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综合性卫星预警系统

已有 1071 次阅读 2018-5-31 10:45 |个人分类:科技畅想|系统分类:科研笔记| 防空, 预警

 

综合性卫星预警系统

未来战争的一个重要的问题是对空作战。

从朝鲜战争以来的历次战争,包括伊拉克战争科索沃战争等等战争经验,告诉我们,超级大国发动战争总是以空中袭击为主要手段。能不能顶住对手的这一波突然袭击,将是一个决定战争命运的关键。所以中国必须竭尽全力做好这个准备。

现在中国在反隐身雷达等探测手段上已经有所进步。这里想讨论建立一个全覆盖的卫星监测网的可行性。

中国的高分四号卫星,在地球同步轨道,三万六千公里的高空,分辨率50米。这么高的好处是覆盖面积大,缺点是分辨率不够细,刚刚能看到航母。如果在中低轨道比如高度刚刚等于地球半径的高度(6370公里)有一个卫星网,分辨率就可以提高到优于九米的水平,可以对防控发挥重要的全球预警的作用。

如果在高度6370公里(地球半径)的轨道上有四颗卫星均匀分布在一个太阳同步轨道上,就可以全天候连续不断地巡视广阔的地球带,其宽度最狭窄处为9848公里(恰好九十个纬度宽),相当于上海到洛杉矶的距离;最宽处120度,13300多公里。如果再增加两颗卫星,则最窄处变为12000多公里(180°-2*arcsin1/3~109°),而且任何地方都可以同时在两个卫星组的视野之内。这个星群,足以监视我们最关注的东部沿海和太平洋;如果再有一组与它正交的卫星组,就可以实现全球的全天候的全覆盖。可以想象这两组宽超带子把地球像打背包似的包裹了起来。那个六颗卫星带子,留下的空白就只剩下两块几乎圆形的地区,直径最大处也不过71度(2*arcsin1/3)),而另一组的带子最窄出也有就是度宽。也许极轨用六颗星,赤轨的四颗,这样十颗星(反之亦然,赤道平面上有六颗星,而极轨上有四颗),可以实现全球的全覆盖。而且在最重要的监视地带大约1万公里乘1万两千公里的地区,任何地点在任何时候头顶上都同时有三颗卫星在它的上空。可以通过多重测量提高探测精度。

九米的分辨率,对于探测B2隐形轰炸机和F22F35是够了。同时即使在同样的工艺水平上,如果在设计上和运行上多花一些心思,用更多的相机,也有可能把分辨率再提高一倍。如果再有一个激光器可以照射可疑的目标就更好了。我认为应当有一些照相机是用来盯住某些关键地点。比如关岛,夏威夷,横须贺等等。

有人会说,这个分辨率还不足以分辨飞机的种类,这个说法是值得商榷。实际的需要主要的是把军用飞机与民航机区别来。能从图形上辨别当然好,但是在不很清晰的时候也有可能通过复杂的分析方法挖掘出必要的信息。首先民航机油预定的航线,大体固定的时间表,而且机体都比较庞大,有都有明显的雷达特性。而那些隐形飞机则相反如果发现一个高速运动的目标就可以提供预警信息。可以进一步利用AI技术提高辨别能力。这有点像高能物理实验中的trigger系统。第一级可以是一个高速运动的点,然后根据其轨迹高度等等信息,以及这个点的平均面积做出进一步的判断。

这三种飞机,F35最小长15.67米,翼展10.7米。在摄像机上也应当至少有两个点。它的 运动轨迹上必然有不同的点数,可以比较明白无误的判断出他的机型。

F22 18.9米,翼展13.65米。在摄像机上应当有足够多的点,最少的时候是三个点,多的时候或有五个甚至更多;而B2就更大了,长21米,翼展52米。翼展方向上应当有45个点。再结合速度,高度等信息,应当能够做出判断。

让客机要大得多。C919,应当是大飞机中最小的,长度也有38米,翼展35.8米,高度12米。如果有AI协助,应当可以跟B2等轰炸机区别开来。

这个系统的另一个重要的功能是监视洲际导弹的发射。洲际导弹发射这类红外信号很强的事件,更应当能够发现。我猜想美国现在已经有了这样一个系统。也许他们的高度更高一些,可以用更少的卫星。为了得到更好饿分辨率,用十颗卫星,不算多。中国负担得起。

当然这个系统也应当能够发现和监视大型舰船的活动。

因此需要有一个大型的综合性的团队进行数据处理而分析。

我希望这个系统可以是开放性的,可以不断更新加强。也就是说每颗星都相当于一个小型的空间实验室,可以在将来增加新的设备开展新的观测。

比如说卫星的寿命往往取决与能源。能不能给卫星送去新的光电电池板在轨道上更换呢?要知道许多设备是运行的时间越长越稳定。

关键是都先要有这个硬件设备,然后逐步挖掘其潜能。AI是个重要的工具。

 

顺便再谈一谈航母舰载机自动起降系统的研制问题。似乎现在还没有开启这个工作。颇有几位专家在网上说自动起降非常困难。我认为,这几位都没有认真思考过这个问题。计算机做任何一项特定的操作上都会比人更准确可靠。强烈建议尽快启动这个项目,如果没有那个单位主动申请,不妨由国家立项招标。国家应当对一些必要的项目立项招标。让那些本来不是那个圈子里的人有机会通过竞标发挥作用。以舰载机起降来说,空军算是业内的,但是他们没有这方面的IT的经验,而有IT的设想的人可能有不属于军事的系统,根本不得其门。可以通过招标让不同领域的人组合起来共同解决一个问题。如果把 这个问题分解一下,可以有两个方面,第一个方面试确定飞机与甲板的相对位置,第二是选择一条让飞机安全可靠的到达甲板的飞行曲线。第一个问题 相对比较简单。只要在夹板上有四个类似于GPS的信号发生器,飞机接受到这四个信号,就可以算出自己与甲板的相对位置。至于第二个问题,降落曲线,如果甲板是相对稳定的,降落的曲线应当有一个较大的范围,这是经验和力学数字模拟可以确定的。飞机只要能飞进那个包线之内就可以安全降落。可是如果甲板是波动的,这个包线就可能变窄,如果波动超过极限,安全降落的曲线甚至不存在了。

由此想到另一个可能的改进,就是【舰船的有源稳定Active stabilization。】波浪造成舰船的摇摆。现在只是烤串的惯性来减弱它,可以说是无源的减震。如果给舰船加上一些类似于鱼的侧鳍的装置,可以通过反馈信号来控制它的运动从而减轻船舶的摇晃。我相信经过一短时间的实验总能找到有效的方案。

本人不是航母热的拥护者,也不赞成海军以航母为核心。也不赞成解放台湾要等到中国的航母成军才行。但是既然中国有了航母就应当想方设法以较小的代价来实现其充分利用。美国是曾经摔过大量的飞机才达到今天的水平。我相信他们现在有自动起降的辅助系统。所以摔飞机的几率大大下降了。


附录:关于六星检测带最窄宽度的证明:

卫星覆盖带阔度证明.png




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2 徐令予 周大军

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