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美太空军电磁频谱战的演进趋势与启示

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  摘 要:作为全球首个正式组建的太空作战力量,美国太空军通过成立电磁攻防特种部队、更新作战条令、开发反通信新型装备,正加速推进太空电磁频谱作战能力向实战化转型。研究表明,其反通信系统(CCS)已形成对同步轨道卫星的多频段干扰能力,并通过“黑色天空”系列演习验证了新型电磁战法。对此,本文提出创新电磁频谱战装备研发、强化星间抗干扰组网、推进量子通信技术应用的综合反制策略,为我国太空资产防御体系建设提供参考。

  关键词:电磁频谱战;美国太空军;反通信系统;卫星安全

  随着现代战争逐步呈现信息化、智能化、精准化的显著特征,围绕电磁频谱空间展开的竞争和争夺日趋激烈。作为陆、海、空、天之外的第五作战域,电磁频谱将在未来高端战争中发挥关键作用[1]。美国已将太空领域定位从冷战时期的“庇护所”转变为当前军事角逐的“高边疆”,持续强化太空作战能力建设[2]。为确立太空领域主导权,美太空军成立Delta3特遣部队,专司电磁频谱攻防任务,通过组织架构革新加速形成太空电磁优势,其作战重心已从能力建设转向实战部署,这一举措对我国太空资产安全构成严峻威胁。

一、电磁频谱战概述

  (一)基本概念

  电磁频谱作为信息化战争的信息载体,直接影响战争进程与胜负[3]。如果能在战争中有效控制电磁频谱的使用,使信息对已方单向透明,则能以低成本掌握战争进程。在具体的作战过程中,电磁频谱战往往聚焦于保护自己的电磁频谱安全可靠使用,同时以敌方电磁频谱使用进行限制和干扰。美国国防部(DOD)将电磁频谱作战定义为:利用、攻击、保护和管理电磁环境的协调军事行动。这些行动包括两种:一是电磁频谱战是指涉及使用电磁和定向能控制电磁频谱或攻击敌人的军事行动,包括防止使用电磁频谱来降低、中和或摧毁友军作战能力的行动。二是电磁频谱管理则是指在电磁作战环境中规划和协调作战的行动、工程和行政程序。通过限止敌对方电磁频谱的使用效力,保护自身电磁频谱的有效使用和控制权,从而达到制电磁权的战场先机,形成获取信息优势、决策优势和作战优势,最后取得联合作战全局性胜利。

  (二)主要军事应用

  当前电磁频谱主要军事应用体现在无线通信、雷达、信号情报、红外传感器、电子战、导航战等多个传统军事领域,同时在5G通信、激光通信技术、定向能武器、反无人机系统等新光领域应用越来越广泛[4]。电磁频谱作战是打赢未来系统战争的必要能力,是实现战争信息化、智能化的核心基础。随着作战维度的不断增加,控制战争的最终目标是通过电磁频谱管理来获得战场信息的主动权,实现跨作战域的协同与融合。根据最近的报道,俄罗斯军队强化了电子战战术,利用电磁频谱扰乱和削弱乌克兰的军事通信和无人机能力[5]。这种技术的先进使用凸显了一种全球趋势,即对电磁频谱的控制日益成为战场优势的关键。

二、美太空军电磁频谱战发展情况

  (一)军事思想

  2020年10月,美首次明确将电磁频谱定义为作战空间,并强调电磁频谱管理和电磁战频谱作战的整合[6]。2023年12月14日,美空军发布了新版《电磁频谱作战条令》,反映了作战环境的变化。该条令取代了2019年7月的《美国空军条令出版物3-51:电磁战和电磁频谱作作战》,并与2020年5月的《美军联合出版物3-85:联合电磁频谱作战》保持一致。美国空军表示,为应对战争不断变化的特征,空军需要保持条令更新、符合联合条令并反映空军对部队部署和实施的考虑[7]。美国电磁频谱战专家Paul De Lia表示:“赢得电磁频谱战争对美军来说至关重要,如果美军在电磁频谱控制权的争夺战中失败,那么它在所有其他领域的战斗也会失败”。当前,美正在谋求对该系统进行技术升级,重点发展以人工智能和机器学习为特点的新方法,大力研究认知电子战等新技术,聚力于实现流程自动、高效的对敌方通信卫星通信进行干扰作战[8]。

  (二)主要装备

  美军太空军已列装部署的典型通信干扰装备为反通信系统(CCS),是美军太空军武器库中唯一一款进攻性武器,它的主要用途是在作战时临时中断敌方卫星通信[9]。CCS第一代产品于2004年交付,2020年3月以交付了新一代CSS Block 10.2,其工作频段覆盖C、X、Ku频段,任务模式灵活多样,使美太空军具备了一定的干扰别国卫星的能力。同时,该系统可由运输机机动灵活地运往美军各个基地,部署灵活性突出,能够抵近干扰目标。

  1.系统组成

  虽然截止到目前,关于反通信系统的工作原理美军方还没有对外公布,但是通过反通信系统的主要部件以及作战效能可以看出该武器很有可能本质上就是一台高能的定向干扰机。反通信系统的主要部件包括天线、传送设备、接收设备,它使用时不会损坏敌方卫星的物理部件或摧毁卫星,只会临时干扰卫星通信系统。

  2.工作机理

  根据公开资料分析,CCS工作原理为:通过向卫星发射与卫星接收信号频段相同的电磁波,迫使卫星无法正常接收信号而丧失通信能力。同时,也可向目标卫星发送虚假信息,欺骗对方卫星停止工作,甚至为己方服务或者向敌方发送虚假信息。通过以上两种方式,能够有效干扰目标卫星正常工作,达到降级、降效,甚至为我所用的效果。通常在干扰系统关机后,目标卫星即可正常工作。相对于对目标卫星进行硬杀伤,该方式能够有效防止产生大量碎片和升级争端。主要工作机理示意图如图1所示。



  通过以上分析可以看出,该系统在对目标卫星实施干扰的时候,其必须处于目标卫星的波束范围内,才能确保发射的干扰信息进入目标卫星接收天线,从而实现有效干扰。若目标卫星运行于中低轨道,由于目标卫星与地面的相对运动速度较快,如何确保干扰信息稳定、连续地处于目标的波事范围内成为制约效能发挥的重要问题。对于地球同步轨道卫星而言,由于目标卫星相对地面运动速度较小,实施干扰的难度显著降低。综合来看,CCS的主要作战目标可能为运行于同步轨道的相关卫星。

三、运用模式与作战能力分析

  (一)作战模式

  按照最近关于CCS的升级消息,该武器将提供多种定制任务模式。该系统的成功运用,需要在平时通过多种手段收集潜在对手的军用卫星发射频段,而后预设任务模式,以备在将来作战中使用。据美国官方消息,反通信系统通过对敌方卫星发动电磁脉冲信号干扰卫星正常工作。相对于硬杀伤而言,美太空军依托CCS可以对目标卫星实现软杀伤,有效保护美军和盟友的卫星。

  (二)能力分析

  对于CCS实际的作战能力,当前仍缺少相关实际干扰卫星的案例。“黑色天空”演习是美太空军训练电磁频谱作战能力的主要手段和重要途径之一,能够通过演习大致了解该系统的实际能力。据CCS Block 10.2技术手册显示,其等效全向辐射功率(EIRP)达到72dBW,可在2000公里范围内对C频段卫星实现-3dB信噪比压制,干扰持续时间≥8小时[9]。

  1.“黑色天空”演习

  近年来,美太空军为推进电磁频谱领域作战能力提升,持续组织“黑色天空”演习,聚焦太空电磁频谱作战。2022年9月,首次“黑色天空”演习中,美太空军第1德尔塔部队对1颗商业卫星实施了电磁干扰。2023年,美太空军又先后两次组织了“黑色天空”演习,其中第二次演习为太空训练与战备司令部组织的最大规模的一次演习[10]。该演习的主要形式分为实装实操和虚装实操两种,主要是调用干扰设备对租用的商业卫星实施干扰,从而检验相关系统的实际作战能力,训练相关人员操作技能。

  2.装备主要能力

  从演习范围看,美太空军依托CCS,主要针对同步轨道通信卫星进行干扰指控演练。其主要原因是中低轨卫星相对地面运动速度较快,难以确保干扰波束长期位于有效干扰范围内。同时,该系统作为车载为主的机动系统,可以灵活部署,作战区域更加广泛。“黑色天空”演习中美太空军呈现出了联合演习的特征,积极与国民警卫队、后备人员等联合开展。

四、对我启示

  太空电磁频谱作战是一场“看不见”的战争,在未来的智能化战争中将呈现强对抗的特点[11]。随着美太空军相关作战理念和作战装备的更新升级,将对我太空资产防护带来严峻挑战。结合当前美太空军武器装备发展情况,主要有三点启示。

  (一)面向作战需求,预研电磁频谱作战装备

  通过对太空领域电磁频谱战潜在影响进行分析,理清电磁频谱战军事需求,研究形成体系化、分阶段的作战需求目标。鉴于美太空军在电磁领域的持续演练,更加凸显了电磁频谱作战在太空作战中的重要作用。对于电磁频谱装备的运用和军事需求研究需要引起重视,积极开展相关装备的研究,提升卫星体系安全,有效保护我太空资产安全。

  (二)创新作战形式,构建星间抗干扰组网体系

  未来战场上的制信息权将直接影响战争走向,核心是要确保电磁空间信息的安全,防止由于信息泄露造成的电磁域运用能力降级。美太空军电磁频谱战要实现良好的干扰效果,需要预先掌握作战对象的电磁信号特征等参数信息。借鉴美军MUOS卫星跳频组网经验,研发基于软件定义无线电的星间链路,实现干扰信号的协同感知与智能规避,适时采用频率跳变等新技术,使其难以准确得到我方卫星通信参数,干扰效果受限,提升星座整体鲁棒性。

  (三)推进新技术应用,加快量子通信应用研究

  新技术新方法的运用将逐步改变现代战争的形态,只有不断向技术要战斗力,才能夺取新域作战中的主动权。量子通信以效应为原理,以量子为媒介,进行信息传递。我国在量子通信领域形成了多项重要研究成果,相关技术处于国际领先地位。量子通信体制本身具备抗干扰、保密性强的特点,可以用于对抗人为干扰,保障卫星对地通信的可靠性。综合来看,量子通信技术在卫星通信领域发展潜力巨大,需要加快技术落地应用步伐。



参考文献

  [1]谢春茂,张川,黄明.电磁频谱空间应用及发展趋势综述[J].电子科技大学学报,2024,53(2):161-173.

  [2]籍润泽,陈国玖,张瑜,等.美太空军建设发展动向研究[J].中国航天,2022(02):56-61.

  [3]张澎,张成,管洋阳,等.关于电磁频谱作战的思考[J].航空学报,2021,42(8):87-98.

  [4]王久龙,蔡盛.美国国防部电磁频谱应用现状与应对策略[J].太赫兹科学与电子信息学报,2022,36(1):75-88.

  [5]杨蔚,高祺,王渊,等.俄乌冲突中电磁频谱应用分析[J].航天电子对抗,2023(3):75-88.

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  [7]Kumar S,Singh S C.Impact of Nutrient Management on Cane Productivity and Benefit in Green Manure Sugarcane Cultivation[J].Agrica,2023(Dec.)12.

  [8]刘文斌,吉磊,范平志,等.美军认知电子战关键技术发展方向分析[J].通信技术,2024,57(3):299-308.

  [9]满莉,史西斌,王瑛.美军典型卫星通信干扰装备发展概况[J].国际太空,2020(6):63-68.

  [10]吕久明,彭辉琼,李远.美天军“黑色天空”演习解析及发展认识[J].航天电子对抗,2024(1):60-64.

  [11]黄知涛,柯达,王翔.先进电磁频谱智能攻击与防御发展及启示[J].国防科技,2023,44(1):5-11.

  (作者简介:徐龙飞,高级工程师,硕士研究生,研究方向为侦察体系集成;作者单位:成都市茶店子429信箱)