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对美军航母编队的攻击历时约40分钟,3艘美军航空母舰无一幸免于难

以下,关于航母目标探测的有关内容,取自费愈在2003年发表的一篇研究论文;与反航母作战相关的文字,一年前发表在“天涯”论坛。

航母目标探测与反航母作战

2010年,中国航天专家公开表示,“东风21D”反舰弹道导弹能够击中“缓慢移动的目标”,圆概率误差为几十米。2011年7月11日,在会见来访的美军参联会主席马伦海军上将时,中国军队总参谋长陈炳德上将正式承认“东风21D”反舰弹道导弹项目的存在。由此表明,世界上第一款利用陆基移动发射装置远程攻击行进中航母的武器系统呼之欲出。

“东风21D”反舰弹道导弹能够掠过舰载航空部队,给美军航母致命一击,使美国海军信奉的“舰载航空部队是航母第一道,也是最后一道防线”的作战理念形同虚设。早在2005年,一位美国海军退役少将就曾十分肯定地表示,“中国获得反舰弹道导弹能力的战略价值足以与1964年中国拥有核武器相提并论”。

以一枚“东风21D”反舰弹道导弹4000万元人民币、一艘美军航母及舰载武器装备不低于200亿美元计算,即使以三十枚“东风21D”反舰弹道导弹同时攻击一艘美军航母,作战费效比也高达1比100,再加上对航母舰上军事人员杀伤造成的军事、政治和心理影响,反舰弹道导弹的作战效益极其巨大。

若要具备令人信服的反航母作战能力,必须突破四大技术挑战。首先,在导弹发射之前,C4ISR系统能够提供实时、准确的航母目标信息;其次,C4ISR系统足以支持反航母作战;第三,“东风21D”反舰弹道导弹能够突破美军的导弹防御体系;最后,在弹道末段,导弹弹头有能力发现、跟踪、击中航母目标。

在飞行初始段快速加速,在飞行中段机动变轨,在飞行末段释放分导式多弹头,是弹道导弹突破导弹防御体系的有效手段。对于在“东风21”中程弹道导弹基础上发展起来的“东风21D”反舰弹道导弹而言,对美军航母目标实施饱和攻击是一个更加现实的选择。

导弹弹头以15马赫左右速度再入大气层产生的等离子屏蔽效应会影响导弹制导系统的工作。为此,当“东风21D”反舰弹道导弹抵近航母目标区时,导弹导引头采用被动雷达接收或主动雷达探测方式,搜索和发现航母目标。在提前实施轨道机动后,导弹弹头再入大气层。当弹头速度降至7马赫左右时,再以被动雷达和主动雷达复合制导,跟踪和锁定航母目标,直至击中航母。

航母目标探测与反航母作战(二)

对于中国军队的反航母作战能力,美军极其畏惧,又极度质疑。美军认为,即使借助最有效率的C4ISR系统,从发现航母最新位置,到为反舰弹道导弹装订发射坐标,至少也需要30分钟时间,而且这个时间已经短得十分惊人。如果再加上弹道导弹在空中大约12分钟的飞行时间,在42分钟内,最大时速30节的美军航母已经航行了39公里。弹道导弹的飞行轨迹相对固定,方位调整比较困难,导弹末端战斗部的寻的能力很难满足反航母的作战要求。

在反航母作战体系中,如果排除对“东风21D”反舰弹道导弹作战效能的担忧,真正薄弱的环节就是环环相扣的C4ISR系统。差之毫厘,就会谬之千里。

反舰弹道导弹的射程远,航母目标小、移动速度快,反航母作战对航母目标信息的实时性和准确性有极高的要求。为反航母作战提供航母目标信息的侦察手段可能包括天基系统、超视距雷达以及一些移动的武器系统。

在天基系统当中,甚嚣尘上的“北斗导航卫星”在对移动目标的作战上没有任何实质作用。光学侦察卫星和雷达侦察卫星观测刈幅狭窄,发现海面移动目标犹如大海捞针。倘若依赖其它侦察系统的引导,必然增加系统复杂性,丧失信息实时性。虽然电子侦察卫星和海洋监视卫星的观测范围较大,但前者对航母目标的定位精度难于达到作战要求,后者的系统可靠性令人忧虑。

在反航母作战中,这些天基系统都存在一个共同的致命缺陷,就是侦察信息的数据量大、信息传输路径复杂、信息处理时间滞后,严重妨碍了航母目标信息的实时性要求。

按照电磁波的传播方式,超视距雷达分为地波超视距雷达和天波超视距雷达,前者电磁波通过地球表面绕射,后者电磁波利用空间电离层折射。地波超视距雷达的作用距离较短,对飞机的探测距离为200公里到400公里。美军航母往往活动在第一岛链以东的西太平洋海域,远离地波超视距雷达的作用范围。

天波超视距雷达能够探测900公里到4000公里电离层以下低空目标,获得目标的方位和距离信息,但测量精度较低,分辨率也差,目标定位精度低于30公里。对天波超视距雷达的干扰因素较多,气候变化、北极光和太阳黑子等直接影响天波超视距雷达的性能,甚至令雷达无法正常工作。

在地波超视距雷达和天波超视距雷达的作用范围之外,遗留下从400公里到900公里的探测空白区域。不幸的是,这也正是美军航母在西太平洋的主要活动和作战范围。超视距雷达系统庞大,天线基线长达数十米,甚至上百米,在高强度军事对抗环境中,极易受到攻击,根本不具备战时生存能力。

无人机、作战飞机和潜艇等移动作战武器在一定程度上也可以用于搜索和发现航母目标。不过,在美军航母编队严密的防空和反潜体系面前,这些探测手段能否接近航母活动区域都是一个很大的疑问。即便能够获得航母目标信息,不仅信息的准确性和可靠性无法保证,信息的传递也要依赖中继卫星。这些移动武器系统搜索和发现航母的过程具有随机性,而“东风21D”反舰弹道导弹的作战又必须具有很强的计划性,两者之间的矛盾很难调和。

航母目标探测与反航母作战(三)

虽然反航母作战是针对美军航母的战术行动,但却具有极端重要的战略价值。一个具有威慑力的反航母作战体系,在发现航母目标、识别航母目标、确认航母目标、定位航母目标、传输航母目标和攻击航母目标的所有环节,不能心存任何侥幸,不许出现丝毫偏差。如若不能一击毙命,就将面临万劫不复。

美军航空母舰的目标特征十分明显。航母外形相似、尺寸相近,飞行甲板长333米、宽77米。所有航母装备性能相仿的雷达与通讯设备,具有基本相同的电磁辐射特性。每艘航母拥有数十部雷达,仅在S频段就有SPN-43飞行控制雷达和SPS-48三坐标远程搜索雷达。

S频段电子侦察设备接收天线的基线长度只要几十厘米,一套电子侦察设备可以搭载在一颗小型卫星上。假定卫星轨道高度为560公里,电子侦察设备的视场角为正负40度,星载电子侦察设备就能探测星下点1000公里宽度海域范围的航母目标。

如果电子侦察设备对SPN-43飞行控制雷达的测角精度小于0.3度,卫星姿态测量误差小于0.1度,航母目标的定位误差将小于8公里。利用卫星数字信号处理器对电子侦察设备获取的雷达信号进行分选,可以提取出雷达特征参数,对比预存在数字信号处理器中的美军航母雷达特征数据库,即可识别出航母目标,甚至判断出航母的具体型号。

在小卫星电子侦察设备发现航母目标,并进行初步识别和定位后,可以根据航母目标的初步位置信息,引导小卫星星载CCD光学相机对航母目标区域成像。

研究表明,若要从光学图像中发现目标,在目标线性尺度内至少包含2到5个像元。考虑到航母目标与海面背景之间的灰度差别较小,像元分辨率不应低于7.5米,这就意味着在航母投影平面内像元的个数不少于10×44个。

如果星载光学相机的视场角3度、像元4800×4800个,在560公里轨道高度获得图像的分辨率为6.25米,成像画幅30公里×30公里。即使考虑到电子侦察设备的目标定位误差较大,再加上卫星姿态指向、轨道确定和时钟精度等因素的影响,航母目标也还是一定会出现在卫星图像当中。

若要实现光学图像在轨实时处理和分析,不仅要控制成像区域大小,降低图像分辨率,还要限制像元灰度的量化位数,从而控制原始图像的数据量。若1个像元灰度用4比特编码,一幅4800×4800像元的数据量约为11.5兆字节。

在卫星数字信号处理器中存储若干组对应不同海况和太阳高度角的灰度映射曲线,利用直方图均衡化技术增强图像对比度,就能使海面背景和海上舰船的图像灰度直方图具备典型的双峰特征。适当选取阈值,并将每个像元的灰度值与阈值进行比较,就可将像元划分为两类。像元灰度值大于阈值的像元代表舰船目标,像元灰度值小于阈值的像元代表海面背景。根据大于阈值的像元的局部聚集数量和形状就能够分析判断出舰船的形状和大小,从中识别和确认航母目标。

航母目标的定位精度受卫星姿态、轨道参数、星上时钟、地球模型、安装精度和光学畸变等多种因素的影响,其中卫星姿态测量精度和轨道参数误差占据主导地位。若卫星沿航迹方向位置误差1000米、垂直航迹方向和轨道高度方向的位置误差500米,卫星三轴姿态测量误差小于0.1度,利用光学图像确定的航母目标位置误差将小于2公里,显著优于电子侦察设备的航母目标定位精度。

11D 航母目标探测与反航母作战(四)

“天鹰”小卫星就是将电子侦察设备和光学相机结合在一起,专门用于支持反航母作战的小型卫星。卫星搭载了一套25千克的电子侦察设备和两台总质量18千克的光学相机。两台相机安装在星体滚动轴上靠近星体质心的位置,分别位于星体俯仰轴的一前一后。在驱动机构操控下,每台相机都能绕星体滚动轴摆动,最大摆角40度。

“天鹰”小卫星拥有两个独立的通信通道,分别向反航母作战指挥中心和作战单元传送航母侦察信息。雷达特征参数、原始图像数据和卫星辅助数据以及经过处理的航母目标信息,在数据形成后,存储在卫星的固态存储器内,当卫星经过地面站上空时,利用卫星高数据率通信通道传送到作战指挥中心。这些数据主要用于战情分析和作战决策。低数据率通信通道在战时向作战单元实时传送由数据信号处理器生成的航母目标信息。为了增强作战条件下通信链路的抗干扰能力,低数据率通信通道采用了扩展频谱调制技术。

在对航母目标区域侦察时,卫星星下点与中国东南沿海地区可能相距1000公里左右。为了扩展航母目标信息的传输范围,低数据率通信通道采用宽波束通信天线,波束中心偏离卫星滚动轴方向。当卫星飞经美军航母在西太平洋主要活动区域时,天线波束可以完整覆盖我国东南沿海地区、东海海域和西太平洋东部海域,从而为“东风21D”反舰弹道导弹及执行反航母作战任务的潜艇、飞机和巡航导弹等提供实时的航母目标信息。

“天鹰”小卫星既实现了对美军航母的搜索、发现、识别和确认,又提高了航母目标的定位精度。小卫星隐蔽性强,数据传输可靠,作战过程不依赖任何其它系统,可以在几乎没有任何时间延迟的情况下,直接将航母目标信息传送到“东风21D”反舰弹道导弹作战单元,确保了航母目标信息的准确性、可靠性和实时性。

在轨道控制系统作用下,“天鹰”小卫星还可以在临战前实施机动变轨,以隐蔽侦察企图,确保反航母作战的突然性和有效性。

从“天鹰”小卫星发现美军航母目标到“东风21D”导弹发射升空,存在大约5分钟的时间延迟,如果“东风21D”导弹的最大飞行时间为12分钟,在17分钟内,假定美军航母以30节的最高速度航行,航母偏离原始目标位置的最大距离不超过16公里。考虑到在航母目标信息中含有2公里的定位误差,具有最大18公里位置误差的航母目标仍然处在“东风21D”反舰弹道导弹末端战斗部的有效寻的范围之内。

“天鹰”小卫星技术成熟,研制费用非常低廉,成本仅与2到3枚“东风21D”反舰弹道导弹相当。至今为止,中国航天已经发射了一百多颗卫星,克隆、山寨和模仿是这些卫星的共同特点。反航母作战的特殊要求是“天鹰”小卫星技术创新的源泉,也使“天鹰”小卫星无可争议地成为中国空间飞行器研制历史上唯一的一个世界首创。

航母目标探测与反航母作战(五)

在反航母作战行动中,每一个作战节点都是精确计时、缜密组织、严格执行的。

4月3日22时00分00秒:

按照此前一天“天鹰”小卫星指示的3个美军航母编队的活动海域,海军3个潜艇作战群相继驶离基地。

4月3日22时30分43秒和36分27秒:

为了隐蔽作战企图,利用美军空间监视系统的时滞性,“天鹰A号”和“天鹰B号”小卫星在地面控制中心的遥控指挥下,分别实施一次轨道机动。卫星进入轨道高度560公里、轨道周期96分钟的近圆轨道。次日下午14时30分左右,“天鹰A号”和“天鹰B号”小卫星从北向南经过西太平洋海域,卫星星下点与宫古岛和石垣岛的最近距离分别是290公里和410公里。

4月5日凌晨:

3个潜艇作战群潜入美军航母活动区域外围。在潜航途中,1艘093级潜艇和1艘041级潜艇被P-3C反潜机发现,受到攻击。

12时30时0秒:

第二炮兵3个反舰弹道导弹旅分别携带36枚“东风21D”反舰弹道导弹,先后从战备基地出发,前往预设导弹发射阵地。

13时48分0秒:

90架“歼6改”无人机从中国东南沿海机场陆续起飞,在“歼11”战斗机的护航下,飞向此前一天“天鹰”小卫星指示的3个美军航母编队的活动海域。美日空军战斗机从冲绳基地起飞拦截,与护航的“歼11”战斗机发生激烈空战,双方互有胜负。这是中国空军预警机首次参加空中实战。在经过钓鱼岛上空时,“歼6改”无人机降至100米低空飞行。

13时53分34秒:

美军舰载“鹰眼”预警机发现“歼6改”无人机,指挥第一波舰载F/A-18E/F战斗机起飞拦截。

14时0时0秒:

3个反舰弹道导弹旅抵达1号、2号和3号导弹发射阵地。3个导弹发射阵由北向南分布,距离东南沿海390公里到270公里。导弹旅迅速展开地面设备和卫星数据接收装置,起竖弹道导弹,完成发射平台调校,开始导弹发射模拟测试。为了实施反航母作战,中央军委组成3个5人特谴组,人员来自总参谋部、总政治部和第二炮兵司令部。特谴组亲临导弹发射阵地全权督导反航母作战。

14时15分0秒:

3个反舰弹道导弹旅进入导弹发射前15分钟倒计时作战程序。

14时18分0秒:

海军航空兵3个攻击机群尾随“歼6改”无人机,飞向美军3个航母编队。

14时22分26秒:

美军第二波舰载F/A-18E/F战斗机起飞拦截海军航空兵攻击机。

14时30分02秒:

“天鹰A号”小卫星自北向南飞过北纬30度线。卫星1000公里观测带,完整覆盖了美军3个航母编队活动的西太平洋海域。

14时31分21秒:

在冲绳那霸东南160公里,“天鹰A号”小卫星电子侦察设备发现并识别出“卡尔文森号”航母,初步确定航母位置。

14时31分31秒:

“天鹰A号”小卫星前置相机摆动6.3度,相机光轴对准“卡尔文森号”航母所在方位,拍摄1幅光学照片。

14时31分36秒:

在宫古岛以东320公里,“天鹰A号”小卫星电子侦察设备发现并识别出“华盛顿号”航母,初步确定航母位置。

14时31分41秒:

“天鹰A号”小卫星数字信号处理器完成光学图像识别,确认“卡尔文森号”航母及其准确位置。“天鹰A号”小卫星前置相机复位。

4时31分46秒:

“天鹰A号”小卫星后置相机摆动4.2度,相机光轴对准“华盛顿号”航母所在方位,拍摄1幅光学照片。

14时31分53秒:

在石垣岛以东470公里,“天鹰A号”小卫星电子侦察设备发现并识别出“里根号”航母,初步确定航母位置。

14时31分56秒:

“天鹰A号”小卫星数字信号处理器完成光学图像识别,确认“华盛顿号”航母及其准确位置。“天鹰A号”小卫星后置相机复位。

14时32分03秒:

“天鹰A号”小卫星前置相机摆动9.7度,相机光轴对准“里根号”航母所在方位,拍摄1幅光学照片。

14时32分13秒:

“天鹰A号”小卫星数字信号处理器完成光学图像识别,确认“里根号”航母及其准确位置。“天鹰A号”小卫星前置相机复位。

14时33分14秒:

“天鹰A号”小卫星数字信号处理器将3艘美军航母的高精度位置信息编制成超短帧信息发送格式,通过卫星低数据率通信通道向进入作战状态的3个反舰弹道导弹旅、空军无人机、海军潜艇及航空兵攻击机重复发送航母目标信息。航母目标信息的最大初始延迟时间112秒。

14时33分15秒:

3个反舰弹道导弹旅的卫星数据接收装置收到“天鹰A号”小卫星发送的3艘美军航母目标位置信息。按照战前制定的反航母作战计划,1号、2号、3号发射阵地的“东风21D”反舰弹道导弹分别装订“卡尔文森号”航母、“罗斯福号”航母和“里根号”航母的目标位置信息。空军“歼6改”无人机和海军潜艇及航空兵攻击机也收到“天鹰A号”小卫星发送的航母目标位置信息。“歼6改”无人机立即将航母目标信息装订到“鹰击83”反舰巡航导弹。

14时34分13秒:

“天鹰A号”小卫星完成发现、识别、确认和发送航母目标信息的作战任务,累计作战时间4分12秒。

14时35分15秒:

经过确认航母目标、装订航母目标信息等导弹点火程序后,中央军委特谴组在导弹发射阵地下达攻击美军航母的作战命令。

14时35分57秒:

作为“天鹰A号”小卫星的作战备份星,“天鹰B号”小卫星飞过北纬30度线,开始执行发现、识别、确认和发送航母目标信息的作战任务。

14时36分15秒:

1号、2号和3号导弹发射阵地几乎同时发射了第一波“东风21D”反舰弹道导弹。燃气动力将导弹推出发射筒,在导弹上升到距离地面20米时,导弹一级固体发动机点火,导弹加速升空。30秒后及60秒后,3个导弹发射阵地又分别发射了第二波和第三波“东风21D”导弹。每一个发射阵地在每一个攻击波发射10枚 “东风21D”导弹。在1分钟内,3个反舰弹道导弹旅分别发射了30枚“东风21D”导弹攻击相应的3艘美军航空母舰。在反航母作战中,共发射了90枚“东风21D”反舰弹道导弹。

14时37分13秒:

在飞行到距离美军航母编队280公里时,“歼6改”无人机开始投放“鹰击83”反舰巡航导弹。4分23秒后,“鹰击83”导弹陆续攻击美军航母编队。“鹰击83”导弹的反舰作战持续了8分钟,完整覆盖了“东风21D”导弹的反航母作战时间段。

14时45分43秒:

第一波次“东风21D”导弹开始攻击“里根号”航母,“东风21D”反舰弹道导弹的反航母作战正式开始。

14时46分51秒:

第三波“东风21D”导弹结束攻击“卡尔文森号”航母,“东风21D”反舰弹道导弹的反航母作战全部结束。

14时50分0秒:

尚未从噩梦中惊醒的美军3个航母编队又遭到海军3个潜艇作战群和3个航空兵攻击机群,从海底到空中的猛烈攻击,战斗持续了30分钟。

中国军队对美军航母编队的攻击历时约40分钟。在“东风21D”反舰弹道导弹、“鹰击83”反舰巡航导弹和533毫米重型鱼雷的轮番攻击下,3艘美军航空母舰无一幸免于难,美军航母编队的多艘护卫舰艇也受到重创。参加反航母作战的中国潜艇和攻击机损失超过三分之二。

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      24
      2014/5/17 2:41:15

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      2楼 川中名将
      如果东风21D弹头装的是电磁脉冲武器一样可以瘫痪航母,甚至整个航母编队。
      这个办法好,然后就可以用巡航导弹了,这样价格便宜耶

      2014/10/29 19:34:27
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      中美应该举行一场小型军演:美军派三个航母舰队来西太平洋,中国用不超过三十颗DF21和不得大于一百颗巡航导弹,看看最后效果如何?

      2014/10/29 19:33:28
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      如果东风21D弹头装的是电磁脉冲武器一样可以瘫痪航母,甚至整个航母编队。

      2014/5/17 10:12:06

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