军事技术论文
2013年美军参联会《太空作战》中将太空作战任务领域进行了重新归纳，将太空态势感知作为一个独立的任务领域，并且位于五大任务领域之首[1].2015年2月6日，美国发布了《2015年国家安全战略》，分析了当前及未来美国的战略环境。其中，再次强调了太空安全环境及其三大趋势[2-3]:太空越来越拥挤（Congested）、越来越具有对抗性（Contested）、越来越具有竞争性（Competi-tive）。在其战略方针中，将太空态势感知继续赋予最高优先级。世界各航天大国都十分重视太空态势感知能力建设，投入大量的人力、物力对太空态势感知开展研究。通过对太空态势感知力量建设与发展的分析与研究，基于以能力发展为核心的思想，参考美军2013版《太空作战条令》，将目前太空态势感知急需解决的前沿问题归纳为4种能力问题，以太空态势感知能力提升为最终目标，指引太空态势感知领域技术、装备和应用研究与发展。
1太空态势感知能力体系
简单讲，太空态势感知就是通过各种可能的手段，通常是太空目标监视、太空环境监测、太空情报获取与分析等手段，知道太空中有什么、在哪里、是什么、能干什么、将来要干什么等问题。由此，形成了太空态势感知能力体系，包括4个关键目标和4种能力，如图1所示。
4个关键目标：
1）确保太空行动和太空飞行安全。太空态势感知是其他一切太空活动的基础，确保太空行动和太空飞行安全的影响。
2）执行跨国条约和协议。监视其他国家的太空活动是否遵守相应的太空条约。
3）保护太空能力。确保己方太空安全不受敌方攻击。
4）保护军事行动和国家利益。
为了实现这些目标，需要具有4种能力：
1）探测/跟踪/识别。对太空目标和事件进行监视，识别太空目标的类别，对太空环境进行监测预报等。
2）特征描述。研究空间目标载荷、几何、物理等特性，确定所有太空能力的特性和参数。
3）威胁告警和评估。分析空间目标威胁和脆弱性，预测和区分潜在或实际攻击、太空环境影响和太空系统异常。
4）数据集成和应用。融合、关联和集成多源数据，研究满足不同任务和人员的应用途径。
4种能力相互依存，密不可分。探测/跟踪/识别是基础，对近地空间和深空目标、事件和环境进行感知，编目、识别目标，确定空间事件；特征描述是关键，根据传感器、多源情报和数据源，融合监视数据、人工情报、地理空间情报，通过先验知识和算法，得到基础情报和作战情报；威胁告警和评估是保障，分析来自陆海空天的各种攻击手段，研究空间环境变化规律与影响机理，确定空间系统状态，对太空资产面临的威胁做出预警和评估；数据集成和应用是核心，在综合前3种能力的基础上，根据任务需求，为战略、战役、战术中的策划人员、作战人员以及决策者生成不同层级的太空态势图，为观察、判断、决策、行动提供支持，是太空态势感知能力的集中体现。
2 4种能力问题研究太空态势感知系统作为一项高难度的系统工程，面临的情况十分复杂，所需人力、物力、财力十分巨大。太空态势感知系统尚未进入成熟期，其能力还需要继续发展。
2.1探测/跟踪/识别能力问题
以提供太空目标信息和环境信息为核心，构建地基为主、天地一体的太空态势感知体系，实现对太空目标和环境的全域监视、精细获取、准确认知和快速响应，也就是解决有什么、在哪里、是什么的问题。为了实现这一能力，目前重点朝着3个方向努力：地基动态组网、天基实时信息获取、一体化太空态势感知。
2.1.1地基太空态势感知系统动态组网问题
在对原有地基太空态势感知系统改造、升级和对新型系统研发的基础上，重点解决太空态势感知系统动态组网问题，提高测量精度，增加覆盖范围以及时效性。动态组网就是将多种类型、多个位置的地基太空态势感知系统，根据任务需要互联组网，实现多手段、多谱段、多时段探测跟踪，以获得最大的总体探测范围和重点目标探测。
目前动态组网主要是实现主用设备的动态组网，将不同型号、不同站点的雷达、光学望远镜合理组合，实现空域、频域和时域的互补，克服单部雷达或望远镜的缺陷。动态组网的关键是"动态"---根据任务需要可以调整；动态组网的结果是"数据"---通过组网获取有用数据。
动态组网的另一个趋势是通过与其他国家开展合作，联合建站，数据共享，扩展网络范围，优化网络结构。美国已经与英国、加拿大、日本、澳大利亚、意大利、法国和韩国签署了太空态势感知数据共享协议[4].这一协议将实现战略司令部从范登堡空军基地的联合太空运行中心按需直接向这些国家提供数据。至2014年9月，美国政府已与其他国家政府和私营机构共签署了近50份类似协议。美国战略司令部司令海军上将塞西尔·哈尼称："通过建立这种正式的合作伙伴关系，美国战略司令部正致力于改善太空态势感知服务能力并扩大我们的合作范围".
同时，通过各种途径，与国际天文爱好者合作，增加覆盖范围。美国国防高级计划研究局（Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）投资的"太空视界"（Space View）项目，希望组织天文界拓展美国空军"太空监视网络"的范围[5].
Space View采用成本先行的设计方法，面向全球天文界，寻求引入数百个太空态势感知基地，所需成本仅是现有的太空态势感知传感器系统成本的一小部分。
Space View打算为业余天文学家们提供各站点部署高质量天文硬件和软件。
DARPA向他们提供先进的硬件和相对小的财政补偿。作为交换，与他们共享望远镜观测时间，共同负责站点安全，以及例行维护。
2.1.2天基太空态势感知系统实时信息获取问题
目前天基太空态势感知系统主要有2种工作模式。
一种是低轨看高轨模式，如2010年发射的"天基太空监视系统"（Space Based SurveillanceSystem,SBSS）卫星[6].SBSS具有高轨道观测能力强、重复观测周期短、可全天候观测的特点，可大幅度提高美国深空物体的探测能力。
SBSS系统将使美国对地球同步轨道卫星的跟踪能力提高50%,将使美国太空目标编目信息的更新周期由现在的5d左右缩短到2d,从而大大提高美军的太空态势感知能力。SBSS系统能探测和跟踪诸如卫星和轨道碎片之类的太空目标，及时探测深空中的微小目标，区分对太空系统造成破坏的人为因素和太空环境非人为因素。另一种是抵近观测模式，如2014年发射入轨的"地球同步太空态势感知卫星"（Geosynchro-nous Space Situational Awareness Program,GSSAP）[7].GSSAP沿地球同步轨道持续不断地飞行，并且拍摄地球同步轨道上的卫星，提高对同步轨道目标的识别能力。相对于在低轨运行的SBSS系统，GSSAP卫星能够实现对地球同步轨道目标精确地跟踪与成像，获得不同视角的观测数据，实现对GEO目标的识别。
为了实现看得更远、看得更清楚的目标，目前正在探索大口径、长焦距新型天基态势感知系统。如基于双星高精度编队飞行构造分布式长焦望远镜、可展开式光学系统、光学合成孔径系统等实现对太空环境、太空目标的远距离、高精度探测。
2.1.3一体化太空态势感知问题
基于网络信息技术，把在地理上分散部署的地基、天基等广泛区域内的传感器网络、太空态势感知中心集成为一体，将获得的各种目标轨道数据自动、近实时的相互关联、集成与分发，并融合太空情报、监视、侦察等数据，提供及时、可操作的太空态势感知信息。一体化太空态势感知一方面强调太空态势感知设备的综合集成，以太空态势感知中心为核心，统一管理调度雷达、光电等太空态势感知设备，对获取的探测信息进行标准化处理和管理，通过综合处理获取目标轨道和特征信息，实现目标编目、识别，进而生成太空目标编目、太空碰撞预警、太空目标陨落等太空目标信息，形成支持各类应用的太空目标情报，充分发挥信息对于提高效能的核心作用；另一方面，必须依托共有信息基础设施，为各类系统提供通用化的操作和运行环境，为各类信息提供标准化、一致性的表示、存储方法，为各类装备提供多层次的信息安全保障。
太空态势感知一体化技术的关键是运用体系结构设计技术，进行一体化的顶层设计，包括系统体系结构设计、技术标准体系结构设计和标准制定等。依托信息网络技术，加强支持跨军兵种的互联互通互操作的国防信息基础设施建设，对"烟囱"式系统进行整合，着力提高系统互操作能力。
2.2特征描述能力问题
太空目标具有运动、反射/辐射、信号发射等固有特征属性，这些特征及其与太空环境中的相互作用是太空目标探测、识别的基本技术依据。特征描述就是构建和完善太空目标特征库和模型库，实现太空目标特征分析、身份确认、能力评估和状态辨识，解决能干什么的问题。为了更好地实现特征描述能力，特征描述面临3个问题：理念、方法和仿真问题。
2.2.1从后端处理到全寿命周期的特征描述理念
太空态势感知特征描述最新的理念是从后端处理转变为贯穿全寿命周期的特征描述理念。特征描述不能临渴掘井，等到太空态势感知系统建设完成后，再去研究如何获取特征，如何描述特征，而应该将特征描述贯穿太空态势感知发展全寿命周期。从需求分析阶段开始，目标特征描述就要与波段、体制以及目标选择紧密结合，一直到论证阶段的指标确定、建设阶段的系统建设与参数优化、使用阶段的目标监视和识别等全过程，始终考虑特征描述在其中的作用。目前急需解决的问题是在不同阶段特征描述如何真正发挥作用，落到实处。特征描述贯穿太空态势全寿命周期，如图2所示。
2.2.2太空指纹印记描述问题
特征描述的最终目的不是拍摄到太空目标的高保真图片，而是迅速获取指纹印记[8].我们知道，人的指纹是唯一的，只要在物体上留下指纹印记，就能基本确定是谁。太空中也一样，目标机动变轨、太空试验活动，都会留下痕迹。由于对手竭力避免被发现，因此指纹印记信息往往是闪逝性信息，而且这些信息非常稀散。所以，仅仅靠测量难以完成，必须结合情报资料、发射监测，以及网络、新闻报纸、研究报告、纪念品模型等综合情报，并尽量快速地收集、处理和利用这些信息，并把这些信息无缝整合到一系列行动中去。此外，这些信息应能通过商定的交换格式与各种系统兼容，数据的输出应能在军用和民用经营者之间随时共享。
2.2.3通用模型和精细模型组合的特征仿真问题
特征描述离不开仿真技术。对于无法获取详细信息的空间目标，建立柱体、球体、圆柱体、锥体等简单体组合的通用模型，得到初步的仿真数据；能够获取比较详细信息的目标，建立包含关键部件、准确尺寸、真实材质的精细模型，得到较为精确的仿真数据。在实际应用中，面对的多是无法获取详细信息的空间目标，因此采用通用模型进行仿真分析是大势所趋。通过分析通用模型和精细模型仿真数据间的差异，确定通用模型的置信度与误差范围，为仿真结果修正提供数据支持。
2.3威胁告警与评估能力问题
威胁告警与评估是研究太空目标的类型、功能、分布、信息流程、轨道演化和发展趋势等，分析太空目标脆弱性、碰撞概率，对潜在威胁事件提前告警，并告知这些事件对太空态势、太空能力的影响。
2.3.1凯斯勒症候群与碎片演化问题。
"凯斯勒症候群"（Kessler Syndrome）[9]这一概念是美国宇航局顾问唐纳德·凯斯勒（DonaldKessler）提出的，他认为随着太空目标数量的增加，某一天太空2个物体相撞后，将导致连锁碰撞，最终整个太空轨道都被碎片堵塞，其他航天器将无法入轨。"凯斯勒症候群"涉及太空碎片演化问题，其研究途径是建立太空碎片模型。太空碎片演化模型就是用数学、物理方法描述轨道碎片在三维空间和未来时间的数量、分布、迁移、流动以及碎片的物理特性（尺寸、质量、密度等）。以目前航天任务发展趋势和历年太空目标解体事件为基础，借鉴NASA的轨道碎片环境模型（OrbitDebris Engineering Model,ORDEM）和ESA的流星体及太空碎片地面环境参考模型（Meteoroidand Space Debris Terrestrial Environmental Ref-erence Model）、俄罗斯空间监测中心SPDA模型（Space Debris Prediction and Analysis Engineer-ing Model），收集整理太空目标历史观测数据以及近几个太阳周期的太空环境数据，建立太空碎片环境模型，研究典型轨道上的碰撞概率，建立碎片云演化模型，研究碰撞事件产生的碎片云对轨道可能造成的影响，确定轨道饱和临界点的条件。
2.3.2太空威胁告警和评估问题
太空威胁告警和评估是依据太空态势评估结果和相关知识，设置太空威胁约束条件，推理一定太空环境下太空目标的意图和能力情况，基于威胁分析模型定量计算不同太空目标的威胁程度，并进行威胁排序。太空威胁告警和评估是一个主观认识和逻辑推理相结合的过程，其结果是一种概率推理的结果，带有相关联的置信度。置信度最高的评估结果表示威胁程度最大。太空威胁告警和评估的难点是太空威胁评估涉及因素较多，评估的内容比较复杂，是一个多属性评估，具有多层次性，告警和评估的结果随时间的变化也相应地变化，前一时间段的评估结果又是后一时间段评估的基础。
2.4数据集成与利用能力问题
数据集成是利用信息和信息技术，将分散的数据整合成为一个联系紧密、结构优良、机能协调、整体效能最佳的数据系统而采取的重要手段和途径。恩格斯在《反杜林论》中指出："许多力量融合为一个总的力量，用马克思的话来说，就造成'新的力量',这种力量和它的一个个力量的总和有本质的区别"[10].
2.4.1太空态势图问题
太空态势图包括3个实施领域：实体域、信息域和认知域。实体域是指互联互通的系统和共享数据的通信网络，包括太空态势感知传感器（侦察/监视、环境监测以及辅助型与协助型传感器）、配套的地面站、网络链路和物理网络本身；信息域是指信息的产生、处理和分享，包括融合算法与分析工具；认知域是指挥人员对战场情况的观察、理解和感知，以及做出的决策，包括各种专家知识、专题信息、人工智能等。
太空态势图是各级指挥员达成对太空态势共同认知的重要工具。要实现太空态势信息的高度共享、态势可视，清晰地显示敌、我、友的部署和行动，保证态势图在上下级之间继承包含、左右邻之间无缝衔接，必须对态势图生成、分发和更新机制进行统一规范。太空态势与传统的陆、海、空常规战场态势有着显著的不同，用单一的作战标图的方式已无法适应太空态势表现的要求。这就要求用系统工程思想对太空态势进行分析，探讨太空态势的表现形式；太空态势图是为用户服务的，需要针对不同用户构建不同等级的态势图。态势图是在数据驱动下运行的，对于海量数据，需要利用数据挖掘技术找到关联信息、关键信息，最终为指挥员开展"观察-判断-决策-行动"分析提供支持。
2.4.2太空态势感知模拟训练问题
通过模拟训练技术能够将最新的研究成果应用到人员训练中，因此，美军非常重视模拟训练技术[11].太空态势感知模拟训练技术就是采用数字仿真、半实物仿真、实装接入相结合的方式，构建太空态势综合集成仿真训练环境。根据太空态势感知的发展变化，太空态势感知模拟训练方式正由集中式向分布交互式发展，模拟训练系统强调模块化、系列化、通用化模拟，模拟训练内容从单项向协同应用和联合应用发展，加大评估和反馈的力度。
3结论
随着快速进入太空以及太空目标机动能力的不断增强，要求太空态势感知具有快速反应和实时响应能力，需要从体系发展的角度，瞄准维护国家安全的总目标，做好顶层设计，构建有效服务国家太空安全的态势感知体系。在建设过程中，需要立足现有基础，通过加大基础理论和关键装备的研究，夯实发展基础，坚持信息主导，强化信息利用，逐步实现太空态势感知的自主创新跨越发展。
1）以能力需求规划体系结构。以太空态势感知能力建设的需求为牵引，充分考虑国情和已经初步形成的太空态势感知系统现状，规划太空目标监视系统、太空环境监测系统、太空情报获取与分析系统，天地结合，逐步形成太空态势感知体系高效运行管理、多源信息融合和信息快速发布能力。
2）以体系建设牵引技术发展。瞄准建立太空态势感知体系的总目标，根据太空态势感知体系结构的顶层设计，论证支撑体系建设的太空态势感知技术体系，确定需要突破的总体技术和关键技术，为体系建设奠定技术基础。
3）以资源整合提升能力水平。充分调动各种资源，整合太空态势感知现有资源，综合考虑太空态势感知、航天测控、导弹预警等系统任务。有效开展国际合作，快速提升太空态势感知能力。特别是太空环境监测可以借鉴国外的发展经验，采用合作发展模式，将国内太空环境监测资源进行整合，在此基础上，加快太空环境服务系统的建设。
4）以自主可控增强创新能力。太空态势感知是关系国家安全的关键因素，因此，自主可控在太空态势感知中有着十分重要的作用。在整合各种资源，加速技术发展的同时，始终把自主可控作为一个重要的目标开展建设，突破"瓶颈"技术，强化基础研究，搞好成果转化，加强前沿探索，增强自主创新能力。
参考文献：
[1]李雪.强化空间发展 倍增军事实力：美军新版《空间作战》条令解读[J].卫星应用，2013（5）:70-72.
[2]张洋.美国政府发布2015年版《国家安全战略》[EB/OL].[2015-02-07].
[3]程群，何奇松.美国《国家安全太空战略》评析[J].现代国际关系，2011（3）:43-49.
[4]许红英.美德签署太空态势感知服务与数据共享协议[EB/OL].[2015-02-06].
[5]许红英，陈菲.DARPA借助全球业余天文学家增强太空态势感知能力[EB/OL].