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美军典型卫星通信干扰装备发展概况

2020-07-20满莉史西斌王瑛32039部队

国际太空 2020年6期
关键词:电子战卫星通信太空

满莉 史西斌 王瑛 (32039部队)

自2019年7月美国政府宣布成立天军以来,相关太空力量整编与管理机构调整部署一直稳步推进。2020年2月,美国国防部公布2021财年预算,提出重点发展核武和太空战力。而后,美国天军先是批评俄罗斯空间检视卫星频繁变轨机动、接近美侦察卫星,其行为不可接受;后又鲜有少见地公开论及美国进攻性太空武器——反通信系统(CCS)的最新研发部署情况,其统筹军商合力,武备太空意图明显。卫星通信系统是太空战力生成的基准孵化单元与重要支撑,随着电子战向太空作战空间渗透,以通信电子战达成有效进攻反制,已成为当前夺取太空主动权的有效手段。相比于使用动能武器直接攻击通信卫星的方式,运用现有成熟技术对上行和下行链路进行干扰,则具有难以被探测和追溯的优势,更适合隐蔽攻击。为此,美军一方面大力研发部署各类新体制通信卫星,强化卫星通信抗扰能力,另一方面积极发展卫星通信干扰武器装备并加紧推进相关技术储备。

陆基卫星通信干扰装备原理示意图

1 引言

美军卫星通信对抗技术发达,太空作战资源丰富,具备卫星通信干扰作战的显著优势。当前,美军大力发展集侦察、测向、干扰三位于一体的通信对抗设备,以有效地支援一体化联合作战,建构机群突防作战的支援干扰掩护,充分实现情报资源共享,提高通信对抗系统的快速反应能力和整体作战能力。依据搭载平台及运用方式的不同,卫星通信干扰装备主要包括陆基、空基、天基以及综合电子对抗系统等多种,本文将主要介绍美军陆基、空基、天基相关装备。

2 陆基系统

已知美军已列装部署的地基通信干扰典型装备为反通信系统。2003年,美空军转型飞行计划提出了保护己方重要空间资源并阻止敌方利用太空的需求。为此,列举了6个2010年前部署的系统,其中之一就是反通信系统。据称,该系统也是目前美国天军武器库中唯一的进攻系统,依据公开研制项目计划推测,美军目前至少已完成13套反通信系统系统的部署应用,其用户包括加利福尼亚、科罗拉多和佛罗里达州的空军国民警卫队,以及空军第4太空控制中队等作战单元。

反通信系统为地基移动式系统,可全球机动部署,以支持全球和战区战役,可终止在美军作战司令部责任区内敌方卫星通信能力,其作用是暂时、可逆、非毁灭性的,且干扰不会影响友方和中立方通信服务。尽管,目标关于反通信系统的技术特点和频率范围、功率电平、波形等性能参数尚无公开可用信息。然而,依据陆基卫星通信干扰装备技术原理及美军相关作战应用,可合理推断反通信系统以地球同步轨道通信卫星上行链路为目标,其干扰能力可覆盖部分的主要商业频率(尤其是C和Ku频段),以及最常用的军事频率(X频段),也可能干扰使用日益增多的Ka频段。随着商业通信卫星越来越多投入军事应用,如指挥控制、情报和作战数据中继、无人机控制等,战区内反通信系统的运用也可能非常有效。

反通信系统由美国诺格公司(Northrop Grumman)和哈里斯公司(Harris)共同研制,初始研发成本为 2200万美元。系统从概念研究到2003年12月首次交付给位于彼得森空军基地第76太空控制中队使用,历时近3年。截至2005年底,美军已投入使用7套反通信系统一代系统,具备了初始作战能力。此后,美空军于2006财年第二季度启动了反通信系统二代系统(Block 2.0)的研究与风险降低工作,并于2009年底陆续展开部署,其中3套部署于新墨西哥州霍罗曼空军基地的第4空间控制中队,还有一套用于人员培训。同时,美军还启动了反通信系统后续系统的研制与升级,以弥补现有系统的不足,以提高频率覆盖范围与同步干扰能力。2014年,由哈里斯公司开发的反通信系统10.1推出,由7个分系统组成。2018年4月25日,美国空军太空与导弹防御中心(SMC)向哈里斯公司追加4460万美元合同,内容是将反通信系统10.1升级至10.2并提供仓库备件。在历经为期一年的测试验证后,反通信系统10.2已具备实战应用能力,并已于2020年3月12日移交至科罗拉多州彼得森空军基地的第4太空控制中队。新系统包含16个功能模块,并通过软件可升级的方式进行必要的功能升级和系统更新,可干扰更多的频段,为美军干扰破坏对手卫星通信提供了更多选择。

美军典型卫星通信干扰装备

3 空基系统

反通信系统10.2移交仪式(左为美空军第4空间控制中队指挥官威廉·桑德斯;右为美国空军太空与导弹系统中心战斗系统部门物资负责人斯蒂芬·布罗根)

美军认为,机载卫星通信干扰系统对于压制地面(舰载)通信干扰系统作用不到的敌方通信设施,保护攻击机群,支援地面和海上作战方面具有重要作用,因此美国空军、海军及其陆战队和陆军都具有一定的空基卫星通信干扰能力。空基干扰系统通常对地面作战区域的雷达、导航、通信设备进行大范围、全频段压制,其实施简便、干扰效果明显,相关干扰装备大多搭载在电子战飞机等平台上。典型装备包括“徘徊者”、“咆哮者”、“罗盘呼叫”(EC-130H)等电子战飞机,其中“咆哮者”是目前世界现役最先进、综合作战能力最强的电子战飞机,其强大的电子战能力主要源自以“徘徊者”EA-6B ICAP-3为基础改进的电子战系统,目前美军“徘徊者”已于2019年3月退役,以下将主要介绍“咆哮者”电子战飞机。

“咆哮者”是美国海军具有全频段电子监视能力且能够干扰压制敌方雷达和通信网络的超音速飞机,最大速度可达1.8倍音速,飞行半径为2346km,其基于美海军主力战机F/A-18F“超级大黄蜂”的改造设计,使其具备全方位对敌方防空系统压制能力,既能够完成防区外干扰任务,也可以与攻击机群一道深入到敌方防区内执行伴随干扰任务。

“咆哮者”机载电子战任务系统主要包括AN/ALQ-99战术干扰系统、AN/ALQ-218战术侦察告警接收机系统、AN/ALQ-227通信对抗系统等。其中,AN/ALQ-99F是其核心部件, 也 是AN/ALQ-99的最新型号。作为一种全新宽频带的电子干扰装备,AN/ALQ-99F系统包含高低频2个干扰吊舱、1个用于冷却的冲压空气涡轮和1个通用功率激励单元,频率工作范围64MHz~40GHz,主要用于对敌方雷达设备实施压制干扰。AN/ALQ-218电子战接收机由安装在翼尖挂架的天线阵列吊舱以及前机身两侧和机翼后缘内侧的干涉仪天线等设备组成,主要任务是对敌方辐射源进行测向和定位,为有源干扰机和机载任务传感器提供目标指示,并为“哈姆”(AGM-88)反辐射导弹提供目标瞄准。AN/ALQ-227通信对抗系统则主要对敌方通信设备实施阻塞式干扰,其处理单元也安装在原机炮舱内,发射部分使用AN/ALQ-99F低频干扰吊舱,覆盖频段更宽,干扰能力更强。需要说明的是,该机电子战系统通过分时技术保证AN/ALQ-218、AN/ALQ-99F和AN/ALQ-227同时工作,前者可以通过监测接收到的敌方电磁波频率变化,向后两者发出干扰波频率调整指令,从而有效应对频率捷变雷达和通信系统。此外,机载通信系统中采用了干扰对消技术,能够保证在对敌方实施干扰时,本机依然可以与外界进行超高频段(UHF)通信。

迄今为止,由于该机电子战组件服役时间己接近50年,在性能上己经越来越难以达到美军的任务要求。为此,美军于2008年2月正式启动了“下一代干扰机”(NGJ)方案的分析研究,项目由美海军航空系统司令部下属的EA-6B/AEA项目办公室负责。“下一代干扰机”是美军当前有效辐射功率最强的干扰吊舱,该项目采用增量升级方式,分别针对中、低、高频段干扰吊舱进行设计研制。在该项目基础上进行性能升级的“咆哮者”,预期将具有全频段的辐射源探测、识别、定位、干扰能力和部分认知电子战能力。

“咆哮者”机载电子战设备示意图

4 天基系统

考虑到天基平台在卫星通信干扰方面具有天然距离优势,并可依据加装载荷的不同,成为灵活、机动的综合性对抗单元,具备卫星通信干扰潜力。本文也将当前美军典型的高轨电子侦察与信号情报卫星列入研究范畴,以期扩展对美军卫星通信干扰能力的认知与理解。

“地球同步轨道空间态势感知计划”卫星

“地球同步轨道空间态势感知计划”(GSSAP)卫星是一系列工作在近GEO轨道的侦察卫星,它作为美军太空监视网络的天基传感器,为战略司令部太空监视行动提供支撑。该计划的内部名称可能为“大黄蜂”,它充分汲取了美空军从先前的“徘徊者”、“微卫星技术实验”(MiTEx)卫星任务中所获的经验。

目前,GSSAP星座有4颗卫星在轨。其首对卫星于2014年7月28日发射,2015年9月29日美军宣称其具备初始作战能力;第二对卫星于2016年8月19日发射,2017年9月12日进入工作状态;第三对卫星预计在2020年第4季度发射。GSSAP卫星由美空军卫星控制网地面站提供测控通信支持,其日常运行由第50太空联队的第1太空操作中队负责。2017年,该中队开始对GSSAP地面系统进行软件升级。升级后的系统已于2019年12月完成试验,2020年2月12日通过作战验收。

GSSAP卫星工作示意图

GSSAP一直处于高度保密状态,直到2014年初才美空军才承认该计划的存在,但详细技术指标和细节仍处于保密之中。该卫星通常采用成对漂移侦察的工作方式,一颗略高于GEO轨道,另一颗略低于GEO轨道,在检视驻留太空目标方面具有明显的优势。此外,GSSAP卫星能够执行交会与抵近操作,目标接近距离可达10km。当前,GSSAP表征太空目标的特性已达到非常精细的程度,所获取相关数据可用于精确和及时的轨道预报,可在增强对GEO环境的基础上,进一步强化太空飞行安全监控,如卫星碰撞规避。

由俄罗斯科学院管理的“国际科学光学监测网”(ISON)的数据表明,2014年以来“地球同步轨道空间态势感知计划”卫星已经实施了数百次机动,并对十几颗GEO卫星实施了近距离靠近或抵近操作。其中,靠近行动的一些涉及GSSAP卫星在较短时段内实施多次小型调相机动,或者在2颗卫星通过地球阴影区时实施靠近操作,因而地面光学望远镜无法跟踪且难以判明其真实意图。据悉,GSSAP卫星平台能力主承包商是轨道-ATK公司、卫星由德尔他-4 运载火箭发射。考虑到德尔他-4运载火箭的GEO漂移轨道运载能力为1550~1650kg,扣除有效载荷适配器和次要有效载荷的质量,那么2颗GSSAP卫星的质量应为1300~1400kg,即每颗卫星的质量为650~700kg量级,这意味着每颗卫星可以携带大量的推进剂,由此可推测该星具备频繁的轨道调整和位置保持机动能力,能够在作战需要时进行漂移或停留在新位置上。

GSSAP靠近的卫星

“克莱奥”卫星

“克莱奥”(CLIO)卫星于2014年9月17日发射入轨。该卫星由洛马公司(LM)制造,采用A2100平台,卫星应隶属于美国国家侦察局(NRO),其任务类似于复仇女神-1(NEMESIS-1),即“夜晚守护神”(PAN)。结合斯诺登所公开2013财年美国国家侦察局预算文件,分析推断“克莱奥”卫星应该是该预算文件中提到的复仇女神-2。

“克莱奥”卫星极为保密,难以获得更多公开信息,基于对“夜晚守护神”卫星在轨运行和任务的初步分析,可初步判定“克莱奥”是负责收集通信卫星上行链路信号,并就其频谱特征进行分析的信号情报类侦察卫星。可通过对在轨通信卫星实施抵近侦察,核实定位辐射源精确位置,截获、解码无线电传输信号,窃听指挥通信情报,并确定其频段、发射机和较详细的性能参数,以从中推断对方作战意图、力量部署、作战能力和局限性等内容,为采取相关行动提供支援。

“试验卫星系统”

美国空军“试验卫星系统”(XSS)可用于阻断对手在太空中的通信链路,系统由1颗微卫星和1台卫星干扰仪组成,目前该项目处于试验验证阶段。2003年1月29日,美国空军在使用德尔他-2火箭发射GPS卫星时,搭载发射试验卫星系统-10作为辅助载荷。在德尔他-2火箭上面级钝化烧蚀后,试验卫星系统-10被释放。试验卫星系统-11于2005年4月11日发射,并成功在其轨道附近与几个空间物体进行了近距离逼近观测。但是,由于美国军方未公布该卫星的轨道位置信息,因此无法核实这些活动是否发生以及其是否访问过任何非美国空间物体。

5 小结

目前,美军将其卫星通信干扰装备归于太空攻防装备范畴,相关技术指标与性能参数高度保密,但从其发展路线与组织运用不难看出,美军卫星通信干扰力量平台分散部署与多功能集成的趋势愈加明显,其技术体制也正逐渐由单一大功率压制向综合、分布式灵巧干扰方向发展。未来卫星通信对抗已不再是局限于敌对双方在无线频谱控制权而展开的“信号”争斗,更多的是深入到包括有线通信媒介在内的整个信息网络体系对抗。因此,卫星通信对抗必须及早实现从信号层对抗为主向信息层对抗为主的过渡转型,注重提高信息网络体系的内质对抗能力,这些决定了未来卫星通信干扰装备和技术的发展趋势和走向。

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