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“中国反舰弹道导弹发展探讨” 此文成美军《中国军力报告》依据

世界论坛网    2009-03-31 13:49:24
 

邱贞玮军政手写板 » 日志

  中国反舰弹道导弹发展探讨

  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,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。


  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。


  美国海基中段拦截系统(SMD)已经开始部署,反舰导弹在实战中必然面对敌方的拦截,为了增加突防成功率,有必要采取多种突防措施。目前常见的弹道导弹突防手段包括:


  1、饱和攻击:同时发射多枚导弹或携带多弹头,超出防御系统的拦截能力


  2、诱饵欺骗:通过使用诱饵,使防御系统难以分辨出真目标,包括复制诱饵(大量与真弹头目标特征相近似的诱饵)、差异化诱饵(大量与真弹头之间、彼此之间目标特征均有一定差异的诱饵,从而使得防御系统无法通过寻找目标特征差异来判断真弹头)、反模拟诱饵(将真弹头伪装成诱饵)


  3、阻碍探测:即妨碍防御系统发现、跟踪真实目标,措施包括有源/无源电子干扰(如钨制重箔条,在大气层中雷达可以通过速度差分理出箔条,但在大气层外没有空气阻力,箔条只会慢慢与撒布器分离)、多层隔热保护罩(将真弹头隐藏在多层隔热保护罩或者铝制冷却器中,降低表面温度)、雷达隐身(包括低反射截面外形、隐身涂料等)、火箭燃料添加剂(在火箭发动机燃料释放添加剂,改变火箭尾焰波长,阻碍预警卫星发现)、速燃火箭(加速火箭发动机燃烧,在卫星发现前结束助推段)


  4、弹道机动:弹道导弹通过某些机动方式改变飞行轨道以躲避防御系统的探测、识别、拦截,它分为有意机动和无意机动。包括跳跃弹道、大气层外机动变轨、螺旋弹道、高高空滑翔等


  这些方法不可能全部应用到一种导弹上,具体应用应根据敌方防御系统的特点和我方的技术水平、资金条件、导弹性能特点、突防要求来决定。单独讲哪种突防手段更加有效并不合适,因为突防手段是用来对抗敌方拦截系统的,不与拦截系统的性能特点结合分析无法得出正确的结论。


  总的来说,反舰弹道导弹的作战效能要超过鱼叉、飞鱼等常规反舰导弹,具有更强的突防、摧毁能力。相应的,它的造价也远远超过常规飞航式反舰导弹。根据通常的原则,进攻武器的造价应不超过被攻击目标造价的十分之一,这样才能维持武器系统的作战效益,实现用最小代价取得最大利益。我国反舰弹道导弹的价格无法直接得知,只能根据国际上类似武器的价格来进行推断。


  美国德尔它火箭的发射费用是2万美元/千克,我国长征三号乙火箭的发射费用为1.4万美元/千克,长征二号丙改的发射费用约为1.6万美元/千克,仅相当于美国火箭发射费用的75%。长征三号发射亚洲一号卫星的发射费用为1.4-1.7亿,产品费用和发射勤务费用合计为0.5亿,成本仅占发射费的33%。美国飞马座火箭近地轨道运载能力454千克,发射费用为2200万—2600万美元。我国开拓者火箭近地轨道运载能力约300千克。假如火箭的价格与运载能力成正比,并且这两种火箭的价格差距与德尔它和长征三号乙火箭的价格差距相当,那么开拓者火箭的发射费用可能为1200万美元。如果成本占发射费用的比例与长征三号火箭相当,那么火箭成本为400万美元。需要注意的是,这个价格是火箭产品费用和发射勤务费用的总和,而火箭的发射勤务费用高于导弹,所以弹体的最终价格还能降低20-30%。根据航天科工集团公司的介绍,开拓者火箭是在我国东风—21基础上研制的,添加了上面两级推进器,为方便计算起见假设其与导弹实现跳跃弹道的第三级固液混合火箭发动机相当,则东风—21导弹弹体的价格同样可以确定为300万美元,这也与弹道导弹价格高于同等射程巡航导弹4-6倍吻合。


  导弹弹头包括雷达/红外制导系统、气动控制系统、诱饵投放系统等组成部分。就轻型机载雷达而言,目前最好的美国AN/APG-77雷达价格460万美元;美国鱼叉block2反舰导弹售价120万美元,其制导系统的价格不会超过25%即30万美元。反舰导弹制导雷达功能需求单一、使用时间相对极短,其价格肯定大大低于AN/APG-77,而接近于弹载雷达,按照较高价格估算,大约在100—150万美元。如果雷达占弹头总价格的20—50%,则弹头价格约为200—750万美元,反舰弹道导弹(不包括发射系统)的价格在500-1050万美元之间,为稳妥起见假定为1000万美元/枚。


  现代军舰价格高昂,CVN—77“布什”号航母建造费用及舰载机价值超过90亿美元,最新的阿里.伯克级驱逐舰价值12亿美元。反舰弹道导弹即使发射3枚攻击一艘伯克级驱逐舰,也只占到军舰造价的2.5%,发射十枚也只占航母价值的1.1%,这远远低于10%的要求惯例。与其他攻击方式相比,仅相当于2-3架苏-30MKK战斗轰炸机的价格,而航空兵要攻击航母群,不管成功与否都不会只损失3架战斗机,可以说在打击具有强大防御能力的航母编队方面,反舰弹道导弹的效费比是最高的。当然,反舰弹道导弹的全系统建设费用价格高昂,但其中的侦察、通讯、指挥系统都是建设远洋海军所必需的,属于现代化军队的公共投资,就像我们不能把GPS导航卫星系统的建设/维护费用记在JDMA联合直接攻击弹药上一样,反舰弹道导弹也只需要计算自身的造价。


  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。


  三种不同途径搜索的美军航母、驱逐舰位置经光缆传递到二炮反舰弹道导弹旅,经综合分析后确认目标初始位置,假设误差为3千米;分析美军航母群驱逐舰位置后决定首轮打击目标为A航母群的驱3、驱5,共发射4枚导弹,射程1400千米;次轮打击目标为航1-航3,发射12枚导弹,射程1600千米,两轮发射间隔时间180秒。导弹装填数据后发射,以首轮导弹发射时间为T-0时间。


  T-0秒,首批4枚DF-21E型反舰弹道导弹发射,产生尾焰、羽流和柱状烟雾。导弹的固体火箭发动机可以采用缩水甘油叠氮聚醚低温燃烧剂降低发动机尾焰温度,加入钾盐抑制二次燃烧,降低尾焰中CO2、HO2浓度,用发泡高分子物抑制烟雾,用添加剂使发出的红外辐射避开大气窗口,在发射场上空的大气层中喷洒气溶胶等技术,来降低美国导弹预警卫星的发现概率。


  T-15秒,美国天基红外系统同步轨道预警卫星发现弹道导弹发射。天基红外预警卫星灵敏度比DSP卫星提高10倍多,能够透过大气层进行观察,但考虑导弹采用了多种红外隐身技术可以降低大气窗口的红外辐射,大约要到空气稀薄的10千米以上高度才会失去大气掩护,因此判定卫星发现时间延迟15秒。同步轨道预警卫星同时携带扫描型和凝视型红外探测器,分别用于大范围探测和小区域持续监视,如果导弹采用机动发射方式脱离探测器可能进行监视的范围,就能延缓被发现的时间。


  T-25秒,预警卫星完成导弹轨迹测量。天基红外预警卫星发现红外辐射时首先要根据红外特性分辨出其波长范围和特性,进而推断其温度甚至推进剂种类,据此分析分辨出目标的类型(如弹道导弹或者运载火箭),然后测量目标的矢量速度。由于采用红外探测器,观察到的导弹轨迹是一个个连续的点,所以必须积累足够多的数据才能判定目标轨迹,SBIRS-H卫星的扫描型红外探测器扫描周期为1秒,号称在10秒钟内能够完成导弹轨迹测量。但是用红外设备测量弹道导弹的轨迹,必须2-3颗卫星在不同角度同时观测才能得出三维空间内的弹道,单颗卫星只能得出一维平面上的投影,而融合其它预警卫星的观测数据不可能由预警卫星自行完成,必须经过地面控制站处理,所以这时候得出的导弹轨迹缺乏弹道高度与倾角,仅仅是弹道在平面投影的速度矢量,而不是导弹的真实速度矢量,因此无法预测导弹的目标。


  T-30秒,预警卫星发出导弹发射警报,将信号传递给战区内的联合战术地面站(JTAGS)、澳大利亚的海外地面站和美国本土夏沿山的的北美防空防天司令部、美国航天司令部预警中心,进行数据融合与处理,得出导弹三维空间飞行轨迹。弹道导弹的抛物线轨迹,其水平加速度是一个累积数据的平均值,必需有一定时间积累才能推算轨道,例如发动机推力不变,但工作时间延长50%,其弹道必然不同,因此仅靠10秒钟内观测到的飞行轨迹还不足以判定导弹落点。而且现代弹道导弹多采用机动变轨技术,不等到主动段结束无法确定其最终弹道,所以真正的导弹落点预测不会很快得出,也就无法对战区内部队发出警报。


  T-50秒,依据预警/跟踪卫星提供的导弹飞行轨迹,部署在琉球、韩国的X波段导弹跟踪雷达(GBR雷达)搜索目标。X波段导弹跟踪雷达最大探测距离4000千米,波束宽0.14度,难以自行探测目标,必须等待导弹跟踪卫星或者跟踪雷达的精确信息才能发现目标。对雷达反射截面积(RCS)为3.45、1.0、0.1平米的目标,GBR雷达最大探测距离分别为4000、2100、1200千米,跟踪距离分别为2800、1200、800千米。根据公式判断对正面RCS为0.001平米的弹头,GBR雷达的发现/搜索距离为530/320千米,对侧面的发现/搜索距离为800/500—1000/600千米,勉强能发现我军在赣州以南地区发射的导弹弹头,但跟踪弹体没有问题。X波段跟踪雷达在前沿部署,我军可以使用图-154大型电子干扰机和中小型无人电子干扰机对其进行近距离干扰,破坏其对弹道导弹的跟踪。例如用运输机发射多架小型一次性散布式无人电子干扰机,可对敌雷达实施近距离主瓣干扰和多方向干扰,能挫败敌方的低副瓣天线技术、副瓣对消技术、波瓣自适应调零等抗干扰措施以及雷达组网技术。当干扰机距敌雷达距离减小10倍,则干扰强度增加100倍;若干扰源分布较密,可对雷达实施主瓣干扰或高副瓣区干扰,使干扰效果提高40dB-60dB。


  射程1500千米的弹道导弹全程飞行时间不过12分钟,因此干扰机无需工作很长时间;而要实现对高空弹道导弹的掩护,要求干扰机的位置必须很高,所以可采用远程火箭弹搭载干扰机实施干扰。例如WS-2火箭炮弹头重200千克,超过中型无人机的搭载重量;实际射程估计超过240千米,最大射高90千米,当使用船载发射系统时完全可以从别国领海线外覆盖琉球/韩国全境;通过预设程序控制火箭蛋飞行轨迹,使其全程掩护反舰弹道导弹不被雷达探测。因此判定X波段跟踪雷达不能有效跟踪弹道导弹,无法引导拦截弹提前发射。当然,这是建立在当地美军未参与对我军攻击的前提下,如果前提不存在,那直接发射短程弹道导弹/巡航导弹摧毁GBR雷达即可。


  T-120秒,首批导弹二级火箭发动机关机脱离。天基红外预警系统由于用多颗卫星对导弹助推段进行凝视跟踪,因此跟踪精度比国防支援计划(DSP)卫星高出许多,可精确给出导弹关机点参数,便于对导弹落点的计算。


  T-135秒,联合战术地面站计算出首批导弹的落点,为台湾东海岸佳山基地,距离A航母群前方驱逐舰800千米,美军向台军发出导弹袭击警报。


  T-180秒,我军第二批12枚导弹发射。两轮发射间隔180秒,首批导弹摧毁敌舰之后,第二轮导弹才通过敌舰上空,避免被拦截。


  T-195秒,美军同步轨道预警卫星发现第二批导弹发射,开始进行跟踪。


  T-200秒,美军GBR雷达搜索目标,我军再次实施干扰。由于导弹数量多飞行弹道差异大,干扰效果不如首轮,判定雷达能够发现导弹,但无法持续跟踪。如果美军要协助台军拦截首批导弹,那么GBR雷达由于正在跟踪首批导弹以精确确定弹道,是否会转而跟踪第二批导弹尚未可知。


  T-205秒,美军完成第二批导弹轨迹测量。


  T-210秒,预警卫星发出第二批导弹发射警报,地面站进行数据融合与处理,得出导弹三维空间飞行轨迹。


  T-300秒,第二批导弹二级火箭发动机关机;首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;美军同步轨道导弹预警卫星发现导弹点火并对其进行跟踪。东风-21导弹通过加装第三级火箭发动机,将传统的抛物线弹道转变为具有多个波峰的跳跃式弹道,降低了弹道最高点高度,使得拦截系统在导弹再入大气层之前很难计算其最终落点。导弹防御系统对导弹轨迹的预测是将弹道限定在一个管形区内,在导弹飞行的过程中,根据已知弹道数据,逐渐缩小预测弹道管形区的半径,当其小于拦截弹的机动半径时就可进行拦截。而弹道跳跃的幅度越大,管形区的面积就会越大,给防御系统的预测带来更大的困难,从而大大提高了导弹的突防能力。


  T-310秒,同步轨道预警卫星完成首批导弹第一次跳跃弹道轨迹测量。


  T-315秒,预警卫星发出首批导弹空间弹道变轨警报;地面站计算出第二批导弹落点位于台湾东南200千米,距离A航母群前方驱逐舰600千米的海域;美军判断多枚导弹不可能同时产生故障,也不可能仅用来扰乱视线,目标必定是A航母群,对其发出导弹来袭警报,并调动低轨道跟踪卫星持续跟踪导弹。海基中段导弹防御系统启动,开始接收导弹弹道轨迹信息,并指挥AN/SPY-1E雷达搜索目标。只有在水面舰艇群与导弹预警系统信息实时交联、随时知道航母群位置的情况下才可能快速得出导弹目标信息,否则依靠人工查询还要有时间延误,在此假设美军已经具备这一能力,也就是说数据链时刻发射无线电波进行联系,供我电子侦察卫星、地面监听站搜索目标。航母群驱2、4、7雷达开机,试图参与导弹拦截。但宙斯盾雷达采用电子管,必须进行预热;各系统必须分别开机,否则电流过载太大无法启动;各系统开机后必须进行自检,无法直接探测目标;整个雷达系统开机要10-15分钟,根本来不及拦截导弹。


  T-330秒,首批导弹第三级火箭发动机第一次关机,导弹第二个抛物线弹道长300千米,高差10千米。


  T-345秒,地面站计算首批导弹落点为我国警戒舰队附近。美军地面站判断这是用于打击美军航母群的机动变轨导弹,对A航母群导弹拦截指挥控制系统传递导弹信息。


  T-380秒,首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-410秒,首批导弹第三级火箭发动机第二次关机并与弹头脱离。导弹第二个抛物线弹道长300千米,高差10千米。


  T-420秒,首批导弹释放诱饵;第二批12枚导弹第三级火箭发动机第一次关机。虽然美国天基红外系统的跟踪卫星号称可以跟踪发动机分离后的导弹弹头,观测诱饵的释放、膨胀情况,但是一方面美国计划于2010年建立的跟踪卫星星座只有9颗卫星,与最初计划的24、30颗卫星相去甚远,必然影响卫星的覆盖范围,从而导致无法形成连续、严密的观测网,拉大与导弹之间的距离,使原本在1000千米距离上最小8米的分辨率进一步下降;另一方面卫星系统现在要观测两批16枚导弹,尤其打击航母的第二批导弹更是重点拦截目标,很难说美军会调动全部跟踪卫星来观测首批导弹,这会导致原本就不高的观测能力再次下降。而且如果跟踪卫星的能力强大到可以依靠持续观测目标运动和施放诱饵的过程来分辨假目标,那美国国内就没有必要为导弹防御系统的识别能力而争吵不休,更不会与此同时削减低轨道跟踪卫星星座项目,将30颗卫星的庞大观测网砍到只剩9颗卫星的实验系统。所以这里不采用跟踪卫星可以观测诱饵释放来识别假目标的说法。


  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。


  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。


  在这次模拟过程中,反舰弹道导弹的各种数据均按照保守估计进行推算,如弹头RCS假定为0.001平米,实际可能要降低1-2个数量级;弹头没有对雷达/拦截弹的数据链进行电子干扰;没有干扰拦截弹GPS定位制导;没有采用多枚导弹同时发射混淆视线;没有对放弃防空能力的驱逐舰进行反舰导弹攻击等等。美军则按照乐观数值推算,如对导弹的发现速度,对弹道的计算速度,对导弹目标的判断速度,对弹头的发现距离,发射拦截弹的速度等等。即便如此,美军也无法解决差异化诱饵识别和大气层外拦截弹发射窗口的问题,从而导致拦截失败。这不仅有技术方面的原因,更重要的是美军整套系统过于脆弱,弹道导弹拦截从预警卫星、预警雷达发现导弹发射,到跟踪卫星、跟踪雷达判断目标弹道,再到舰载雷达发现跟踪目标,拦截弹发射、截获目标,是一个庞大而复杂的系统工程。弹道导弹的发射非常突然,没有预先准备的时间,在导弹飞行的5-30分钟内,拦截系统要完成诸多环节,而且每个都不能出错,对方只要让拦截系统一个环节的效率降低到一定程度,就可以突破整个系统。例如对方以速燃火箭、散布气溶胶、改变红外辐射波段、机动发射使预警卫星未发出警报或警报过晚,那么整套系统就不会启动;以隐身弹头、电子干扰使跟踪雷达无法发现/跟踪目标,拦截弹就无法发射;以空间变轨破坏对弹道的预测,拦截弹就要超出修正范围脱靶;以诱饵阻碍对方识别目标,就会使拦截效率无限降低;以低伸弹道隐藏在大气层内,拦截弹就不能攻击导弹。


  特别是对东风-21E这类反舰弹道导弹,由于以拦截舰艇自身为打击目标,再加上特殊的高高空滑翔弹道,弹头重返大气层的时间大为提前,SMD系统反应时间缩短,防御舰艇的拦截区域必须大幅度前伸才能赶上在导弹中段拦截,由此雷达发现距离、弹头弹道判断距离、拦截弹飞行速度都需要提高,这就使系统技术难度提高,拦截效率下降。而且美军还要求在现有宙斯盾舰艇的MK-41发射器中装填拦截弹,从而限制了拦截弹的体积和重量,进而导致速度、导引头探测距离、目标识别能力都赶不上陆基的THAAD系统拦截弹,拦截难度更大。当然,在面对老式的对地攻击弹道导弹,尤其是导弹打击目标在拦截舰艇后方时,SMD系统还是能够很好地完成任务。例如拦截正面RCS为0.1平米、射程1500千米、速度10马赫、弹道最高点600千米、未采用有效突防措施的中程弹道导弹,拦截舰艇部署在目标前方400千米、对应弹道高度约300千米。根据天基红外系统和GBR雷达的跟踪数据,AN/SPY-1E雷达可以在900千米外发现目标,550千米外进行跟踪并发射拦截弹,LEAP拦截器耗时120秒爬升到300千米高度,此时来袭导弹飞行距离不过400千米,刚刚到达拦截舰上方,LEAP有足够的时间追击目标。这样的表现,已经可以威慑朝鲜、伊朗、印度、巴基斯坦等国家。


  在可预见的将来,要击落拥有种种对抗措施的反舰弹道导弹,可采取多种途径:发展超宽带雷达、激光雷达等新体制雷达,提高雷达对隐身目标的发现、跟踪距离,及早预测目标弹道。提高拦截弹飞行速度,扩大拦截区域。建立前进拦截阵地,争取做到助推段拦截。发展天基激光、微型拦截器等武器,提高拦截能力;摧毁/干扰侦察卫星,阻碍其发现目标等等。不过这些措施都不是无懈可击:发展封闭式等离子体雷达隐身装置,屏蔽更宽的雷达频段;发展激光隐身涂料,降低表面激光反射特性,缩短激光雷达发现距离;打击前沿拦截弹阵地,破坏敌助推段拦截;摧毁、致盲敌预警卫星,使敌人无法发现。


  军事技术对抗永无止境,弹道导弹攻防也将持续几十年时间,不管最后结局如何,起码在2020年前,攻击方还会占据着优势。在反舰弹道导弹服役之后,我们的海军终于有了千里歼敌、远海防御的能力,下一步就是建立具备战略进攻能力的海军舰队,让龙旗飘满西太平洋。

 

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