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改變太平洋大國博弈遊戲規則的中國DF21D航母殺手家史
送交者: XWZJ 2010年09月01日23:28:15 於 [軍事天地] 發送悄悄話

改變太平洋大國博弈遊戲規則的中國DF21D航母殺手家史


  作為一支近海防禦力量,中國海軍建立了以空潛快炮為主的海防體系,然而共和國的決策者們在海灣戰爭後猛然發現,苦心孤詣40年的心血已經無法繼續信任下去,世紀末戰爭中美國海軍以射程1000海里的巡航導彈告訴全世界,你們的海岸等於--不設防。如果說海灣戰爭對中國軍隊還只是震撼,96年的台海衝突則給了海軍切膚之痛。沒有遠洋打擊力量,更不具備遠海防禦能力,堂堂三百萬人民解放軍竟然無法對抗美國海軍的區區兩個航母戰鬥群。近海防禦海軍的窘迫就在於無法脫離陸地獨立行動,不具備遠洋攻防作戰體系,不能構築海上鋼鐵長城禦敵於國門之外,只能作為陸軍的附屬保衛區區十二海里領海線。

  知恥而後勇的中國軍隊開始奮力追趕,積極開展現代化武器裝備的研製工作,將打得贏真正作為軍隊建設的目標。十年陸軍、百年海軍,剛剛邁向遠海的中國海軍在短時間不可能與美國海軍正面對峙,然而現實又要求實現對敵人的有效威懾,於是海軍必須發展一款能夠切實威懾敵航母艦隊的利器,為我大艦隊的發展贏得時間。在這種情況下,科研工作者們開始探討、研製反艦彈道導彈,並通過各種途徑發布消息,震懾蠢蠢欲動的敵人,也鼓舞鬱鬱寡歡的同志。

  反艦彈道導彈通常被認為是一種全新的武器,其實並非如此。對彈道導彈自身來說,要打擊水面艦艇之類的活動目標主要有兩個問題需要解決:一是導彈制導,解決目標脫離瞄準點的問題,要做到能及時發現、跟蹤目標;二是導彈控制,要確保準確命中被鎖定的目標。這兩個問題都不是從項目預研開始才着手解決的,在此之前已經有近似的導彈服役。

  1984年服役的美國潘興-2型中程彈道導彈採用雷達地形匹配製導,與反艦彈道導彈同樣需要應用末端精確制導和再入機動飛行技術,兩者不過在應用技術的類型上有所區別。在潘興導彈服役後,我國也展開了類似的研究工作,91年完成、94年發表在《宇航學報》上的《一種適用於攻擊地面固定目標的最優再入機動制導率》便是這一工作的階段性成果,在99年建國五十周年大閱兵中出現的安裝了控制彈翼的精確制導戰術彈道導彈則向我們正式展示了此項成就。該導彈幾乎具備反艦彈道導彈的一切基本技術,包括能配合機動再入技術的控制系統(氣動舵和舵機系統)、雷達系統(包括電源)。它的末段飛行軌跡,也是在20-30公里的高空拉起彈頭把動能變成勢能平飛減速避免大氣摩擦產生黑障,然後轉入俯衝以最大半徑200米的螺旋彈道方式掃描分析地面景象,在數秒內完成末導尋的區域識別功能,控制彈頭以極高的精度命中目標。

  實施反艦彈道導彈計劃,相對打固定目標彈道導彈的主要技術改進主要有以下三個方面:第一是再入機動制導控制率和計算執行機構的優化,提高突防能力和機動性能;第二是研製新的多模式制導頭,使之可以配合飛行彈道搜索海上艦艇;第三是建設用於對遠程水面目標初期搜索跟蹤的戰略戰術偵察系統。改進制導控制率和新研製雷達這兩個與導彈直接相關的方面,在現有對地攻擊的精確制導型東風導彈彈頭上改進升級即可,馬上就可以在專用的“半實物仿真”平台上試驗聯調,並不需要從頭研製,遠程實時偵察定位更是與近幾十年來偵察系統的發展目標一致。所以說,反艦彈道導彈與潘興-2、東風-15C等對地精確打擊彈道導彈是一脈相承的,具有很大的技術連貫性。


  需求牽引技術發展

  在96年的台海危機中,我軍切實感受到了美國航母戰鬥群的巨大威脅,開始研究如何對抗未來戰爭中美軍的干涉,這其中一項重要內容就是如何打擊航母編隊。91年的論文和99年東風導彈的公開展示,表明我國大約是在96年左右完成導彈系統研製,基本突破“再入機動”技術,使導彈彈頭具備末尋的制導和機動控制能力。這時爆發的台海衝突讓我國打擊航母的需求陡然迫切,使得科技人員開始把彈道導彈機動制導彈頭和對抗航母的任務聯繫起來,進行新一輪的科技攻關與項目論證。儘管傳統上軍工項目嚴格保密,但國家強大後也需要展示實力來威懾敵人,於是反艦彈道導彈也在重重迷霧之下偶露崢嶸,給我們一個接觸的機會。


  2004年第二屆中央企業十大傑出青年候選人介紹材料:

  辛萬青博士,中國航天科技集團公司一院一部研究員,96年1月完成博士後流動站研究,進入總體設計部十室從事總體設計工作,作為預研項目負責人完成了彈道導彈攻擊航空母艦的概念論證工作,在此項研究中,他剖析了問題的難點以及需要重點解決的關鍵技術,對彈道導彈攻擊航空母艦的制導方法和制導規律進行了深入研究。1997年至2002年,他指導一名碩士研究生、協助指導一名博士生完成了再入制導律設計、再入制導姿控及彈道的六自由度仿真課題的研究工作,該研究成果作為型號預研及研製的基礎,發揮了重要作用。他也是00年發表的《再入飛行器攻擊慢速目標的制導方案研究》一文的第三作者。

  該文章發表於2003年,可以看出我國至少從96年開始對反艦彈道導彈的可能性問題進行研究,在1997研究工作開始之後2003年到本文發表之前的某個時間,該項目已經完成出一定成果評估整個項目是否能夠實現的預研工作,在型號發展周期、科研難點、所需投資規模都已經被預研突破,確定能夠實現研製目標的前提下,進入項目研製階段。根據可靠消息,我軍打擊機動目標彈道導彈在上實際九十年代的上半期就已經進行了詳細論證,比96年的台海危機還要早,只不過目前沒有可以直接證明這一說法的材料。

  在反艦彈道導彈項目上馬,海軍急需對西太平洋目標監視/定位能力的背景下,國家決定提前實施“863”計劃中規劃原定於2015-2020年才建成的對地觀測小衛星星座。2004年11月16日,國家航天局局長孫來燕博士在國際衛星對地觀測委員會(CEOS)第十八屆全會上宣布,我國將在2010年前分兩階段建立環境與災害監測預報小衛星星座,於2007年前發射兩顆光學衛星和一顆合成孔徑雷達(SAR)衛星,2010年前發射四顆光學衛星和四顆雷達衛星,從而實現對特定區域的目標監控,這也從另一個側面預示了我國反艦彈道導彈服役的時間,與美軍宣稱我將在2009年部署反艦彈道導彈的情況相吻合。


  反艦彈道導彈系統並不只是一枚導彈,從廣義上講,它包含了偵察、通訊、指揮、作戰四大系統,是我軍C4ISR體系的縮影和遠程作戰體系的重要組成部分。它既要依託我軍整體作戰能力來發揮自身的戰鬥功能,又能顯著提高我軍在與強敵進行的現代海戰中的突擊能力,並為今後我軍遠程打擊系統的建設開闢了一條新路。這與二戰期間德國的超級武器有着根本區別,它並不是走加強單件武器威力的老路,而是通過整合、開發各種資源,建立一整套適用於各種不同作戰環境、不同任務需求的作戰體系,具有極大的發展潛力,其意義與噴氣式飛機裝備空軍相類似。


  現代航母戰鬥群具備1500千米以上的打擊能力,要有效防禦敵人的進攻,就必須在敵尚未進入攻擊陣位時將其摧毀。所以反艦彈道導彈的外部偵察系統必須具備2000千米以上的搜索、跟蹤能力,有效覆蓋東到南方群島、南至新加坡的廣大海域,從而為導彈指引目標。要做到這一點,就必須綜合運用包括偵察衛星、電子偵察衛星、超視距天波雷達、無線電監聽站、無人偵察機在內的多種手段。


  偵察衛星從近地軌道空間觀測地面目標,具有範圍大、不易攔截等優點,是戰區偵察的首選方式。1992年,我國著名航天專家陳芳允先生首次提出了地球環境觀測小衛星星座系統的技術方案,星座的軌道參數為7顆太陽同步極軌衛星,高度721千米,傾角98度,平均重複訪問周期為100.78分鐘,衛星觀測幅寬為400千米時可每天兩次覆蓋全球。2006年3月17日,我國資源衛星應用中心宣布“十一五”期間至後續五年內,我國將發射18顆資源衛星和對地觀測小衛星,以及至少2顆海洋衛星,從而拉開了我國偵察衛星星座建設的大幕。小型衛星在目標分辨能力、壽命期內多次機動變軌等方面與大型偵察衛星有一定差距,但航母屬於大型目標,即使是較低的分辨率也足以對其進行識別;且戰時小型衛星能滿足1-2周的使用期即可,對於機動變軌消耗燃料導致的壽命縮短考慮較少,組成偵察網後需要衛星變軌飛行的情況也較少,因此仍然可以滿足需要。


  曾經有人懷疑偵察衛星無法對海面目標進行精確定位,從而不能擔負反艦彈道導彈的偵察任務,但是這個問題並非無法解決。風雲二號衛星利用每個時刻衛星的位置(經度、緯度、高度)、衛星姿態(自旋矢量得指向、自旋速度)、掃描儀失配(η、ζ、ρ)、β角等十三個參數進行圖像定位,參數計算完成後,可以對VISSR圖像進行定位,對每一個圖像像元確定其地理經緯度。雖然風雲-2同步軌道衛星的精度不足以滿足需要,但這項技術應用到低軌道偵察衛星中就能大大縮小誤差。


  在未來戰爭中,我國在戰前必將及時發射偵察衛星來彌補原有系統的不足,進一步加強我軍近地軌道偵察能力。例如2005年8月18日至25日中俄聯合軍事演習,我國於8月2日從酒泉衛星發射中心發射了一顆擔負空間探測和科學試驗任務的返回式科學與技術試驗衛星,該衛星在太空運行了27天,在中俄聯合演習圓滿結束後的8月29日上午返回地面,這也是未來戰爭中我國快速發射偵察衛星的一次預演。2003年我國開拓者一號固體火箭發射成功,它能夠在12小時內將 100千克的衛星送入地球軌道,是我國應急發射偵察衛星的首選工具。預計在2010年前後的區域戰爭中,我國軌道運行偵察衛星的數量將超過20枚,對同一區域的重複訪問周期縮短到30分鐘。


  電子偵察衛星與地面監聽站都是通過監聽無線電信號的方式來進行偵察活動,他們的作用一是偵察敵方雷達的位置和所用頻率等性能參數,為戰略轟炸機、彈道導彈突防和實施電子干擾提供數據;二是探測敵方軍用電台和信號發射設施的位置,以便於竊聽和破壞;通過對所獲情報的分析,還可進一步揭示敵方軍隊的調動、部署乃至戰略意圖。我國對於電子偵察情報絕口不提,只能參考外國電子偵察發展情況來推斷。美國海軍“白雲”天基星座電子情報衛星3顆組成一簇,採用時差法測定艦船位置、航向和航速,定位精度為2—3千米。EDO公司生產的ES-3701戰術偵察系統測向精度達到2度,F-22戰鬥機裝備的電子偵察系統對無線電信號的定位精度可達0.5度。美國在日本三澤基地部署有直徑330米,高47米的“象欄”全向無線電接收天線,負責捕捉來自各個方向的艦艇通信短波信號,並對其進行精確定位。 “象欄”作為巨型無線電測向天線,其精度必然好於小型定位系統,假如其測向精度為0.1—0.5度,那麼在2000千米距離上對目標的定位誤差就是3.5 —17.5千米,這已經足以為其他偵察手段或反艦導彈提供目標位置。


  天波超視距雷達利用中頻至高頻頻段,使電磁波可藉由電離層與地面之間的折射探測地平線以下遠距離目標,其探測範圍為800—6000千米,對目標的定位精度在20—30千米之間,進一步改進算法後,定位精度可以達到2—3千米。最早用於彈道導彈預警和監視對方轟炸機活動,後來擴展到對海監視、探測隱身飛機和搜索毒販的小型飛機。我國從1967年開始天波雷達的研究,現已至少部署1部天波雷達,其部隊級別為旅級,還有2部天波雷達實驗裝置。雖然天波雷達缺乏目標分辨能力,但其測速精度極高,可以通過速度分辨目標類型,不會出現有人擔心的商船偽裝航母群的情況。航母戰鬥群在起降飛機時速度超過30節,而飛機速度更在100節以上;普通民用船舶的速度很少超過25節,而且絕不會分理出高速目標。商船要偽裝航母群還有一個政治問題,那就是目前世界上的商船通過無線電自動識別系統(AIS)來辨別身份,雖然只在視距內可接收信號,但可以通過電子偵察衛星來進行分辨。如果美國人為了軍事目的而要求商船關閉自動識別系統,那麼其他國家也可以這樣做,最終吃虧的還是要打反恐戰爭的美國人。


  在對西太平洋地區的偵察/監視過程中,無人機既可以作為電子偵察衛星的補充,攜帶無線電接收裝置被動探測敵方艦艇、預警機的位置;又可以使用雷達、紅外設備主動搜索,對目標進行精確定位與跟蹤,彌補天波雷達定位精度低的缺陷。在現有的無人機家族裡,高空長航時無人偵察機最適合擔任搜索航母群的任務,它可以攜帶多種偵察設備,繞過敵方雷達、預警機的警戒區,從側面接近敵航母艦隊;並可以長時間監視目標,有利於對戰場環境的掌握。西北工業大學2006年度省級精品課程建設項目申請書中包括高空長航時無人機總體設計技術(總裝備部十五國防裝備預先研究,2001-2005),據此判斷,我國的高空長航時無人機將在十一五期間立項研製,大約2010-2015年間裝備部隊。在大型無人機裝備之前,我國可以用漁船、商船、潛艇來發射中型無人機,例如2003年12月首飛的貴航無偵-9型,從而縮小與敵艦隊的初始距離,彌補大型機裝備前的缺口。


  反艦彈道導彈系統打擊上千千米外的目標,完全依賴遠方偵察系統提供目標信息,需要整個體系能夠進行暢通無阻的高速通訊,這樣才能夠裝填數據發射導彈。而由於目標區域距離遙遠,低軌道偵察衛星和無人機無法直接與國內通訊,必須經過通訊衛星與中繼衛星的傳遞才能夠進行數據傳輸。目標跟蹤與數據中繼衛星除在地面站與衛星之間傳遞數據外,還可以與單個地面測控站構成天基測控體系,取代傳統的測控站與測控船,將與低軌道航天器可維持通訊的軌道段占全部軌道段的比例從目前的15%提高到90%以上,而且可真正促成作為武器的洲際導彈或巡航導彈全程戰鬥彈遙測的實現,從而極大提高導彈的命中精度。國內目前能夠找到的這方面資料不多,只有一篇00年發表的《我國跟蹤與數據中繼衛星星間鏈路通信頻段選擇研究》的論文表明有這方面的研究計劃,以及00年院士大會學術報告《2020年我國航天器展望和月球探測工》中提到我國將在2020年前發射第一、二代中繼衛星。


  反艦導彈系統雖然打擊海上目標,與海軍的任務密不可分,但實際部署中很可能仍舊歸屬二炮建制,部署在安徽、福建、廣東地區,從這些地方發射導彈打擊西太平洋目標,可避開部署在日本、韓國的導彈跟蹤雷達追蹤,提高對方跟蹤攔截難度。戰爭中經中央軍委授權,由戰區指揮部決定發射時機,經二炮指揮體系下達作戰命令。


  反艦彈道導彈與常規彈道導彈的區別主要在於彈頭的末端制導和機動控制系統,以及彈載數據鏈、高溫透波整流罩、大功率電源等設備,其推進系統與普通彈道導彈並沒有本質區別。考慮到研究工作的緊迫要求,以及維持武器通用性、減少後勤負擔等方面的考慮,我國不可能從頭研製一款全新的導彈,而應該是在現有彈道導彈的基礎上,通過換裝新型彈頭來實現打擊水面艦艇的功能。


  我國裝備有東風—2、3、4、5、11、15、21、31共八種彈道導彈,前四種採用液體火箭發動機,發射準備時間長,不利於打擊對時間敏感的機動目標;且這些導彈即將退役,不可能用其改裝。東風—11射程僅300千米,甚至不如一些反艦導彈,無力承擔突擊任務;東風-31屬於洲際彈道導彈,其射程遠遠超過偵察系統的有效監控範圍,而且價格極其昂貴,用其改裝近乎浪費。東風—15導彈彈頭重量500千克射程600千米,僅具備打擊近海目標的能力,在這個距離上航空兵同樣可以達成作戰目標,而且其彈頭重量較輕,不利於改裝末尋的機動彈頭。東風—21導彈彈頭重量600千克,根據型號不同射程在1800—2700千米之間,其射程恰好符合偵察系統的監視範圍,較大重量的彈頭也可以承擔更多載荷,用它改裝的可能性最大。


  反艦彈道導彈有着用於偵察搜索突防的特殊彈道。根據05年發表的《跳躍式彈道方案設計及優化》,彈道導彈攜帶第三級固液混合火箭發動機,可以將中段傳統的拋物線彈道轉變為帶三個波峰的跳躍式彈道,使得探測系統在導彈再入大氣層之前,很難準確探測和計算導彈的落點,從而大大地提高了彈道導彈的突防能力。論文中提到的導彈射程為2700千米,實施優化後跳躍彈道的射程在2100千米以上,這也證明了進行改裝的正是東風—21導彈。反艦彈道導彈同時採用我國錢學森院士提出的“彈道—巡航彈道”,在初段、中段採用彈道飛行,末端彈頭為重返機動體,在彈道下降過程中通過空動舵或者可變彎尾控制導彈姿態,利用攻角和側滑角的變化調整導彈的升力和阻力來控制速度矢量的大小和方向,從而調整彈頭飛行方向並增加彈頭機動範圍,實現末端精確制導。根據01年發表的《機動再入飛行器的複合制導方案研究》,彈頭在高空制導段開始的初始位置和速度為高度200千米,距離目標300千米,速度12馬赫,在高度100千米、距離目標200千米時結束高空制導段,開始高高空滑翔,在距離目標70千米,高度30千米處脫離黑障,開始低空制導段,最終命中目標時橫向機動範圍60千米,落地速度3馬赫,低空最大機動範圍20千米。


  為了提高突防成功率,需要精心設計彈頭形狀,在確保重返後機動性的前提下儘量減小雷達反射截面積(RCS),縮短對方雷達的發現/跟蹤距離。圓錐體形狀的彈頭在減小正面 60度角範圍內的RCS方面具有天然優勢,可以將其降到最低,但在側面降低雷達可探測性的能力不如球形。東風-21甲彈道導彈直徑1.4米、長12.3 米,起飛重量15.2噸,射程2700千米。如果新型反艦導彈的外形尺寸沒有大的變化,推測彈頭的直徑是1.4米、長2.5米、截面積1.5平米、後傾角約65度,如果彈體底部採用半圓形彈殼,且對方不是正好處在幾個特殊的繞射角內,那么正面90度角範圍內的雷達反射截面積即大約為0.01平米。目前戰鬥機採用的雷達隱身技術通常可以將RCS降低1-2個數量級,從10平米降低到1-0.1平米,導彈彈頭外形本身就適合減少雷達反射面積,進一步降低的潛力比飛機小,但是彈頭在大氣層外的彈道中段不需要考慮氣動和加熱問題,直接在重返階段將添加的隱身設備燒掉就可以,因此判定RCS降低幅度為一個數量級。通常來說戰鬥機的側面RCS比正面要增加1個數量級,考慮錐體外形不利於側面隱身,因此適當加大。這裡假定彈頭正面90度角範圍內的雷達反射截面積為 0.001平米,側面視角度不同為0.01-0.05平米。不過實際中彈頭的雷達反射截面積可能要比預定的數值小一個數量級,這裡採用的是保守估計。


  導彈彈頭需要攜帶大量的突防、尋的、控制設備,這些部件的重量至少有200千克,這會減少戰鬥部的重量,從而影響彈頭的破壞力,設計師們恐怕不會願意上千萬美元的導彈命中目標之後卻無法造成毀滅性破壞,因此有必要加大火箭發動機推力,從而在維持一定射程的情況下提高彈頭重量。如果將彈頭重量增加到800 千克,就足以保持彈頭威力。


  反艦彈道導彈在發射時裝填由遠程偵察系統(衛星、無人機)提供的目標數據。我國在戰時可能部署超過 20枚偵察衛星,可每半小時更新一次目標數據,並由天波雷達進行實時跟蹤,對目標定位的最大誤差不超過22千米(尼米茲級航母35節航速下20分鐘航程),最小誤差2千米(衛星/天波雷達定位誤差),這足以滿足導彈發射的需要。導彈進入距離目標200-350千米的高空制導段時,目標最大可偏離初始定位位置11千米(尼米茲級航母35節航速下10分鐘航程),系統誤差達到15—38千米,如果不加修正目標可能脫離導彈低空機動範圍。對此導彈可以由下一顆經過目標區的衛星提供目標坐標,也可通過被動雷達或者多模態微波觀測儀自行探測,假如雷達的測向精度達到1度,定位誤差就是3.5千米,遠遠小於彈頭的末端機動範圍。在距離目標60千米的低空制導段,彈頭速度降低到6馬赫以下,可使用主/被動雷達、紅外製導頭搜索目標,這時彈頭高度約20千米,有約 20-40度的俯視角,雖然會受到海面雜波的強烈干擾,但航母不是飛機、導彈等低空小目標,它的雷達反射截面積高達十萬平米,其雷達特徵與海面雜波差別巨大,普通的頻率捷變的單脈衝體制的主動雷達也可以發現目標,如美國魚叉導彈在末端躍起攻擊時就有20度的俯視角。


  在普通單脈衝體制雷達不能滿足制導需要的情況下,也可使用彈載毫米波合成孔徑雷達(SAR雷達)進行末端制導,它在方位分辨率上比真實孔徑雷達提高一個數量級以上,可實現對目標的直接成像,從而大大提高彈頭的抗干擾能力。雖然SAR雷達無法探測正前方的目標,但反艦導彈採用擺動式彈道突防的飛行軌跡就是S形,從而始終與目標保持着一定的夾角,這樣既可以提高導彈的突防概率,又適合SAR雷達的應用。我國合成孔徑雷達已經應用在反艦導彈、空地導彈、對地觀測衛星等領域,02年發表的《彈載合成孔徑雷達成像處理及定位誤
 
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帖子367 精華0 積分934 性別男 發短消息 加為好友 當前離線  3樓 大 中 小 發表於 2010-9-2 08:30  只看該作者
差分析》一文中所描述的反艦導彈飛行軌跡(高空突防、大角度俯衝攻擊)即類似於反艦彈道導彈的末端彈道,從側面證明SAR雷達應用的可能。


  雖然低空制導段導彈速度在3-10馬赫之間,超出紅外製導導彈的常見速度範圍,但根據 99年發表的《氣動光學效應校正技術初步分析》一文所說,紅外製導導彈在大氣層中高速飛行時,可以採用在側面開光學窗口的技術措施,並在導彈初制導、中制導階段採用內冷式保護罩降低窗口溫度,即在紅外窗口材料內部形成製冷通道,通過流入的製冷介質相變而加熱升溫實現吸熱,從而降低窗口溫度、使紅外製導頭正常工作。這種冷卻方式相對外部冷卻而言,無需面對液膜氣膜在高速氣流衝擊下不均勻的問題,可以實現更好的觀測質量。美國的標準—2防空導彈就採用了窗口冷卻技術,但不清楚是內冷還是外冷。即使不使用冷卻窗口,也可採用凹進窗口。經過適當設計,其迎風面窗口加熱率大約是凹腔上游錐面加熱率的10%~20%,而且可以進一步降到10%以下。


  彈道導彈進入低空制導段的速度也在6馬赫以上,導致彈體表面溫度極高,必須採用新型耐高溫航天透波材料製造的天線窗與天線罩才能保證雷達與紅外探測設備的正常工作。透波材料除在電氣上要滿足低介電常數、低損耗特性外,還必須具有極為寬的頻帶特性、高的結構強度和抗雨蝕能力,經得住高速氣動加熱的抗熱衝擊能力和極高的工作溫度,以及便於成型加工的特性,現在一般認為二氧化硅基和氮化硼基材料是針對遠程戰略導彈使用天線窗的最佳選用對象。首先在彈道導彈上應用高溫透波材料的是美國潘興—2型彈道導彈,它在彈頭側面安裝天線窗,供地形匹配雷達使用。


  導彈在高空制導段搜索目標時,完全採用彈載設備進行定位從而實現發射後不管當然最好,但是這樣技術比較複雜。採用外界指令修正雖然會增加整個系統的複雜性,但可以降低導彈本身特別是高空制導設備的研製難度。這是導彈需要對自身進行定位,從而判斷與目標的相對位置,採用GPS、北斗二期等導航衛星定位最簡便易行,而且定位精度較高,同時可以在彈道中段與慣導系統相互保障,減少中段飛行誤差。據《中國航空報》報道,“北斗一號”總設計師、國家高軌道通訊衛星首席專家、中國空間技術研究院研究員範本堯表示,我國將在2010年前建成集無源和有源定位於一體的 “北斗” 二代導航定位系統,從而實現對全球範圍的覆蓋。


  美國海基中段攔截系統(SMD)已經開始部署,反艦導彈在實戰中必然面對敵方的攔截,為了增加突防成功率,有必要採取多種突防措施。目前常見的彈道導彈突防手段包括:


  1、飽和攻擊:同時發射多枚導彈或攜帶多彈頭,超出防禦系統的攔截能力


  2、誘餌欺騙:通過使用誘餌,使防禦系統難以分辨出真目標,包括複製誘餌(大量與真彈頭目標特徵相近似的誘餌)、差異化誘餌(大量與真彈頭之間、彼此之間目標特徵均有一定差異的誘餌,從而使得防禦系統無法通過尋找目標特徵差異來判斷真彈頭)、反模擬誘餌(將真彈頭偽裝成誘餌)


   3、阻礙探測:即妨礙防禦系統發現、跟蹤真實目標,措施包括有源/無源電子干擾(如鎢制重箔條,在大氣層中雷達可以通過速度差分理出箔條,但在大氣層外沒有空氣阻力,箔條只會慢慢與撒布器分離)、多層隔熱保護罩(將真彈頭隱藏在多層隔熱保護罩或者鋁製冷卻器中,降低表面溫度)、雷達隱身(包括低反射截面外形、隱身塗料等)、火箭燃料添加劑(在火箭發動機燃料釋放添加劑,改變火箭尾焰波長,阻礙預警衛星發現)、速燃火箭(加速火箭發動機燃燒,在衛星發現前結束助推段)


  4、彈道機動:彈道導彈通過某些機動方式改變飛行軌道以躲避防禦系統的探測、識別、攔截,它分為有意機動和無意機動。包括跳躍彈道、大氣層外機動變軌、螺旋彈道、高高空滑翔等


  這些方法不可能全部應用到一種導彈上,具體應用應根據敵方防禦系統的特點和我方的技術水平、資金條件、導彈性能特點、突防要求來決定。單獨講哪種突防手段更加有效並不合適,因為突防手段是用來對抗敵方攔截系統的,不與攔截系統的性能特點結合分析無法得出正確的結論。


  總的來說,反艦彈道導彈的作戰效能要超過魚叉、飛魚等常規反艦導彈,具有更強的突防、摧毀能力。相應的,它的造價也遠遠超過常規飛航式反艦導彈。根據通常的原則,進攻武器的造價應不超過被攻擊目標造價的十分之一,這樣才能維持武器系統的作戰效益,實現用最小代價取得最大利益。我國反艦彈道導彈的價格無法直接得知,只能根據國際上類似武器的價格來進行推斷。


  美國德爾它火箭的發射費用是2萬美元/千克,我國長征三號乙火箭的發射費用為1.4萬美元/千克,長征二號丙改的發射費用約為1.6萬美元/千克,僅相當於美國火箭發射費用的75%。長征三號發射亞洲一號衛星的發射費用為 1.4-1.7億,產品費用和發射勤務費用合計為0.5億,成本僅占發射費的33%。美國飛馬座火箭近地軌道運載能力454千克,發射費用為2200萬— 2600萬美元。我國開拓者火箭近地軌道運載能力約300千克。假如火箭的價格與運載能力成正比,並且這兩種火箭的價格差距與德爾它和長征三號乙火箭的價格差距相當,那麼開拓者火箭的發射費用可能為1200萬美元。如果成本占發射費用的比例與長征三號火箭相當,那麼火箭成本為400萬美元。需要注意的是,這個價格是火箭產品費用和發射勤務費用的總和,而火箭的發射勤務費用高於導彈,所以彈體的最終價格還能降低20-30%。根據航天科工集團公司的介紹,開拓者火箭是在我國東風—21基礎上研製的,添加了上面兩級推進器,為方便計算起見假設其與導彈實現跳躍彈道的第三級固液混合火箭發動機相當,則東風—21 導彈彈體的價格同樣可以確定為300萬美元,這也與彈道導彈價格高於同等射程巡航導彈4-6倍吻合。


  導彈彈頭包括雷達/紅外製導系統、氣動控制系統、誘餌投放系統等組成部分。就輕型機載雷達而言,目前最好的美國AN/APG-77雷達價格460萬美元;美國魚叉block2反艦導彈售價120萬美元,其制導系統的價格不會超過25%即30萬美元。反艦導彈制導雷達功能需求單一、使用時間相對極短,其價格肯定大大低於 AN/APG-77,而接近於彈載雷達,按照較高價格估算,大約在100—150萬美元。如果雷達占彈頭總價格的20—50%,則彈頭價格約為200— 750萬美元,反艦彈道導彈(不包括發射系統)的價格在500-1050萬美元之間,為穩妥起見假定為1000萬美元/枚。


  現代軍艦價格高昂,CVN—77“布什”號航母建造費用及艦載機價值超過90億美元,最新的阿里.伯克級驅逐艦價值12億美元。反艦彈道導彈即使發射3枚攻擊一艘伯克級驅逐艦,也只占到軍艦造價的2.5%,發射十枚也只占航母價值的1.1%,這遠遠低於10%的要求慣例。與其他攻擊方式相比,僅相當於2-3 架蘇-30MKK戰鬥轟炸機的價格,而航空兵要攻擊航母群,不管成功與否都不會只損失3架戰鬥機,可以說在打擊具有強大防禦能力的航母編隊方面,反艦彈道導彈的效費比是最高的。當然,反艦彈道導彈的全系統建設費用價格高昂,但其中的偵察、通訊、指揮系統都是建設遠洋海軍所必需的,屬於現代化軍隊的公共投資,就像我們不能把GPS導航衛星系統的建設/維護費用記在JDMA聯合直接攻擊彈藥上一樣,反艦彈道導彈也只需要計算自身的造價。


  反艦彈道導彈的主要攻擊目標是敵方航母編隊,按照美軍戰術條令,在中等威脅海域實施中、低強度作戰時,雙航母戰鬥群是航母編隊的典型編成,包括2艘航空母艦、10-12艘驅逐艦、2-4艘核潛艇、2-3艘補給艦,其對抗反艦彈道導彈的主要手段是海基中段防禦系統(SMD)。依據攜帶該系統的軍艦的部署位置,可以全程攔截彈道導彈,但主要是中段防禦。其作戰概念如圖所示。


  海基中段防禦系統是在“海軍區域防禦”(NAD)系統的基礎上,通過改造與新研製相結合而形成的。主要由新研製的標準-3攔截彈、AN/SPY-1E(AN/SPY-2)雷達或新研製的高功率識別(HPD)雷達,以及改進的“宙斯盾”作戰系統等構成。SM-3導彈是採用“大氣層外輕型射彈”(LEAP)動能殺傷攔截彈頭、新的頭錐和雙推力第3級火箭發動機加裝到SM-2block IVA上構成的。新研製的第3級有兩種功能:提供附加速度和減少距離誤差,以使動能彈頭能攔截目標;利用上行鏈路提供的目標狀態和GPS提供的自身狀態制導修正航跡,即指令修正加GPS制導。


  LEAP動能攔截器質量僅18.5千克,裝有採用256*256元長波MCT焦平面列陣,對戰術彈道導彈的捕獲距離超過300千米,擁有全面加密的數據下行鏈路能力,固體軌控姿控推進系統的末段變軌能力大於3千米。雖然KKV號稱可以在 300千米距離截獲彈道導彈,但是在這個距離其分辨率不足以識別假目標,SMD還是要依靠雷達進行中段引導和目標識別,KKV僅在最後10秒鐘進行末端假目標識別,在最後1秒鐘實施機動碰撞目標。下面是THAAD系統的EKV攔截器在距離10千米,撞擊時間1.92秒拍攝的目標照片,可以看出尚不足以對目標成像,SM-3的紅外製導系統不會有更好的性能。


  AN/SPY-1E雷達為適應探測和跟蹤TBM 需要,主要改進雷達的計算機程序和設備,允許以更高的仰角工作,並能接收立體的DSP(國防支持計劃)衛星數據。為了對抗低可探測性彈頭,可能採用特殊的控製程序,將一定距離內(艦艇至大氣頂層傾斜距離)的回波全部濾除,從而可以接受大氣層外返回的低強度回波,提高對隱身目標的探測能力。為了適應SMD第二階段計劃的需要,1999年美國海軍分別與雷錫恩公司和洛馬公司簽訂了價值1.2億美元的合同,研製大功率識別(HPD)雷達。雷錫恩公司根據成熟的戰區高空區域防禦(THAAD)X波段地基雷達,為宙斯盾巡洋艦增設一部輔助雷達。而洛馬公司推出一種新型的S/C波段雷達方案,稱為AN/SPY一1E雷達。根據美軍SMD系統block2010規劃,新型雷達屆時將具備多目標攔截能力,但是從實際情況看,即使是新型艦載雷達在功率、分辨率、波束寬度等方面也與海基X波段雷達差距極大,不足以在遠距離同時跟蹤多個目標,在來襲彈頭採用隱身技術的情況下尤其如此。目標返回的雷達信號強度與距離的四次方成反比,在2倍的距離處跟蹤目標需要16倍的雷達時間資源。AN/SPY一1E雷達所要求的多目標攔截,很可能僅限制在近距離,例如經過宙斯盾艦上空的彈道導彈。所以在沒有進一步材料證明的情況下,暫時判定宙斯盾艦對遠距離目標(直線距離200千米以上)不具備多目標攔截能力。“宙斯盾”作戰系統將改進顯示系統和計算機程序,以使能預測導彈目標的攔截點和交戰邊界,為攔截彈裝訂目標數據,下令發射攔截彈,並在攔截彈飛行過程中提供上行指令。


  海基中段攔截系統的作戰過程如下:


  1、敵方的彈道導彈放射後,美國首先利用預警衛星探測彈道導彈的發射,並將所獲取的目標信息傳送到地面站,經融合處理後大致判定導彈的發射點與落點,並將這些預警信息傳送給宙斯盾軍艦上的作戰管理與指揮、控制系統。


  2、宙斯盾軍艦上的作戰管理與指揮、控制系統利用預警衛星提供的預警信息,引導AN/SPY-1E雷達搜索、捕獲和跟蹤目標。


  3、SPY-1雷達探測、跟蹤來襲的彈道導彈目標,並將所探測到的信息發送給作戰管理系統,由其制定交戰計劃,為SM-3攔截彈裝訂目標數據和下達發射攔截彈的命令。


  4、SM-3攔截彈的第一級助推火箭點火,從“宙斯盾”軍艦上垂直發射升空;第一級助推火箭工作大約9秒鐘後關機並分離,第二級助推火箭點火,工作大約40秒後關機並分離,把攔截彈推進到大氣層外,並達到預定的速度;然後,第三級火箭啟動。


  5、三級助推火箭是雙脈衝工作的固體火箭,首先進行第一次脈衝點火,工作時間大約為10秒,然後,拋掉頭錐;接着進行第二次脈衝點火,工作時間也大約為10秒,並對LEAP動能彈頭上的導引頭進行校準。


  6、第三級助推火箭分離後,LEAP動能彈頭立即用長波紅外導引頭探測、跟蹤、識別目標,確定瞄準點;在制導系統的控制下,自主尋的,最後通過直接碰撞攔截並摧毀目標。


  武器不是展覽品,靜態介紹某一系統的能力並不足以判斷其戰鬥力,只有在戰爭中與敵人進行鐵與血的對抗,才能體現特定武器系統真實的水平。假定在2010年,台灣地區陷入混亂,我國政府派遣軍隊恢復當地秩序,台灣軍隊負隅頑抗試圖固守待援。美軍以一個三航母戰鬥群對我前出警戒艦隊進行打擊,一個雙航母戰鬥群掩護四艘俄亥俄級巡航導彈核潛艇對我登陸部隊發動攻擊,我遠程偵察系統和警戒艦隊均發出美軍攻擊報警,於是戰區指揮部命令二炮導彈部隊打掉敵人的前沿作戰平台,摧毀敵人的戰爭意志。


  我軍於2009年開始部署反艦彈道導彈系統,已裝備兩個導彈旅6個發射營,共計17輛機動發射車。經過戰前緊急發射,現有24顆在軌偵察衛星,包括6顆光學偵察衛星、10顆雷達偵察衛星、2顆海洋衛星、6顆電子偵察衛星,對同一地區重複訪問時間間隔40分鐘,對地面電子信號可實現連續偵察定位。美軍海基中段攔截計劃已完成block2010規劃,18艘宙斯盾巡洋艦/驅逐艦裝備AN/SPY-1E雷達完成部署,配備標準-3導彈57枚;西太平洋地區現有12艘軍艦具備SMD探測/攔截能力,攜帶40枚攔截彈。美國天基紅外系統已部署2顆大橢圓軌道預警衛星、 3顆同步軌道預警衛星、9顆空間跟蹤與監視系統衛星,對於戰術彈道導彈能實現對重要地區的持續監視。


  雙方態勢如下:美國A航母群包含3艘航母、16艘驅逐艦,位置在東經132度、北緯18度,菲律賓巴布延群島以東800千米,距我海岸線直線距離1300千米,8艘驅逐艦在艦隊前方防禦,其中4艘雷達開機,3艘裝備AN/SPY-1E雷達;B航母群包含2艘航母、12艘驅逐艦,位置在東經133度、北緯26度,琉球群島以東600千米,距我海岸線直線距離1200千米。兩個航母群各有6艘具備彈道導彈攔截能力的驅逐艦,部署在航母前方100-200千米處。美國在韓國、琉球的移動式X波段導彈跟蹤雷達提供導彈中段信息,駐日美軍只提供情報支持,不直接參與導彈攔截。我軍2個導彈旅部署在贛州,我警戒艦隊包括1艘航母 7艘驅逐艦3艘攻擊核潛艇,位於高雄以東150-300千米,距離美國A航母群前方驅逐艦500千米。


  當美國航母群進入戰區之後,我軍即開始利用偵察衛星、天波雷達、地面監聽站等設備對其進行連續跟蹤,以保證對戰場態勢的掌握和反擊作戰的及時進行。


  針對我光學偵察衛星和天波雷達,美軍艦隊可利用雲層掩護來阻斷偵察,但是除台灣近海地區外,西太平洋其他海域在一年內出現大範圍雲層的天數僅為個位數,在我軍主導台海戰爭何時發起的情況下,完全可以避開這種天氣,使美軍無所遁形。合成孔徑雷達偵察衛星可在任何氣象條件下對目標進行偵察,對海面艦艇的偵察任務不需要對目標成像,只需要判明艦艇位置和類型,美軍即使釋放干擾也難以影響衛星定位。而且當美軍釋放干擾時,其干擾信號正為電子偵察衛星、地面監聽站提供了目標;美軍水面艦艇為了掌握戰場態勢,需要不間斷地從衛星、預警機那裡獲得情報,使用16號數據鏈進行通訊時發射無線電信號被電子偵察衛星接收;美軍艦艇使用對空搜索雷達、航空管制雷達、飛機進場引導雷達時也會輻射信號,從而確定艦船位置,而且後兩種雷達在驅逐艦上沒有裝備,一旦信號被截獲就可確認是航母。海洋衛星使用多光譜成像儀、合成孔徑雷達、微波散射計、輻射計、雷達高度計等多種遙感儀器,具備被動分辨水面大型艦艇的能力,其成像機理與雷達不同,不易受到人為干擾。


  目前美軍已放棄使用空天導彈殺傷衛星的研究計劃,而大功率激光武器攔截衛星在未來幾年內還無法進入實戰階段,所以衛星不會受到直接的殺傷,最有可能的是干擾衛星通訊鏈路,阻斷偵察信息傳送。干擾與反干擾歷來是保密的重點,民用通訊衛星被干擾的案例對於軍用衛星能否保持通訊不足以提供判斷的依據,但我軍通訊衛星可以通過方向性天線將信號傳遞給通訊中繼衛星,並通過它轉發到我國內陸,避開美軍在西太平洋方向的干擾。所以在此假定我偵察衛星可以及時傳遞信號,實現對美國航母艦隊的跟蹤。


  天波雷達通過電離層反射雷達信號,其探測效果受電離層波動的影響極大,從理論上講美軍可以通過阿拉斯加的高頻主動極光研究計劃(HARP,即“豎琴”)干擾我國天波雷達,使其無法跟蹤航母艦隊。 HAARP高頻有源極光裝置的天線陣網共有180根天線,每根幾十米高,發射功率3.6兆瓦。它可以向電離層發射短波電磁波束,能夠使地球大氣中間層和電離層變熱,引發大氣層氣候的變化和混亂,進而在某些地點改變地球大氣中間層和電離層的結構,從而擾亂通訊與探測。豎琴裝置位於北緯62度,東經145度,與航母群所在海域距離超過7000千米,與我天波雷達的距離可能超過9000千米。要對我天波雷達和航母群之間的電離層進行干擾,需要將微波發射到距離超過8000千米、高度150-500千米的F層電離層,這超過了地球表面對500千米高度目標2900千米的通視距離,不足以形成直接干擾。另外短波電台對天波雷達的干擾效果在某些情況下也十分嚴重,但這在平時就可以積累大量資料進行修正,不至於出現突然間受到強烈未知干擾的情況。所以判定我國天波雷達可以正常工作,但定位精度受限制,偶爾出現丟失目標的情況。


  美軍航母群包含十餘艘高速艦艇,與常規商船隊差異極大,我天波雷達將從2500-3500千米距離開始對其進行跟蹤,並通過電子偵察衛星、監聽站和偵察衛星進一步排除商船隊,確認航空母艦的位置;並在航母群派出機群靠近戰區,大規模發射導彈時發出警報。遠程偵察系統對航母的持續跟蹤定位精度為2-3千米(電子偵察衛星)、5-10千米(天波雷達),每隔40分鐘衛星過頂時的定位精度為1-2千米。美軍無法隱藏其艦隊位置,始終處於我監控之下。A航母戰鬥群內的三艘航母代號航1至航3,前方防禦的8艘驅逐艦代號驅1至驅8,其中具備彈道導彈攔截能力的驅2至驅5前出200千米,驅7至驅8前出100千米。驅1、驅6無導彈攔截能力,分別前出200、100千米進行防禦。經電子偵察衛星確認驅1、3、5、8雷達開機。

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