吳福初 曹 帥 李 巖

(1.海軍航空工程學(xué)院指揮系 煙臺(tái) 264001) (2.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊(duì) 煙臺(tái) 264001)(3.92514部隊(duì) 煙臺(tái) 264001)

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航天對(duì)潛偵察現(xiàn)狀分析*

吳福初1曹 帥2李 巖3

(1.海軍航空工程學(xué)院指揮系 煙臺(tái) 264001) (2.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊(duì) 煙臺(tái) 264001)(3.92514部隊(duì) 煙臺(tái) 264001)

分析了航天對(duì)潛偵察的主要特點(diǎn),研究了各類偵察衛(wèi)星對(duì)潛搜索的主要手段,并對(duì)美國航天對(duì)潛偵察裝備的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。對(duì)于我國偵察衛(wèi)星的發(fā)展及其對(duì)潛偵察的運(yùn)用具有一定的參考價(jià)值。

航天對(duì)潛偵察; 偵察衛(wèi)星; 發(fā)展現(xiàn)狀

Class Number TJ861

1 引言

現(xiàn)代潛艇具有隱蔽性高、突擊威力大等特點(diǎn),如何快速準(zhǔn)確地搜索到敵方潛艇一直是世界各國高度重視的難點(diǎn)問題。與傳統(tǒng)對(duì)潛偵察手段比較,航天對(duì)潛偵察具有獨(dú)特優(yōu)勢,隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展,各類偵察衛(wèi)星的功能不斷拓展,以偵察衛(wèi)星為主的航天對(duì)潛偵察手段在對(duì)潛搜索行動(dòng)中必將發(fā)揮越來越重要的作用。

2 航天對(duì)潛偵察的主要特點(diǎn)

2.1 偵察覆蓋范圍廣

水面艦艇、潛艇及航空兵等傳統(tǒng)反潛兵力由于受海洋水文氣象環(huán)境和作戰(zhàn)使用的影響,存在對(duì)潛探測作用距離短、偵察范圍小的不足。而偵察衛(wèi)星遠(yuǎn)離地面數(shù)百千米,居高臨下,視野廣闊,其偵察范圍可以覆蓋到大洋中數(shù)千至數(shù)萬平方海里的海域。一顆高度在200Km的成像偵察衛(wèi)星可以覆蓋星下點(diǎn)周圍40000km2左右的范圍。一顆地球靜止軌道衛(wèi)星基本能夠覆蓋地球表面的三分之一,并可在太空長時(shí)間持續(xù)工作,三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球。

2.2 情報(bào)準(zhǔn)確度高

偵察衛(wèi)星在軌道上對(duì)地/海偵察攝影時(shí)姿態(tài)控制精度為0.1°左右,穩(wěn)定精度要求0.001°/s,衛(wèi)星飛行穩(wěn)定,且不受大氣擾動(dòng)及星上發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的影響,確保了精密偵察的良好工作環(huán)境。目前,成像偵察衛(wèi)星分辨率可達(dá)0.1m,并利用星載專用信息處理設(shè)備,可對(duì)偵獲的信息進(jìn)行快速甄別處理,這也更利于對(duì)目標(biāo)的判別。如美國紅外遙感衛(wèi)星根據(jù)潛艇水下航行的尾跡波和內(nèi)波以及產(chǎn)生的環(huán)境溫度變化可精確探測潛艇在水下航行時(shí)的位置,且在一定條件下虛警率可達(dá)到0.1[1]。

2.3 對(duì)潛偵察全天候

傳統(tǒng)偵察兵力對(duì)氣象條件依賴較大,且出于自身隱蔽性的考慮,對(duì)潛偵察活動(dòng)受到一定限制。而偵察衛(wèi)星則能夠克服云、雨、霧、雪和黑夜等條件的影響,可進(jìn)行全方位、全天候、近實(shí)時(shí)的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)偵察監(jiān)視。另外,偵察衛(wèi)星飛行速度快,偵察范圍廣,可以及時(shí)迅速的獲取并處理各類情報(bào)信息,確保偵察衛(wèi)星實(shí)施不間斷、連續(xù)性對(duì)潛偵察。

2.4 行動(dòng)安全可靠

由于受國際領(lǐng)海、領(lǐng)空主權(quán)的限制,艦艇及航空反潛偵察兵力行動(dòng)相對(duì)受限,且易受敵方兵力的摧毀和打擊。而航天偵察衛(wèi)星遠(yuǎn)離地面,幾乎不受敵方兵力的威脅,相對(duì)來說安全可靠。從1960年開始,國際上明確劃出了一條界限,各國領(lǐng)空主權(quán)僅限于地球大氣層范圍內(nèi),離地面100km以上的宇宙空間不受國界和領(lǐng)海限制,衛(wèi)星可任意出入[2]。因此,使用衛(wèi)星搜潛較之任何高空反潛飛機(jī)有更大的安全性,也更加合法化。

3 航天對(duì)潛偵察的主要手段

現(xiàn)代偵察衛(wèi)星對(duì)潛偵察手段多樣,可利用星載光學(xué)、雷達(dá)成像及電子信號(hào)探測等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)潛探測。

3.1 可見光探測

常規(guī)潛艇在基地港口駐泊時(shí)通常暴露在水面,偵察衛(wèi)星可利用光學(xué)成像設(shè)備獲取潛艇的形狀、大小及數(shù)量等信息,分析其型號(hào)及其作戰(zhàn)性能,掌握潛艇基地的兵力部署情況。如果潛艇位于偵察衛(wèi)星可視區(qū)內(nèi)的海域航行、上浮充電、導(dǎo)航校正時(shí),也會(huì)大大增加被衛(wèi)星探測的概率。另外,由于藍(lán)綠激光具備穿透海水探測的能力,當(dāng)潛艇潛航在海水透明度較好的海域時(shí),偵察衛(wèi)星能夠探測到水下約30m深度的潛艇。

3.2 紅外探測

潛艇潛航時(shí)攪翻海水,海水的溫度分布會(huì)發(fā)生一定變化,海面波譜也將呈現(xiàn)異常;核潛艇航行時(shí),核動(dòng)力裝置通過海水冷卻,使海水溫度分布發(fā)生變化。由于排出冷卻水、艇體熱輻射等原因,潛艇會(huì)產(chǎn)生熱尾流。偵察衛(wèi)星可以通過利用紅外探潛系統(tǒng)探測熱尾流,也可利用潛艇尾流破壞海面波浪的效應(yīng),通過探測海水反射量的變化來偵察潛艇。星載紅外熱成像儀的溫度分辨率可達(dá)0.1℃,甚至更高[3]。當(dāng)潛艇水下航行時(shí),其動(dòng)力裝置排出水的溫度與周圍水溫相差0.2℃～0.5℃,就有被紅外探測到航跡的可能性。

3.3 合成孔徑雷達(dá)探測

由于艇體的振動(dòng),潛艇在水下活動(dòng)時(shí)會(huì)形成內(nèi)波,內(nèi)波傳到海面時(shí)會(huì)變成強(qiáng)大的三角浪和渦流。在中低海況條件下,潛艇水下航行形成的內(nèi)波尾跡可達(dá)20km左右。因此,偵察衛(wèi)星可利用星載合成孔徑雷達(dá)探測潛艇航行的內(nèi)波尾跡,進(jìn)而獲取潛艇的位置、航向、航速等信息。如1991年俄羅斯發(fā)射了一顆載有一臺(tái)S頻段合成孔徑雷達(dá)的“鉆石”系列遙感衛(wèi)星,該衛(wèi)星圖像分辨率達(dá)15m,不僅可拍攝水下200m深處的海底地形,而且具有探測和跟蹤水下潛艇的能力[3]。

3.4 電磁信號(hào)探測

潛艇出航后,岸基指揮所對(duì)潛艇下達(dá)作戰(zhàn)命令及潛艇向指揮所報(bào)告位置及其活動(dòng)信息等都需要進(jìn)行通信。同時(shí),潛艇長時(shí)間水下航行時(shí),其自主導(dǎo)航系統(tǒng),如慣導(dǎo)、陀螺等會(huì)產(chǎn)生誤差積累。當(dāng)誤差積累到一定程度時(shí)必須上浮,利用無線電導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)潛艇的自主導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行校正,這就增大了潛艇電磁暴露概率。偵察衛(wèi)星可利用星載電子偵察設(shè)備偵察截獲潛艇的雷達(dá)、通信、導(dǎo)航定位等電磁信號(hào),進(jìn)而發(fā)現(xiàn)敵方潛艇。

3.5 其它探測手段

目前,偵察衛(wèi)星通過利用用于海洋環(huán)境監(jiān)測的星載雷達(dá)高度計(jì),也可檢測潛艇航行引起的海面隆起及流體力學(xué)上的變化來發(fā)現(xiàn)潛艇活動(dòng)。另外,潛艇位于深海潛航時(shí),深海浮游生物會(huì)受潛艇影響,會(huì)被攪翻到海面,而衛(wèi)星利用星載海洋水色掃描儀就可發(fā)現(xiàn)深海浮游生物的分布變化情況,進(jìn)而為推測潛艇的存在提供一定的參考。

4 航天對(duì)潛偵察裝備發(fā)展現(xiàn)狀

美軍的偵察衛(wèi)星技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先水平,目前,美軍用于對(duì)潛偵察的偵察衛(wèi)星主要有以下三類[4]。

4.1 成像偵察衛(wèi)星

成像偵察衛(wèi)星主要包括光學(xué)成像和雷達(dá)成像兩類。目前,美軍的成像偵察衛(wèi)星主要包括以下三種。

1) “鎖眼-12”光學(xué)成像偵察衛(wèi)星

“鎖眼-12”(KH-12)光學(xué)成像偵察衛(wèi)星,是美軍發(fā)展的第六代光學(xué)成像衛(wèi)星[6]。該型偵察衛(wèi)星繼承了前幾代衛(wèi)星的優(yōu)點(diǎn),載有改進(jìn)的高分辨率CCD數(shù)字成像儀、多譜段掃描儀、紅外熱成像儀和電子信號(hào)接收機(jī)。既能在白天進(jìn)行可見光偵察,又能在夜間進(jìn)行紅外偵察,可對(duì)在港駐泊、水面航行的艦艇(包括潛望鏡、通氣管狀態(tài)航行的潛艇)實(shí)施偵察,分辨率達(dá)0.1m[5]。同時(shí),該偵察衛(wèi)星還具有截獲電子信號(hào)的能力,當(dāng)潛艇進(jìn)行無線電通信時(shí)或主動(dòng)式雷達(dá)開機(jī)時(shí),可對(duì)其進(jìn)行無線電和雷達(dá)電子信號(hào)偵察。

2) “長曲棍球”雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星

“長曲棍球”雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星裝備有高分辨率的合成孔徑雷達(dá),能克服云霧雨雪和夜暗條件對(duì)地(海)面目標(biāo)成像的限制,實(shí)施全天候、全天時(shí)偵察。另外,該型衛(wèi)星具有透過偽裝,發(fā)現(xiàn)隱蔽的武器和識(shí)別假目標(biāo),甚至能穿透干燥地表,發(fā)現(xiàn)隱藏在地下數(shù)米深處的設(shè)施的能力[7],不僅特別適合于晝夜跟蹤艦艇的海上活動(dòng),監(jiān)視機(jī)動(dòng)式洲際導(dǎo)彈的動(dòng)向,而且能發(fā)現(xiàn)淺水層活動(dòng)的潛艇,其精掃分辨率高達(dá)0.3m,能24h對(duì)港內(nèi)駐泊、水面航行的艦艇和水下45m以上航行的潛艇實(shí)施偵察[1],從而對(duì)核潛艇的隱蔽出港、隱蔽航渡構(gòu)成重大威脅。

3) “8X”綜合成像偵察衛(wèi)星

由于“鎖眼”系列光學(xué)成像衛(wèi)星、“長曲棍球”系列雷達(dá)成像衛(wèi)星都運(yùn)行在太陽同步極地軌道,這些衛(wèi)星傳感器即使采用寬視場(廣角)方式工作,也只能對(duì)較小的區(qū)域成像。鑒于這一情況,美國于1999年5月22日在范登堡空軍基地發(fā)射了“8X”大型綜合成像偵察衛(wèi)星(又稱“增強(qiáng)型成像系統(tǒng)”)。該型衛(wèi)星運(yùn)行于太陽同步極軌道上,每圈均以不同的經(jīng)度穿越赤道。由于衛(wèi)星搭載了現(xiàn)有長曲棍球衛(wèi)星的合成孔徑雷達(dá)和高級(jí)KH衛(wèi)星的光學(xué)傳感器組成的雙重有效載荷,故可同時(shí)執(zhí)行長曲棍球衛(wèi)星和高級(jí)KH-12衛(wèi)星的任務(wù)。成像分辨率高達(dá)0.1m～0.15m,可觀測視場為150km×150km,為現(xiàn)行衛(wèi)星視場的8倍,并具有8倍于現(xiàn)有系統(tǒng)的下傳數(shù)據(jù)速率[8]。

4.2 電子偵察衛(wèi)星

電子偵察衛(wèi)星又稱電子情報(bào)衛(wèi)星。該類衛(wèi)星依靠星上的電磁信號(hào)接收機(jī)和天線等電子偵察設(shè)備,截獲并儲(chǔ)存敵方雷達(dá)、通信等設(shè)備輻射的各種電磁信號(hào),并在飛經(jīng)自己國家上空時(shí)回放給地面。也可在偵收到敵方電磁信號(hào)的同時(shí),通過中繼衛(wèi)星或其他手段,迅速把所獲信息轉(zhuǎn)發(fā)給己方地面站,從而為對(duì)潛偵察提供有價(jià)值的軍事情報(bào)。

目前,美國在軌的電子偵察衛(wèi)星主要有“水星”、“顧問”、“號(hào)角”、“入侵者”等電子偵察衛(wèi)星[9]。該類偵察衛(wèi)星通過高空截獲潛艇無線電設(shè)備輻射信號(hào),以探明敵方電子系統(tǒng)的性質(zhì)、位置和活動(dòng)情況,進(jìn)而為反潛兵力的反潛作戰(zhàn)行動(dòng)提供情報(bào)支持。

4.3 海洋監(jiān)視衛(wèi)星

海洋監(jiān)視衛(wèi)星,主要用來對(duì)海上艦船和潛艇進(jìn)行探測、跟蹤、定位、識(shí)別和監(jiān)視,以獲取其作戰(zhàn)指揮、控制、通信等軍事情報(bào)。由于海上目標(biāo)通常是運(yùn)動(dòng)的,衛(wèi)星必須具備實(shí)時(shí)傳輸和分析數(shù)據(jù)的功能。所以,為了對(duì)某一指定海域?qū)嵤┻B續(xù)監(jiān)視,提高探測概率和目標(biāo)定位精度,海洋監(jiān)視衛(wèi)星一般采用衛(wèi)星組網(wǎng)、編隊(duì)飛行的結(jié)構(gòu)體系。美國從1971年12月開始發(fā)射試驗(yàn)性海洋監(jiān)視衛(wèi)星,目前廣泛應(yīng)用的海洋監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)主要有以下兩種。

1) “白云”海洋監(jiān)視系統(tǒng)

“白云”海洋監(jiān)視衛(wèi)星為無源偵察衛(wèi)星,可執(zhí)行廣域海洋監(jiān)視任務(wù),是美國海軍天基電子情報(bào)系統(tǒng)(NOSS)的重要組成部分。星上載有無源紅外掃描儀、毫米波輻射計(jì)和射頻天線,可通過截獲敵方艦艇上的雷達(dá)、通信和其他無線電設(shè)備發(fā)出的無線電信號(hào)探測和鑒別海上艦船并進(jìn)行定位、測定其運(yùn)動(dòng)要素,并能對(duì)水下45m以上航行的潛艇實(shí)施偵察和定位[10]。

“白云”海洋監(jiān)視系統(tǒng)目前已發(fā)展了三代。第一代采用1顆主衛(wèi)星和3顆輔衛(wèi)星的星座形式,3顆子衛(wèi)星在主衛(wèi)星周圍形成一個(gè)三角形,以便對(duì)海上艦船定位。一個(gè)衛(wèi)星組能夠接收地球表面半徑3500km左右區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的信號(hào),能夠?qū)ν荒繕?biāo)長時(shí)間地監(jiān)視108分鐘,并在一晝夜內(nèi)對(duì)緯度0°～63°范圍內(nèi)的任何區(qū)域監(jiān)視30多次。衛(wèi)星采用被動(dòng)式雷達(dá)平衡測量儀對(duì)目標(biāo)實(shí)施定位,除無線電偵收設(shè)備外,還裝有紅外傳感器,用以跟蹤潛航的核潛艇,探測它們的熱水尾流和低飛導(dǎo)彈。第二代采用新的定位基線、新型偵聽與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。偵察頻率范圍擴(kuò)展到超高頻的厘米波段(0.5GHz～10GHz),除攜帶射頻傳感器外,還載有光電/紅外成像傳感器。第三代衛(wèi)星從2001年開始發(fā)射,其主要變化在于系統(tǒng)由三星組網(wǎng)變?yōu)殡p星組網(wǎng)。

2) “聯(lián)合天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”

“聯(lián)合天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”(SB-WASS),是美國國防部將“聯(lián)合天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”(SBWASS-Navy)與“陸/空軍天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”(SBWASS-Air Army)合并而成的一項(xiàng)新計(jì)劃[10]。

“聯(lián)合天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”作為新一代海洋監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng),星上搭載有側(cè)視/前視雷達(dá)、多頻譜掃描儀、高靈敏度紅外CCD相機(jī)、激光通信接收機(jī)等,采用有源和無源監(jiān)視及雙星測向定位原理,能夠測定在其掃描帶內(nèi)的艦船、飛機(jī)和地面車輛的位置、運(yùn)動(dòng)方向和速度,測定目標(biāo)發(fā)射機(jī)的工作頻率和發(fā)射模式,并可通過探測海水溫度變化發(fā)現(xiàn)水下潛艇。

總之,美軍偵察衛(wèi)星種類豐富、功能完善、數(shù)量較多,已基本具有近實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力,在對(duì)潛偵察中的作用和地位也越來越顯著。

5 結(jié)語

偵察衛(wèi)星作為軍事偵察監(jiān)視體系的重要組成部分,具有覆蓋范圍廣、情報(bào)準(zhǔn)確度高、行動(dòng)安全可靠等獨(dú)特優(yōu)勢,在搜潛領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展和各類機(jī)載專用探潛設(shè)備探測距離、探測范圍、探測精度等性能的不斷提高,軍用偵察衛(wèi)星搜索潛艇的能力也將逐步加強(qiáng),在未來反潛作戰(zhàn)中必將發(fā)揮越來越重要的作用。

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Analysis of Current Reconnaissance of Submarine in the Field of Aviation

WU Fuchu1CAO Shuai2LI Yan3

(1. Department of Command, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001)(2. Graduate Students’ Brigade, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001)(3. No. 92514 Troops of PLA, Yantai 264001)

This paper analyses the main features of reconnaissance of submarine in the field of aviation, studies the main means of reconnaissance of submarine of satellites, and analyses the current situation of reconnaissance satellites of USA. It will have some reference value for developing reconnaissance satellites in China and using for reconnaissance of submarine.

reconnaissance of submarine in aviation, reconnaissance satellite, current situation

2015年6月2日,

2015年7月29日

吳福初,男,博士,教授,研究方向:海軍兵種作戰(zhàn)運(yùn)用。曹帥,男,碩士研究生,研究方向:海軍兵種作戰(zhàn)運(yùn)用。李巖,男,碩士研究生,工程師,研究方向:海軍兵種作戰(zhàn)運(yùn)用。

TJ861

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.003