基于STK的动能反卫作战信息流程构建

余 明,毕义明,邓鹏华

(第二炮兵工程大学,陕西 西安 710025)

动能反卫是指利用非爆炸性的高速战斗部,以巨大动能直接撞击卫星,从而造成卫星功能下降甚至瘫痪的作战样式。动能反卫要求动能拦截器(Kinetic Kill Vehicle,KKV)在预定的时间到达预定的位置,以完成与目标卫星在空间的精确交会[1]。为了实现精确交会并毁伤目标卫星,需要围绕“发现、锁定、跟踪、瞄准、攻击与毁伤评估”等环节构造精确打击链[2]。

1 动能反卫的作战流程

一直以来,各国对开展动能反卫的相关试验均极度低调,尤其注意对作战流程予以高度保密。但从国内外公开的一些研究资料来看,仍可见到不少针对动能反卫作战流程的研究成果。综合已有的研究情况,本文以反低轨卫星为例，研究了动能反卫作战的实施流程。

1.1 确定目标卫星的轨道参数

由于卫星暴露在空间中,无可遮挡,除了少数采用了先进隐身技术的秘密卫星外,搜索目标卫星并确定其轨道参数的难度并不大。为了满足动能反卫作战对目标卫星轨道参数的精确性要求,除了利用动能反卫作战系统配套的ISR装备对目标卫星进行搜索、探测、跟踪和定位外,还应调用国家级ISR测控网对目标卫星实施精确定位和持续锁定,并实现数据互联与共享。

1.2 跟踪锁定目标

动能导弹将拦截器推送至预定位置,在地/空基测控网的支持下,拦截器最后一次更新目标卫星的轨道参数信息,并将其传至拦截器上的信号处理机。同时,拦截器上携带的自主寻的装置开始工作,信号处理机对目标信息进行融合处理后,将其传给数据处理机,数据处理机在完成卫星轨道预报后,根据拦截器与目标卫星之间的相对运动状态,拦截器的轨控与姿控系统下达机动指令,持续锁定目标卫星。

1.3 实施卫星拦截

轨控与姿控系统在接收到数据处理机下达机动指令后,按照指令要求进行发动机点火,完成飞行路线的修正和调校,直至拦截器与目标卫星实现交会碰撞,完成对卫星的打击。

1.4 毁伤评估

拦截器自主飞行过程中,地面监测站同时对目标卫星和拦截器实施跟踪监视,并对预定空域进行精细搜索,当发现碎片云时,则认为拦截器已经成功完成了对目标卫星的碰撞攻击。此时,需对碎片组成情况进行分析判决,以确认此次作战的毁伤效果,决策部门根据毁伤报告决定是否对该目标卫星发起二次攻击,或转入针对下一目标卫星的攻击行动。

2 信息系统构成及功能

信息系统是动能反卫星武器系统的“大脑”和“神经”,在军事应用领域,通常称之为 C4ISR 系统,其构成和功能如表1所示。

表1 信息系统的构成、任务及功能

3 信息需求分析

构建合理的作战信息流程,首先要对作战信息需求进行分析。结合作战流程,可以对动能反卫作战中的信息需求作如下描述。

1)确认目标的需求 及时发现并识别目标卫星,对其进行精确的跟踪、测量、定位和监视,主要由地(空)基探测雷达和侦察卫星完成。

2)信息传递的需求 实现信息的迅速、准确、保密、不间断、多通道传递,完成信息的按需分配和定向传输,主要由地(空)基通信系统、通信卫星和中继卫星完成。

3)辅助决策的需求 完成作战信息的处理、融合,形成作战态势,为指挥员下定作战决心提供情报支持,辅助参谋人员拟制作战计划、下达作战方案,主要由地面指控系统完成。

4)定位定向的需求 为动能导弹在飞行过程中的定位定向和精确制导提供信息支援,主要由定位系统和导航卫星完成。

5)精确制导的需求 为动能拦截器精确制导提供实时的目标信息并辅助寻的,主要由定位系统和自主导航装置完成。

6)毁伤评估的需求 对作战目标的毁伤情况进行评估,主要由地(空)基探测雷达和侦察卫星完成。

动能反卫作战的详细信息需求如图1所示。

图1 动能反卫作战的详细信息需求

4 信息流程构建

作战流程决定了信息流程的构建方式,信息需求则对信息流程的参与者提出了具体要求。由于信息需求的满足者能力不足,将在一定程度上影响信息流程构建的可达程度。结合动能反卫的作战流程和信息需求,可以将动能反卫的信息流程作如下描述。

1)确认目标中的信息过程 在战斗准备阶段,依托地(空)基探测系统发起对轨道空间人造体物的“普查”行动,主要完成对目标卫星的身份识别、轨道参数确定等工作。当面临较大军事威胁时,对目标卫星发起“详查”行动,展开持续精确跟踪、探测和定位,并及时将相关数据经由通信和中继系统传至指控中心。

2)指挥控制中的信息过程 指控系统对接收到的数据进行实时融合处理,建立打击目标数据库,并形成作战态势上传至决策部门。决策部门根据作战态势和作战需求,形成作战决心,并经由指控系统将作战命令下达给反卫作战分队。作战分队确认作战命令后,参谋人员制定(修订)作战计划,并提交上级决策机关审批。

3)打击行动中的信息过程 接收作战命令后,反卫作战分队按要求完成战斗准备,进入待机阵地并实时更新作战指令和打击目标数据。随着形势发展,在发射阵地展开设备后,分队指挥员需再次向上级确认打击决心。确认后,作战分队按发射流程发射动能反卫星导弹对目标卫星实施打击,并配合地面测控中心对毁伤效果进行评估,在形成并提交毁伤报告后,战斗结束,转入下一次作战准备阶段。

至此,一次完整的动能反卫作战过程就完成了,作战信息也完成了一次完整流程的回路。如图2所示。

图2 动能反卫星作战的详细信息流程

5 仿真实现

卫星工具包(Satellite Tool Kit,STK)是由美国AGI公司开发的,用于分析和执行陆、海、空、天、电(磁)任务的专业仿真平台[3],该软件集成了大量的卫星、导弹和飞机模型,其良好的三维显示效果和快速开发等特点有助于开展地基动能反卫作战的相关研究。

图3是某卫星参数的Basic类下Orbit子类参数,图中所示参数决定了卫星的轨道运行特性。在反卫作战中,卫星的这些参数全部要通过信息系统来获取,并经传递、处理和融合等过程之后方能使用。因篇幅所限,本文从 STK数据库中直接调用该卫星作为仿真实例。

图3 目标卫星的轨道参数

为了便于对碰撞瞬间的空间位置进行定义和描述,本文在场景中添加了目标对象(Target)。Target对象属于地面对象(Land)类,系统默认其绝对海拔高度为0,本文通过调整其参数Height above ground项来实现。具体参数设置如表2所示。

表2 目标对象(Target)参数设置

接下来需添加动能导弹对象。考虑到目前STK中尚未集成此类武器模型,本文以添加弹道导弹对象(Missile)作为代替,通过对其弹道进行设置,将其“改造”成动能反卫星导弹模型。其具体参数设置如表3所示。

表3 导弹对象(Missile)参数设置

为了对动能导弹飞行过程进行精确模拟,本文对其Model参数项进行了特别设置,如图4所示，通过在不同时间段调用不同的弹体模型,实现了对动能导弹一级分离、二级分离、弹体分离、拦截器姿态调整等状态过程的描述。

图4 导弹对象Model项参数的设置情况

打开二维和三维窗口视图,重置画面,利用不同的查看工具对自己感兴趣的内容进行浏览,便可以观看到地基动能武器从发射、飞行、逼近直至撞击目标卫星等一系列过程，如图5、图6、图7所示。

图5 动能导弹逼近目标卫星时的二维显示

图6 动能导弹逼近目标卫星时的三维显示

图7 动能拦截器撞击目标卫星前瞬间的三维显示

通过仿真实例可见,STK能够完成对卫星、导弹等物体整个飞行回路的实时仿真,其效果直观,现场感强。在利用STK实现对动能导弹与卫星空间交会场景的仿真时,使用者只需通过简单的参数调整就能确保卫星运行至轨道上的某一点时,动能导弹也能“非常准时地赶到”相同地点,并不需要过多关注卫星轨道及动能导弹弹道等细节,为那些只关注信息流程的使用者节省了大量精力,也在一定程度上保证了信息流程的顺利构建。

6 结束语

动能反卫作战是一种具有变革性的新概念威慑作战样式[4],构建出与动能反卫作战样式相匹配的信息流程,无疑对动能反卫作战效能的发挥有着积极意义。STK作为功能强大的专业航天仿真平台,将在动能反卫作战信息流程研究方面发挥积极的辅助作用。

[1]夏南银,张守信,穆鸿飞.航天测控系统[M].北京:国防工业出版社,2002:13-14.

[2]王狂飙.信息时代的精确打击[M].北京:军事谊文出版社,2009:1-2.

[3]杨颖,王琦.STK 在计算机仿真中的应用[M].北京:国防工业出版社,2005:1-2.

[4]熊伟,贾鑫.反卫星方式的技术与性能分析[J].电子对抗技术,2004,19(9):39.