转载网友原创--中国抗击美航母的利器(2)

现代航母战斗群具备1500千米以上的打击能力,要有效防御敌人的进攻,就必须在敌尚未进入攻击阵位时将其摧毁。所以反舰弹道导弹的外部侦察系统必须具备2000千米以上的搜索、跟踪能力,有效覆盖东到南方群岛、南至新加坡的广大海域,从而为导弹指引目标。要做到这一点,就必须综合运用包括侦察卫星、电子侦察卫星、超视距天波雷达、无线电监听站、无人侦察机在内的多种手段。

侦察卫星从近地轨道空间观测地面目标,具有范围大、不易拦截等优点,是战区侦察的首选方式。1992年,我国著名航天专家陈芳允先生首次提出了地球环境观测小卫星星座系统的技术方案,星座的轨道参数为7颗太阳同步极轨卫星,高度721千米,倾角98度,平均重复访问周期为100.78分钟,卫星观测幅宽为400千米时可每天两次覆盖全球。2006年3月17日,我国资源卫星应用中心宣布“十一五”期间至后续五年内,我国将发射18颗资源卫星和对地观测小卫星,以及至少2颗海洋卫星,从而拉开了我国侦察卫星星座建设的大幕。小型卫星在目标分辨能力、寿命期内多次机动变轨等方面与大型侦察卫星有一定差距,但航母属于大型目标,即使是较低的分辨率也足以对其进行识别;且战时小型卫星能满足1-2周的使用期即可,对于机动变轨消耗燃料导致的寿命缩短考虑较少,组成侦察网后需要卫星变轨飞行的情况也较少,因此仍然可以满足需要。

曾经有人怀疑侦察卫星无法对海面目标进行精确定位,从而不能担负反舰弹道导弹的侦察任务,但是这个问题并非无法解决。风云二号卫星利用每个时刻卫星的位置(经度、纬度、高度)、卫星姿态(自旋矢量得指向、自旋速度)、扫描仪失配(η、ζ、ρ)、β角等十三个参数进行图像定位,参数计算完成后,可以对VISSR图像进行定位,对每一个图像像元确定其地理经纬度。虽然风云-2同步轨道卫星的精度不足以满足需要,但这项技术应用到低轨道侦察卫星中就能大大缩小误差。

在未来战争中,我国在战前必将及时发射侦察卫星来弥补原有系统的不足,进一步加强我军近地轨道侦察能力。例如2005年8月18日至25日中俄联合军事演习,我国于8月2日从酒泉卫星发射中心发射了一颗担负空间探测和科学试验任务的返回式科学与技术试验卫星,该卫星在太空运行了27天,在中俄联合演习圆满结束后的8月29日上午返回地面,这也是未来战争中我国快速发射侦察卫星的一次预演。2003年我国开拓者一号固体火箭发射成功,它能够在12小时内将100千克的卫星送入地球轨道,是我国应急发射侦察卫星的首选工具。预计在2010年前后的区域战争中,我国轨道运行侦察卫星的数量将超过20枚,对同一区域的重复访问周期缩短到30分钟。

电子侦察卫星与地面监听站都是通过监听无线电信号的方式来进行侦察活动,他们的作用一是侦察敌方雷达的位置和所用频率等性能参数,为战略轰炸机、弹道导弹突防和实施电子干扰提供数据;二是探测敌方军用电台和信号发射设施的位置,以便于窃听和破坏;通过对所获情报的分析,还可进一步揭示敌方军队的调动、部署乃至战略意图。我国对于电子侦察情报绝口不提,只能参考外国电子侦察发展情况来推断。美国海军“白云”天基星座电子情报卫星3颗组成一簇,采用时差法测定舰船位置、航向和航速,定位精度为2—3千米。EDO公司生产的ES-3701战术侦察系统测向精度达到2度,F-22战斗机装备的电子侦察系统对无线电信号的定位精度可达0.5度。美国在日本三泽基地部署有直径330米,高47米的“象栏”全向无线电接收天线,负责捕捉来自各个方向的舰艇通信短波信号,并对其进行精确定位。 “象栏”作为巨型无线电测向天线,其精度必然好于小型定位系统,假如其测向精度为0.1—0.5度,那么在2000千米距离上对目标的定位误差就是3.5—17.5千米,这已经足以为其他侦察手段或反舰导弹提供目标位置。

天波超视距雷达利用中频至高频频段,使电磁波可藉由电离层与地面之间的折射探测地平线以下远距离目标,其探测范围为800—6000千米,对目标的定位精度在20—30千米之间,进一步改进算法后,定位精度可以达到2—3千米。最早用于弹道导弹预警和监视对方轰炸机活动,后来扩展到对海监视、探测隐身飞机和搜索毒贩的小型飞机。我国从1967年开始天波雷达的研究,现已至少部署1部天波雷达,其部队级别为旅级,还有2部天波雷达实验装置。虽然天波雷达缺乏目标分辨能力,但其测速精度极高,可以通过速度分辨目标类型,不会出现有人担心的商船伪装航母群的情况。航母战斗群在起降飞机时速度超过30节,而飞机速度更在100节以上;普通民用船舶的速度很少超过25节,而且绝不会分理出高速目标。商船要伪装航母群还有一个政治问题,那就是目前世界上的商船通过无线电自动识别系统(AIS)来辨别身份,虽然只在视距内可接收信号,但可以通过电子侦察卫星来进行分辨。如果美国人为了军事目的而要求商船关闭自动识别系统,那么其他国家也可以这样做,最终吃亏的还是要打反恐战争的美国人。

在对西太平洋地区的侦察/监视过程中,无人机既可以作为电子侦察卫星的补充,携带无线电接收装置被动探测敌方舰艇、预警机的位置;又可以使用雷达、红外设备主动搜索,对目标进行精确定位与跟踪,弥补天波雷达定位精度低的缺陷。在现有的无人机家族里,高空长航时无人侦察机最适合担任搜索航母群的任务,它可以携带多种侦察设备,绕过敌方雷达、预警机的警戒区,从侧面接近敌航母舰队;并可以长时间监视目标,有利于对战场环境的掌握。西北工业大学2006年度省级精品课程建设项目申请书中包括高空长航时无人机总体设计技术(总装备部十五国防装备预先研究,2001-2005),据此判断,我国的高空长航时无人机将在十一五期间立项研制,大约2010-2015年间装备部队。在大型无人机装备之前,我国可以用渔船、商船、潜艇来发射中型无人机,例如2003年12月首飞的贵航无侦-9型,从而缩小与敌舰队的初始距离,弥补大型机装备前的缺口。

反舰弹道导弹系统打击上千千米外的目标,完全依赖远方侦察系统提供目标信息,需要整个体系能够进行畅通无阻的高速通讯,这样才能够装填数据发射导弹。而由于目标区域距离遥远,低轨道侦察卫星和无人机无法直接与国内通讯,必须经过通讯卫星与中继卫星的传递才能够进行数据传输。目标跟踪与数据中继卫星除在地面站与卫星之间传递数据外,还可以与单个地面测控站构成天基测控体系,取代传统的测控站与测控船,将与低轨道航天器可维持通讯的轨道段占全部轨道段的比例从目前的15%提高到90%以上,而且可真正促成作为武器的洲际导弹或巡航导弹全程战斗弹遥测的实现,从而极大提高导弹的命中精度。国内目前能够找到的这方面资料不多,只有一篇00年发表的《我国跟踪与数据中继卫星星间链路通信频段选择研究》的论文表明有这方面的研究计划,以及00年院士大会学术报告《2020年我国航天器展望和月球探测工》中提到我国将在2020年前发射第一、二代中继卫星。

反舰导弹系统虽然打击海上目标,与海军的任务密不可分,但实际部署中很可能仍旧归属二炮建制,部署在安徽、福建、广东地区,从这些地方发射导弹打击西太平洋目标,可避开部署在日本、韩国的导弹跟踪雷达追踪,提高对方跟踪拦截难度。战争中经中央军委授权,由战区指挥部决定发射时机,经二炮指挥体系下达作战命令。

反舰弹道导弹与常规弹道导弹的区别主要在于弹头的末端制导和机动控制系统,以及弹载数据链、高温透波整流罩、大功率电源等设备,其推进系统与普通弹道导弹并没有本质区别。考虑到研究工作的紧迫要求,以及维持武器通用性、减少后勤负担等方面的考虑,我国不可能从头研制一款全新的导弹,而应该是在现有弹道导弹的基础上,通过换装新型弹头来实现打击水面舰艇的功能。

我国装备有东风—2、3、4、5、11、15、21、31共八种弹道导弹,前四种采用液体火箭发动机,发射准备时间长,不利于打击对时间敏感的机动目标;且这些导弹即将退役,不可能用其改装。东风—11射程仅300千米,甚至不如一些反舰导弹,无力承担突击任务;东风-31属于洲际弹道导弹,其射程远远超过侦察系统的有效监控范围,而且价格极其昂贵,用其改装近乎浪费。东风—15导弹弹头重量500千克射程600千米,仅具备打击近海目标的能力,在这个距离上航空兵同样可以达成作战目标,而且其弹头重量较轻,不利于改装末寻的机动弹头。东风—21导弹弹头重量600千克,根据型号不同射程在1800—2700千米之间,其射程恰好符合侦察系统的监视范围,较大重量的弹头也可以承担更多载荷,用它改装的可能性最大。

反舰弹道导弹有着用于侦察搜索突防的特殊弹道。根据05年发表的《跳跃式弹道方案设计及优化》,弹道导弹携带第三级固液混合火箭发动机,可以将中段传统的抛物线弹道转变为带三个波峰的跳跃式弹道,使得探测系统在导弹再入大气层之前,很难准确探测和计算导弹的落点,从而大大地提高了弹道导弹的突防能力。论文中提到的导弹射程为2700千米,实施优化后跳跃弹道的射程在2100千米以上,这也证明了进行改装的正是东风—21导弹。反舰弹道导弹同时采用我国钱学森院士提出的“弹道—巡航弹道”,在初段、中段采用弹道飞行,末端弹头为重返机动体,在弹道下降过程中通过空动舵或者可变弯尾控制导弹姿态,利用攻角和侧滑角的变化调整导弹的升力和阻力来控制速度矢量的大小和方向,从而调整弹头飞行方向并增加弹头机动范围,实现末端精确制导。根据01年发表的《机动再入飞行器的复合制导方案研究》,弹头在高空制导段开始的初始位置和速度为高度200千米,距离目标300千米,速度12马赫,在高度100千米、距离目标200千米时结束高空制导段,开始高高空滑翔,在距离目标70千米,高度30千米处脱离黑障,开始低空制导段,最终命中目标时横向机动范围60千米,落地速度3马赫,低空最大机动范围20千米。

为了提高突防成功率,需要精心设计弹头形状,在确保重返后机动性的前提下尽量减小雷达反射截面积(RCS),缩短对方雷达的发现/跟踪距离。圆锥体形状的弹头在减小正面60度角范围内的RCS方面具有天然优势,可以将其降到最低,但在侧面降低雷达可探测性的能力不如球形。东风-21甲弹道导弹直径1.4米、长12.3米,起飞重量15.2吨,射程2700千米。如果新型反舰导弹的外形尺寸没有大的变化,推测弹头的直径是1.4米、长2.5米、截面积1.5平米、后倾角约65度,如果弹体底部采用半圆形弹壳,且对方不是正好处在几个特殊的绕射角内,那么正面90度角范围内的雷达反射截面积即大约为0.01平米。目前战斗机采用的雷达隐身技术通常可以将RCS降低1-2个数量级,从10平米降低到1-0.1平米,导弹弹头外形本身就适合减少雷达反射面积,进一步降低的潜力比飞机小,但是弹头在大气层外的弹道中段不需要考虑气动和加热问题,直接在重返阶段将添加的隐身设备烧掉就可以,因此判定RCS降低幅度为一个数量级。通常来说战斗机的侧面RCS比正面要增加1个数量级,考虑锥体外形不利于侧面隐身,因此适当加大。这里假定弹头正面90度角范围内的雷达反射截面积为0.001平米,侧面视角度不同为0.01-0.05平米。不过实际中弹头的雷达反射截面积可能要比预定的数值小一个数量级,这里采用的是保守估计。

导弹弹头需要携带大量的突防、寻的、控制设备,这些部件的重量至少有200千克,这会减少战斗部的重量,从而影响弹头的破坏力,设计师们恐怕不会愿意上千万美元的导弹命中目标之后却无法造成毁灭性破坏,因此有必要加大火箭发动机推力,从而在维持一定射程的情况下提高弹头重量。如果将弹头重量增加到800千克,就足以保持弹头威力。

反舰弹道导弹在发射时装填由远程侦察系统(卫星、无人机)提供的目标数据。我国在战时可能部署超过20枚侦察卫星,可每半小时更新一次目标数据,并由天波雷达进行实时跟踪,对目标定位的最大误差不超过22千米(尼米兹级航母35节航速下20分钟航程),最小误差2千米(卫星/天波雷达定位误差),这足以满足导弹发射的需要。导弹进入距离目标200-350千米的高空制导段时,目标最大可偏离初始定位位置11千米(尼米兹级航母35节航速下10分钟航程),系统误差达到15—38千米,如果不加修正目标可能脱离导弹低空机动范围。对此导弹可以由下一颗经过目标区的卫星提供目标坐标,也可通过被动雷达或者多模态微波观测仪自行探测,假如雷达的测向精度达到1度,定位误差就是3.5千米,远远小于弹头的末端机动范围。在距离目标60千米的低空制导段,弹头速度降低到6马赫以下,可使用主/被动雷达、红外制导头搜索目标,这时弹头高度约20千米,有约20-40度的俯视角,虽然会受到海面杂波的强烈干扰,但航母不是飞机、导弹等低空小目标,它的雷达反射截面积高达十万平米,其雷达特征与海面杂波差别巨大,普通的频率捷变的单脉冲体制的主动雷达也可以发现目标,如美国鱼叉导弹在末端跃起攻击时就有20度的俯视角。

在普通单脉冲体制雷达不能满足制导需要的情况下,也可使用弹载毫米波合成孔径雷达(SAR雷达)进行末端制导,它在方位分辨率上比真实孔径雷达提高一个数量级以上,可实现对目标的直接成像,从而大大提高弹头的抗干扰能力。虽然SAR雷达无法探测正前方的目标,但反舰导弹采用摆动式弹道突防的飞行轨迹就是S形,从而始终与目标保持着一定的夹角,这样既可以提高导弹的突防概率,又适合SAR雷达的应用。我国合成孔径雷达已经应用在反舰导弹、空地导弹、对地观测卫星等领域,02年发表的《弹载合成孔径雷达成像处理及定位误差分析》一文中所描述的反舰导弹飞行轨迹(高空突防、大角度俯冲攻击)即类似于反舰弹道导弹的末端弹道,从侧面证明SAR雷达应用的可能。

虽然低空制导段导弹速度在3-10马赫之间,超出红外制导导弹的常见速度范围,但根据99年发表的《气动光学效应校正技术初步分析》一文所说,红外制导导弹在大气层中高速飞行时,可以采用在侧面开光学窗口的技术措施,并在导弹初制导、中制导阶段采用内冷式保护罩降低窗口温度,即在红外窗口材料内部形成制冷通道,通过流入的制冷介质相变而加热升温实现吸热,从而降低窗口温度、使红外制导头正常工作。这种冷却方式相对外部冷却而言,无需面对液膜气膜在高速气流冲击下不均匀的问题,可以实现更好的观测质量。美国的标准—2防空导弹就采用了窗口冷却技术,但不清楚是内冷还是外冷。即使不使用冷却窗口,也可采用凹进窗口。经过适当设计,其迎风面窗口加热率大约是凹腔上游锥面加热率的10%~20%,而且可以进一步降到10%以下。

弹道导弹进入低空制导段的速度也在6马赫以上,导致弹体表面温度极高,必须采用新型耐高温航天透波材料制造的天线窗与天线罩才能保证雷达与红外探测设备的正常工作。透波材料除在电气上要满足低介电常数、低损耗特性外,还必须具有极为宽的频带特性、高的结构强度和抗雨蚀能力,经得住高速气动加热的抗热冲击能力和极高的工作温度,以及便于成型加工的特性,现在一般认为二氧化硅基和氮化硼基材料是针对远程战略导弹使用天线窗的最佳选用对象。首先在弹道导弹上应用高温透波材料的是美国潘兴—2型弹道导弹,它在弹头侧面安装天线窗,供地形匹配雷达使用。

导弹在高空制导段搜索目标时,完全采用弹载设备进行定位从而实现发射后不管当然最好,但是这样技术比较复杂。采用外界指令修正虽然会增加整个系统的复杂性,但可以降低导弹本身特别是高空制导设备的研制难度。这是导弹需要对自身进行定位,从而判断与目标的相对位置,采用GPS、北斗二期等导航卫星定位最简便易行,而且定位精度较高,同时可以在弹道中段与惯导系统相互保障,减少中段飞行误差。据《中国航空报》报道,“北斗一号”总设计师、国家高轨道通讯卫星首席专家、中国空间技术研究院研究员范本尧表示,我国将在2010年前建成集无源和有源定位于一体的 “北斗” 二代导航定位系统,从而实现对全球范围的覆盖。

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