转载网友原创--中国抗击美航母的利器(7)

弹头在重返大气层之前需要进行高空制导,搜索目标并判定相对距离,在重返大气层进行高高空滑翔时调整弹道轨迹。进行制导需要弹头探测目标,因此不能将其完全屏蔽,必须留出天线窗口。在这种情况下,使用箔条云阻碍雷达探测、表面镀金属膜内藏弹头的巨型气球、内部填充等离子体的雷达透波气球等措施均无法使用。可以采用的方法包括将弹头安装在铝制液氮隔热罩内,释放大小形状与弹头相近似,长度、直径和鼻锥曲率半径均有所不同的5-10个气球,气球表面镀金属膜,外覆相同的雷达吸波涂料,通过安装配重使其产生不同的章动角和进动周期,控制母舱释放气球的过程形成不同的翻滚周期;对气球进行冷却,在气球内部安装电热膜,不同位置的电热膜设定不同的加热温度,气球之间的加热温度保持差异。这样的气球就是差异化诱饵,而弹头也具有反模拟诱饵的性质。普通弹道导弹所携带的反识别措施一般占导弹有效截荷的5%~10%,但为了对抗SMD系统,有必要增加突防设备重量,对东风-21导弹来说可以放宽到80-100千克,差异化气球诱饵的重量可能仅为2-3千克,携带气球后还有足够的搭载重量安装雷达干扰机等设备。



隔热罩是由金属壳制成的“冷屏”其内外壁之间形成空腔,通入液氮,把整个弹头罩起来,使弹头外表面冷却到红外导引头难以发现的程度。壳材料采用铝合金,并且用热绝缘栓和弹头挡热层连接在一起,中间用镀铝聚酯薄膜和尼龙网多次叠层组成的绝热层对“冷屏”作热绝缘。这样由外及里,依次为充液氮的“冷屏”、绝热层、弹头挡热层和弹头。高空探测天线布置在冷却器侧面,同样进行冷却。对于一种典型的2-3米高的弹头而言,这样的铝冷屏本身重大约15-20公斤;冷却到液氮77K的温度需要同样重量的冷却剂;另外为了维持这一温度,300克/分的冷却剂是必须的。因此对飞行时间在12分钟内的弹道导弹来说,需要40公斤的重量。THAAD、标准-3拦截弹的红外寻的探测器可探测的波长为3微米~10微米,根据红外辐射强度与温度的四次方成正比的计算公式,一个处于液氮温度(78K)弹头发出的5微米的红外信号强度,要比普通自由段表面温度300K弹头的辐射信号弱220倍。也就是说如果拦截弹可以在300千米外发现普通弹头,对冷却后弹头的发现距离就只有1.36千米,对于标准-3拦截弹来说可视为根本无法发现。为了防止弹头反射地球辉光到拦截器上暴露目标,“冷屏”红外隐形的弹头在导弹释放时部署成绕对称轴慢转的稳定自旋状,并且在再入大气层时作某种取向使它的对称轴与它的速度矢量成一直线。



美国海基中段拦截系统主要依靠X波段跟踪雷达、AN/SPY-1E雷达识别目标,引导导弹将拦截器送入拦截轨道。其主要识别途径包括:特征识别,通过雷达回波信号的幅度、相位、极化频率特征及其变化来估计目标的飞行姿态、结构特征、材料特征等。成像识别,即获取目标图像,进而确定目标的尺寸、形状、材料。具体步骤如下:



1、通过高分辨雷达成像获取目标的结构特征信息,从目标群中识别出具有锥体结构特性的目标,判断目标的飞行姿态和尺寸。根据雷达极化信息确认目标表面材料电磁参数



2、根据锥体目标的进动数学模型,结合锥体目标在不同姿态角下RCS,得到目标进动状态下的RCS回波模板,当确定锥体目标RCS回波周期分量中不是目标翻滚时,基于RCS序列估计出章动角和进动周期,进而计算出目标的形状、质量分布等特征。



3、将上述不同措施确定出来的目标 作为威胁目标,通过积累观测综合评判目标类型。



红外设备在弹道中段测量弹头及诱饵的三个参数作为弹道中段光学识别的依据,即目标的表面温度及其变化率、目标的辐射强度及其变化率和目标的有效辐射面积,并把这些测量值和被测目标的运动特性、辐射特性联系起来,结合先验识别判断和算法,识别真假弹头。其中温度和辐射强度变化率是识别判据的关键性参数,因为他们集中反映了目标的物理特征和动力学特征。特别在地面不能提供目标—拦截弹相对位置和红外光学系统不能测距情况下,更是唯一的识别标准。



(SM-3在几百米距离上拍摄的图片,使用加热膜进行模拟毫无问题,更不要说在1秒以上距离时)



采取前述措施可使海基中段拦截系统的识别措施全部失效,不能准确分辨真实弹头。气球外形与弹头近似而又有不同差异,成像技术不能区分目标形状;表面镀金属膜,雷达波不能透过气球发现内部是否有弹头存在;外表覆盖相同的雷达吸波涂料,雷达不能区分表面材料电磁特性,红外设备不能依靠辐射波段区分材料;具备不同的章动角、进动周期、翻滚周期,不能区分质量分布;冷却气球,不能区分温度变化率;安装加热膜加热至不同温度,不能区分表面温度、辐射强度,更不能依靠辐射面积过滤点热源。尤其是诱饵的质量分布,是轻型诱饵唯一无法模仿的因素,也是区分差异化诱饵最可靠的识别因素。但弹道中段目标的质量无法直接测量,只能通过进动周期、章动角等因素间接推测,而这些因素同时与质量分布和目标形状有关,通过精心设计诱饵的形状和配重,可以模拟大质量弹头的进动周期与章动角,从而使这一识别方法失效。更重要的是差异化诱饵使拦截系统识别目标的思路失效。不管哪一种识别方式,前提都是建立一个用以区分目标的识别标准,当探测器材测量到目标的参数之后,再依据这套标准区分真假目标,而反模拟诱饵并不使假目标看起来像真的,而是混淆防御方赖以建立判断标准的各种特性,使任何参数上的差异都不能用于区分目标。



当然美国人对差异化诱饵也不是毫无办法,他们可以用ABL战区机载激光拦截系统来区分目标,轻型诱饵(即各种气球)质量小壳体薄耐热性差,当受到高能激光照射时会因为高温导致气球破裂,即使不破裂也会因为光压作用而改变飞行轨迹,从而与真弹头区分开。但是目前来说这还仅仅是一个构想,甚至没有开始实际计划。ABL采用红外设备跟踪上升段导弹,导弹喷焰与大气背景的温度差异在1400K以上,而弹道中段的弹头与环境温差仅300K,根据辐射强度与物体温度的四次方成正比的计算公式,可以计算出两者的辐射强度相差488倍。ABL如果能跟踪300千米外的弹头,其对上升段导弹的观测距离将达到14.64万千米,而目前同步轨道预警卫星也仅在3.6万千米距离探测导弹发射,不足上述距离的四分之一。ABL的导弹拦截距离是400千米,很难想象它会配备探测距离超过作战距离400倍的红外探测器。天基红外系统的跟踪卫星可以在1000千米距离上跟踪分离后的弹头,是因为它采用ABL跟踪助推段导弹不需要的长波段红外设备。因此不进行重大改装,ABL是不具备跟踪大气层外弹头能力的。而且ABL也不可能采用通过数据链接收雷达探测信息的方法来跟踪弹头,激光不像导弹一样可以在末端制导来修正目标初始定位误差,只要定位精度不足就肯定无法命中。ABL光斑直径仅0.05米,即使将单位面积功率降低到十万分之一,光束直径也仅有15米,这相当于将3兆瓦的激光器功率下降到30瓦,是否能影响400千米外的诱饵还不确定。X波段跟踪雷达在300千米的距离上也有数千米的方位误差,不足以引导激光器照射目标。因此判断,至少在2010年美国人还无法应对差异化诱饵。而且对于使用液氮冷却的弹头和诱饵,ABL即使进行改装也无法拦截。



提及ABL,也许有人认为可以用它在弹道中段、末段进行拦截,但是这样做还不现实。首先是ABL能否发现目标,除了助推段之外,弹道其他部分没有火箭喷焰可供追踪,即使是高空发动机工作时间也很短,甚至可能不安装。其次是破坏效应与目标性质的问题,助推段拦截其实是激光用高温高压降低燃料箱铝合金外壳强度,从而被高速气流冲击造成破坏,这样一次照射3-5秒钟即可。而导弹在中段末段只剩下弹头,重返过程中弹头要承受几十个大气压和上千摄氏度的温度,本来就具有高温高压耐受能力,激光器射击时间恐怕要延长到20-30秒,这时ABL自身就先受不了。再次是种种对抗措施的应用,如直径1.4米的导弹仅靠弹体旋转,就能让光斑直径0.1米的激光器破坏时间延长44倍,这样激光器攻击的难度更大。还有ABL的攻击间隔时间,目前非全功率发射实验中仅能做到小于10分钟,也就是说根本不能对抗多目标攻击。而且ABL使用的是碘氧化学激光器,射击前需要进行预热,其携带的过氧化氢和氟化碘燃料只能够射击15分钟,虽然理论上可以射击一百次,但一次预热就要3-5分钟,所以ABL的燃料消耗极快,对抗多批次目标的能力较弱。由于需要预热,它也无法拦截突然出现的目标,需要事先获得目标预警开始预热,否则就会错过2分钟的导弹发动机工作时间。然后还有服役时间,原计划2010年服役12架,但现在来看2010年能开始服役就不错了,根本形不成战区连续掩护。所以对于ABL进行导弹拦截,还是不要抱什么希望。



在无法识别诱饵的情况下,美国人要么拦截全部诱饵,要么选择一个比较“像”的目标进行拦截。考虑到SMD系统还不能在远距离拦截多个目标,为了让下面的对抗还有意义,假定美国人以10%的概率选择了真正的弹头予以拦截。



T-425秒,地面站计算首批导弹落点为A航母群驱3、驱5前方170千米海域,断定首批导弹以具备弹道导弹拦截能力的这两艘驱逐舰为打击目标。



T-480秒,第二批导弹越过弹道最高点下滑10千米,第三级固液混合火箭发动机点火。



T-490秒,预警卫星完成第二批导弹第一次跳跃弹道轨迹测量。



T-525秒,美军地面站计算第二批导弹落点为我警戒舰队前方。



T-560秒,第二批导弹第三级火箭发动机第二次点火,导弹进入第三个抛物线弹道。



T-590秒,第二批导弹第三级火箭发动机第二次关机并与弹头脱离。



T-600秒,第二批导弹施放诱饵;首批4枚导弹弹头距离目标水平距离350千米、高度200千米、直线距离400千米,水平速度分量3000米/秒,垂直速度分量1800米/秒,开始高空制导段;美军AN/SPY-1E雷达发现来袭弹头。假设在反舰弹道导弹发射之后航母的速度是35节,在10分钟内可航行10.8千米,加上最初的定位误差3-30千米及导弹飞行1100千米的制导误差1.1千米,整个系统的最大误差约为15-42千米。虽然小于弹头低空机动范围,但仍有必要进行高空制导修正误差,高空制导的方式包括无线电指令修正+卫星制导、多模态微波制导、被动雷达制导等。



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