统和保障系统四个部分。其中,临近空间信息系统是由各类临近空间信息装备,按一体化作战原则构成的信息网络,是整个临近空间作战体系中集信息收集,传输,处理为一体的综合网络;指挥控制系统是临近空间作战体系的核心,它依据信息支持系统提供的各类情报,综合判断战场态势,对作战和保障进行指挥调控;攻防交战系统是由部署于临近空间的相互联系、功能互补的各类武器装备,按照一体化作战原则集成的攻防兼备的有机整体,是临近空间作战能力的主要体现;保障系统在指控系统的协调下,为信息支持系统和攻防交战系统的有效运行提供技术、装备和后勤等保障,是临近空间作战行动得以实施的客观基础和前提条件[3]。本文主要对临近空间信息系统展开研究,对临近空间信息系统按不同功能进行了划分,分析了临近空间信息系统不同与天基、空基信息系统的特点和优势,在此基础上对其在空军未来作战中的应用进行了详细分析,展望了临近空间信息系统在保障空军信息化作战的巨大作用。

1 临近空间信息系统的组成

临近空间信息系统是由信息制造、获取、传递、对抗的临近空间军事力量有机结合所构成的整体。按照业务功能划分,包括预警探测子系统、侦察监视子系统、信息对抗子系统、通信联络子系统和导航定位子系统[4],如图2所示。

图 2 临近空间信息系统结构示意图

Fig.2 Structure chart of near space information system

(1)预警探测子系统

将雷达等预警探测设备搭载在临近空间平台上用以执行对空搜索与警戒、地面及空中目标拦截、指示、导弹防御探测等任务。按照平台划分,包括预警飞艇、预警气球等;按照作战层次划分,包括战略防御预警系统、战区预警系统、战场局部预警系统等;按照预警目标划分,包括防空预警系统、防天预警系统、海洋预警系统、地面目标预警系统等。预警探测系统属于情报被动获取手段,主要用于防范敌方来袭力量。

(2)侦察监视子系统

将可见光、电子、红外等多种侦察探测设备搭载在临近空间平台上,可用于执行发现、识别、定位和跟踪陆、海、空、天目标,为进攻和防御作战提供情报任务,属于情报主动获取手段。按照平台划分,包括侦察飞艇、侦察气球、高空无人侦察机、高动态侦察飞行器等;按照作战层次划分,包括战略侦察系统、战役侦察系统和战术侦察系统等;按照任务特点划分,包括地球同步侦察系统、全球机动侦察系统、区域机动侦察系统等。

(3)信息对抗子系统

临近空间信息对抗子系统包括信息攻击系统和信息防御系统。信息攻击系统是指由浮空器携带电子干扰机、强电磁发射机进行电磁软杀伤,或是由临近空间平台携带反辐射导弹对敌信息系统的节点,主要是雷达、无线电通信系统、地面卫星站等目标进行硬杀伤。信息防御系统由系统防御和平台防御两部分组成。系统防御是指综合利用各种电子对抗手段,对我方信息系统进行防干扰、防阻断、防欺骗、防袭击的活动,临近空间系统是基于信息传输系统的高度集成信息化系统,因此,系统防御同时也是系统每个节点和平台的信息防御。平台防御是指临近空间平台本身的电子防御,主要是由平台携带各种告警接收机、干扰机和干扰弹形成防御体系,同时,加强平台的隐身能力也是一种有效的防御手段。

(4)通信联络子系统

通信联络子系统是保障临近空间系统内部和与其它作战系统之间进行信息传输和指挥控制联络的系统,主要包括平台通信系统、数据链系统和通信中继系统等。平台通信系统是装载与各类临近空间平台的通信设备,主要用于保障地面与平台、平台之间、平台与其它作战单位之间的通信联络。数据链系统是临近空间信息系统的纽带,临近空间系统所获取的大量信息支援通过该

链路与其它作战单位共享。通信中继系统是将通信电台、微波接力设备等装载于临近空间平台,利用其高位优势,减少地球曲度影响和地面杂波干扰,可大幅提升通信传输距离。

(5)导航定位子系统

临近空间导航定位子系统包括平台自备导航定位系统、导航定位支持系统和战区备份GPS

系统等。平台自备导航定位系统,是为保障临近空间平台自身导航定位需要所携带的无线电罗盘、高度表、惯导和卫星导航设备,以及与其相配套的地面设备等。导航定位支持系统,是将无线电信标机等地面导航设备装载于临近空间平台上,使之成为高空“灯塔”,为陆、海、空作战单位提供实时方位和航向保障。战区备份GPS系统是作为天基GPS系统的备份,在战时天基GPS卫星受打击或干扰时,可在战区上空发射临近空间GPS备份平台,即可创建临时GPS网络,其反应速度和成本比天基系统有较大优势。

2 临近空间信息系统的特点和优势

临近空间承上启下,是太空和空中的重要补充,是空天一体作战不可逾越的中间平台,其战略地位十分重要。临近空间武器作为未来战争中信息支援和保障,战场通信与导航以及信息对抗的重要平台,由于其所处环境特殊性,使得临近信息系统与空基或地基信息系统相比具有独特的优势和特征[5,6],主要体现在以下几个方面:

(1)侦察监视持续时间长、从有关资料可以看出,临近空间平台在覆盖范围、分辨率、灵敏度、成本以及生存能力等方面都具有很大的优势,它们载荷有关设备,与卫星和飞机相比其最有效而且特有的是长持续性能力、轨道力学本身限制了任何轨道上的单颗卫星在凝视型监视上的时间持续性,空载平台由于其燃限制,最长持续时间也仅为几天,而临近空间平台通常采用悬浮气球或者飞艇,巡航速度低,滞空时间长,具有长达数月的滞留和监视能力、

(2)战术机动能力强、在战争或者战场环境下,临近空间平台与卫星和飞机相比,可以充分发挥其快

速反应、持续时间长和区域覆盖好的特点,圆满地完成通信、侦察和监视等战术任务。除了地球静止轨道卫星外,其他卫星不能长时间进行战场监视和侦察工作,要保证监视、侦察的连续性覆盖就需要卫星星座间较多的星间切换,这就增加了卫星系统的复杂性,因此,对卫星而言执行战术任务是困难的;空载平台和无人机适合执行战任务,持续时间长达数月,十分适于战场、战术应用、另外,临近空间平台装备体积较小、质量轻,战场指挥员可以配备具有多个临近空间平台及其相应载荷的支援分队,直接控制分队进行临近空间平台的部署,包括临近空间系统的发射、回收和整个任务执行期间的操作,从而获得快速、灵活的C4ISR 效能。因此,临近空间平台在战术任务应用中具有厂阔的前景、临近空间极具军事应用潜力,在战场支持方面将发挥巨大的作用。

(3)军事应用效益高、由于临界空间空气稀薄,对飞行器的升力、阻力和发动机的推力影响很大,并且飞行器的操纵性和安定性也变很差,因此,大多数飞行器的升限都被限制在10-30km 之间,而30-100km之间很少使用、而卫星由于受重力作用过大,难以维持其飞行轨道、但从另外一方面看,该区域气流比较稳定,空气流动相对较小,是部署高空悬停气球或飞艇的理想空域,也是未来型飞行器又一场所、从军事应用角度看,它相对卫星距离地面较近,如同样的侦察设备可以获得更高的分辨率,在该空间设置各类平台,具有能够获得更为真实、准确的信息,另外,绝大多数的固定翼战斗机和地对空导弹无法达到临近空间这一高度、在伊拉克战争中,美国陆军面临的情报、侦察和监视保障方面的需求矛盾日益突出,因而它们利用临近空间及其平台所具有的优势,在伊拉克部署了名为“快速初始部署浮空器”的侦察飞艇系统,使其地面部队更加快捷有效地获得了战场情报,并且取得了较好的作战效果。

(4)所受攻击威胁少,生存率高目前的战斗机的作战区域不能达到20km以上;世界上只有少数几个型号的地空导弹射高在20km以上,并且其典型目标是具有较大目标反射截面积(RCS)且机动性较差的空中目标。外太空武器也还没有进入实战阶段。因此,临近空间便成了相对安全的“真空”层。

3 临近空间信息系统在空军未来作战中的应用

结合空军“空天一体,攻防兼备”的战略转型,充分利用和开发临近空间信息系统的特点和优势,将会为空军在防空反导、对敌攻击、协同作战等各种作战活动提供丰富而可靠的信息保障和支援,使空军对敌作战的制信息权,为打赢未来战争奠定坚实的基础,临近空间信息系统在防空反导中的应用如图3 所示。

图 3 临近空间信息系统在防空反导作战中的应用

Fig.3 Application of near space information system in air defense and anti-TBM

3.1 临近空间信息系统在防空作战中的应用

现代防空作战面临“三大威胁”:(超)低空突防目标、巡航导弹、隐身飞行器等。临近空间预警探测器,可以作为地基和空基探测器的重要补充,实现对“低”、“小”和“隐”目标的预警打击。对于巡航导弹,临近空间预警探测器可以对其发动机及尾喷管红外辐射、尾焰辐射、蒙皮辐射和尾后羽状废气气柱的红外辐射进行探测。由于红外探测预警器一般都具有高速信号处理能力和目标威胁判断能力,且反应速度快,从探测目标直至发至发送目标指示的反应时间只需2s;同时,还具有边跟踪边搜索能力,目前国外同类型系统可以同时探测、处理和跟踪来袭目标的能力达20-40 个,最多达200个;无论是时效性还是探测数都能满足局部战争对巡航导弹的探测需求。对于隐身飞行器和(超)低空目标,临近空间预警探测器同样可以有效预警。由于喷气发动机尾喷管的辐射强度和亮度大致是巡航导弹飞行状况下羽焰的25 倍,当处于加力燃烧模式时,倍数会

进一步增加到30倍,这就表明,高性能的战斗机或轰炸机,当处于加力燃烧模式飞行(起飞或机动时)时,更容易被探测到。

3.2 临近空间信息系统在反导作战中的应用

天基预警卫星、临近空间传感器和地基超视距预警雷达都主要针对TBM的助推段进行探测预警。分析可知,高度为80km的临近空间预警探测器,其探测覆盖范围可达3.7×105km2 ,完全满足区域反导作战预警的范围要求。以射程为1000km的TBM为例,其飞行时间约500s,主动段飞行时间为约55s,关机点高度约为80km,临近空间预警系统可以包括红外搜索跟踪传感器、导弹告警传感器以及先进处理器,这些先进技术包括了鉴别算法及低温制冷的探测率优于1011Hz/W的焦平面探测器阵列,因此合适高度的临近空间预警探测器可以对此类弹道导弹主动段进行全程探测,并对关机点、被动段弹道和落点进行及时精确的预报。同时,由于预警卫星要在TBM飞出云层后才能探测预警,而临近空间预警探测器高度仅为预警卫星高度的1/10-1/20,处于云层上方,其传感器灵敏感高,因此,对TBM的发现预警时间可提前数秒左右。因此,临近空间预警探测器可以与导弹预警卫星配合使用,由导弹预警卫星进行全球范围TBM的探测预警和预警资源的整体协调;而临近空间预警探测器可负责某一具体区域,实现高精度预警,从而形成优势互补。

3.3 临近空间信息系统空军对地打击时的应用

由于临近空间信息平台高度高,覆盖面积大,可快速部署到战区,对敌地面目标实施侦察,为对敌打击提供目标指示,同时收集目标遭遇打击前后的信

息,为快速评估目标毁伤效果,给出再次攻击建议提供信息支持。根据实际作战需要在战区内快速部署临近空间平台作为战术通信的中继或转发站,可大大提高作战中通信保障的可靠性,灵活性,为夺取战争胜利提供强力的信息支援和通信保障工作。如果在临近空间平台加装信息对抗系统,由浮空器携带电子干扰机、强电磁发射机进行电磁软杀伤,干扰敌方电子信息装备的正常工作,甚至使其实效,为空军获得制信息权的胜利提供可靠保障。

3.4 临近空间信息系统在促成部队作战行动的协同化和一体化中的应用

临近空间信息系统不仅可把空军侦察机、预警和攻击机、地空导弹等空军各作战平台联为一体,增强作战部队对整个战场环境的态势感知能力,提高作战行动的协同和一致性,还可以把战场上各空军和二炮、海军等其他军兵种的武器系统、作战平台、保障设备联为一体,使各军兵种作战部队紧密配合,极大地提高了军队整体作战效能。在临近空间信息系统的支持下,多个航空武器平台互联、互通和互交换,航空武器平台不但可以充分利用临近空间平台的信息支援以更好地实现战场态势感知、更准确地进行战术决策、更有效地对目标攻击,而且可以通过信息网络指挥和控制各航空武器平台目标进行联合攻击与防御,实现多个航空武器平台整体作战效能的最佳化。

4 结束语

作为全新的信息作战平台,临近空间信息系统越来越显示出其独特的优势。结合空军信息化建设和转型的需求,充分开发的相关技术,探索其在在空军未来作战的应用将会对空军战斗力的提升发挥巨大作用。本文只是对临近空间信息系统的组成、特点及应用做了初步的研究,下一步还需要对临近空间信息系统相关技术细节,各具体的应用问题以及作战效能评估等作深入研究。参考文献:

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临近空间信息系统及其在空军未来作战中的应用

作者:李望西,宋磊,王勇,王治军,吴文超,轩永波

作者单位:李望西,宋磊,王勇,吴文超,轩永波(空军工程大学工程学院,西安,710038),王治军(95739,部队装备部,红河,661100)

本文链接:https://www.360docs.net/doc/4c16951787.html,/Conference_7396716.aspx

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