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国产高超声速武器:目之可及,长鞭顷至

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出品|网易新闻

导语:今天是中国人民解放军建军95周年纪念日,战争从未走远,它只是畏惧强大!初心如炬,征途如虹,在守护国防安全的道路上,人、科技、重器缺一不可。

早在今年3月份,俄罗斯国防部发言人科纳申科夫宣布,俄方采用“匕首”高超声速导弹摧毁了位于乌克兰伊万-弗兰科夫州的一处乌军大型弹药库,俄方认为这是人类历史上首次在实战中使用高超声速武器。


配图:高超声速导弹不只有DF17那种乘波体还有DF15A这种双锥体

该型导弹最大射程达2000公里,脱离载机后,会以大仰角爬高,之后开始急剧俯冲,迅速加速到10马赫以上,积累足够的动能在目标区上空完成复杂的机动动作,在飞行末段开启弹载雷达对目标进行搜索。有专家推断乌方防空警报是在导弹命中目标后才陆续拉响,足见该型导弹速度和突防能力是非常优秀的。


配图:携带“匕首”高超声速导弹的俄空天军米格-31截击机

图源:俄罗斯卫星通讯社

这虽然体现了高超声速武器对时间敏感目标具有很好的打击效果,但此次打击的是建筑物,不是真正的时间敏感目标(指具有很强的机动性,火力投射准备时间非常短,位置信息随时间变化很快的一类目标,如各类自行火炮,各种指挥通信节点车辆等,比较典型的就是最近在乌克兰声名鹊起的“海玛斯”自行火箭炮)。要真正发挥高超声速武器对时间敏感目标的打击效能,单凭高超声速武器本身是远远不够的,情报搜集与处理的速度大大影响打击效能,必须要在目标逃离导弹传感器的搜索范围前完成侦察、定位、发射,并在目标被毁伤后及时进行打击效果评估。

中国是否具有这种能保障高超声速武器打击效能的侦察情报快速处理体系?答案是肯定的,由于这一整套系统保密级别高,目前只能通过一些学术成果的公开报道对其效能进行简单的评估和适当的联想。

一、我国民用天基测能力现状如何?

今年3月,我国在海南文昌使用长征八号运载火箭一次发射了22颗卫星,其中包含天仪研究院和华北水利水电大学等单位联合研制的“巢湖一号”合成孔径雷达(SAR)卫星,不同于一般的光学遥感卫星,它能够主动发射雷达波来扫描地球表面,并且不断通过接收回波信号并进行处理,来获得目标反射特征图像,对于反射率比较高的目标,如金属物或与雷达波入射成一定角度的目标都会在图像上形成一堆有规则的亮点。

下面的图片大家就能直观感受到SAR成像的特点,怎一个抽象二字了得,但仔细看也是有一定规律的,经过一定训练就可以对图像进行判读。



配图:SAR图像与光学图像对比

随着人工智能技术的发展,图像目标自动识别技术越来越成熟,使用神经网络模型对一些典型目标进行自动检测被广泛应用于自动驾驶、人脸识别等领域,巢湖一号上搭载的星溪02载荷,便部署了基于YOLO v5神经网络模型(一种AI程序)编写的舰船目标自动识别软件,它能够自主识别典型的舰艇目标,识别完成后可将目标的性质、位置、航向信息自动提取并输出为短报文信息,通过北斗三号系统的短报文频段实时下传到用户端。也就是说,只要你有北斗接收机,在北斗导航系统的加持下,能随时随地接收到卫星实时检测到的舰船信息。



配图:“星溪02”智能AI计算载荷示意图和实际效果图

结合此前武汉大学公布的在轨实时处理技术,再对比“巢湖一号”舰船目标自动化检测的过程,巢湖一号的成像方式为雷达成像,所以不需要像光学传感器一样进行光学纠正和摄影测量方法定位这两个步骤,因此整个流程所需时间预计在两分钟内,甚至更短。且相较于光学遥感卫星,合成孔径雷达卫星还有一项无可比拟的优势——雷达波不受光照云雾等环境影响,故在军事应用中能够应对大部分复杂战场环境下的天基侦察任务。


配图:SAR卫星成像原理


配图:武汉大学在轨实时处理项目示意图

二、目之可及,长鞭顷至,要做的还有很多

“巢湖一号”卫星的星载处理器还可以通过地面测控站上传新的神经网络(AI程序的一种)等目标自动检测方法。通过地面站上传新的算法,可对旧算法进行卸载,此项技术珞珈三号已经在使用,具体可参阅《新一代智能测绘遥感科学实验卫星珞珈三号01星》,因此具备了执行多样化观测任务的能力。对于飞机目标的检测任务,国防科技大学的赵凌君教授组提出了一系列复杂大环境SAR图像飞机目标的快速检测方法。比如,先使用针对机场目标检测专门训练的AI程序在遥感影像上提取机场区域,再使用另一种AI程序提取飞机目标,同时对机场目标进行处理,生成机场图像,最后将两者图像(飞机+机场)进行融合,此法可规避人工智能判读失误产生的虚警,还能提高检测速度。


配图:赵凌君教授团队提出的复杂大环境SAR图像飞机目标检测的流程

实验表明,使用其他类型的算法模型完成识别需要131.2秒,但使用上述针对飞机目标的神经网络模型对900平方公里的大场景SAR图像进行完成识别则仅需要53.4秒,已经有所改善。


然而当加入了机场检测模型及融合步骤后,对于同样900平方公里的图像,完成目标检测和提取只需要7.3秒。


此外,“巢湖一号”卫星的数据处理模块针对舰船目标的AI程序使用的是YOLO v5神经网络架构,与上面的AI程序的架构相似,完全可以稍加修改后上传到“巢湖一号”等拥有类似功能的SAR卫星上,从而引导高超速武器对第一、二岛链内简易机场进行打击,瓦解美军“敏捷战斗部署”、“快速猛禽”等战术。


配图:F22战斗机再次出动保养流程图


配图:美军西太平洋地区可用机场数量分布

SAR卫星到达岛礁上空后仅需两分钟就可以对区域内的飞机和机场目标进行侦察,并自动生成飞机的类型和位置等信息并下传到指挥节点和导弹发射单元,这时早已准备好的导弹瞬间输入火控参数并发射,这样一来,高超声速导弹完全可以在10分钟左右完成打击,而美军作战规划中一架飞机的整备时间起码需要21分钟,一个敏捷作战群含有4架战机,完全完成作业至少需要1.5小时。也就是说,当敌方飞机落地还没完成整备时,我方导弹就已经“使命到达”。

三、持续突破,稳步升级,天基情报支持能力未来可期

当然,只完成以上环节是明显不够的,还需要进行毁伤评估。我们同样可以通过卫星组网来完成这项任务。根据高分三号卫星的公开数据,高分三号星座由三颗低轨合成孔径雷达卫星组成,四个小时就能对全球任一地点进行一次重复观测,这只是三颗卫星组网的能力。



今年“应急使命-2022联合抢险救灾演习”的昼间演习阶段中,自然资源部资源卫星应用中心一共调配了5颗卫星对演习区域进行了6次观测。到5月12日演习结束,共使用8颗卫星对演练区域观测了17次,2小时左右就有一颗卫星过顶。在完成“侦察-打击”流程后,很快会有卫星再次对打击区域进行成像并评估。届时启用的卫星数量远不止当前的八颗高分专项系列卫星。


我们还可以在使用DF-17的同时,紧随其后发射DF-15A/16,并使用搭载的雷达/光学载荷对目标区进行打击效果评估,通过双向数据链回传图像的同时,导弹自动根据评估结果决定攻击区域。这样就能彻底的瘫痪整个敏捷战斗群。此外,弹载双基SAR,卫星编队等技术也已经得到使用。


配图:近期我国某导弹靶场卫星图片

此处很明显可能是在检验导弹双基SAR成像与对假目标筛选能力,主目标旁边的假目标摆出了不同的角度,角度不同,各个假目标雷达成像的强度与形态也不同,大大增加了目标识别与判断的难度,事实表明,我们已具备该打击能力。


配图:卫星编队示意图

零重空间公司灵鹊星座计划由160多颗卫星混合组网星座。按照计划,明年将完成一期部署,共48颗卫星组网,有望实现一小时一次的拍摄频率。待未来星座部署完成后,将形成覆盖全球的高时间分辨率对地观测能力,可以10分钟“拍摄”一次。


结语:现代信息化战争比拼的是体系内各个作战单元自行组建“侦察-打击”循环的能力和速度。侦察、打击手段会越来越多样,数据处理速度与火力打击速度会越来越快。相信我们的这一套体系必将引领世界军事变革。

参考文献:

1.程浚峰.美军快速猛禽概念与应用研究[J].飞航导弹,2021(7):79-84.

2. 赵琰,赵凌君,匡纲要,复杂环境大场景SAR图像飞机目标快速检测[J]电波科学学报,202035(4):594-602.

3.杨长胜,赵维,金惠明. 美空军敏捷战斗部署演练情况、能力与效果初步分析[J]飞航导弹,2021(9):21-25

4.李德仁,丁霖,邵振峰.2021.面向实时应用的遥感服务技术.遥感学报,25(1):15-24

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