转载网友原创--中国抗击美航母的利器(8)

无线电指令修正+卫星制导的方式原理与标准-3拦截弹相同,通过侦察卫星、无人侦察机或者天波雷达等手段确定目标位置,将信息传给地面控制站,再由控制站通过中继卫星传给弹头,控制系统通过卫星定位导航确定自身位置,引导弹头按照高空控制率进行弹道修正。这种方式原理简单,但是实现的技术难度很大,不仅远程监视系统要能够及时掌握目标位置,而且通讯系统必须工作可靠,能够跨战区传输信息。导弹也无法做到发射后不管,且不能确定美国人是否会在导弹发射升空后击毁我临空侦察卫星。因此这种方式用来发展应急产品可以,但不适合作为主要研究方向。被动雷达制导需要目标用远程雷达搜索弹头,这样才能实现对目标的定位,当打击承担远程导弹拦截任务的巡洋舰、驱逐舰时可以采用这种方法,其他军舰由于不具备搜索远程高空小目标的能力,很可能反而会关闭对空警戒雷达,使弹头无法发现目标。因此不适合单独作为高空制导手段,而应与其他方式配合使用,对抗敌方的电子干扰。



多模态微波制导是一种新的制导技术,它通常用于地球物理探测,主要的观测仪器包括微波辐射计、微波散射计和微波高度计。微波辐射计主要用于探测土壤温度、降水、大气水汽含量、积雪、土壤成分、海面温度;还可以得到植被生长情况,对农作物进行估产。地物的微波辐射机理不同于地物对雷达电波的反射,它一方面同地物的物理温度相关,这与红外辐射类似;另一方面又同地物表面材料对该频段微波的反射能力成反比,这是因为地物对电波反射能力越强,其吸收能力就越弱,从而其自身的微波辐射就越弱。我国电波研究所在1992年10月10日进行了首次微波辐射计对飞机的探测试验,证实其对飞机的探测是可行的,对于涂有吸波涂料的隐身飞机探测效果更佳。99年发表的《海洋船舶的微波辐射遥感研究》讨论了海洋、天空及陆地等背景微波辐射特性,给出了计算船舶目标与海洋背景的天线温度对比度的公式,并给出8mm及3mm波段在几种背景的辐射温度曲线和不同高度下的海上目标的天线温度对比度的计算和测量数据,介绍了毫米波辐射计探测海上船舶的实用的试验方法以及其应用前景。微波散射计产生的高频极化能量脉冲发射至地表,脉冲到达地面后,部分入射波经散射返回至散射计,散射强度与海面上的表面张力波和重力波(Bragg 散射)的振幅成正比,而这些波又与海面附近的风速有关,根据从不同方向角上测得的雷达后向散射还可以确定风向,故可以推算全球近海面风矢量,可应用于海洋动力研究、海况预测及灾害监测等许多方面。微波高度计根据对高度的测量可获得海浪的有效波高、海洋环流等海洋动力学参数。我国空间中从2001年底开始在863-13主题的支持下,开展高空间分辨率的X波段综合孔径微波辐射计的研制,成像精度达到厘米级。神州四号上搭载了利用我国独创技术研制的多模态微波遥感器,集成了三种仪器的功能,重量仅100多千克,不足国外系统的一半。



船舶表面与表层海水的材料截然不同,对微波的反射能力差距巨大;微波辐射计不受其他电信号的直接干扰,难以通过电子干扰手段进行对抗;大型军舰体积庞大,长度在150-350米之间,是巨大的微波辐射黑体,容易与水面区分,这些都为多模态微波遥感制导创造了条件。微波辐射计可能用于分析物体表面材料和温度,区分水面与船舶。微波散射计测量水面的表面张力波和重力波振幅,可能用于区分海面和舰艇尾流。微波高度计测量弹头高度,弹载控制系统可根据与目标的相对位置来对照参考发射时装填的目标初始位置,排除其他舰艇。美军可采用舰艇喷雾技术来用水雾遮挡舰艇,但是即便如此,也无法模拟水面的表面张力波和重力波振幅,从而可以被微波散射计识别。



根据资料判断,我国反舰弹道导弹弹头的低空机动范围根据气动控制方式的不同和是否安装发动机在20-60-150千米之间,弹头从结束高空制导段到开始低空制导段,间隔时间超过40秒。这段时间内目标最大机动范围1千米,弹头惯导飞行误差160米,因此高空制导段必须将15-42千米的系统误差缩小到18-55千米以内。由此可以看出,当初始定位误差小于6千米或者弹头低空机动距离超过60千米,导弹的高空制导即使无法进行也可以最终打击目标。当导弹的低空机动范围在20千米时,需要四颗导弹才能覆盖目标可能的机动区域(在此只考虑初始定位误差小于30千米的情况)。



陆基X波段导弹跟踪雷达(GBR雷达)对弹头的发现/搜索距离为530/320千米,对侧面为800/500—1000/600千米,美国海基X波段导弹跟踪雷达(SBR)的性能与GBR雷达相似,推断其发现距离同样为530千米。虽然SBR雷达可以在海上机动,但是毫无自卫能力,无法脱离舰队保护;航母舰队要保护SBR雷达就只能以5节的速度机动,基本被限制在固定海域,所以假定该雷达不会参与与我军的战斗。即使SBR雷达参战,由于不能脱离舰队保护,所以它只能呆在航母群内部。与前出200千米的驱逐舰AN/SPY-1E雷达相比,对弹头的实际发现距离基本相当。推测美军不会为了几十千米的探测距离优势令整个航母群丧失快速机动能力,因裁判段SBR不参战,由琉球、韩国的GBR雷达代替。GBR雷达对弹头侧面的发现距离在800-1000千米之间,我军弹道导弹的发射地点只要在赣州以南,弹道轨迹与GBR雷达的距离就在750千米以上,从海南发射则是1100千米,再加上强烈的电子干扰,其能否发现导弹弹头还是问题,更不要说进行跟踪提供弹道数据。因此判定,SMD系统只能用AN/SPY-1E雷达搜索/跟踪目标。



GBR雷达平均功率170千瓦,AN/SPY-1E雷达平均功率约为80千瓦,仅为GBR雷达的47%,但是AN/SPY-1E雷达是S波段,同等功率下探测距离比X波段要增加不少。例如德国APAR雷达采用X波段,平均功率16千瓦,探测距离150千米,英国Sampson雷达采用S波段,平均功率25千瓦,探测距离400千米,两者同等功率下探测距离相差60%。因此判断AN/SPY-1E雷达对反舰导弹弹头在无电子干扰的情况下正面发现/跟踪距离为400/250千米,侧面发现/跟踪距离为600/350—780/480千米。AN/SPY-1D(V)雷达2000千米横向距离分辨率48千米,角波束宽1.5度,假定方位跟踪角0.5度,在200-400千米时对目标的横向定位误差就是8-17千米。AN/SPY-1E雷达可以在S/C双波段工作,假定S波段误差与AN/SPY-1D(V)雷达相同,C波段在200-400千米时对目标的横向定位误差为5-10千米。



T-605秒,地面站计算第二批导弹落点为A航母群驱1-驱5后方海域,判断第二批导弹以三艘航母打击目标。



T-610秒,驱3、驱5发射标准-3拦截弹。标准-3拦截弹LEAP动能弹头的固体轨控姿控推进系统的末段变轨能力约为3千米,也就是说第三级火箭发动机关机时必须将弹头送入与预定拦截点误差不大于3千米的轨道。标准-3拦截弹一、二级火箭分别工作9秒和40秒,将导弹加速到3-6马赫,第三级火箭发动机在大气层外启动,采用指令修正+GPS制导,通过两次点火将LEAP加速到12马赫并对准目标。由于火箭推力有限,标准-3拦截弹只能采用垂直爬升的方式到达100千米以上高度,这一爬升过程至少需要60秒。



虽然有消息说宙斯盾系统可以接收其他探测器获得的目标轨道数据,从而在自身雷达尚未发现目标之前发射拦截弹,但是这样做首先其他探测器获得的目标精度要足够高,在标准-3拦截弹的末端修正范围之内,否则导弹就是放了焰火。其次AN/SP-1E雷达要能够及时截获目标转入跟踪,从而为拦截弹提供中段无线电指令修正,但是对驱3来说这两个条件都不存在。天基红外系统低轨道跟踪卫星只有9颗,本来测轨能力就不足,更不要说其根本无法发现经过冷却器隐藏的弹头。陆基X波段导弹跟踪雷达对隐身目标发现距离有限,还要面对近距离的散布式电子干扰机,无法为宙斯盾提供目标弹道信息。AN/SP-1E雷达虽然有400千米的发现距离,但是跟踪距离只有250千米,这时距离弹头重返大气层不过15秒,拦截器已经来不及修正弹道。所以说只能在舰载雷达发现目标后再发射拦截弹。



AN/SP-1E雷达发现目标后多长时间可以发射标准-3,这也是一个问题。因为距离远目标小,雷达在最初发现的时候并不能准确测量其弹道轨迹,同样需要积累一定时间以减少误差,如果要等到转入跟踪模式才能发射导弹,那么起码需要再等待40秒。而且就算测定了目标弹道,宙斯顿系统解算射击诸元、装填发射信息也是需要时间的,目前其对近距离低空目标从发现到发射导弹的间隔时间在5-8秒,两者合计近50秒,这时弹头都已经进入大气层。出于保守起见,假定美军发现目标后立刻可以发射拦截弹。



拦截弹发射后,AN/SP-1E雷达继续跟踪目标。由于其在400千米距离的横向定位误差高达17千米,无法满足拦截弹头的制导需要,必需根据连续获得的目标数据来修正雷达误差,从而减小目标弹道预测半径。



T-640秒,反舰弹道导弹弹头启动高空发动机修正弹道误差。



T-650秒,首批导弹弹头距离目标200千米,高度90千米,与目标直线距离220千米,结束高空制导段,抛弃液氮屏蔽器重返大气层。气球诱饵被大气层阻力分离,AN/SP-1E雷达识别出弹头目标,确定弹头弹道轨迹。



弹头在重返大气层的过程中将遭遇等离子体形成的黑障,这既妨碍了弹头搜索目标,也保护弹头不被舰载雷达发现。等离子体的密度必须超过空气密度的20%才能够起到阻碍雷达探测的目的,由于产生的等离子体数量有限,随着高度降低空气密度增加,黑障通常在50千米左右高度消失,所以以色列“箭”拦截系统可以在8-50千米高度进行拦截。弹头可以在外表覆盖特殊涂料的烧蚀层,增加等离子体产生数量来延长黑障发生时间,保护弹头不被拦截。



T-670秒,标准-3拦截弹爬升到100千米高度,启动第三级火箭发动机,抛弃头罩,红外探测器搜索目标。这时来袭弹头高度已经低于60千米,LEAP拦截器并不具备在大气层内高速飞行的能力,标准-3导弹拦截失败。



T-690秒,首批导弹弹头距离目标80千米,高度30千米,速度12马赫,开始拉攻角减速转弯,沿S形弹道飞向目标,此时弹头飞行路线与目标夹角约为20-30度,弹载雷达开机搜索目标。弹头表面烧蚀层烧完之后,周围等离子体数量急速减少黑障消失,雷达恢复正常工作环境。



T-700秒,AN/SPY-1E雷达发现低空目标转入跟踪,宙斯顿系统解算弹头弹道,为标准-2导弹装填发射数据,MK-41发射器连续发射多枚拦截弹。虽然根据红外系统的跟踪数据,宙斯顿系统可以提前启动标准-6导弹,完成激光陀螺校准、制导头冷却等工作,但红外系统无法确定目标的距离,所以不能发射导弹。如果舰载数据链能够及时交换目标信息,可以通过解算多艘军舰在不同角度的跟踪角速度来判断目标距离,但目前还没有这方面的报道。标准-6导弹预计2011年12月完成研制工作,因此只能用标准-2block3B导弹进行拦截。标准-2导弹最大飞行速度3马赫,垂直爬升速度估计为2马赫,爬升到20千米高度需要大约30秒;宙斯盾系统从发现目标转入跟踪到发射导弹有5-8秒的时间延迟,因此只能在弹头转入垂直段后拦截。



T-720秒,弹头距离目标20千米,高度16千米,速度6马赫,开始拉高爬升减速。红外制导窗口抛离保护盖,内置冷却系统工作,红外探测器搜索目标。现代高级红外探测器对航母类目标的发现距离在70千米以上,但是受窗口温度的影响,无法在10马赫以上速度正常工作,因此只能在减速后抛盖搜索。



T-735秒,弹头距离目标2千米,高度20千米,速度4马赫,转入垂直俯冲;标准-2block3B导弹进行拦截。理论上弹头的高度和速度都处于防空导弹的拦截区,但是由于弹头速度是防空导弹速度的1.6倍,且在进行不规则的摆动式弹道突防,因此很容易甩开防空导弹。标准-2block3B导弹采用气动舵进行控制,在20千米高度空气稀薄,难以做出高g机动,也会影响拦截效率。当然标准导弹仍然有拦截的可能,只不过拦截率较低,提康德罗加级巡洋舰和伯克级驱逐舰都有3部AN/SPG-62型火控雷达,配合无线电指令制导,可以以每秒一枚防空导弹的速度进行拦截,如果标准-2导弹发射后的最低作战高度是2千米,那么能进行12次拦截。拉姆导弹最大有效射高不超过4千米,拦截次数最多2次。作为参考资料,美国PAC-2导弹对某型东风弹道导弹的拦截率仅为20%。



T-750秒,弹头命中目标,摧毁敌舰。弹头在末端采用红外成像制导,不仅提高了抗干扰能力,而提高了命中精度,可以精确选择命中点。在对驱逐舰时弹头无论命中哪里都可摧毁敌舰,但航母水平甲板厚度超过78毫米,飞行甲板表面还有一层用于防止飞机刮擦甲板的水泥,要直接穿透甲板需加厚弹壳,造成装药量减少,从舷侧命中就能避开重重装甲。而且航母内最致命的区域是弹药库、反应堆舱和轮机舱,精确选择命中点可以让弹头攻击这些区域,从而达成最佳效果。假设弹头战斗部重600千克,参考SS-N-22反舰导弹战斗部的炸药比例,估计可装药200-300千克,在航母内部爆炸时这足以造成重创,命中弹药库、轮机舱等部位则能够击沉航母。



T-760秒,驱8发现第二批反舰弹道导弹中的某一枚。



T-770秒,驱8发射标准-3拦截弹。



T-780秒,第二批导弹进入高空制导段。



T-820秒,第二批反舰导弹弹头启动高空发动机修正弹道误差。



T-830秒,标准-3拦截弹爬升到100千米高度。反舰导弹弹头结束高空制导段,抛弃液氮屏蔽器重返大气层,此时标准-3拦截弹与来袭弹头水平距离100千米,高差10千米,拦截失败。标准-3导弹即使可以45度角倾斜爬升,直接迎击来袭弹头,也需要80秒才能到达100千米以上高度,这时弹头早已重返大气层。



T-930秒,第二批反舰弹道导弹命中航母。


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