临近空间的特点与未来防御措施

临近空间的特点及未来防御措施摘要本文简要介绍了临近空间的特点，及其在此基础上发展的临近空间飞行器与其他飞行器相比存在的优势，最后介绍了临近空间在未来防御中的作用。着重分析了基于临近空间平台针对隐身飞机及其导弹等飞行器的防御措施。随着临近空间高超声速飞行器的发展，对高超声速目标的防御也提出了挑战，然后根据临近空间高超声速目标对防御系统预警能力时间性、高速机动目标精确探测、拦截弹机动过载和高精度制导控制等要求，阐述了预警探测系统、指挥控制系统和拦截武器系统可采取的措施。关键字：临近空间；临近空间防御系统；飞行器1.临近空间1.1临近空间简介临近空间是指距海平面20km(接近国际公认的上限管制空域)和100km(接近国际公认的下限空间)之间的区域。人们习惯把航天器运行的空域范围称为航天空间，一般距地面100km以上；航空器飞行的空域范围称为航空空间，一般距地面20km以下。因此，临近空间可理解为从航空空域向航天空域的过渡区域。临近空间大致包括大气平流层的大部分区域、中间大气层区域和部分电离层区域。临近空间空域一直以来未得到系统的开发和利用，直到最近几年，以美国为主的个航天大国对临近空间的关注开始升温，美国空军认为，临近空间飞行器必将在未来的军事行动中发挥重要作用。1.2临近空间的特点在平流层内，大气以水平运动为主,基本上没有上下对流现象；层内干燥，水汽、杂质很少，云雨雷电现象少见，温度几乎不变，湿度接近于零。当高度达到40km以上时，几乎没有臭氧，使大量紫外线穿过而未被吸收，紫外线强度极高；大气在紫外线作用下开始电离，形成大量正、负离子和自由电子，其含量约为大气层平均含量的30倍，在平流层中，宇宙射线通量高，高能粒子辐射强度大。中间层高度大约为50~80km,层内大气已经非常稀薄，在80km高度上，空气密度只有地面的五万分之一，层内大气总量大约只占地球大气总质量的1/3000.在这样的空间区域，既可以避免目前绝大多数的地面攻击，又可以提高军事侦查和对地攻击的精度，对情报收集、真差监视、通信保障以及对空对地作战等，具有极大的发展潜力。2.临近空间未来防御措施2.1临近空间飞行器的特点临近空间飞行器可持续对同一地区进行不间断地、长时间地覆盖，并且具有与目标距离相对较近的优势，使得临近空间飞行器系统可广泛应用于空间探测、遥感、武器试验、情报侦察、电子对抗、导航定位、战区通信中继；可与航空器、航天器、地面系统共同构成一个立体观测信息网，为高科技武器的攻防作战、预警探测、情报侦察、指挥、控制、引导、通信、作战评估、目标识别等提供综合信息作战能力。另外，临近空间飞行器也可作为武器平台，除可携带小直径炸弹、小型防空反导导弹等武器，上可攻击卫星等空间目标，下可攻击中低空飞行器以及地面目标外，还可成为进入空间的中转站平台，如空间站、空间往返运输系统、空间飞行器发射平台等。与航天飞行器相比，临近空间飞行器具有效费比高、部署速度快、机动能力强、有效载荷技术难度小、易于更新和维护、可重复使用等优点。临近空间飞行器距目标的距离一般只有低轨卫星的1/10~1/20，可收到卫星等航天飞行器不能监听到的低功率传输信号，容易实现高分辨率对地观测，且传输损耗小，时延小。与传统航空飞行器相比，临近空间飞行器具有覆盖范围广、隐身性能好、造价低、寿命长、人员保障少、后勤负担轻的优势。2.2临近空间飞行器的主要优势(1)预警服务时间长，可长时间滞空工作。大多数临近空间飞行器可以长时间漂浮在工作区上空，持续工作达几十天、几个月甚至超过一年，并可不间断地实时监控，或对某一区域实施重点监视。(2)覆盖范围广，信号抗干扰能力强。一个驻空高度为20km的飞艇，其可覆盖面积可达735平方千米的区域；临近空间平台的地面分辨率与成像灵敏度高，是卫星的几十倍。(3)生存能力强。由于其材料的特殊性，雷达可见光和红外特征很不明显，隐身性能好；另外，目前的作战飞机和地空导弹无法对临近空间飞行器构成威胁，即使受到敌人的导弹攻击也不会立即失去飞行能力，有时间可启动备用气囊恢复升力。(4)部署方便，反应时间短。可根据作战需要进行机动调整，快速有效的部署。(5)载重量大，速度适中。现代中型临近空间飞行器可以轻松将20t货物提升到万米高空，同时航速完全可以满足机动要求。(6)费用低，效费比高。临近空间飞行器的造价远低于同等级别的预警机，滞空工作期间可以使用太阳能及可再生燃料电池作为能源，费用远低于预警飞机，另外，战场维护能力强，维修保养方便。2.3基于临近空间的未来防御(1)对于传统反隐身飞机作战的地面防空武器系统，由于隐身飞机RCS很小，目标反射的照射信号相对较弱，可能致使引信起爆时机滞后,引战配合效率降低。但是,隐身飞机顶部RCS相对较大,在临近空间平台上装载制导雷达,对隐身目标进行远距离、长时间的照射,更加准确地测定目标的位置,并且不受地形环境和地球曲率的影响,为地面防空武器系统提供信息支援。这时,地面防空武器系统可采用高抛弹道由顶部攻击隐身飞机,导弹发射后按预定程序飞行到一定高度后,导弹上的引信开始接收临近空间平台照射目标反射的照射信号，引导导弹攻击隐身飞机，从而达到提高地面防空武器系统的命中精度。临近空间平台具有长期滞空巡航的优点，如果搭载了动能、定向能和高能激光武器等装备，临近空间平台可从空中迅速对敌隐身飞行目标实施居高临下的打击，极大地压缩了作战时的预警时间此外，为保证临近空间武器平台系统能够全面地融入反隐身飞机的作战中，需设立临近空间指挥机构，该机构可设立在临近空间平台，也可设立在地面指挥控制中心，其职责是协调和处理各类平台的空间信息，统一分配和协调临近空间武器平台的作战力量，有效地处理与临近空间平台间的协同作战问题。(2)开发临近空间防空预警系统，临近空间预警系统最主要的应用就是充当空中预警系统，能够弥补陆基、空基、天基预警系统的不足，是高效费比的侦察预警首选装备之一。外军进行的试验证明，一艘飞行高度3000m的飞艇，其雷达对高度340m空中目标的探测距离达300km。在导弹防御方面，美国进行模拟仿真的结果显示：在北纬83º地区36．6km高空上部署3个气球，可连续覆盖从北极到北纬45º范围的导弹发射，30个这样的平台就可以提供类似的全球覆盖；800个这样的平台组成的星座可以对全球连续提供按需通信和情报、监视、侦察。(3)集成临近空间电子对抗系统。由于临近空间预警平台飞行高度较高，在集成电子攻击能力后，可以较小的干扰功率有效干扰地面电子设备，主要对敌陆基雷达、预警机及防空导弹实施压制。在战前或战役发展初期，将多艘装载反辐射导弹或反辐射无人机的超高空飞艇部署在敌防空雷达和导弹阵地上空，一旦发现辐射源，即将反辐射导或无人机空投到作战高度点火，发动攻击，可在战役的全过程压制敌地面雷达、预警机及防空火力。2.4对临近空间高超声速飞行器的防御临近空间高超声速飞行器以高频率跳跃方式飞行，无固定航迹；既可入轨，也能在大气层内飞行。若采用亚轨道飞行或在大气层内飞行，其飞行高度恰好处于传统航空飞行器和弹道导弹飞行的间隙，这也是当前防空武器和反导武器的防御间隙，难以实施有效拦截，且其弹道和落点都难以预测，不能构成有效拦截条件，因此具有较弹道式导弹和亚声速巡航导弹更强的突防性能。因此，临近空间高超声速飞行器对现有防空反导系统构成了严峻的挑战根据现有资料，较大威胁的临近空间高超声速目标飞行空域集中在高度30km左右。因临近空间空域跨度较大，目标的雷达特性、光学特性、速度特性、飞行空域等与传统飞机类目标的差异较大，故须采用不同的技术方案进行拦截。对高超声速武器一般采用反导拦截，这可能会成为反临近空间高超声速目标的发展趋势之一。2.4.1预警探测系统对临近空间高超声速目标，早期雷达探测和发现是拦截的首要条件。当目标从约30km高空进入拦截空域时，要求地面雷达的探测距离为930km。因受地球曲率的限制，单部地基雷达在该距离很难探测、发现和跟踪目标。具体可有如下措施：a)采用天基预警卫星、空基预警雷达等探测设备，此时探测预警系统可与防空反导系统兼容；b)采用网络化探测制导技术，将地面雷达联网或将雷达置于浮空器上，并与其他武器系统相连；c)采用天基卫星探测、跟踪高速目标，地面雷达前置部署，地面、海上雷达舰载预警机接力向拦截弹发送目标信息，形成防御区内的立体探测网络2.4.2指挥控制系统反临近空间高超声速飞行器指挥控制系统应能有效、动态连接、管理和处理不同的信息资源，及时、有效分发战场数据，实现火力重组、资源共享、快速决策，确保对目标的远程预警和跟踪，为拦截武器提供快速、高精度的目标信息。具体措施有：a)建立网络化的指挥控制系统，综合处理来自拦截系统中其他协同单元的数据，实现整个系统的火力控制；b)采用信息栅格技术，实现多传感器、多源信息的融合处理，使各传感器在时域、频域、空域有效一致工作；c)采用扁平化指挥控制方式，直接接收各探测系统提供的实时目标信息快速决策，快速分配目标，进行作战效果评估。2.4.3拦截武器系统临近空间飞行器拦截导弹是继防空反导武器之后的一种新型武器，其技术特点与临近空间飞行器密切相关，目前拦截武器系统采取的技术途径有：a)采用多级助推模式，在获得较高飞行速度的同时减小起飞质量，便于作战使用；b)采用空气动力/姿轨控复合控制技术，形成较强的机动过载能力和飞行过程中较大的轨迹修正能力；c)采用高抛弹道末端俯冲与目标交会，采用主动雷达导引头，以保证末端远距离复合制导交班及对目标的精确制导拦截。总结临近空间作为一个特殊的空间领域，与现有天基、空基、地基防御平台相比，临近空间平台在防空反导中有着得天独厚的优势，蕴涵着巨大的军事价值。结合现有防空反导武器的技术途径，实现防御体系的不对称发展，就能在竞争中掌握主动权。可以预见，在不久的将来，一定会有大量的临近空间飞行器活跃在战场上，发挥其潜在的军事价值，成为强有力的防御和攻击平台。参考文献[1]吴定刚,黄坤,张剑.弹道导弹防御战略及技术发展的研究[J].舰船电子工程，2008，28(12)：1-4.[2]王星.临近空间飞行器对抗反导系统前景展望[J].通信技术，2013，46(06)：93-97.[3]张晓岚.临近空间高超声速目标及其防御[J].上海航天，2013，30(1)：48-52.[4]陈昌孝.基于临近空间的预警系统建设研究[J].空军雷达学院学报，2010，24(5)：344-346.