赛博空间电子战作战目标与对策

 军事技术     |     by 思玛特SMTRU     |      2019-08-18


  引言

  随着电子信息技术、网络化技术和电磁频谱利用技术的发展以及它们的综合利用,在信息化战场 上 产 生 了 一 个 新 的 领 域---赛 博 空 间( cyberspace) .所谓赛博空间,从字面上看最初仅仅针对的是计算机网络空间,但随着对网络化的依赖以及电磁频谱无线通信技术的发展,美军对赛博空间赋予了新的内涵.

  一、赛博空间及赛博空间作战

  ( 一) 赛博空间的概念

  进入 21 世纪,Cyberspace 逐渐得到美国政府和军方的广泛重视,并随着对其认识的不断深入而多次对其定义进行修订.2003 年 2 月,布什政府公 布 《保 护 Cyberspace 国 家 战 略》 中,将Cyberspace 定义为 "由成千上万互联的计算机、服务器、路由器、转换器、光纤组成,并使美国的关键基础设施能够工作的网络,其正常运行对美国经济和国家安全至关重要."2006 年,美军参联会在其 《赛博空间作战的国家军事战略》中给出了赛博空间的定义,认为赛博空间如同陆、海、空、天领域一样,是美军一个新的作战领域,该领域借助网络化的系统和相关的物理基础设施,利用电子信息系统和电磁频谱完成对数据的存储、处理和交换.从美军对赛博空间的定义可以看出,信息化战场上赛博空间的基础是网络化的系统和相关的物理基础设施,核心是电子信息系统和电磁频谱的利用,而利用电磁频谱实现的无线网络化传输系统是整个赛博空间的神经.[1]根据 《美国国防部军事词汇辞典》 ( 联合出版物 1 - 02) ,赛博空间是信息环境内的全球领域,它由独立的信息技术基础设施网络组成,包括因特网、电信网、计算机系统以及嵌入式处理器和控制器.

  ( 二) 赛博空间作战的特点

  赛博空间作战是赛博能力的运用,其主要目的是在赛博空间内或通过赛博空间实现军事目标或军事效果.这类行动包括支持全球信息栅格运行和防御的计算机网络行动和行为.从目前对"赛博空间"的最新定义可以看到, "赛博空间"已从单纯的计算机网络扩展到无形的电磁频谱,是处于电磁环境中的一种物理领域.因此,在赛博空间中的作战并非创造虚拟效果或在某种虚拟现实中攻击敌人,而是包括了物理作战,将产生非常真实的作战效果.赛博空间内的作战,可以是持久或短暂的、动能或非动能、致命或非致命的.既可以使敌方人员死亡或受伤,也可以通过非致命方式直接阻止敌方的军事行动.同时赛博空间的作战行动直接影响了敌方指挥系统对部队的指挥控制甚至火力攻击的能力.赛博空间作战具有如下作战特点:

  1. 作战无时空限制

  在作战空间上,无 "前后方"之分,跨越传统意义上的陆、海、空、天, "无视"现实的国家疆界和传统的地缘界限; 在作战时间上,只要存在网络连接,交战双方就可以在任何时问发生交战.作战是在 "零距离"、 "光速度"、 "跨领域"和 "大范围"情况下进行.

  2. 作战目标无约束

  不仅包括传统的军事目标,还涵盖政治、经济、社会等领域的非传统的目标,涉及敌方的军民各类用频装备、信息网络和关系到国计民生与战争潜力的信息基础设施.

  3. 作战力量广泛

  赛博空间作战不再是军人独占的舞台,而是国家甚至非政府组织乃至个人都能实施与参与的作战活动.

  4. 作战过程的突变性

  为了达成作战目的,赛博攻击的目标较为广泛,既有传统的作战目标,也有非传统的作战目标; 在对军事目标进攻的同时,也会对民事目标发起攻击.当一方成功地对另一方的网络实施攻击后,就可能会对其社会、政治、经济、科技、军事等系统造成极大的破坏,使整个作战态势发生急剧的变化.

  二、赛博空间电子战作战目标

  由于赛博空间极大地依赖电磁空间,而电子战是电磁空间的主要作战样式,是应对赛博空间的主要手段.因此,赛博空间的电子战作战目标可以从以下三个方面来确定.

  ( 一) 赛博空间的电子侦察目标

  基于赛博空间的战场情报侦察是维持赛博空间态势感知的重要手段,是及时获取赛博空间情报、引导对敌赛博空间实施攻击和物理摧毁,为指挥员提供正确、及时和全面的指挥决策信息的基础.基于赛博空间的构成要素,可以将赛博空间情报侦察的目标分为三类: 物理层情报侦察目标、逻辑层情报侦察目标和社会层情报侦察目标.

  其中逻辑层和社会层的情报侦察均属于赛博行动的范畴,而对物理层情报侦察目标的感知则必须由电子侦察来完成,属于电子战的范畴.对上述物理层情报侦察目标实施电子侦察时,主要利用电子对抗侦察装备,对敌赛博空间有意或无意辐射的电磁信号进行搜索、截获、定位和识别,从而获得敌赛博空间的无线电信号特征和技术参数,通联规律,网络结点的装备类型、数量、部署、位置和变化等信息.其中有意辐射的电磁信号主要是网络通信信号; 无意辐射的电磁信号主要是指电子设备无意泄漏的信号.据试验,使用专门的电子侦察设备,可以在几十米甚至几百米外,截获计算机辐射的电磁信号.通过对逻辑层、社会层目标的情报侦察,可以进一步分析出敌赛博空间的漏洞、评估敌方的赛博能力和意图等; 而通过对物理层情报目标的电子侦察,则可以找到敌赛博空间的无线接口及链路,把握其网络通联规律,对其赛博空间节点进行精确定位,为我方进入敌赛博空间提供了可能,也可为下一步的电子进攻提供目标引导信息.

  ( 二) 赛博空间的电子进攻目标

  随着反辐射打击、定向能等高新技术的发展,电子战已具备了很强的实体打击、压制式干扰以及欺骗干扰等进攻能力,可以有效地破坏敌赛博空间物理基础设施,降低敌赛博空间获取外界信息的能力,进而保证我方赛博行动的顺利实施.赛博空间中关键部位、重要节点的毁伤和压制往往可以引发致命性的打击效果,起到 "牵一发而动全身"的作用.因此,组织电子进攻,对敌赛博空间进行破坏压制的目标应该是空间中的关键节点和装备,比如指挥中心的通信枢纽、空中通信中继平台、通信卫星等.比如,利用大功率微波武器和电磁脉冲弹爆炸产生的电磁脉冲,可以瞬间形成超强的峰值功率,强行注人敌赛博空间的电子信息系统备,烧毁电子元件; 对敌无线网络的通信频段实施压制式电子干扰,可以扰乱敌方网络的正常运行; 通过实时电子侦察获取的敌赛博人员信息,把预先设置的虚假内容以电磁波形式注人敌赛博空间,从而以假冒身份入网,掌握敌方赛博空间的控制权,达到欺骗、影响敌指挥员决策判断的效果.

  ( 三) 赛博空间的电子防御目标

  对于赛博空间,应做到既能提供信息在一定范围内最大限度的共享,又要充分保证信息使用的安全可靠,尤其在战场上,后者显得更为重要.完善的电子防护则可以阻止敌方通过电磁频谱接入己方赛博空间并展开赛博行动,也可使己方赛博空间内的基础设施免遭破坏.赛博空间的电子防御,主要是防止电磁信号泄露,防范敌方电子侦察和窃听,以及可能的电子打击.赛博空间电子防御的目标主要针对三个方面: 一是通过地线、电源线、信号线或以无线方式等有意辐射的信号; 二是因电磁感应泄露的无意辐射信号;三是我方关键的电子信息系统基础设施.对于我方有意辐射的信号,可以采用屏蔽、隔离、接地、滤波以及复杂信号调制样式等技术进行防护,比如我们在无线通信中使用的定向通信形式,人为控制天线的发射功率和方向,或采用跳频通信等,可以减少敌方截获的概率; 对于无意辐射的信号进行防护时,可以使用一些特殊的合金夹层,比如数据传输接口中常见的铝合金缠绕就可以屏蔽设备的磁场感应; 针对敌方反辐射武器和电磁定向能武器的硬摧毁,我们则必须采取外形伪装、隐真示假、冗余配置以及过磁保护、静电保护等手段,防止敌电子进攻对我方赛博空间关键节点的毁伤破坏.

  三、赛博空间作战电子战对策

  从赛博空间的定义中我们知道,赛博空间是利用电子和电磁频谱存储、修改并交换数据的领域,其包含了整个电磁频谱空间.因此,在进行赛博作战时,我们可以使用的电子战手段主要包括:

  ( 一) 电子侦察

  21 世纪的战争将是 "兵马未动, 电子先行",通过近几场局部战争,我们可以发现,随着大量电子侦察装备的运用,战场透明度在大大提高.在未来赛博作战空间内,四通八达的电子触角将伸向陆、海、空、天各个领域,形成全方位、全时域、大纵深、立体化的电子侦察网.[2]

  电子侦察的目的是告诉战场指挥官一个基本事实: 在赛博作战空间内哪里有辐射源存在,他的 "身份"( 基本辐射特征) 和他的威胁程度( 活动情况) ,这些事实是由电子侦察形成的电子战斗序列辐射源文件来描述的,是持续监视侦察的结果.赛博战所应具备的电子侦察能力应能够观测正在发生的一切,概括地讲他就是实时精确定位和快速识别.这种能力将通过传感器协同联网来实现,如多个侦察站联网或多架飞机协同.

  因为一部传感器的数据不可能给出足够精确的目标位置和正确的识别,但是将多个传感器的数据进行融合,就可以显着提高目标位置和识别信息的可信度.未来赛博空间内,电子截获系统的关键能力已从信号详细分析识别转到关于辐射源位置的相对信息量的提取,特别是在低信噪比情况下的截获和高分辨率测量.掌握电磁信息已被看作是一种作战力量,与坦克飞机的武器力量相比,它更能主导战场的主动权.

  ( 二) "舒特"攻击技术

  "舒特"是美国空军研制的一种机载战场网络攻击系统的代号,系统的核心由以 RC -135V/W "联合铆钉" 电子侦察飞机为代表的情报、监视与侦察 ( ISR) 平台,和以 EC - 130H "罗盘呼叫"电子战飞机为代表的进攻性信息战平台组成,并以 RC -135 V/ W 为中心,将以 F -16C/J为代表的进攻性空中作战打击平台集成一体,实现了从传感器到射手、信息火力一体的作战网络.[3]

  其以敌方电子信息系统的雷达、通信系统的天线为入口,能够采取无线注入等方式渗入敌方的防空雷达网,进入敌防空网后,操作人员通过屏幕图像实时监视敌方雷达,并根据具体情况采取以下措施: 产生假目标; 引导雷达在错误方向上搜索; 用假目标或信息 "淹没"其系统; 迫使其系统转换工作模式; 植入算法软件包,控制其网络并操纵其雷达转动.从技术上讲,"舒特"攻击实际上是一种集战场侦察、电子干扰、网络攻击、精确打击于一体的综合性进攻技术.它是美国空军在网络中心战思想的指导下,正在大力发展的侦察打击一体化作战系统的新模式.[4]

  其攻击过程如下:

  第一步,对目标实施电子侦察,使用 RC -135 U / V / W 电子侦察飞机在敌防空区外进行信号和信息侦察,及时掌握敌防空体系的无线电联络内容.

  第二步,根据作战目的选择攻击方式.第一种方式是通过数据链路将目标信息传递给 EA -6B,EA - 18G 等电子战飞机后,由其对预定目标实施电子干扰; 第二种方式是通过数据链路将目标信息传递给 F -16CJ 或其他战斗机,由其对预定目标实施反辐射攻击或精确火力打击; 第三种方式是通过数据链路将目标信息传递给 EC -130H 专用电子战飞机,由其对预定目标实施网络战攻击.[5]

  第三步,实施 "舒特"网络攻击.当地面指控中心决定以 EC -130H 专用电子战飞机对预定目标实施攻击时,首先由 RC - 135U/V/W 电子侦察飞机通过网络中心目标瞄准系统,对敌方辐射源进行高精度定位,然后由 EC -130H 专用电子战飞机向敌方雷达或通信系统的天线发射电子脉冲信号.与传统的电子干扰或电磁脉冲攻击不同的是,这些电子脉冲流不是使用过载的 "噪音"或能量淹没敌电子设备,而是向敌人脆弱的处理节点植入定制的信号,包括专业算法和恶意程序.[6]

  巧妙渗入敌方防空雷达网络,或窥测敌方雷达屏幕信息,或实施干扰和欺骗,或冒充敌方网络管理员身份接管系统,操纵雷达天线转向,使其无法发现来袭目标.

  ( 三) 下一代干扰机

  美国海军正全力推进下一代干扰机( NGJ) 吊舱的研发工作,力争在 2020 年前将其部署到 EA- 18G"咆哮者"电子战飞机上,取代当前部署在EA - 18G 和 EA - 6B 飞机上的 AN / ALQ - 99 干扰吊舱.然后 NGJ 有可能装备于海军陆战队的 F -35B"闪电"II 联合攻击战机和长航时无人机上.

  NGJ 的设计旨在用干扰措施、高功率微波来攻击敌方的电子设备,并用算法包入侵敌方网络.NGJ 将进行一些关键的技术革新,在提出作战需求和预算允许的情况下,其它技术也会作为升级包来进行添加.美国海军目前正在进行为期33 个月的技术成熟度研究工作,重点是开发中波段干扰机.美军设想的中波段干扰将是双吊舱方案,能对飞机进行 360 度覆盖.飞机两侧各有一个吊舱,这一点与当前的系统不同.NGJ 将为其干扰吊舱采用有源电扫阵列 ( AESA) ,与当前采用砷化镓发射/接收模块的 AESA 天线不同,NGJ将采用下一代氮化镓芯片,与机遇砷化镓的硬件相比,新型氮化镓芯片的性能要高十倍以上,包括优越的宽带处理能力.

  各工业团队正在加快高功率电源、数字激励器、数字波束形成、模块化结构、智能干扰、天线孔径、赛博攻击等关键技术的开发.根据 NGJ 的设计理念,美国海军希望 NGJ 具备多种能力,可以以不同的方式对付各种威胁.

  美军的 NGJ 将比以往任何干扰机的功率都大,同时更加精确和灵敏,未来还会增加赛博战的特点.尽管赛博攻击能力并不是 NGJ 初期应具备的能力之一,但是已经有承包商声明其正在考虑为NGJ 提供类似 "舒特" 的技术.如果这种技术能够成功应用,届时 NGJ 将具备参与赛博攻击行动的能力,能使包含专门算法的数据流通过对方雷达天线孔径进入对方综合防空系统,窃取对方综合防空系统网络正在或已经收集的雷达情报数据,甚至还有可能直接接管对方综合防空系统的管理权限,达到普通电子攻击难以实现的目的.

  ( 四) 高功率微波武器

  1. 高功率微波武器的概念

    高功率微波武器 ( high power microwaveweapon,HPMW) 又称射频武器,是利用定向发射的高功率微波束毁坏敌方电子设备和杀伤敌方人员的一种定向能武器.这种武器的辐射频率除核电磁脉冲弹外一般在 1 -30 GHz,峰值功率在GW 级.[7]

  高功率微波武器主要分为单脉冲式电磁脉冲弹和多脉冲式高功率微波雷达 2 种类型.电磁脉冲弹又可分为核爆激励和常规炸药激励 2 种,利用爆炸源激励压缩磁通量的方法把炸药能量转换成电磁能,再由微波器件把电子束能量转换为高能微波脉冲能量由天线发射出去.

  高功率微波雷达主要由微波产生器、重复频率加速器、高增益定向辐射天线等组成.微波产生器用于发射微波电磁脉冲,经重复频率加速器作用后由高增益定向天线将微波波束汇聚成方向性极强、能量极高的波束向外发射.

  2. 高功率微波武器的作战原理

  高功率微波武器主要通过 "前门"或 "后门"耦合至照射目标的电子信息系统,对电子器件实施干扰、破坏,或对照射目标内部的指挥操作人员进行扰乱、杀伤. "前门"主要是指照射目标的各种天线如搜索天线、高度雷达天线、指挥系统指令接收天线等. "后门"主要是指照射目标的电源导线、传输电缆、孔洞缝隙、系统回路等.电磁脉冲的能量通过它们耦合到照射目标内部,对其电子设备和指挥操作人员造成破坏、杀伤.[8]

  3. 高功率微波武器的杀伤机理

  高功率微波武器是主要通过高功率微波在与照射目标相互作用的过程中产生的 "电效应"和"生物效应"分别对其电子设备和指挥操作人员造成杀伤破坏的.

  高功率微波的 "电效应"是指高功率微波在射向电子设备时在目标结构的金属表面或金属导线上感应出电流或电压从而产生多种破坏效应.

  关于高功率微波武器针对电子设备的作战效能,美军提出了"D4"概念,即 拒 止 ( deny) 、削 弱( degrade) 、破坏 ( damage) 、摧毁 ( destroy) .[9]

  "拒止"含义是指对敌方系统硬件不造成破坏,只是暂时使其丧失能力并能够自动恢复; "削弱"的含义是指使敌方系统的能力丧失,往往需要重新启动才能恢复,可能会对硬件产生稍许破坏;"破坏"含义是指对敌方系统造成中度的硬件损伤,系统必须经过维修或更换部件才能恢复正常,是一种持久性的损伤; "摧毁"的含义是指对敌方系统造成彻底的破坏,是持久性的、无法靠局部维护恢复功能的破坏.

  高功率微波的 "生物效应"包括 "热生物效应"和 "非热生物效应". "热生物效应"是指高功率微波对照射目标加热导致温度升高而引起的效应.如 0. 5 瓦/平方厘米的微波功率密度将会烧伤人体皮肤; 达到 20 瓦/平方厘米时,2 秒可造成 Ш 度烧伤; 当能量密度达到 80 瓦/平方厘米时,只需要 1 秒时间,即可造成人员死亡."非热生物效应"是指较弱的微波能量照射到人体和其他动物后所引起的一系列生理反常症状.

  前苏联和美国的科学家分别实验表明,当人员受到能量密度为 3 - 13 毫瓦/平方厘米的微波波束照射时,会产生神经混乱、行为错误; 微波功率密度达到 10 -50 瓦/平方厘米时,频率在 10G 赫兹以下时,可使人发生痉挛或失去知觉; 达到100 毫瓦 / 平方厘米时,心肺功能将会衰弱.[10]

  四、结束语

  它山之石,可以攻玉,美军 "舒特"技术不仅向我们展示了赛博战的魅力,更是给了我们很多的启发.无论从技术还是从战术角度出发,赛博空间战都还不成熟,目前还处于发展阶段.但毋庸置疑的是,赛博空间必将成为未来信息作战一个全新的领域,而作为赛博战中重要的作战样式,电子战必将会产生至关重要的作用,成为夺取战争胜利的重要保障.

  [参考文献]

  [1] 严思静,冯渊,姜红军. 赛博空间与赛博空间探析[J]. 外国军事学术,2010( 3) : 38 -39.

  [2] 陈增运,王树林,无形利剑电子战[M]. 河北科技出版社,2001: 99 -100.

  [3] 郭庆丰. 透过美国空军"舒特"计划探析战场网络战[J]. 空军装备研究,2010( 2) : 58 -59.

  [4] 赵捷,王世忠,王运献. 美军的机载"舒特"攻击系统[J]. 军事学术,2009( 10) : 72 -74.

  [5] 许抗,胡德峰,顾敬民. 电子战先锋---美军"舒特"攻击系统[J]. 国防科普,2010( 8) : 76 -78.

  [6] 朱松. 从以色列空袭叙利亚看"舒特"[J]. 国际电子战,2010( 7) : 37 -42.

  [7] 刘东海. 军事技术词典---高功率微波武器,中国人民防空,2002 ( 8) : 50 -50.

  [8] 宫健,王春阳,郭艺夺. 高功率微波武器作战效能建模及仿真[J]. 现代防御技术,2008( 6) : 33 -35.

  [9] 贺元吉,刘彦芝,李传胪. 高功率微波武器与反辐射导弹对抗研究,[J]. 航天电子对抗,2005 ( 4) : 29 -31.

  [10] 杨志焕. 新概念武器的致伤效应及其防治[J]. 中华医学研究与实践,2004 ( 12) : 36 -38.

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