张 尧，周 亮，张浩强，吴昕芸

（1.北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京 100191；2.上海机电工程研究所，上海 201109；3.中国北方工业有限公司，北京 100053）

0 引 言

空天一体化分布式作战是由美国国防高级研究计划局（defense advanced research projects agency，DARPA）近期提出的由分布式空中作战发展而来的一种颠覆性作战概念，具有更强的战场适应性、生存杀伤能力和作战使用灵活性。空天一体化分布式作战模式可将空天武器装备（如卫星、临近空间飞行器、预警机、战斗机、无人机、战术导弹等）进行灵活组网，重组形成规模化兵力杀伤网对主要对手形成战略、战术上的多重打击。近年来，高机动隐身战斗机、弹道导弹、高马赫数飞行器等空袭装备的升级和无人飞行器集群、有人机-无人机协同、马赛克战等新型分布式空袭作战模式的涌现（如图1所示）已对国土安全形成了日益严峻、复杂的威胁，传统的防空反导系统已无法全面应对日益先进的空天目标和复杂多变的空袭样式。因此，推动以分布式作战技术为抓手、实现空天防御系统的一体化分布式作战能力已成为必然趋势。

图1 新型空袭武器装备与分布式空袭作战概念示意图Fig.1 New air-attack weapons and distributed air-attack operational concepts

1 未来空天一体化分布式作战主要特点

自20世纪50年代起，世界军事强国逐步形成了“低空→高空→临空→太空”的进攻性侦察打击装备体系（如图2所示），并开展了一系列面向未来战争的作战理念探索和关键技术实践，以“认知、动态与分布”为特点的分布式体系化作战模式正在逐步成型。

图2 多层进攻性空天装备体系Fig.2 Multi-leveled and offensive air-space equipment system-of-systems

分布式协同打击可使日趋体系化的空天武器装备平台以集群/分导饱和攻击的形式参与进攻作战，从而提高其整体的作战能力与打击效能。采用分布式协同作战模式的空天武器装备平台不仅可以依靠其自身高马赫数、高机动性等特点突破传统空天防御拦截系统，也可通过自主密集编队协同打击手段对传统区域性防空体系实施密集的火力压制，进而实现对防御阵地高价值战略指控中心的精确打击。

因此，伴随着信息化、网络化、分布式作战的不断发展，结合当前世界军事强国正在大力推进的有人机-无人机协同作战、大规模集群作战、多域战等新型作战样式，未来空天一体化战场环境势必将会产生一系列新的特点：①空天打击区域更为宽广，空袭主要方向复杂多样；②空袭平台数量更为密集，攻击频率与突发性增大；③跨域多节点组网能力提升，集群博弈对抗更为激烈。综上，如何应对未来空天一体化分布式作战环境特点的变化将成为未来空天一体化防御系统所要面临的重要问题。

2 空天一体化分布式防御系统发展分析

2.1 空天一体化防御系统发展现状与不足

新型进攻性空天装备体系的逐渐完善以及新概念智能化分布式空袭作战模式的不断革新都对现有的一体化空天防御系统带来了巨大的挑战。当前，针对空天一体化防御系统的研究与技术突破主要体现在传统一体化防空反导系统的基础上，进一步改进拦截弹或传感器的性能。美国洛克希德马丁公司重点研制的增程型“萨德”防御系统（terminal high altitude area defense，THAAD）采用两级固体火箭发动机设计，使得拦截弹具有更大的拦截距离与碰撞拦截动能。增程型THAAD 系统在拦截距离、拦截高度上均是基础型THAAD 系统的3 倍，防御区域可扩大9 至12倍，如图3所示，性能对比如表1所示。

图3 THAAD系统拦截弹基础型与增程型对比Fig.3 Comparisons between basic and extended-range interceptors in THAAD system

表1 美国一体化防空反导系统拦截弹性能对比［5］Tab.1 Performance comparisons of interceptors in the US Integrated Air and Missile Defense System

此外，俄罗斯近年来重点发展“沃罗涅日”战略预警雷达与S-500 防空反导系统。“沃罗涅日”战略预警雷达的探测距离可达6 000 km，既可用于弹道导弹与高马赫数目标的预警探测，同时也可实现对大约500个弹道目标进行实时跟踪。而S-500 防空反导系统射程高达600 km，可同时拦截10 个目标，此外该系统具备多类型目标分布式拦截防御能力。

虽然拦截弹与传感器的性能和能力对于防御分布式空袭作战和对抗精确制导武器的饱和打击至关重要，但在复杂电磁干扰保护和空天信息系统的支援下，未来空天作战力量将形成跨域全包线的集群饱和攻击、机动隐身突防以及自主智能协同进攻态势。而空袭对手分布式、体系化作战能力的提升以及参战节点数量规模的增大将使传统的一体化空天防御系统更容易出现信息交互不畅、易受单点故障影响、复杂威胁一体化防御能力弱、探测雷达覆盖不全等问题，具体不足表现为以下3方面。

1）防御体系“烟囱化”，横向交互效率低。当前，世界各军事强国所构建的一体化空天防御系统大多采用集中式架构，防御体系中的作战指控与战场支援信息常采用“烟囱式”管理，如图4所示。低层级的作战决策指令必须从一个系统谱系传递到上级梯队集中节点后，再分发到另一个系统谱系，各分系统谱系之间不能横向共享一个网络和战场态势图，无法充分实现信息共享与火力分布式协调。而未来空天打击作战将采用“无中心、自组网”的分布式架构，这将在整体体系架构与系统级通信交互上对防御系统形成明显的“代差”优势，同时这也将在一定程度上降低防御作战行动的灵活性，增加任务执行的复杂度。

图4 传统一体化空天防御系统集中式作战体系［7］Fig.4 Centralized combat system of traditional integrated air and space defense system

2）关键平台强依赖，拦截打击成本高。当前，空天一体化防御系统的作战效能过分依赖个别中心关键节点的性能，特别是雷达等预警探测节点和作战指控中心。集中式的装备系统布局和“烟囱化”的作战体系架构导致进攻方只需对少数关键节点进行精确打击，便可造成防御体系失去作战能力。特别是近年来随着分布式杀伤与电子战等新型攻击模式的引入，未来进攻方可从电磁干扰软杀伤、火力打击硬杀伤多个层面对防御系统关键节点进行毁伤，进而导致整个防御系统瘫痪。此外，现阶段世界各军事强国高度重视对弹道导弹和高马赫数目标的防御，对抗此类目标的拦截弹成本往往十分高昂，而未来空天一体分布式进攻作战将逐渐朝向“低成本、集群化”方向发展，若仍采用现有高成本的拦截弹对抗低成本的来袭目标群，势必将造成防御资源的过度浪费。

3）探测覆盖存缺口，多样威胁防御难。当前的空天一体化防御系统的探测节点尚不具备360°全向感知覆盖能力，如美国当前的“爱国者”系统仍然存在探测盲区，拦截弹还需依赖120°探测覆盖能力的雷达，存在能够被进攻方高机动武器或吸气式高马赫数飞行器利用的突破缺口。此外，当前空天一体化防御系统对于对抗大气层内“非弹道”目标的重视程度严重不足，近程防空及集群防御能力较差。特别是随着巡航导弹及无人机系统集群作战技术实战化应用进程的推进以及分布式空袭系统多任务协同作战能力的提升，传统的空天一体化防御系统已无法有效应对未来集群、分布式、多任务的空袭威胁。

2.2 空天一体化分布式防御系统发展

为了应对更为复杂的分布式空袭威胁，克服当前传统空天一体化防御系统中存在的诸多不足，受“多域战”作战构想启发，美战略与国际研究中心在近期发布的《分布式防御：一体化防空反导作战新概念》中指出，美军应将“一体化防空反导”（integrated air and missile defense，IAMD）升级为“分布式防御”，旨在创建一支更为灵活、分散的空袭防御部队，形成一套新的防御体系架构，从而进一步提高防御力量的弹性和灵活性。“分布式防御”概念旨在利用分布式作战技术，建立更加灵活、更具任务自适应性的综合化空天防御体系。空天一体化分布式防御系统通过各种要素、授权和分布式作战概念的协同支撑，实现各军种防御力量的高效投送，从而进一步提高潜在对手的打击成本和难度。该系统主要作战概念与定义详见表2，具体包括6个方面。

表2 空天一体化分布式防御系统所包含的作战概念和内容［7，11］Tab.2 Combat concepts and contents of the space-air integration distributed defense system

1）以分布式网络为中心，融合、集成、开发并利用一切可用的战场资源与作战信息，实现跨军种信息融合，使分布式防空反导系统中的各装备节点实现互联互通。分布式防御网络旨在建立一个统一、通用的分布式网络，使作战管理人员能够使用系统内任一传感器进行目标运动实时跟踪，然后快速选择最佳的发射拦截系统实现对目标的精确打击。近年来，美国重点发展的“一体化防空反导作战指挥系统”（integrated air and missile defense battle command system，IBCS）项目旨在克服传统防空反导武器系统在传感器网络分布式交互方面受到的限制，快速集成各类传感器系统信息，缩短指控决策时间，实现防空反导作战资源的一体化管理与协同化分配。该项目计划于2022年实现一体化防空反导系统的分布式指控能力建设。

2）加强分布式防御系统中各节点的机动性分散部署。逐渐增强的系统信息分布式交互能力将支持空天一体化防御系统中多种传感器、发射平台和指挥控制节点实现分散化机动部署，可针对各系统的指挥控制和管理职能重新定义火力单元，分散化部署的各探测打击节点和指挥控制单元将进一步增加一体化防御系统的弹性。美国预计于2022年采用IBCS项目成果实现为陆军防空反导系统提供分散化部署能力。同时，美军近期发展的分布式信息协同中心（information collaboration center，ICC）也能够在一定程度上支撑美军及其盟友对于“爱国者”系统的灵活性部署需求。分层防御作战概念如图5所示。

图5 分层防御作战概念［13］Fig.5 Hierarchical defense combat concept

3）采用有效载荷在作战单元内部甚至发射器内部进行混合装载，取代现有功能单一的发射装置，实现分层防御。近年来，美国尝试在一个发射平台上装载不同的拦截弹，从而极大程度地增加防御系统的作战能力与拦截灵活性。通过海军的“垂直发射系统”（vertical launch system，VLS）和陆军的“多任务发射架”（multi-mission launcher，MML）项 目，实 现THAAD 拦截弹、“爱国者”导弹和“标准”系列导弹混合装载，保证在1 个火力单元中有效开展分层拦截防御。

4）实现从被动防御到主动防御的转换，构建攻防一体的发射单元。实现战场态势信息的快速处理，以便追踪来袭空中导弹的发射位置，保证在其再次发射之前实现命中。如美军将“陆军战术导弹系统”（army tactical missile system，ATACMS）与防空拦截弹配置在一起，类似于在“宙斯盾”舰的垂直发射系统中并排放置拦截弹与进攻武器，实现防御火力与进攻火力的高效集成。

5）发展多任务导弹，混合配置武器载荷，提升现有拦截弹面向多领域、多任务的灵活作战能力。多任务作战能力进一步模糊了“分布式杀伤”与“分布式防御”之间的界限，智能化系统与小型化、模块化设计技术的发展为提升拦截弹的多任务能力提供了可能。美军通过增加新的导引头和弹头使得“标准-6”导弹可同时具备反导、防空、反舰、对地打击能力，如图6所示。

图6 2016年美军完成“标准-6”导弹反舰试验Fig.6 U.S.troops finished the anti-ship test using Standard Missile 6（SM-6）in 2016

6）将导弹发射器装入普通的货物集装箱，以便实现拦截发射装置的分散化部署，每个集装箱都可自由接入传感器网络和一体化指挥控制系统。集装箱式发射器可通过欺骗式的被动防御手段应用于未来分布式防御作战中，如图7所示。

图7 俄罗斯“俱乐部-K”导弹集装箱发射［11］Fig.7 Russian“Club-K”missile containerized launcher

3 空天一体化分布式防御关键技术

空天一体化分布式作战与分布式防御作战在致胜机理、体系构成、态势感知、指挥控制、兵力编组等方面具有高度的技术共通性。未来，空天一体化分布式防御技术将朝着超视距、智能化、网络化和多层/多域/多目标一体化防御方向发展，各类高新技术的产生势必对空天一体化分布式防御关键技术产生深远影响。

3.1 空天一体智能化分布式预警探测与信息融合技术

随着信息技术和人工智能技术的发展，未来空中和临近空间战场将呈现出体系化对抗的特点。作为高新技术的集合体，“海-陆-空-天”各类感知平台在预警探测层的分布式应用，通过在空间内构建自组网的网络化协同探测体系，基于战场大数据、深度学习等人工智能技术，实现基于知识特征的目标识别、智能化多源信息融合、来袭（多）目标轨迹预测与意图判断，从而大大提高空天一体化预警探测系统对于目标的分布式感知与认知能力，保障武器系统对目标的智能化分布式精确打击。

3.2 面向空天一体化分布式防御作战的协同云决策技术

随着空天一体化战场环境复杂程度与任务规模的不断提升，空天一体化分布式攻防对抗作战具有装备体系规模巨大、通信信息网络时变、指挥控制分布智能等特点。因此，需要以云计算、深度学习、强化学习等技术发展为基础，在网络化分布式架构上开展基于虚拟计算仿真平台的空天一体化分布式防御对抗云决策技术研究。通过仿真模拟，建立完备的空天一体化战场态势和分布式防御作战战法数据库，根据多源探测信息实时获取的战场环境态势制定对应的空天一体化分布式防御系统的作战方案，选择战法形式，实现任务分配与执行，最后将任务执行情况与作战效能反馈到指挥控制系统，实现空天一体化分布式防御系统向更高程度的协同智能化方向发展。

3.3 适用于空天一体化分布式攻防博弈的异构协同控制技术

在未来空天一体化分布式防御作战任务中，各参战单元将集群联动地实现“侦-控-打-评”四位一体的作战任务。未来，空天一体化进攻单元必然覆盖海／陆／空／天／电／网全域作战环境，并且呈现数量庞大、异构多源的特点。庞大数量的参战单元与特殊的空天环境将导致现有的分布式防御作战协同控制技术无法满足未来空天一体化分布式防御作战需求。因此，在进行分布式防御作战架构搭建时，需要进一步对整体的分布式体系结构进行分层解耦设计，重点突破面向异构高动态分布式集群单元拦截任务的最优防御队形构成、中段编队保持、协同拦截制导策略等研究难点，设计并发展防御参战成员任务协调策略以及复杂环境下的单一拦截器鲁棒智能控制方法。

3.4 空天一体化自适应、去中心、分布式集群动态组网技术

未来空天一体化防御作战将拥有高度弹性和高可靠性的信息通信网络。建立可动态自组网、无中心节点且各节点可随意快速进入和退出的分布式网络体系，是对未来空天一体化分布式协同打击与防御作战进行高动态变化的有力支撑。因此，研究面向空天一体化的分布式动态组网技术，建立可无缝接入的统一化、网络化测控与信息传输系统，是实现空天一体化分布式防御作战协同跨域交互、自主联通、自适应组网与体系化管控的基本条件。

4 发展建议

4.1 完善体系结构，扩大战略优势

目前，空天一体化分布式防御系统发展已进入快速发展阶段，装备体系规模逐步形成，战略优势逐步凸显。目前，空天一体化分布式防御系统大多面向传统空袭防御领域，跨域协同及智能化防御能力不足。通过构建主、被动防御一体的空天一体化分布式防御系统来提高全局防御作战能力，从而构建具备空天一体化分布式主动防御、被动防御和智能化战场支援功能的“三位一体”战略力量。

4.2 加快升级换代，提高装备性能

进一步提高现有分布式防御武器装备的快速远程和全球打击能力，推动空天一体化分布式防御系统预警感知、目标跟踪、指挥控制与拦截打击智能化水平。未来，空天一体化防御系统对各类目标的防御自适应性将得到进一步提高，系统将对时间敏感目标、时隐时现目标和微小蜂群等多种空袭目标具备快速反应与分布式精确拦截能力。同时，如何对空天电子信息系统等新型目标进行有效软杀伤也将成为提升空天一体化分布式防御系统性能的新课题。

4.3 立足实战博弈，提高对抗水平

未来战场形态必定呈现出空天一体化分布式进攻性武器和防御系统之间对抗日趋激烈的特点。美国为了确保本土的“绝对安全”，加速构建多段一体的分布式空天防御系统；俄罗斯为了确保空天进攻性武器装备的实战有效性，正在大力提高各类临近空间高马赫数进攻性导弹的突防水平。也正是在这样激烈的攻防对抗环境中，空天一体化分布式防御系统及其装备平台才得到持续发展，相应的战术技术及智能化水平也将不断提升。

5 结束语

面向未来日益复杂的分布式智能作战，跨域拦截、高机动/强隐身打击、电磁对抗作战、反集群作战等将成为未来空天一体化分布式防御系统的主要作战样式。传统的集中式一体化防空反导系统将无法应对未来高动态战场攻防对抗环境下的分布式与体系化作战要求。因此，随着分布式防御作战理念的提出以及无中心节点网络化体系架构设想的出现，防御节点的分散化部署与自适应组网、战场信息的快速分析处理、环境态势的实时传输共享、战术决策的高效协同管理、火力打击的智能精准控制将成为未来空天一体化分布式防御技术的主要发展趋势。通过构建空天一体化分布式协同防御作战体系，分散化部署广域、跨域的协同防御力量，打破传统“烟囱型”体系架构存在的信息交互屏障，实现拦截武器系统目标跟踪与制导打击回路的紧密互联，最大化发挥分布式火力打击的优势，最终提升空天一体化防御作战力量的网络化、一体化与智能化水平。