美国震惊:中国军队对外国间谍卫星侦察有“绝活”

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导读:美国kh-12"锁眼"4光学侦察卫星,有"极限轨道平台"之称,是当今分辨力最高的光学侦察卫星,但在伪装和干扰的双重保护下"锁眼"那一端还能洞悉一切么     记:googleearth于2006年6月9日进行了一次重大的更新,卫星照片数量一下扩大了四倍,也由此引发了围绕卫星侦察和反侦察的讨论。今天就从伪装和干扰两个角度谈谈。卫星侦察分成像侦察和电子侦察。成像侦察卫星主要在几百公里的低轨道,而像美国"大酒瓶"电子侦察卫星及俄罗斯第五代电子侦察卫星等却都运行在36000公里的地球同
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美国kh-12"锁眼"4光学侦察卫星,有"极限轨道平台"之称,是当今分辨力最高的光学侦察卫星,但在伪装和干扰的双重保护下"锁眼"那一端还能洞悉一切么








记:googleearth于2006年6月9日进行了一次重大的更新,卫星照片数量一下扩大了四倍,也由此引发了围绕卫星侦察和反侦察的讨论。今天就从伪装和干扰两个角度谈谈。卫星侦察分成像侦察和电子侦察。成像侦察卫星主要在几百公里的低轨道,而像美国"大酒瓶"电子侦察卫星及俄罗斯第五代电子侦察卫星等却都运行在36000公里的地球同步轨道,是什么原因?在此高度它所接收的信号强度仅是低轨道的1/5100。




华戎(以下简称华):轨道越高生存力越强,成像侦察卫星选择低轨道是无奈之举。广泛采用ccd电耦合器件的光学成像卫星其实就是一超长焦的数码相机,轨道越高拍出来相片越不清楚,另一方面得花大价钱研制更好的镜头。电子侦察卫星则不同,它收集的是电磁信号,由于某些辐射信号有突发性的特点,所以最好能保证24小时不间断监控。高轨道"站得高,看得远",具有这一优势。另外像"大酒瓶"采用了直径数十米的大口径碟型天线,侦查范围很广,对微弱信号也相当敏感,美国多次用它收集我军的弹道导弹测控信号。




记:但美国"雪貂-d"电子侦察卫星是在极轨道运行的,什么原因?




华:地球同步轨道位于赤道上空,对诸如俄摩尔曼茨克军港之类的高纬度目标侦察效果很差,所以美国才部署了这种通过两极的极轨卫星,但需要多星组网才能保证全天时侦察。更早的时候美国还部署过诸如"折叠椅"的大椭圆轨道卫星,轨道高度大致在1000~30000公里之间,但现在地球同步轨道是发展趋势, "折叠椅"也逐步被淘汰。




记:反电子侦察卫星主要靠干扰,具体讲如何进行?




华:原理是投其所好。它既然愿意搜集信号,那就发更大功率的信号给它,让它饱和就是了。但不是所有信号都行,要视具体情况而定,不然卫星可以把你的干扰信号给滤除。比如说要保护己方某新型辐射源的参数和位置,一般可以采用自卫干扰的方式。对需要保护的弱信号,可以用连续波噪声淹没,使卫星侦察不到较弱的辐射源。如果受保护的信号电平较强,就可以使用多部大功率高重频脉冲干扰源令敌侦察处理系统饱和,多路信道产生串扰,使电子侦察卫星无法正确提取真正的辐射信号。使用3-5部大功率干扰站,可掩护数十万平方公里的信号泄露。




记:如果对电子侦察卫星进行战略级干扰,干扰系统就必须超大功率、超宽频带,这样的系统是否要耗费巨大电力,就像风洞那样让一个小城市停电?它是否会使该地区的通信等完全失效?




华:它的耗能确是相当可观的。特别是采用空间功率合成技术的干扰系统,其接收瞄频、伺服默跟、发射及冷却分系统都是耗电大户。仅从辐射功率峰值来看,大概能顶得上一个几万人口的小城全部生活用电了,但考虑天线增益也很大,所以实际耗费功率没有那么多。天线增益是说在输入功率相等条件下,天线在给定方向上的辐射强度与参考的点源天线的辐射强度之比,一般以分贝表示。比如,忽略天线效率损耗时,1瓦发射机加10分贝的天线增益,得到的等效辐射功率为10 瓦,加20分贝的天线就是100瓦,加30分贝的天线就得到1千瓦。




记:空间功率合成是什么意思?




华:空间功率合成的核心技术是有源相控阵。相控阵大家都熟悉,好比我要做一个兆瓦级的干扰系统,用单个行波管很难做到,那我就拿100个50瓦的发射管组成一个5千瓦的发射阵列,再加上30分贝增益的天线和移相器就可以使辐射功率达到数兆瓦。对卫星干扰用兆瓦级的干扰站就够了。




记:上面说的这个阵列需要占多大体积?




华:一辆车就能装下了,能到处机动。这项技术的优点很明显,能够获得一般难以达到的超大功率,而且可靠性高,即使一部分管子坏掉系统也能维持工作。当然它的劣势也显而易见,功率大、且全系统需要多部车辆一起行动,易成为敌反辐射武器的靶子。另外,现在空间功率合成hf高频段(100mhz以下)的信号还存在一些问题。




至于这么大的辐射功率会不会影响到己方通信,主要看一个电磁兼容的性能。超大功率的辐射天线,点波束一定要做好。什么是点波束呢?打个比方,我要到树林里打兔子,拿把猎枪就行了,指哪打哪,你要是非端个火焰喷射器去跟小兔子玩儿命,那非把前方的东西都烧着不可。干扰机也一样,辐射波瓣宽度要尽可能窄,才不致伤及无辜,能量高度集中,干扰效果也好。当然,这要求你"枪法"得准,瞄了半天始终对不准卫星也不行,这要看伺服系统的精度了。




记:电子侦察卫星和电子侦察机(如ep3-e)的分工有何不同?




华:实际上两者的功能有很大的重叠。但是卫星用于战略侦察,实时性稍差一些。比如美国"大酒瓶"处理过的信息要先发送到澳大利亚的松峡地面站再经海底光缆或通信卫星传回美国。电子侦察机则兼可服务于战略和战术侦察,灵活性强,可以向各级指挥员提供信息,反过来它要受航线的限制。再者战时大型信号情报飞机(如ep-3e或rc-135v/w)面临的空中威胁甚大,卫星可弥补这一不足,对侦察机难以深入的地域实施连续监视。还有一点,从对辐射源的定位精度来看,卫星不如侦察机。




记:电子侦察机(如ep3-e)主要是侦听电话还是侦测什么别的电子信号?它飞经的每一地区都起码有上百万部电话在通话,它的计算机如何应付?电话里即使出现了某一关键词,也会有各种方言口音,美国如何有这么多的翻译人才?它的翻译软件如何应付?




华:它的侦察对象主要是各种通信信号和雷达信号。ep-3e设有6个通信情报监控席位,如果监听系统截获到某些关于军事的关键词,就会立即存入记录。 ep-3e上还装有目前美国最先进的声音自动识别系统,是美国国防部专门邀请军职和文职语言专家,对被侦察国家的语言进行了全面深入的研究后开发出的一套电子监听系统,只要截获到对方通话,这套系统能自动滤除杂音,再与声音数据库对照,查明通话者身份(尤其是高层领导人),从而判断出该情报的价值到底多大,甚至可进行电子欺骗,用相同音色篡改通信内容。一名美国情报官员曾表示,近几年它的功能还在不断完善,监听人员甚至可判断出被监听者是否感冒了。对于不是针对性的线路(如军线),如民用线路中冒出军事内容的通话(比如两发烧友之间的),它不会感兴趣。




记:ep3-e可发送仿冒的领导人声音,被侦听国家是否也可发送仿冒的领导人声音去欺骗ep3-e?或在战时领导人和指挥员通信时直接谈论假内容?




华:所以电子侦察机只是手段之一,需要各种情报手段配合。至于各种口音的识别手段,则不仅是翻译问题。人耳只对频率和幅度敏感,而电子侦察机上的设备会从各种方言语音的相位和其它一些要素中提取出共性的东西,这些识别点我们平时不太注意,也就是说我们听到的不见得是它听到的。微软的语音输入软件可有限区别中国南方人和北方人的口音,ep3-e的识别能力要高很多。




美国kh-12"锁眼"4光学侦察卫星




记:电子侦察机能针对性地通过手机(即便已关机)进行窃听,是什么原理?




华:根源可能来自硬件和软件两方面。软件上就是手机病毒,而硬件上可能是某些公司开发的手机芯片留有后门。别看就那么点大的一个芯片,黑色的塑料封装下到底有什么除了厂商别人不可能知道。所以,手机处于"关机",是不是电池就不向某些单元供电了呢?不是,侦听方可以像平时拨打电话一样向区域内的所有手机发送筛选信号,如果被选中,你的手机就会自动以最大功率向侦察机这个伪基站反馈一个信号,如果他想监听,就回应这个信号,激活手机上的话筒单元和发射单元,令你的手机变成一个不折不扣的移动窃听器。由于绕过了真正基站的计费系统,所以你很难发现自己已被侦察。所以现在开一些保密会议,手机电池都要取下来。




记:作战前,部队人员的手机是否都不能携带?




华:一般演习前都要进行电磁清场,将该区域的基站关闭以避免军用电子受到干扰,所以手机也没用了。作战时当然不能带上战场。




记:对抗电子侦察卫星,除了干扰外,是否还可改变通信方式,比如通过实时性更强的无线互联网?拉登的很多命令是通过互联网传达的。




华:无线互联网的问题是速率要比有线网低很多,不适合作战。




记:下面谈谈成像侦察卫星,这类卫星在低轨道一般如何分配高度?




华:一般来讲,光学侦察卫星主要是在有最佳日照时拍摄相片,没听说哪国的光学侦察卫星喜欢拍别人夜景的。所以,这类卫星最佳轨道是近地点约300公里、远地点约900公里的太阳同步轨道。因为在这个轨道上,卫星经过的所有地域都是白天。但有时卫星也会变轨,比如美国的"锁眼-12"理论上可以达到 0.1米的分辨率,但有个条件,轨道高度要降至200公里。至于合成孔径雷达成像卫星,这种有源侦察方式对变轨没什么要求,侦查幅宽及分辨率可方便地通过软件控制。但合成孔径雷达要求载体平台飞行高度相对稳定,所以此类成像卫星主要分布于600~800公里的圆轨道。




记:合成孔径雷达成像卫星和光学成像侦察卫星比,除不受天气、昼夜等影响外还有什么优势?




赵峰(以下简称赵):除了可穿云破雾外,它比ccd成像卫星具有更大的观测幅宽,达到700~1000公里范围,因而有较高的时间分辨率,对战区全面观测和侦察全球性军事动态有重要意义。我带来几张apg-76合成孔径雷达的显示屏截图,它可对地面目标以1米(合成孔径雷达方式)~0.3米(聚束照射方式)的高分辨率实时成像,该雷达无论在目标运动时可以直接传回地面中心进行目视判读,与一般航摄片无大的区别。合成孔径雷达在技术根源上是很难突破分米量级的,其接收的信号要经过一系列复杂的数字处理才能还原成可供目视判读??,而且选择合适的波段还可以穿透地表一定深度,令某些地下设施像玻璃缸里的金鱼一样暴露无遗。




记:这意思是说厂房里的飞机导弹等都将暴露?




华:合成孔径雷达对于金属屋顶无法穿透,它只能对覆盖一定厚度的混凝土、沙子、树叶、植被等的顶部有穿透力。2000年以后国外出现一些民用探地雷达,能穿透一定地表。你在目标顶部加一些钢筋等屏蔽措施它就看不着了。




记:对反成像侦察卫星而言,伪装是否仍是主要手段?




赵:是的。伪装网这种传统遮障器材,目前已发展到与主装备合二为一。如瑞典多光谱"高机动性车载多波段伪装系统",适于各种移动装备,可快速设置,能减少90%的暴露征候。目前的方向是多光谱、轻质、灵巧、防勾挂及不同目标专用等。




记:重要路段、大型桥梁、装卸载地区、集结地域等面积较大的目标,暴露征候极明显,如何伪装?




赵:对这些目标通常实施大面积烟幕遮障的办法。烟幕持续时间要长,烟幕内要含反激光制导和反电子制导的微量元素。实际调查发现,国防工程口部的暴露面积往往大于口部的实际使用面积,如果使口部的外露特征与背景一致,就可起到类似于封闭伪装的效果。国内外对地形地物模拟都较为重视,但公开资料很少见到。




记:车辆、坦克、舰艇等经常处于运动状态,暴露征候明显增大,如何伪装?




赵:如采用迷彩斑点布覆盖,使武器装备与背景融合。斑点布两面着不同类型迷彩色,并镶嵌隔热贴片以提高使用效率。再如水雾遮蔽伪装。水雾对可见光、近红外、中远红外、激光都具有较强的衰减作用,用于重要武器装备应急性伪装。水雾中可加入如硫酸亚铁、硫酸钾等添加剂,提高对红外和雷达波的吸收。




此外,新材料也是关键。用纳米陶瓷或耐火型复合材料替换传统的钢或铝结构,能减少装备在移动中的雷达信号。降温迷彩涂料与相同颜色普通涂料相比,可降低装备表面温度10℃以上。现在有一种新型热敏生物伪装材料能在28℃时变红,33℃时变蓝,低温时变黑,在-20℃~-100℃条件下使用时,具有色彩的全光谱变化。另外可将多种植物的长处集中到某一种植物上研制出"植物毯",使之能快速生长、耐旱涝、季节适应性强。




"长曲棍球"合成孔径雷达成像卫星采用l波段,可探测地表下一定深度的目标,对干沙的穿透能力厚达6-7米,并能识别曾通散射型伪装网。




记:对于像港口、机场这样不便伪装的目标,卫星对它们仍是一目了然。




赵:对机场等大型军事目标,示假是较好的技术途径,具体讲首先是迷彩伪装。在不妨碍飞行场地战术使用的前提下,可使用彩色水泥等材料,降低水泥混凝土道面与背景的亮度差。




其次是变形伪装。可歪曲飞行场地的目标配置,造成目标的位置发生偏移假象,达成变形伪装效果。使用伪装涂料实施迷彩伪装,减小机场主跑道的宽度,将主跑道显示为滑行道或辅助跑道。




第三是假目标伪装。在适当位置构筑假机场跑道及主要附属道坪,或使用土工布等就便器材铺设假机场跑道及主要附属道坪。在隐蔽停机坪的同时,在距主跑道及停机坪安全距离外的适当位置就便构筑假停机坪,布设假直升机。




第四是遮障伪装。在不影响停机坪和滑行道等道坪使用的条件下,采用伪装网或其它材料架设不显著水平遮障,隐蔽道坪设施、直升机及其活动痕迹。




第五是植物伪装。主跑道外的道坪设施应在迷彩伪装同时,利用可快速移动的箱栽盆栽植物、假树木覆盖,将树林背景延伸到场坪上,改变目标表面状态。




假目标制作要"以真示假"和"以假示真",比如将导弹发射车改成箱式货车,外面涂广告标语,用拖拉机和铁皮改成坦克等。假目标外形颜色、各部分尺寸、各种辐射特性要逼真。假高炮阵地、假导弹阵地射击时应有符合实际的火光、音响。假指挥所和各种工事周围应当有小路、车辙和人员活动的痕迹等。




记:机场变形伪装是否会干扰己方飞行员的操作起降?




华:对起飞影响不大,主要是对降落。可以在真正的跑道上设助降系统,实际上是一个二次雷达,飞行员利用仪表着陆系统降落。仪表上有一个信标点,飞机偏离了信标也偏离,飞行员很好掌握。




记:对合成孔径雷达卫星和对光学侦察卫星的伪装方式是否有区别?




赵:我这里有几张坦克的雷达成像图,我们可以看到在1米的分辨率下,坦克的图像已经由数个像素组成,基本上已经不太适合用角反射器对目标的雷达图像进行简单模拟了。坦克0.1米分辨率的雷达图像完全具备了几何外形轮廓,看起来就像是表面覆盖了树叶的黑白照片。这时候角反射器还有什么用呢?有用!我们可以在真、假目标上布置一定数量的角反射器,由于它对微波的强反射作用,在相片里看到的就是一个大亮斑。大量地设置这样的亮团,仍然可以提高真目标的生存概率。当然,实施这种措施首先要定下决心让真目标处于"夸张"的暴露状态,此时隐真和示假无法共存。




记:对于一些大规模的军事工程设施,是否都挂上角反射器?




赵:防护工程暴露结构的表面粗糙度、施工材料的电磁参数是影响雷达波后向散射系数的最主要因素,对此要做针对性的改变,不一定都挂角反射器。




记:对反光学侦察卫星而言,除了伪装,是否也可用电子干扰手段?




华:可以。卫星在太空运行,地面要发送信号对卫星轨道和姿态进行控制,卫星也要向地面站传送处理过的数据流,这些都属于遥测遥控信号的范围。科索沃战争期间,路透社曾报道过一颗北约卫星被黑客劫持的事件,被欧洲各大报纸争相转载,虽然最终不了了之,但可以证明对测控信号的干扰理念已经出现。测控信号干扰的最高境界是"反遥控",就是使敌方航天器完全按我方意愿运作,这涉及对敌测控站信源编码方式和加密方式的破解。当然,这并不简单。




以美国为例,它的航天测控网包括地基和天基两部分,针对地基的干扰主要是干扰侦察卫星的上行和下行数据流,比如侦察时卫星要接收一系列地面控制指令来寻找目标对焦、拍摄,这些信号完全可以被干扰掉,再者侦察卫星向地面站发送图像时可对其地面站进行干扰。干扰上行信号更容易些,因为卫星上的测控天线是全向天线,很容易对准。比如说卫星飞行每一圈都要对拍照目标进行排序,如果某个地区天气不好不适宜拍照了,或者需要拍照的目标有所变化,就需要其地面站将修改指令向上传送给卫星,这时我们就可以对它这个上行指令信号进行干扰。如果经常这么干扰,它的卫星所拍目标可能就与原定星下点轨迹有出入了,严重影响其侦察。相比之下,要干扰下行信号,我们就得将干扰波束注入对方接收站的接收副瓣,效率会低一些,但不是不可行。美国的天基测控网以gps为核心,所以在战时,gps信号也是重点干扰对象之一。




apg-76机载合成孔径雷达的平显截图,雷达输出的是数字信号0或1,体现在像点上就是或亮或暗,屏幕上如果涂绿色荧光粉就只有绿色和黑色。




记:gps是否易被干扰?




华:美国人曾完全用现有部件拼装成了一台名为"hockeypuck"的干扰机,装电池的,直径不足10厘米,就这么一个连普通的电气工程师都能完成的小装置,实验时竟干扰了70公里范围的gps信号。事后美国人算了算,做这个东西花了不到500美元,而想要使gps能在一定程度上避免这种干扰,前期投资就要5500万美元。主要是因为gps信号太弱,仅相当于电视机接收信号强度的十亿分之一,所以很容易被干扰。伊拉克仅使用了7部gps干扰机,把美军忙活坏了,可前一段时间俄罗斯的专用gps干扰设备还可以直接在网上叫卖。




记:对合成孔径雷达卫星是否也可实现对其干扰?合成孔径雷达是一种新体制雷达,对其干扰是否有困难?




赵:合成孔径雷达卫星需检测地面目标反射信号,其信号传输路径衰减与距离4次方成正比,而干扰信号的传输路径衰减与距离2次方成正比。此时只要地面辐射 10千瓦级的噪声干扰信号,就可在敌卫星雷达天线-30分贝副瓣区域内形成一条噪声干扰带,把1000米2以下的目标完全压制掉。




华:合成孔径雷达确实是一种新体制雷达,但分析一下我们就会明白,合成孔径雷达对回波信号的处理分为距离和方位两部分,而距离处理本质上就是脉冲压缩,这样就把干扰合成孔径雷达的问题转化为干扰一般脉压雷达的问题。现在脉压体制的雷达比比皆是,a-50和e-2c用的都是这种雷达,所以干扰方式也不唯一,这里涉及技术因素较多,不多谈。但从干扰方程来看,合成孔径雷达工作波长越长,目标反射面积越大,就越容易被干扰,而且一般只要干扰掉20%的信号,图像质量就很差了。


记:卫星为对抗这种反卫星措施,可采用机动变轨技术。那么这种变轨是可根据情况任意改变,还是只能在几条有限轨道内进行?机动变轨要消耗大量能量,会对卫星寿命和侦察产生多大影响?




华:拿"锁眼"来讲,其轨道是从300公里到900公里,正常寿命是5~7年。它也可根据需要从300公里的近地点变轨到150公里的轨道上,如坚持在此轨道运行,因大气稠密,寿命将只有3个月。




记:卫星发动机燃料耗尽怎办?




华:美国的"锁眼-11"、"锁眼-12"燃料耗尽后可以派航天飞机上去加油,别的国家就不行,所以变轨不是随意的。




记:机动变轨指令都是其地面站发出的,对方能否对此指令进行干扰?




华:当然可以,但看其位置。如果该国的地面站在地球另一面,卫星飞至其上空接受指令,你就没法干扰了。如果该国的地面站在你??用长航时无人机去干扰,但技术不成熟,因为?像侦察卫星基本都运行在太阳同步轨道或低椭圆轨道上,不可能频繁经过同一地区实施侦察,美国明知道它的卫星有这些弱点,会采取何措施?




华:卫星侦察在技术上不能完成实时侦察实时传输的任务。在近地轨道运行的侦察卫星,只能在经过己方测控站时才将拍摄的图像以类似mpeg -4这样的压缩格式传送给地面站,所以还存在一个图像回归周期??面用多星组网,军方可利用商业卫星影像,伊克诺斯-2卫星就曾发现朝鲜的导弹发射基地;另一方面在战时尤为常用,即利用各种长航时无人机抵近拍摄,或利用装侧视合成孔径雷达的飞机补充侦察。事实上,google earth中就有航摄图片。




记:对被侦察一方来讲,根据过顶时间适时隐蔽是最常见的措施,但是否对所有类型卫星都能采取这种措施?如果是,则各种卫星过顶时间不同,部队将频繁规避,没法作战了。




华:是有此问题,保密程度高的部队如战略导弹部队必须这么做,对一般的部队或演习训练而言则不一定。




记:卫星过顶时间都是根据发射国公布的发射数据进行测算么?




华:像苏联以前很少公布,即便公布也是大概的数据,如哪天几点发射了什么卫星等,无法利用。一般是靠地面雷达测控网对卫星的长时间跟踪照射和积累数据进行分析,进而推断出其轨道特性





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