航母的克星——中国反舰弹道导弹发展探讨

航母的克星——中国反舰弹道导弹发展探讨

2008-02-21 14:31:54 / 个人分类:刊登文章

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作为一支近海防御力量,中国海军建立了以空潜快炮为主的海防体系,然而共和国的决策者们在海湾战争后猛然发现,苦心孤诣40年的心血已经无法继续信任下去,世纪末战争中美国海军以射程1000海里的巡航导弹告诉全世界,你们的海岸——不设防。如果说海湾战争对中国军队还只是震撼,96年的台海冲突则给了海军切肤之痛。没有远洋打击力量,更不具备远海防御能力,堂堂三百万人民解放军竟然无法对抗美国海军的两个航母战斗群。近海防御海军的窘迫就在于无法脱离陆地独立行动,不具备远洋攻防作战体系,不能构筑海上钢铁长城御敌于国门之外,只能作为陆军的附属保卫区区十二海里领海线。

知耻而后勇的中国军队开始奋力追赶,积极开展现代化武器装备的研制工作,将打的赢真正作为军队建设的目标。十年陆军、百年海军,刚刚迈向远海的中国海军在短时间不可能与美国海军正面对峙,然而现实又要求实现对敌人的有效威慑,于是海军必须发展一款能够切实威慑敌航母舰队的利器,为我大舰队的发展赢得时间。在这种情况下,科研工作者们开始探讨、研制反舰弹道导弹,并通过各种途径发布消息,震慑蠢蠢欲动的敌人,也鼓舞落落寡欢的同志。

反舰弹道导弹通常被认为是一种全新的武器,其实并非如此。对弹道导弹自身来说,要打击水面舰艇之类的活动目标主要有两个问题需要解决:一是导弹制导,解决目标脱离瞄准点的问题,要做到能及时发现、跟踪目标;二是导弹控制,要确保准确命中被锁定的目标。这两个问题都不是从项目预研开始才着手解决的,在此之前已经有近似的导弹服役。

1984年服役的美国潘兴-2型中程弹道导弹采用雷达地形匹配制导,与反舰弹道导弹同样需要应用末端精确制导和再入机动飞行技术,两者不过在应用技术的类型上有所区别。在潘兴导弹服役后,我国也展开了类似的研究工作,91年完成、94年发表在《宇航学报》上的《一种适用于攻击地面固定目标的最优再入机动制导率》便是这一工作的阶段性成果,在99年建国五十周年大阅兵中出现的安装了控制弹翼的精确制导战术弹道导弹则向我们正式展示了此项成就。该导弹几乎具备反舰弹道导弹的一切基本技术,包括能配合机动再入技术的控制系统(气动舵和舵机系统)、雷达系统(包括电源)。它的末段飞行轨迹,也是在20-30千米高度弹头拉起平飞,然后转入俯冲以最大半径200米的螺旋弹道方式扫描分析地面景象,在数秒内完成末导寻的区域识别功能,控制弹头以极高的精度命中目标。

实施反舰弹道导弹计划,相对打固定目标弹道导弹的主要技术改进主要有以下三个方面:第一是再入机动制导控制率和计算执行机构的优化,提高突防能力和机动性能;第二是研制新的多模式制导头,使之可以配合飞行弹道搜索海上舰艇;第三是建设用于对远程水面目标初期搜索跟踪的战略战术侦察系统。改进制导控制率和新研制雷达这两个与导弹直接相关的方面,

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在现有对地攻击的精确制导型东风导弹弹头上改进升级即可,马上就可以在专用的“半实物仿真”平台上试验联调,并不需要从头研制,远程实时侦察定位更是与近几十年来侦察系统的发展目标一致。所以说,反舰弹道导弹与潘兴-2、东风-15C等对地精确打击弹道导弹是一脉相承的,具有很大的技术连贯性。

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需求牵引技术发展,在96年的台海危机中,我军切实感受到了美国航母战斗群的巨大威胁,开始研究如何对抗未来战争中美军的干涉,这其中一项重要内容就是如何打击航母编队。91年的论文和99年东风导弹的公开展示,表明我国大约是在96年左右完成导弹系统研制,基本突破“再入机动”技术,使导弹弹头具备末寻的制导和机动控制能力。这时爆发的台海冲突让我国打击航母的需求陡然迫切,使得科技人员开始把弹道导弹机动制导弹头和对抗航母的任务联系起来,进行新一轮的科技攻关与项目论证。尽管传统上军工项目严格保密,但国家强大后也需要展示实力来威慑敌人,于是反舰弹道导弹也在重重迷雾之下偶露峥嵘,给我们一个接触的机会。

2004年第二届中央企业十大杰出青年候选人介绍材料:辛万青博士,中国航天科技集团公司一院一部研究员,96年1月完成博士后流动站研究,进入总体设计部十室从事总体设计工作,作为预研项目负责人完成了弹道导弹攻击航空母舰的概念论证工作,在此项研究中,他剖析了问题的难点以及需要重点解决的关键技术,对弹道导弹攻击航空母舰的制导方法和制导规律进行了深入研究。1997年至2002年,他指导一名硕士研究生、协助指导一名博士生完成了再入制导律设计、再入制导姿控及弹道的六自由度仿真课题的研究工作,该研究成果作为型号预研及研制的基础,发挥了重要作用。他也是00年发表的《再入飞行器攻击慢速目标的制导方案研究》一文的第三作者。

该文章发表于2003年,可以看出我国至少从96年开始对反舰弹道导弹的可能性问题进行研究,在1997研究工作开始之后2003年到本文发表之前的某个时间,该项目已经完成出一定成果评估整个项目是否能够实现的预研工作,在型号发展周期、科研难点、所需投资规模都已经被预研突破,确定能够实现研制目标的前提下,进入项目研制阶段。根据可靠消息,我军打击机动目标弹道导弹在上实际九十年代的上半期就已经进行了详细论证,比96年的台海危机还要早,只不过目前没有可以直接证明这一说法的材料。

在反舰弹道导弹项目上马,海军急需对西太平洋目标监视/定位能力的背景下,国家决定提前实施“863”计划中规划原定于2015-2020年才建成的对地观测小卫星星座。2004年11月16日,国家航天局局长孙来燕博士在国际卫星对地观测委员会(CEOS)第十八届全会上宣布,我国将在2010年前分两阶段建立环境与灾害监测预报小卫星星座,于2007年前发射两颗光学卫星和一颗合成孔径雷达(SAR)卫星,2010年前发射四颗光学卫星和四颗雷达卫星,从而实现对特定区域的目标监控,这也从另一个侧面预示了我国反舰弹道导弹服役的时间,与美军宣称我将在2009年部署反舰弹道导弹的情况相吻合。

反舰弹道导弹系统并不只是一枚导弹,从广义上讲,它包含了侦察、通讯、指挥、作战四大系统,是我军C4ISR体系的缩影和远程作战体系的重要组成部分。它既要依托我军整体作战能力来发挥自身的战斗功能,又能显著提高我军在与强敌进行的现代海战中的突击能力,并为今后我军远程打击系统的建设开辟了一条新路。这与二战期间德国的超级武器有着根本区别,它并不是走加强单件武器威力的老路,而是通过整合、开发各种资源,建立一整套适用于各种不同作战环境、不同任务需求的作战体系,具有极大的发展潜力,其意义与喷气式飞机装备空军相类似。

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。

反舰弹道导弹的主要攻击目标是敌方航母编队,按照美军战术条令,在中等威胁海域实施中、低强度作战时,双航母战斗群是航母编队的典型编成,包括2艘航空母舰、10-12艘驱逐舰、2-4艘核潜艇、2-3艘补给舰,其对抗反舰弹道导弹的主要手段是海基中段防御系统(SMD)。依据携带该系统的军舰的部署位置,可以全程拦截弹道导弹,但主要是中段防御。其作战概念如图所示。

海基中段防御系统是在“海军区域防御”(NAD)系统的基础上,通过改造与新研制相结合而形成的。主要由新研制的标准-3拦截弹、AN/SPY-1E(AN/SPY-2)雷达或新研制的高功率识别(HPD)雷达,以及改进的“宙斯盾”作战系统等构成。SM-3导弹是采用“大气层外轻型射弹”(LEAP)动能杀伤拦截弹头、新的头锥和双推力第3级火箭发动机加装到SM-2block IVA上构成的。新研制的第3级有两种功能:提供附加速度和减少距离误差,以使动能弹头能拦截目标;利用上行链路提供的目标状态和GPS提供的自身状态制导修正航迹,即指令修正加GPS制导。

LEAP动能拦截器质量仅18.5千克,装有采用256*256元长波MCT焦平面列阵,对战术弹道导弹的捕获距离超过300千米,拥有全面加密的数据下行链路能力,固体轨控姿控推进系统的末段变轨能力大于3千米。虽然KKV号称可以在300千米距离截获弹道导弹,但是在这个距离其分辨率不足以识别假目标,SMD还是要依靠雷达进行中段引导和目标识别,KKV仅在最后10秒钟进行末端假目标识别,在最后1秒钟实施机动碰撞目标。下面是THAAD系统的EKV拦截器在距离10千米,撞击时间1.92秒拍摄的目标照片,可以看出尚不足以对目标成像,SM-3的红外制导系统不会有更好的性能。

AN/SPY-1E雷达为适应探测和跟踪TBM 需要,主要改进雷达的计算机程序和设备,允许以更高的仰角工作,并能接收立体的DSP(国防支持计划)卫星数据。为了对抗低可探测性弹头,可能采用特殊的控制程序,将一定距离内(舰艇至大气顶层倾斜距离)的回波全部滤除,从而可以接受大气层外返回的低强度回波,提高对隐身目标的探测能力。为了适应SMD第二阶段计划的需要,1999年美国海军分别与雷锡恩公司和洛马公司签订了价值1.2亿美元的合同,研制大功率识别(HPD)雷达。雷锡恩公司根据成熟的战区高空区域防御(THAAD)X波段地基雷达,为宙斯盾巡洋舰增设一部辅助雷达。而洛马公司推出一种新型的S/C波段雷达方案,称为AN/SPY一1E雷达。根据美军SMD系统block2010规划,新型雷达届时将具备多目标拦截能力,但是从实际情况看,即使是新型舰载雷达在功率、分辨率、波束宽度等方面也与海基X波段雷达差距极大,不足以在远距离同时跟踪多个目标,在来袭弹头采用隐身技术的情况下尤其如此。目标返回的雷达信号强度与距离的四次方成反比,在2倍的距离处跟踪目标需要16倍的雷达时间资源。AN/SPY一1E雷达所要求的多目标拦截,很可能仅限制在近距离,例如经过宙斯盾舰上空的弹道导弹。所以在没有进一步材料证明的情况下,暂时判定宙斯盾舰对远距离目标(直线距离200千米以上)不具备多目标拦截能力。“宙斯盾”作战系统将改进显示系统和计算机程序,以使能预测导弹目标的拦截点和交战边界,为拦截弹装订目标数据,下令发射拦截弹,并在拦截弹飞行过程中提供上行指令。

海基中段拦截系统的作战过程如下:

1、敌方的弹道导弹放射后,美国首先利用预警卫星探测弹道导弹的发射,并将所获取的目标信息传送到地面站,经融合处理后大致判定导弹的发射点与落点,并将这些预警信息传送给宙斯盾军舰上的作战管理与指挥、控制系统。

2、宙斯盾军舰上的作战管理与指挥、控制系统利用预警卫星提供的预警信息,引导AN/SPY-1E雷达搜索、捕获和跟踪目标。

3、SPY-1雷达探测、跟踪来袭的弹道导弹目标,并将所探测到的信息发送给作战管理系统,由其制定交战计划,为SM-3拦截弹装订目标数据和下达发射拦截弹的命令。

4、SM-3拦截弹的第一级助推火箭点火,从“宙斯盾”军舰上垂直发射升空;第一级助推火箭工作大约9秒钟后关机并分离,第二级助推火箭点火,工作大约40秒后关机并分离,把拦截弹推进到大气层外,并达到预定的速度;然后,第三级火箭启动。

5、三级助推火箭是双脉冲工作的固体火箭,首先进行第一次脉冲点火,工作时间大约为10秒,然后,抛掉头锥;接着进行第二次脉冲点火,工作时间也大约为10秒,并对LEAP动能弹头上的导引头进行校准。

6、第三级助推火箭分离后,LEAP动能弹头立即用长波红外导引头探测、跟踪、识别目标,确定瞄准点;在制导系统的控制下,自主寻的,最后通过直接碰撞拦截并摧毁目标。

武器不是展览品,静态介绍某一系统的能力并不足以判断其战斗力,只有在战争中与敌人进行铁与血的对抗,才能体现特定武器系统真实的水平。假定在2010年,台湾地区陷入混乱,我国政府派遣军队恢复当地秩序,台湾军队负隅顽抗试图固守待援。美军以一个三航母战斗群对我前出警戒舰队进行打击,一个双航母战斗群掩护四艘俄亥俄级巡航导弹核潜艇对我登陆部队发动攻击,我远程侦察系统和警戒舰队均发出美军攻击报警,于是战区指挥部命令二炮导弹部队打掉敌人的前沿作战平台,摧毁敌人的战争意志。

我军于2009年开始部署反舰弹道导弹系统,已装备两个导弹旅6个发射营,共计17辆机动发射车。经过战前紧急发射,现有24颗在轨侦察卫星,包括6颗光学侦察卫星、10颗雷达侦察卫星、2颗海洋卫星、6颗电子侦察卫星,对同一地区重复访问时间间隔40分钟,对地面电子信号可实现连续侦察定位。美军海基中段拦截计划已完成block2010规划,18艘宙斯盾巡洋舰/驱逐舰装备AN/SPY-1E雷达完成部署,配备标准-3导弹57枚;西太平洋地区现有12艘军舰具备SMD探测/拦截能力,携带40枚拦截弹。美国天基红外系统已部署2颗大椭圆轨道预警卫星、3颗同步轨道预警卫星、9颗空间跟踪与监视系统卫星,对于战术弹道导弹能实现对重要地区的持续监视。

双方态势如下:美国A航母群包含3艘航母、16艘驱逐舰,位置在东经132度、北纬18度,菲律宾巴布延群岛以东800千米,距我海岸线直线距离1300千米,8艘驱逐舰在舰队前方防御,其中4艘雷达开机,3艘装备AN/SPY-1E雷达;B航母群包含2艘航母、12艘驱逐舰,位置在东经133度、北纬26度,琉球群岛以东600千米,距我海岸线直线距离1200千米。两个航母群各有6艘具备弹道导弹拦截能力的驱逐舰,部署在航母前方100-200千米处。美国在韩国、琉球的移动式X波段导弹跟踪雷达提供导弹中段信息,驻日美军只提供情报支持,不直接参与导弹拦截。我军2个导弹旅部署在赣州,我警戒舰队包括1艘航母7艘驱逐舰3艘攻击核潜艇,位于高雄以东150-300千米,距离美国A航母群前方驱逐舰500千米。

当美国航母群进入战区之后,我军即开始利用侦察卫星、天波雷达、地面监听站等设备对其进行连续跟踪,以保证对战场态势的掌握和反击作战的及时进行。

针对我光学侦察卫星和天波雷达,美军舰队可利用云层掩护来阻断侦察,但是除台湾近海地区外,西太平洋其他海域在一年内出现大范围云层的天数仅为个位数,在我军主导台海战争何时发起的情况下,完全可以避开这种天气,使美军无所遁形。合成孔径雷达侦察卫星可在任何气象条件下对目标进行侦察,对海面舰艇的侦察任务不需要对目标成像,只需要判明舰艇位置和类型,美军即使释放干扰也难以影响卫星定位。而且当美军释放干扰时,其干扰信号正为电子侦察卫星、地面监听站提供了目标;美军水面舰艇为了掌握战场态势,需要不间断地从卫星、预警机那里获得情报,使用16号数据链进行通讯时发射无线电信号被电子侦察卫星接收;美军舰艇使用对空搜索雷达、航空管制雷达、飞机进场引导雷达时也会辐射信号,从而确定舰船位置,而且后两种雷达在驱逐舰上没有装备,一旦信号被截获就可确认是航母。海洋卫星使用多光谱成像仪、合成孔径雷达、微波散射计、辐射计、雷达高度计等多种遥感仪器,具备被动分辨水面大型舰艇的能力,其成像机理与雷达不同,不易受到人为干扰。

目前美军已放弃使用空天导弹杀伤卫星的研究计划,而大功率激光武器拦截卫星在未来几年内还无法进入实战阶段,所以卫星不会受到直接的杀伤,最有可能的是干扰卫星通讯链路,阻断侦察信息传送。干扰与反干扰历来是保密的重点,民用通讯卫星被干扰的案例对于军用卫星能否保持通讯不足以提供判断的依据,但我军通讯卫星可以通过方向性天线将信号传递给通讯中继卫星,并通过它转发到我国内陆,避开美军在西太平洋方向的干扰。所以在此假定我侦察卫星可以及时传递信号,实现对美国航母舰队的跟踪。

天波雷达通过电离层反射雷达信号,其探测效果受电离层波动的影响极大,从理论上讲美军可以通过阿拉斯加的高频主动极光研究计划(HARP,即“竖琴”)干扰我国天波雷达,使其无法跟踪航母舰队。HAARP高频有源极光装置的天线阵网共有180根天线,每根几十米高,发射功率3.6兆瓦。它可以向电离层发射短波电磁波束,能够使地球大气中间层和电离层变热,引发大气层气候的变化和混乱,进而在某些地点改变地球大气中间层和电离层的结构,从而扰乱通讯与探测。竖琴装置位于北纬62度,东经145度,与航母群所在海域距离超过7000千米,与我天波雷达的距离可能超过9000千米。要对我天波雷达和航母群之间的电离层进行干扰,需要将微波发射到距离超过8000千米、高度150-500千米的F层电离层,这超过了地球表面对500千米高度目标2900千米的通视距离,不足以形成直接干扰。另外短波电台对天波雷达的干扰效果在某些情况下也十分严重,但这在平时就可以积累大量资料进行修正,不至于出现突然间受到强烈未知干扰的情况。所以判定我国天波雷达可以正常工作,但定位精度受限制,偶尔出现丢失目标的情况。

美军航母群包含十余艘高速舰艇,与常规商船队差异极大,我天波雷达将从2500-3500千米距离开始对其进行跟踪,并通过电子侦察卫星、监听站和侦察卫星进一步排除商船队,确认航空母舰的位置;并在航母群派出机群靠近战区,大规模发射导弹时发出警报。远程侦察系统对航母的持续跟踪定位精度为2-3千米(电子侦察卫星)、5-10千米(天波雷达),每隔40分钟卫星过顶时的定位精度为1-2千米。美军无法隐藏其舰队位置,始终处于我监控之下。A航母战斗群内的三艘航母代号航1至航3,前方防御的8艘驱逐舰代号驱1至驱8,其中具备弹道导弹拦截能力的驱2至驱5前出200千米,驱7至驱8前出100千米。驱1、驱6无导弹拦截能力,分别前出200、100千米进行防御。经电子侦察卫星确认驱1、3、5、8雷达开机。


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