航天对潜侦察现状分析*

吴福初 曹 帅 李 岩

(1.海军航空工程学院指挥系 烟台 264001) (2.海军航空工程学院研究生管理大队 烟台 264001)(3.92514部队 烟台 264001)



航天对潜侦察现状分析*

吴福初1曹 帅2李 岩3

(1.海军航空工程学院指挥系 烟台 264001) (2.海军航空工程学院研究生管理大队 烟台 264001)(3.92514部队 烟台 264001)

分析了航天对潜侦察的主要特点,研究了各类侦察卫星对潜搜索的主要手段,并对美国航天对潜侦察装备的发展现状进行了分析。对于我国侦察卫星的发展及其对潜侦察的运用具有一定的参考价值。

航天对潜侦察; 侦察卫星; 发展现状

Class Number TJ861

1 引言

现代潜艇具有隐蔽性高、突击威力大等特点,如何快速准确地搜索到敌方潜艇一直是世界各国高度重视的难点问题。与传统对潜侦察手段比较,航天对潜侦察具有独特优势,随着航天技术的飞速发展,各类侦察卫星的功能不断拓展,以侦察卫星为主的航天对潜侦察手段在对潜搜索行动中必将发挥越来越重要的作用。

2 航天对潜侦察的主要特点

2.1 侦察覆盖范围广

水面舰艇、潜艇及航空兵等传统反潜兵力由于受海洋水文气象环境和作战使用的影响,存在对潜探测作用距离短、侦察范围小的不足。而侦察卫星远离地面数百千米,居高临下,视野广阔,其侦察范围可以覆盖到大洋中数千至数万平方海里的海域。一颗高度在200Km的成像侦察卫星可以覆盖星下点周围40000km2左右的范围。一颗地球静止轨道卫星基本能够覆盖地球表面的三分之一,并可在太空长时间持续工作,三颗卫星即可覆盖全球。

2.2 情报准确度高

侦察卫星在轨道上对地/海侦察摄影时姿态控制精度为0.1°左右,稳定精度要求0.001°/s,卫星飞行稳定,且不受大气扰动及星上发动机振动的影响,确保了精密侦察的良好工作环境。目前,成像侦察卫星分辨率可达0.1m,并利用星载专用信息处理设备,可对侦获的信息进行快速甄别处理,这也更利于对目标的判别。如美国红外遥感卫星根据潜艇水下航行的尾迹波和内波以及产生的环境温度变化可精确探测潜艇在水下航行时的位置,且在一定条件下虚警率可达到0.1[1]。

2.3 对潜侦察全天候

传统侦察兵力对气象条件依赖较大,且出于自身隐蔽性的考虑,对潜侦察活动受到一定限制。而侦察卫星则能够克服云、雨、雾、雪和黑夜等条件的影响,可进行全方位、全天候、近实时的战役战术侦察监视。另外,侦察卫星飞行速度快,侦察范围广,可以及时迅速的获取并处理各类情报信息,确保侦察卫星实施不间断、连续性对潜侦察。

2.4 行动安全可靠

由于受国际领海、领空主权的限制,舰艇及航空反潜侦察兵力行动相对受限,且易受敌方兵力的摧毁和打击。而航天侦察卫星远离地面,几乎不受敌方兵力的威胁,相对来说安全可靠。从1960年开始,国际上明确划出了一条界限,各国领空主权仅限于地球大气层范围内,离地面100km以上的宇宙空间不受国界和领海限制,卫星可任意出入[2]。因此,使用卫星搜潜较之任何高空反潜飞机有更大的安全性,也更加合法化。

3 航天对潜侦察的主要手段

现代侦察卫星对潜侦察手段多样,可利用星载光学、雷达成像及电子信号探测等设备实现对潜探测。

3.1 可见光探测

常规潜艇在基地港口驻泊时通常暴露在水面,侦察卫星可利用光学成像设备获取潜艇的形状、大小及数量等信息,分析其型号及其作战性能,掌握潜艇基地的兵力部署情况。如果潜艇位于侦察卫星可视区内的海域航行、上浮充电、导航校正时,也会大大增加被卫星探测的概率。另外,由于蓝绿激光具备穿透海水探测的能力,当潜艇潜航在海水透明度较好的海域时,侦察卫星能够探测到水下约30m深度的潜艇。

3.2 红外探测

潜艇潜航时搅翻海水,海水的温度分布会发生一定变化,海面波谱也将呈现异常;核潜艇航行时,核动力装置通过海水冷却,使海水温度分布发生变化。由于排出冷却水、艇体热辐射等原因,潜艇会产生热尾流。侦察卫星可以通过利用红外探潜系统探测热尾流,也可利用潜艇尾流破坏海面波浪的效应,通过探测海水反射量的变化来侦察潜艇。星载红外热成像仪的温度分辨率可达0.1℃,甚至更高[3]。当潜艇水下航行时,其动力装置排出水的温度与周围水温相差0.2℃～0.5℃,就有被红外探测到航迹的可能性。

3.3 合成孔径雷达探测

由于艇体的振动,潜艇在水下活动时会形成内波,内波传到海面时会变成强大的三角浪和涡流。在中低海况条件下,潜艇水下航行形成的内波尾迹可达20km左右。因此,侦察卫星可利用星载合成孔径雷达探测潜艇航行的内波尾迹,进而获取潜艇的位置、航向、航速等信息。如1991年俄罗斯发射了一颗载有一台S频段合成孔径雷达的“钻石”系列遥感卫星,该卫星图像分辨率达15m,不仅可拍摄水下200m深处的海底地形,而且具有探测和跟踪水下潜艇的能力[3]。

3.4 电磁信号探测

潜艇出航后,岸基指挥所对潜艇下达作战命令及潜艇向指挥所报告位置及其活动信息等都需要进行通信。同时,潜艇长时间水下航行时,其自主导航系统,如惯导、陀螺等会产生误差积累。当误差积累到一定程度时必须上浮,利用无线电导航系统对潜艇的自主导航系统进行校正,这就增大了潜艇电磁暴露概率。侦察卫星可利用星载电子侦察设备侦察截获潜艇的雷达、通信、导航定位等电磁信号,进而发现敌方潜艇。

3.5 其它探测手段

目前,侦察卫星通过利用用于海洋环境监测的星载雷达高度计,也可检测潜艇航行引起的海面隆起及流体力学上的变化来发现潜艇活动。另外,潜艇位于深海潜航时,深海浮游生物会受潜艇影响,会被搅翻到海面,而卫星利用星载海洋水色扫描仪就可发现深海浮游生物的分布变化情况,进而为推测潜艇的存在提供一定的参考。

4 航天对潜侦察装备发展现状

美军的侦察卫星技术一直处于世界领先水平,目前,美军用于对潜侦察的侦察卫星主要有以下三类[4]。

4.1 成像侦察卫星

成像侦察卫星主要包括光学成像和雷达成像两类。目前,美军的成像侦察卫星主要包括以下三种。

1) “锁眼-12”光学成像侦察卫星

“锁眼-12”(KH-12)光学成像侦察卫星,是美军发展的第六代光学成像卫星[6]。该型侦察卫星继承了前几代卫星的优点,载有改进的高分辨率CCD数字成像仪、多谱段扫描仪、红外热成像仪和电子信号接收机。既能在白天进行可见光侦察,又能在夜间进行红外侦察,可对在港驻泊、水面航行的舰艇(包括潜望镜、通气管状态航行的潜艇)实施侦察,分辨率达0.1m[5]。同时,该侦察卫星还具有截获电子信号的能力,当潜艇进行无线电通信时或主动式雷达开机时,可对其进行无线电和雷达电子信号侦察。

2) “长曲棍球”雷达成像侦察卫星

“长曲棍球”雷达成像侦察卫星装备有高分辨率的合成孔径雷达,能克服云雾雨雪和夜暗条件对地(海)面目标成像的限制,实施全天候、全天时侦察。另外,该型卫星具有透过伪装,发现隐蔽的武器和识别假目标,甚至能穿透干燥地表,发现隐藏在地下数米深处的设施的能力[7],不仅特别适合于昼夜跟踪舰艇的海上活动,监视机动式洲际导弹的动向,而且能发现浅水层活动的潜艇,其精扫分辨率高达0.3m,能24h对港内驻泊、水面航行的舰艇和水下45m以上航行的潜艇实施侦察[1],从而对核潜艇的隐蔽出港、隐蔽航渡构成重大威胁。

3) “8X”综合成像侦察卫星

由于“锁眼”系列光学成像卫星、“长曲棍球”系列雷达成像卫星都运行在太阳同步极地轨道,这些卫星传感器即使采用宽视场(广角)方式工作,也只能对较小的区域成像。鉴于这一情况,美国于1999年5月22日在范登堡空军基地发射了“8X”大型综合成像侦察卫星(又称“增强型成像系统”)。该型卫星运行于太阳同步极轨道上,每圈均以不同的经度穿越赤道。由于卫星搭载了现有长曲棍球卫星的合成孔径雷达和高级KH卫星的光学传感器组成的双重有效载荷,故可同时执行长曲棍球卫星和高级KH-12卫星的任务。成像分辨率高达0.1m～0.15m,可观测视场为150km×150km,为现行卫星视场的8倍,并具有8倍于现有系统的下传数据速率[8]。

4.2 电子侦察卫星

电子侦察卫星又称电子情报卫星。该类卫星依靠星上的电磁信号接收机和天线等电子侦察设备,截获并储存敌方雷达、通信等设备辐射的各种电磁信号,并在飞经自己国家上空时回放给地面。也可在侦收到敌方电磁信号的同时,通过中继卫星或其他手段,迅速把所获信息转发给己方地面站,从而为对潜侦察提供有价值的军事情报。

目前,美国在轨的电子侦察卫星主要有“水星”、“顾问”、“号角”、“入侵者”等电子侦察卫星[9]。该类侦察卫星通过高空截获潜艇无线电设备辐射信号,以探明敌方电子系统的性质、位置和活动情况,进而为反潜兵力的反潜作战行动提供情报支持。

4.3 海洋监视卫星

海洋监视卫星,主要用来对海上舰船和潜艇进行探测、跟踪、定位、识别和监视,以获取其作战指挥、控制、通信等军事情报。由于海上目标通常是运动的,卫星必须具备实时传输和分析数据的功能。所以,为了对某一指定海域实施连续监视,提高探测概率和目标定位精度,海洋监视卫星一般采用卫星组网、编队飞行的结构体系。美国从1971年12月开始发射试验性海洋监视卫星,目前广泛应用的海洋监视卫星系统主要有以下两种。

1) “白云”海洋监视系统

“白云”海洋监视卫星为无源侦察卫星,可执行广域海洋监视任务,是美国海军天基电子情报系统(NOSS)的重要组成部分。星上载有无源红外扫描仪、毫米波辐射计和射频天线,可通过截获敌方舰艇上的雷达、通信和其他无线电设备发出的无线电信号探测和鉴别海上舰船并进行定位、测定其运动要素,并能对水下45m以上航行的潜艇实施侦察和定位[10]。

“白云”海洋监视系统目前已发展了三代。第一代采用1颗主卫星和3颗辅卫星的星座形式,3颗子卫星在主卫星周围形成一个三角形,以便对海上舰船定位。一个卫星组能够接收地球表面半径3500km左右区域内出现的信号,能够对同一目标长时间地监视108分钟,并在一昼夜内对纬度0°～63°范围内的任何区域监视30多次。卫星采用被动式雷达平衡测量仪对目标实施定位,除无线电侦收设备外,还装有红外传感器,用以跟踪潜航的核潜艇,探测它们的热水尾流和低飞导弹。第二代采用新的定位基线、新型侦听与数据转发设备。侦察频率范围扩展到超高频的厘米波段(0.5GHz～10GHz),除携带射频传感器外,还载有光电/红外成像传感器。第三代卫星从2001年开始发射,其主要变化在于系统由三星组网变为双星组网。

2) “联合天基广域监视系统”

“联合天基广域监视系统”(SB-WASS),是美国国防部将“联合天基广域监视系统”(SBWASS-Navy)与“陆/空军天基广域监视系统”(SBWASS-Air Army)合并而成的一项新计划[10]。

“联合天基广域监视系统”作为新一代海洋监视卫星系统,星上搭载有侧视/前视雷达、多频谱扫描仪、高灵敏度红外CCD相机、激光通信接收机等,采用有源和无源监视及双星测向定位原理,能够测定在其扫描带内的舰船、飞机和地面车辆的位置、运动方向和速度,测定目标发射机的工作频率和发射模式,并可通过探测海水温度变化发现水下潜艇。

总之,美军侦察卫星种类丰富、功能完善、数量较多,已基本具有近实时的战场态势感知能力,在对潜侦察中的作用和地位也越来越显著。

5 结语

侦察卫星作为军事侦察监视体系的重要组成部分,具有覆盖范围广、情报准确度高、行动安全可靠等独特优势,在搜潜领域具有广阔的应用前景。随着航天技术的不断发展和各类机载专用探潜设备探测距离、探测范围、探测精度等性能的不断提高,军用侦察卫星搜索潜艇的能力也将逐步加强,在未来反潜作战中必将发挥越来越重要的作用。

[1] 李坤,荣海洋.浅析美军航天反潜侦察能力[J].飞航导弹,2006(9):12-14.

[2] 蔡辉.太空—中国的战术前沿[J].现代军事,2012(5):78-83.

[3] 王志敏,王晨曦.遥感卫星对潜艇的威胁分析[J].论证与研究,2004(6):14-17.

[4] 高庆军,宋泽考.美军航天侦察情报体系初探[J].卫星应用,2004(12):56-59.

[5] 齐志冲,刘永木.美军侦察卫星能力现状[J].数字国防,2013(4):60-63.

[6] 王小勇,陈晓丽,苏云.当代高分辨率光学载荷前沿技术[J].国际太空,2013(5):13-18.

[7] 李高峰,宋博.国外雷达成像侦察卫星发展研究[J].国际太空,2012(9):44-47.

[8] 张唯,胡文磊.太空:侦察卫星日渐增多[J].环球军事,2013(3):15-16.

[9] 刘佳.2013年世界遥感卫星回顾[J].国际太空,2014(2):28-31.

[10] 国外海洋卫星发展综述[J].国际太空,2014(7):29-36.

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

吴福初,男,博士,教授,研究方向:海军兵种作战运用。曹帅,男,硕士研究生,研究方向:海军兵种作战运用。李岩,男,硕士研究生,工程师,研究方向:海军兵种作战运用。

TJ861

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.003