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    國產高超聲速武器:目之可及,長鞭頃至

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    出品|網易新聞

    導語:今天是中國人民解放軍建軍95周年紀念日,戰爭從未走遠,它只是畏懼強大!初心如炬,征途如虹,在守護國防安全的道路上,人、科技、重器缺一不可。

    早在今年3月份,俄羅斯國防部發言人科納申科夫宣布,俄方采用“匕首”高超聲速導彈摧毀了位于烏克蘭伊萬-弗蘭科夫州的一處烏軍大型彈藥庫,俄方認為這是人類歷史上首次在實戰中使用高超聲速武器。


    配圖:高超聲速導彈不只有DF17那種乘波體還有DF15A這種雙錐體

    該型導彈最大射程達2000公里,脫離載機后,會以大仰角爬高,之后開始急劇俯沖,迅速加速到10馬赫以上,積累足夠的動能在目標區上空完成復雜的機動動作,在飛行末段開啟彈載雷達對目標進行搜索。有專家推斷烏方防空警報是在導彈命中目標后才陸續拉響,足見該型導彈速度和突防能力是非常優秀的。


    配圖:攜帶“匕首”高超聲速導彈的俄空天軍米格-31截擊機

    圖源:俄羅斯衛星通訊社

    這雖然體現了高超聲速武器對時間敏感目標具有很好的打擊效果,但此次打擊的是建筑物,不是真正的時間敏感目標(指具有很強的機動性,火力投射準備時間非常短,位置信息隨時間變化很快的一類目標,如各類自行火炮,各種指揮通信節點車輛等,比較典型的就是最近在烏克蘭聲名鵲起的“?,斔埂弊孕谢鸺冢?。要真正發揮高超聲速武器對時間敏感目標的打擊效能,單憑高超聲速武器本身是遠遠不夠的,情報搜集與處理的速度大大影響打擊效能,必須要在目標逃離導彈傳感器的搜索范圍前完成偵察、定位、發射,并在目標被毀傷后及時進行打擊效果評估。

    中國是否具有這種能保障高超聲速武器打擊效能的偵察情報快速處理體系?答案是肯定的,由于這一整套系統保密級別高,目前只能通過一些學術成果的公開報道對其效能進行簡單的評估和適當的聯想。

    一、我國民用天基測能力現狀如何?

    今年3月,我國在海南文昌使用長征八號運載火箭一次發射了22顆衛星,其中包含天儀研究院和華北水利水電大學等單位聯合研制的“巢湖一號”合成孔徑雷達(SAR)衛星,不同于一般的光學遙感衛星,它能夠主動發射雷達波來掃描地球表面,并且不斷通過接收回波信號并進行處理,來獲得目標反射特征圖像,對于反射率比較高的目標,如金屬物或與雷達波入射成一定角度的目標都會在圖像上形成一堆有規則的亮點。

    下面的圖片大家就能直觀感受到SAR成像的特點,怎一個抽象二字了得,但仔細看也是有一定規律的,經過一定訓練就可以對圖像進行判讀。



    配圖:SAR圖像與光學圖像對比

    隨著人工智能技術的發展,圖像目標自動識別技術越來越成熟,使用神經網絡模型對一些典型目標進行自動檢測被廣泛應用于自動駕駛、人臉識別等領域,巢湖一號上搭載的星溪02載荷,便部署了基于YOLO v5神經網絡模型(一種AI程序)編寫的艦船目標自動識別軟件,它能夠自主識別典型的艦艇目標,識別完成后可將目標的性質、位置、航向信息自動提取并輸出為短報文信息,通過北斗三號系統的短報文頻段實時下傳到用戶端。也就是說,只要你有北斗接收機,在北斗導航系統的加持下,能隨時隨地接收到衛星實時檢測到的艦船信息。



    配圖:“星溪02”智能AI計算載荷示意圖和實際效果圖

    結合此前武漢大學公布的在軌實時處理技術,再對比“巢湖一號”艦船目標自動化檢測的過程,巢湖一號的成像方式為雷達成像,所以不需要像光學傳感器一樣進行光學糾正和攝影測量方法定位這兩個步驟,因此整個流程所需時間預計在兩分鐘內,甚至更短。且相較于光學遙感衛星,合成孔徑雷達衛星還有一項無可比擬的優勢——雷達波不受光照云霧等環境影響,故在軍事應用中能夠應對大部分復雜戰場環境下的天基偵察任務。


    配圖:SAR衛星成像原理


    配圖:武漢大學在軌實時處理項目示意圖

    二、目之可及,長鞭頃至,要做的還有很多

    “巢湖一號”衛星的星載處理器還可以通過地面測控站上傳新的神經網絡(AI程序的一種)等目標自動檢測方法。通過地面站上傳新的算法,可對舊算法進行卸載,此項技術珞珈三號已經在使用,具體可參閱《新一代智能測繪遙感科學實驗衛星珞珈三號01星》,因此具備了執行多樣化觀測任務的能力。對于飛機目標的檢測任務,國防科技大學的趙凌君教授組提出了一系列復雜大環境SAR圖像飛機目標的快速檢測方法。比如,先使用針對機場目標檢測專門訓練的AI程序在遙感影像上提取機場區域,再使用另一種AI程序提取飛機目標,同時對機場目標進行處理,生成機場圖像,最后將兩者圖像(飛機+機場)進行融合,此法可規避人工智能判讀失誤產生的虛警,還能提高檢測速度。


    配圖:趙凌君教授團隊提出的復雜大環境SAR圖像飛機目標檢測的流程

    實驗表明,使用其他類型的算法模型完成識別需要131.2秒,但使用上述針對飛機目標的神經網絡模型對900平方公里的大場景SAR圖像進行完成識別則僅需要53.4秒,已經有所改善。


    然而當加入了機場檢測模型及融合步驟后,對于同樣900平方公里的圖像,完成目標檢測和提取只需要7.3秒。


    此外,“巢湖一號”衛星的數據處理模塊針對艦船目標的AI程序使用的是YOLO v5神經網絡架構,與上面的AI程序的架構相似,完全可以稍加修改后上傳到“巢湖一號”等擁有類似功能的SAR衛星上,從而引導高超速武器對第一、二島鏈內簡易機場進行打擊,瓦解美軍“敏捷戰斗部署”、“快速猛禽”等戰術。


    配圖:F22戰斗機再次出動保養流程圖


    配圖:美軍西太平洋地區可用機場數量分布

    SAR衛星到達島礁上空后僅需兩分鐘就可以對區域內的飛機和機場目標進行偵察,并自動生成飛機的類型和位置等信息并下傳到指揮節點和導彈發射單元,這時早已準備好的導彈瞬間輸入火控參數并發射,這樣一來,高超聲速導彈完全可以在10分鐘左右完成打擊,而美軍作戰規劃中一架飛機的整備時間起碼需要21分鐘,一個敏捷作戰群含有4架戰機,完全完成作業至少需要1.5小時。也就是說,當敵方飛機落地還沒完成整備時,我方導彈就已經“使命到達”。

    三、持續突破,穩步升級,天基情報支持能力未來可期

    當然,只完成以上環節是明顯不夠的,還需要進行毀傷評估。我們同樣可以通過衛星組網來完成這項任務。根據高分三號衛星的公開數據,高分三號星座由三顆低軌合成孔徑雷達衛星組成,四個小時就能對全球任一地點進行一次重復觀測,這只是三顆衛星組網的能力。



    今年“應急使命-2022聯合搶險救災演習”的晝間演習階段中,自然資源部資源衛星應用中心一共調配了5顆衛星對演習區域進行了6次觀測。到5月12日演習結束,共使用8顆衛星對演練區域觀測了17次,2小時左右就有一顆衛星過頂。在完成“偵察-打擊”流程后,很快會有衛星再次對打擊區域進行成像并評估。屆時啟用的衛星數量遠不止當前的八顆高分專項系列衛星。


    我們還可以在使用DF-17的同時,緊隨其后發射DF-15A/16,并使用搭載的雷達/光學載荷對目標區進行打擊效果評估,通過雙向數據鏈回傳圖像的同時,導彈自動根據評估結果決定攻擊區域。這樣就能徹底的癱瘓整個敏捷戰斗群。此外,彈載雙基SAR,衛星編隊等技術也已經得到使用。


    配圖:近期我國某導彈靶場衛星圖片

    此處很明顯可能是在檢驗導彈雙基SAR成像與對假目標篩選能力,主目標旁邊的假目標擺出了不同的角度,角度不同,各個假目標雷達成像的強度與形態也不同,大大增加了目標識別與判斷的難度,事實表明,我們已具備該打擊能力。


    配圖:衛星編隊示意圖

    零重空間公司靈鵲星座計劃由160多顆衛星混合組網星座。按照計劃,明年將完成一期部署,共48顆衛星組網,有望實現一小時一次的拍攝頻率。待未來星座部署完成后,將形成覆蓋全球的高時間分辨率對地觀測能力,可以10分鐘“拍攝”一次。


    結語:現代信息化戰爭比拼的是體系內各個作戰單元自行組建“偵察-打擊”循環的能力和速度。偵察、打擊手段會越來越多樣,數據處理速度與火力打擊速度會越來越快。相信我們的這一套體系必將引領世界軍事變革。

    參考文獻:

    1.程浚峰.美軍快速猛禽概念與應用研究[J].飛航導彈,2021(7):79-84.

    2. 趙琰,趙凌君,匡綱要,復雜環境大場景SAR圖像飛機目標快速檢測[J]電波科學學報,202035(4):594-602.

    3.楊長勝,趙維,金惠明. 美空軍敏捷戰斗部署演練情況、能力與效果初步分析[J]飛航導彈,2021(9):21-25

    4.李德仁,丁霖,邵振峰.2021.面向實時應用的遙感服務技術.遙感學報,25(1):15-24

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