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发信人: dragon (猎鹰), 信区: Green
标 题: 战略和战术弹道导弹的突防
发信站: 紫 丁 香 (Mon Oct 25 19:55:17 1999), 转信
战略和战术弹道导弹的突防
鲁红权 杨连栋
摘 要:在弹道导弹防御系统不断发展的今天,有效的弹道导弹突防成为提高战略和战术
武器生存打击能力的重要保障。本文主要针对已经存在的几种传统典型的突防方式如诱
饵、隐形、多弹头、机动,作了较深入的概念和物理技术内涵分析,从技术上、构成上
以及战场对抗方面剖析了诱饵的饱和性和欺骗性、雷达和红外隐形、多弹头和子弹药、
有意和无意机动的突防。提到了弹道选择的战术突防新概念,并对其技术性及其对突防
的影响进行了分析。介绍和预测了电磁脉冲弹的使用,给出了非核的常规低频电磁炸弹
弹头和高功率微波炸弹弹头的简明图示。最后分析了与突防有关的两个数据,指明最小
拦截高度和干扰箔云最低有效高度对弹道导弹突防的影响。综上所述得出了结论并提出
几点看法。
关键词:弹道导弹 突防
1. 引言[1][3][6]
弹道导弹的攻与防是一个矛盾的两个方面,两者相互制约,又相互促进。随着弹道导弹
防御系统和技术的发展,必将促使弹道导弹采取能够突破防御的手段;突防技术的发展
,也将迫使防御系统进一步采取反突防的措施。进攻与防御、突防与反突防也是军备控
制的一个重要方面。
突防即攻击突破防御系统的防御而达到攻击的目的。具体地说就是攻方采取手段避开或
摧毁守方为保护自己受打击的军事等重要目标采取的防御措施。讨论导弹的交战过程和
对抗:攻方向守方有战略、战术意义的目标发射导弹(并带有一定的突防手段);守方
首先用探测装置探测到弹道导弹,然后跟踪,当跟踪达到足够精确时向预计的命中点发
射拦截弹,外部探测继续修正跟踪,从突防措施中区分出来袭弹头,同时按拦截弹的视
点计算出所有物体的透视图,并把这些“目标对象图”转发给拦截弹,然后拦截弹开始
搜索弹头,从一群物体中分辨出弹头,并用弹上的制导设备进行机动,精选瞄准点,对
弹头进行杀伤;而攻方则要考虑利用所携带的突防手段进行迷惑探测,破坏跟踪,躲避
杀伤,突防而达到打击守方的军事目标的目的。因此,突防技术的研究,必须与国外反
导防御技术的发展相适应,必须寻找守方防御的薄弱环节。现代高科技条件下的战争,
尤其是核大战,其复杂性也决定了其脆弱性。只要针对双方各自的易损性进行攻击或防
御,必然奏效。
为保证攻方核武器有效的威慑力,也就必须解决如何突破守方防御的问题。导弹的攻与
防这一对矛盾,可以说导弹攻是主要的矛盾方,进行智斗的主要方。冷战初期,著名战
略家伯纳德·布罗迪就曾对核时代作了一个令人胆寒的预言“对于核炸弹,根本不存在
有效的防御,将来出现有效防御体系的可能性也极其渺茫”。此言一出,从此划分了鹰
派和鸽派两个营垒。鹰派试图从理论和技术进步上来驳倒“无有效防御”的观点,鸽派
则力图证明“同归于尽”原则的合理性。1972年的ABM条约,1983年的SDI计划,以及19
87年MTCR(导弹及技术控制制度)和如今发展中的TMD计划、NMD计划等等,无不表明美
国的两手政策。也表明其对突防的重视。因此关注国外防御系统发展的同时,也应该盯
紧他们对突防手段及技术的发展与研究。出于某些原因,现在国外能见的有关突防具体
理论和实践的材料并不很多。
下面我们以现掌握资料就诱饵、隐形、多弹头(子弹药)、机动和加固,以及弹道选择
和电磁脉冲弹等7种成文突防技(战)术,详细或简略地加以叙述。
2. 反侦察类突防技术
2.1 诱饵[1][2][4][5]
用诱饵作为突防对抗手段是经常被讨论的话题,是早在电子战之前就产生的古老的战场
对抗手段,也是实战中发展最成熟的一种突防措施。理论上说诱饵必须具备三个基本使
命:(一)使守方防御系统达到饱和,相应作用的诱饵称“饱和诱饵”;(二)使守方
对目标的攻击转向对诱饵的攻击,相应作用的诱饵称“引诱诱饵”;(三)使守方的防
御攻击设备通过对诱饵的攻击造成自身的暴露,相应作用的诱饵称“探测诱饵”。以上
的任务与分类主要针对保护飞行器而言,仅对弹道导弹突防来说,以下讨论的诱饵一般
会兼有前二个使命,第三个使命并不很重要。 “饱和”、“引诱”和“探测”三种诱饵
也仅是使命(任务)不同而分,实际上弹道导弹突防中的每一种诱饵都不只有一种使命
,如以下将要介绍的气球和主动诱饵,就兼有“饱和”和“引诱”两项使命,只是侧重
点不同。“引诱诱饵”实际上也即“欺骗诱饵”,目的无非都是以假乱真。所以我们还
是以诱饵饱和性和欺骗性两种特性分别叙述。
A.饱和性。由于分配给守方防御的目标探测设备和处理设备来对付来袭导弹的时间和武
器数量是有限的,超出这个范围常会令防御疲于奔命。对攻方来说,传统的作法是采用
大量很像真弹头的轻质诱饵如气球诱饵以期出现这种情况而使导弹(或弹头)成功突防
。在高空防御工作的地方(如THAAD),轻重目标由于无气阻作用飞行在同一轨道上而无
法分辨,而且轻质诱饵可以轻易地释放,代价很低,很容易得到。或者不同于传统反其
道而行之,简单而实用地改变弹头的表现,使其类似于诱饵,这种方法曾被称为“反模
拟”或“反仿真”。它们看起来个个都一样,使防御分辨不出真弹头与诱饵。但这些方
法由于守方容易预先从导弹飞行试验得到导弹特征信息,利用一些小差别可以区分诱饵
和弹头,而且再入大气层时轻质诱饵还是要从弹头中分离出来。进一步研究则表明高空
假目标可由采用金属镀层复杂塑料的气球形成,其数量很多,把弹头放置于其中之一。
甚至在看起来一样的气球内装置一些小部件加热其全部或部分表面,使靠探测表面温度
和辐射率尝试区分弹头的红外线寻的失效。一些或全部气球还可装置小装置使其振动,
更加妨碍识别。另外有时还可用大量各不相同的气球诱饵,不同的型号和尺寸,不同的
外部涂层颜色,在阳光下有不同的温度,使红外寻的搜索分辨不清。至于弹头还可以用
不同的气球包围,或者装置不同的雷达反射器和红外线源使每一个弹头或诱饵看起来各
不相同,也就不存在标准的导弹图像。而且沿导弹随机地制作一些突起物也可以达到导
弹之间或导弹和诱饵之间有不同的雷达响应时间变化特性,使导弹和诱饵的表现各不相
同。总之,由于导弹、诱饵相同的或不同的特征表现,将在数量上达到使拦截武器系统
相关的雷达或红外搜索处理以及拦截武器发射处理要么忽略放弃与已有真实导弹目标回
波或图像特征明显不同的目标跟踪或者别无选择向每一个目标开火,总之无论何种方式
对攻方都有利。
B.欺骗性。对防御雷达而言,诱饵的引诱方式基本可分三种:(一)常规被动式;(二
)带脉冲转发器的主动式;(三)内置计算机芯片的智能式。因此相应诱饵可分别称为
常规被动式诱饵,主动欺骗式诱饵,智能诱饵。
常规被动式诱饵由诱饵本身直接反射雷达信号,不做任何改变。只是为了达到引诱的目
的产生类似探测响应特征而制造成的诱饵,和弹头在尺寸和外型上近似,因此较大型且
笨拙,如上面提到的单纯气球诱饵,因其与弹头相匹配的雷达截面使得靠距离分辨无法
准确区分。而如果在弹体表面安装突起,与其它伸出的不同部分的反射波束相匹配,就
使得弹头更像是诱饵,而诱饵又像是弹头,达到真真假假,假假真真的迷惑欺骗目的。
主动欺骗式诱饵主要利用雷达对回波信号的接收和识别。在诱饵和弹头上携带脉冲转发
器而形成,图1为一典型的主动欺骗式诱饵脉冲转发器原理图。这种诱饵一般体积小,重
量轻,可在不
天线罩内部装置图。脉冲转发器由接收和发射天线,一个放大器,以及一个可以修改重
发微波信号从而模拟真实反射信号的处理机构成。非必备设备包括一个分相器和反馈电
路、补偿器,可以增加收发天线的隔离度。
图1 脉冲转发器
影响射程的情况下大量携带,但是它与大型弹体有很大的雷达截面差异。为克服这个影
响,基本设计思想是在导弹(或弹头)和诱饵端头处各安装一个脉冲转发器。当雷达信
号还没有从导弹(或弹头)和诱饵主体反射回去时,安装在它们端头处的脉冲转发器就
先接收到了雷达信号,然后再以接收到的频率,经过放大和编码处理由脉冲转发器通过
发射天线发回给雷达一个信号。发回的信号放大到比从诱饵和导弹(或弹头)上反射回
的信号强,而且更早到达雷达。更进一步,这种可控制的信号可具有与真正的导弹反射
信号特征一样的尖峰和其它回波特征信号,从而主动欺骗守方雷达的探测,使其无法确
定何者为真正的目标。可采取的措施有使信号通过非常短的延时线,加强信号使其在不
同的时间产生模拟反射,与沿弹体长度不同而产生的不同反射信号相吻合。
由于脉冲分布在一个与真正的导弹回波反射等长的时间区域内,这样诱饵的脉冲长度与
导弹的脉冲长度就相同了,并且使两者的反应特征相似。但实际上诱饵和导弹的脉冲转
发器的响应特性不必一样,因此对于一枚特定导弹,也就没有共同的信号和特征可以累
积作模式识别之用,对突防有利。此外,为了迷惑自相关电路,可以按时间随机增加脉
冲。这些脉冲可以变化,以干扰自相关分析,产生一个非常有效的噪声信号,从而阻挠
从中提取导弹(或弹头)的反射信号。
除了以上所说利用脉冲转发器不同响应特性外,还可以沿导弹随机制造一些突起物,使
每枚导弹的响应时间变化特性各不相同,也就不存在标准的导弹特征图像。即使对于那
些由很强的脉冲转发器信号来掩盖的导弹,如果其弹体也如此处理,其反射信号也是如
此不同。两者的双重作用,将使守方更难于识别和判断。另外设计者还可利用表面涂层
技术来减少导弹的有效雷达截面,用涂层改造导弹的轮廓外形。这样可以使问题变得简
单些,但从识别来看,这一切会使问题变得很复杂。
防御雷达由不同波段的搜索雷达和跟踪雷达组成。它具有高的距离分辨率,可以测量出
进攻导弹或弹头的长度,还可以使用先进的极化分析、跳频、自相关、脉冲压缩等方法
来识别进攻的导弹和弹头。所以,主动诱饵必须能具有这些识别功能的反对抗措施。
不管怎么说,这种诱饵和导弹(或弹头)安装脉冲转发器主动化的应用前景很诱人,所
需元器件都已公开在市场上出售,天线和放大器也都不属于禁卖品,第三世界国家的工
程师们可以设计出与这里描述系统一样或更好的诱饵系统来。
智能诱饵不言而喻具有一定分析判断的智力,它可以使用内置计算机芯片从飞行中收到
的信息自主确定出脉冲转发器应发出的信号。在科技发展迅速的今天,尤其是计算机技
术的高速发展,将某些数据集成、储存在微型芯片上,装置在诱饵和弹上不是不可能的
。在进行欺骗、干扰的同时,为对抗守方的雷达等防御措施,迷惑守方探测、定位、跟
踪、制导,甚至攻方可以使导弹和诱饵在飞行中以及在再入问题上进行通信协商。在战
场上,我们可以将防御雷达的位置以及频率信息存入计算机,或者转发器的接收机在飞
行初期就能探测到雷达并且对这些信息进行积累。此信息可用来在飞行的任何阶段,预
测雷达将从导弹接收到的信号,并使转发器放大器的增益得到电控,以改进它的干扰性
能,甚至计算机可以使转发器与导弹的实际角分布相匹配。而且导弹和诱饵在遭受拦截
武器拦截时,可对其拦截杀伤力进行估计、分析、判断并进行自主决定躲避或牺牲诱饵
保全真正的弹头。另外导弹还可估计一个本身杀伤力的有效范围,即使发现遇到拦截,
在可允许的范围内最大限度前进而在最后时刻自决引爆,发展的局部技术有引信自救技
术等。在诱饵发展的将来,智能诱饵必是重点研究对象。
设计得很好的诱饵对付反弹道导弹防御系统是一个公认的可以采用的方法。美国物理学
会在1987年4月对星球大战的研究报告中曾经提到,轻质诱饵的发展是确实可行的。这些
轻质诱饵,现在理解应包括轻质被动式诱饵(如气球)和小型轻质的主动诱饵(带脉冲
转发器)。在弹头和小型诱饵鼻锥中安装使用转发器,返回给雷达的高能欺骗干扰信号
在技术上已经成为可能。此信号可以压制正常的雷达回波,到达的时间更早,并且含有
各种各样的欺骗干扰信号。研究中考虑采用的一些设备具有非常大的带宽,能用于任何
一个可预见的未来系统。这方面更深入的技术细节,可参阅参考文献[2]。主动诱饵的研
究工作并不意味着它将取代被动式惯性诱饵。但是小巧的主动诱饵(灵巧诱饵)和具有
内置式计算机芯片的智能诱饵一样,能够在更广的范围内对抗导弹防御系统。被动诱饵
在大气层外使用是非常有效的,特别是对抗防御雷达的探测(当然也有一定的对抗红外
探测的能力)。被动诱饵可做成具有与导弹相匹配的雷达截面,还可以设计一些可伸缩
的短型诱饵,它们展开后能具有导弹或弹头的外形,不仅具有同样差异的雷达截面,而
且距离分辨也无法将它们与真的导弹区分开来。如果在导弹弹体表面安装突起物,使之
能与短型诱饵任何不同伸缩部位的反射波束相匹配,就可以使诱饵与导弹更加相似。在
再入前漫长的弹道上,对抗雷达和红外探测识别主要依靠诱饵(被动和主动)和下面要
介绍的隐形技术。再入大气层后,诱饵与弹头的再入减速特性的匹配就显得重要了,能
做到这一点的应首推那些具有适当长度、重量和鼻锥角的小型诱饵(携带脉冲转发器的
小型诱饵更理想,而且智能的电子对抗装置──智能诱饵还可与弹头就再入问题进行通
信协商)。
鉴于以上技术进展,在1995年6月于伦敦召开的第八届多国战区导弹防御会议上,以色列
国防部的Uzi Rubin,以色列科学技术部的Azriel Lorbert在他们关于导弹防御的最新评
论中说:“在今后15年的未来中东战争中,最有可能出现的导弹防御对抗武器就是简单
的单用途诱饵。”还说:“在这项研究时间期限的最后,有可能出现低功率的电子对抗
装置。”
顺便提一下,本文叙述中提到的或未提到的防御系统大多为THAAD和NTW系统,但一些技
(战)术仍可用于洲际弹道导弹对NMD系统的突防。不同的是,战区导弹射程短,而洲际
导弹射程长。射程越长,中段路径越长,突防越困难,因而对技术要求更高。
2.1 隐形[1][3][4][8][9]
隐形也即隐身,就是尽量降低目标的可被观测性,如雷达、红外、光、声、电、紫外等
设备的搜索和识别,是现代军事上隐蔽自己以免敌人发现,借以增强突击生存能力保护
自身的重要手段。根据导弹防御中所采用的两种主要探测手段,隐形可分为雷达隐形和
红外隐形。
A. 雷达隐形。武器对雷达波隐形,使一般雷达降低或失去探测能力,具有突出的意义。
导弹等的隐形性能,主要决定于它们对雷达波散射截面的大小,因而以各种方法缩小雷
达截面,成为隐形技术的主要目标。
雷达是迄今为止最为有效的远程电子探测设备。它根据目标对雷达波的散射能量来判定
目标的存在并定位。雷达工作频段覆盖了3MHz-300GHz的范围,绝大多数工作在微波段,
特别是X波段(8-12GHz)和Ku波段(12-18GHz)。雷达技术的巨大改进和发展,其功能
已不仅能搜索发现目标并定位(距离、方位、仰角、高度),而且能跟踪目标,连续测
量目标的位置和运动参数(速度、加速度、航向和航迹)。成像技术及其他目标识别技
术,可进一步确定目标的类型和数量。先进的雷达组网技术,还可进一步使各种来袭目
标在数百乃至数千公里之外就处于被严密监视状态。但是利用雷达本身的一些难以克服
的弱点,也可以发展多种反雷达技术,如低空超低空突防技术,综合性电子干扰技术、
目标隐身技术、反辐射导弹技术。其中目标雷达隐形是非常有效的突防手段之一。
目标雷达隐形技术即通过减小目标对雷达有效散射截面,降低守方雷达的作用距离,提
高武器平台的突防能力和生存概率。雷达最大探测距离由下式简单表示。
(单位:米)
式中,Rmax:雷达最大探测距离;Pmin:最小信噪比确定的可允许的接收信号最小电平
;Pt:雷达发射机输出功率;G:由于共用天线Gt(发射天线最大增益)和Gr(接收天线
最大增益)的共同阈值;λ:雷达波长;δ:雷达截面(RCS)
根据此公式,雷达在自由空间的最大探测距离与RCS的四次方根成正比。如果δ降低20d
B,则Rmax将降至0.316 Rmax。而同时再配合有源或无源干扰、诱饵欺骗和其它突防技术
,则可以大大提高武器的突防性能。隐形技术使雷达探测距离减小,盲区加大、预警和
搜索功能降低,提供的做出正确反应的时间锐减,而为弥补其盲区增加布阵密度带来的
附加军费往往要比研制隐形技术费用多得多。
减小军事目标雷达截面的隐身技术目前主要是通过雷达吸波材料和外形隐身设计实现。
雷达吸波材料(RAM)是通过吸收来减小反射回雷达的能量,是抑制目标镜面反射最有效
的方法。吸波材料主要包括表面涂层材料和结构型复合材料两大类。其作用机理是雷达
波能量通过这种材料时被转换成欧姆损耗而被吸收,而大多数材料不会因吸收足够的雷
达波能量发热,产生可检测到的明显升温。从雷达波电磁两方面特性来说,电吸收材料
应考虑到其对微波能量的损耗来自于材料的有限电导率和那些力图跟随外加交变场运动
的分子之间的摩擦。如碳常用于实验目的的微波暗房等,却很少用于作战环境。磁吸收
材料广泛用于作战环境,其损耗机理主要是由于磁偶极矩。例如铁氧化物(铁氧体)和
羰基铁广泛使用,铁的化合物是其成份。磁性材料厚度薄,体积小,但由于含铁的成分
,重量较大。故可将吸收剂和填充剂、粘合剂混合构成复合结构来满足一定频率范围内
的电磁特性要求。外形隐身技术是一项非常复杂的技术。由于雷达波最大反射从垂直于
雷达瞄准线的平面返回,所以隐身的目的是修改目标的表面和边缘,使其强散射方向偏
离单站雷达来波方向。将一些高RCS区域移至威胁相对较小的空域中去,使其指向边射区
域,从而在一定角域范围内显著减小其RCS特征。但是形状的选择不能仅由RCS决定,而
且也决定于空气动力学性能及其他要求。导弹一般飞行在近乎真空的高空,似乎可以不
用过多考虑气动力学所形成的限制性要求,它本身就是很有效的方法。当然为减少目标
的雷达截面,还可考虑无源对消技术、有源对消技术、频率选择表面(FSS)、天线系统
的隐身技术。这些技术大多在飞机上已成功应用,但对于导弹和弹头来说,也未尝不是
一个很好的考虑方向和部署的现实依据。
另据99年2月3日《参考消息》报导,俄罗斯克尔德什研究中心已研制出新的飞机隐形技
术。这种技术完全不同于美国“降低识别特征”的隐形技术,能够确保被保护目标完全
隐蔽,而且价格相当便宜。这种技术是在飞机周围形成一种特殊的等离子体,在不影响
飞机空气动力性能的同时,可使飞机的被发现率降低99%以上。原理在于雷达电磁波与
等离子体相互作用,会发生几种现象。首先,电磁波的能量被吸收;其次,通过相互作
用,电磁波会绕过等离子体。这两种现象使反射的信号大大减弱。该中心已研制出第一
、第二代设备,用以在飞机周围形成人造等离子体并减弱反射信号,其中第二代设备还
能改变信号长度,并向敌人发出一些假信号。第二代设备全套系统重量不超过100公斤,
已经全面通过地面和飞行试验。目前中心正在研制第三代更有效的隐形系统。第一和第
二代系统已被列入获准出口的俄制防御产品名单。
以上所说的是目标本身的隐形及所使用的技术。下面介绍的是另一种意义上的隐形,即
使导弹(或弹头)隐身于周围的箔丝(片)干扰云中。借助箔丝干扰云隐形是一种高空使
用的突防技术。
THAAD雷达和NMD地基雷达都在10GHz频率左右工作。就THAAD来说可能有1GHz的带宽,距
离分辨率相当于0.15米左右。因此,雷达可以对间隔0.15米的干扰箔云层搜索来发现其
中隐藏的导弹(或弹头)。对于光滑圆锥形弹头,只要弹头尖端的半径小于雷达波长,
其雷达截面则粗略地按波长的平方变化。如图2所示,对10GHz雷达,其波长为0.03米,
平方为0.0009平方米。就是说,THAAD雷达最高频率提供一个非常广的带宽和好的距离分
辨率,使雷达可以观测到目标的许多细节。但它也意味着目标要是有非常低的雷达截面
的话,会使它们更容易和箔云干扰模糊起来。把弹头封入带球形后端的锥形防护罩内会
加重这种影响。为了加大隐形效果,可用单位面积重量较低的高效雷达波吸收材料覆盖
防护罩的反射面。
根据这种简单的可广泛使用的技术,已完全可能生产远低于0.001平方米雷达截面的弹头
,甚至更小的0.0001平方米雷达截面的弹头,它可以和蜜蜂的雷达探测截面在尺寸方面
相当。不光如此,带圆形后端弹头(迎面情况)的雷达截面将和每个随机取向的箔片(
丝)有大致相同的尺寸,这在图2上明显可见。
弹头隐形缩短了防御雷达的可探测距离,减少了防御覆盖的面积,妨碍拦截导弹作战。
更重要的是,一旦弹头被制成雷达隐形,使原先在0.15米区间搜索下会暴露导弹的金属
丝(片)干扰云也变得可行了。如果目标的雷达截面很小,甚至连切割长度等于雷达波
长一半的单个细小金属丝(一团干扰云全都是这样的小金属丝)就能反射差不多与目标
本身一样多的雷达信号。对于10GHz雷达,这个长度为1.5厘米。1 公斤这样的干扰金属
丝对来袭导弹来说不算太多的负荷,但却可以容纳几百万根。
图2
金属丝干扰云在近乎真空的空间使用,金属丝会随导弹一起前进。每秒钟可放出几百根
干扰丝的小装置连续不断地产生新的丝云,使弹头一直被隐藏其中。一种可能的释放装
置是用内置干扰丝的材料制作的旋转插塞,用在真空中会升华以释放它的置入物(干扰
丝)的材料制成。这样的装置能产生多团丝云,其中一些含有弹头,另一些只有丝云释
放器。这使得防御雷达不能辨别丝云里面含有什么而无法确定防御导弹射向哪一个目标
。搜索干扰丝云的传统方式很容易被对付。因为干扰丝将在空中杂乱撒布,如果它制成
比10GHz雷达中心频率的波长一半还长大约5%的话,它将在覆盖它的全部1GHz带宽里有
效散射雷达信号。如果在考虑覆盖防御雷达整个可能的频率范围方面更谨慎的话,还可
以使用稍有差异的两种不同长度的干扰箔丝(片)。
散布的干扰丝相对雷达有不同的速度,返回的雷达信号会有一个大的多普勒频移,掩盖
了由于弹头的旋转运动产生的任一多普勒漂移频率的存在,使多普勒识别可能无效。
如果防御使用空间和导弹跟踪系统(SMTS)的红外传感器,也可以容易地由系在箔丝投
放器上的小的热气球进行对抗。
B. 红外隐形。另一种隐形是红外隐形。像弹头雷达隐形技术一样,是为了对抗防御系统
红外探测器和反导拦截器的红外凝式自动寻的导引头对弹头的探测和跟踪而产生的新技
术。
红外隐形主要采用的是“冷屏”技术。如图3所示。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。“冷屏”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。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20-30分
钟内的洲际导弹来说,和弹头本身的1000-2000公斤重量比较,40-50公斤的重量是微不
足道的。THAAD、NAVY THE-ATER-WIDE和NMD等拦截器的红外寻的探测器可探测的波长为
3微米~10微米,一个处于液氮温度红外隐形弹头发出的5微米的红外信号强度,要比未
加“冷屏”的室温弹头的辐射信号至少弱1010倍。换种方式说,如果探测弹头发出的5微
米红外信号,室温弹头在300公里远就可以发现,而冷却到77K的弹头要近至3米时才能发
现。这样的“冷屏”红外隐形弹头甚至在夜晚天空黑色背景下自寻的头也发现不了。为
了防止弹头反射地球辉光到拦截器上,进而可能会暴露它,“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。
红外隐形有效避免了热寻的(红外辐射)探测,甚至可以对付基于可见光传感器,短、
中、长红外传感器的SMTS的探测和跟踪。如果再配合以外形设计、减小雷达截面,使其
同时也对雷达隐形,这样对突防就更加有利了。一种办法如前所述就是把弹头冷屏的后
部也做成圆形,并覆盖上雷达波吸收材料,使弹头几乎没有雷达波反射的表面断点存在
。
图3
3. 反拦截类突防技术
3.1 分导式多弹头[1][3][6]和多个子弹药[1]
对于远程核导弹,每枚导弹携带多个弹头可以增加真目标的数目,像饱和诱饵使探测手
段难以对付一样,太多的目标对拦截来说,也是无法同时对付的。这由美苏在冷战时期
部署的多弹头分导重返大气层运截工具再入装置可以证明。此类技术较为成熟,美苏等
核大国大量拥有此类装置。部署的三叉戟I导弹有八个弹头,三叉戟II有八个弹头,MX导
弹有十个弹头,民兵III有三个弹头。
更多真真假假的目标,对弹道导弹突防都是有效的。对于短程携带常规、化学、生物武
器的导弹,可以用多个小的子弹药代替单弹头而增加目标的数目。子弹药不同于多弹头
分导。其突防过程是:当短程导弹完成动力飞行,在助推段结束后不久,沿着所滑的不
影响射程的轴线方向(the range-insensitive axis),垂直于弹体向上、向下两个方
向,释放子弹药,此时还远在防御的作战范围以外。子弹药可通过使它们垂直于导弹弹
体运动的通道,由一种简单的压缩气体推出来。这种情况下,子弹药的向外速度(“ou
t ward” velocity)不用精确控制,所以其部署装置技术很简单。就伊拉克的“al-候
赛因”和俄国的“飞毛腿-B”导弹而言,子弹药释放后,分别在不同弹道飞行,但最后
落在同一点附近,对一处目标进行共同杀伤。应该说明,这种特殊情况仅在较短程导弹
(粗略说射程小于1000公里)时出现。图4为计算过的海湾战争中使用的600km射程导弹
子弹药的弹道。如果防御在助推段拦截无效,那么此后拦截的将是无数的子弹药,防御
更加无效。
图4
3.2 机动[1][4]
防御导弹对来袭导弹的杀伤,要害在于击中目标含有弹头的那一部分。而研制中的各种
拦截器寻的导引头对大约100微弧度角分辨率的目标有极限分辨率,一个到目标50公里的
拦截器大约有5米的分辨率,10公里时(碰撞前1或2秒)其分辨率约为1米(按导弹典型
速度计)。这样的分辨率对探测目标的横向运动是足够的,也可使拦截器调整自己处于
目标的路径上以便杀伤;然而它对目标的详细观测是不够的。
攻方可以利用这些不足之处,在导弹助推段动力飞行结束之后,弹头或弹头再入装置上
的一个小火箭发动机点火启动整个装置翻滚,使敌方难以击中弹头。此外,可以连接一
个膨胀的气球,使整个弹头装置对拦截器寻的探测器似乎显得更长一些。相似地,使用
气球模拟垂直尾翼,含弹头的一段将可能使探测器看起来比实际的更高(尾翼)更远一
些,或者看起来就象是单级导弹的尾部。总之,守方将难以判断导弹或再入装置哪一部
分是含有弹头的前端。进而,还可以利用与系留热气球等膨胀部件的连接,共同形成一
个看起来特别复杂的目标,使弹头似乎可以藏匿在其中任意一处。
以上所说的机动实际上属朦混式(或不可捉摸式)机动(evasive maneuver),而且是
攻方有意控制和利用的。但下面一种朦混式机动则是无意中发现的。1991年海湾战争时
,伊拉克的“al-候赛因”导弹由于是“飞毛腿-B”加大射程到600km后制成的,弹头较
轻,重心后移,有较长的动力飞行时间与较高的熄火高度,飞行特性很不稳定,因而发
动机关机后在气体动力作用下无意中在高空滚动并且在再入时呈现随机的螺旋下降运动
并裂解,裂解的每一部分从弹体分离时又不可预料地改变了导弹的气动行为,给“爱国
者”PAC-2防御系统带来很大的威胁。“爱国者”PAC-2拦截导弹在拦截试验时有过17次
试验17中的良好记录,但在海湾战争中很可能连伊拉克参战的44枚“al-候赛因”中的一
枚都未能击落。
概括地说,上面说了三种朦混式机动:翻滚、螺旋和加长,当然还有更广义更随机的朦
混式机动。除了朦混式机动,应该还有一种主动规避机动──弹道机动,如使用所谓转
向发动机的小推力装置使目标在空间机动和再入飞行器机动等。有过介绍这方面情况的
资料,这里不再赘述。
3.3 加固
导弹或弹头加固涉及内容很广,所针对的防御威胁和加固技术,所需基础工作如威胁与
导弹或弹头材料、部件的相互作用和易损性研究等,开展较早,一般性资料和零散资料
不少,但较深入论述的并不多见。这部分内容另有专文准备介绍。
4. 弹道选择战术突防[1]
攻方可用纯粹的弹道技术作为突防措施之一。具体说就是不采用最大射程的弹道,而是
把弹道抬高或压低(lofted or depress trajectory)。压低弹道,攻方可利用地球曲
率作掩护降低地基雷达探测距离。或者在短程导弹情况下,压低弹道使导弹完全飞行在
最小拦截高度(后面将要说明)以下,使守方防御无能为力。
相反,抬高弹道,使导弹再入时比压低和最大射程弹道有更陡的再入角度,会更快地下
落,在轻质干扰分离后,只给防御留下很少时间而来不及反击了。而且,来袭导弹以抬
高弹道方式攻击,将会耗费更多的防御雷达时间,留给它执行其他必要防御功能的时间
就很少了。这可从两个方面来分析。第一,当抬高弹道的导弹弹头到达防御雷达附近区
域时,雷达天线面相对于陡峭切入大气层的目标能形成很大的斜角。这时,垂直于波束
(探测)方向(beam direction)的雷达天线投影面积减少很多,导致波束加宽以及天
线接收和发射增益明显减小。另一种使防御雷达时间资源紧张的情况主要发生于依靠预
警雷达提供感示或为拦截器提供导引的国家导弹防御系统(图5)。当弹头在抬高弹道飞
越这种雷达时,要比最小能量弹道时离雷达远得多。根据雷达原理,返回的雷达信号强
度与距离的四次方成反比。因而,在2倍的距离处跟踪目标,需多达16倍的雷达时间资源
;在3倍距离处跟踪时需81倍的雷达时间资源。如同时使用许多低保真的通信诱饵(tra
ffic decay)简单地由于有这样的抬高弹道,便会很快耗光预警雷达的时间资源。
图5
5. 电磁脉冲弹[7]
在攻击守方的CI系统的干扰对抗中采用了电磁脉冲,尤其是战争初期,如果用导弹在守
方上空爆炸形成特殊的离子云和辐射脉冲,使守方电子设备失效、瘫痪,造成通信中断
,指挥失灵,为后续弹头突防和攻击开路。研究中较实用的是利用高、中空核爆瞬时释
放的大量γ-光子在空间吸收层内形成的电磁脉冲EMP对守方防御和指挥系统造成破坏,
使其失去监控能力,从而实现攻方突防打击目标的目的。据报道,美国中央司令部的科
学顾问曾建议五角大楼使用这种能破坏敌方武器系统和使设备能力失效而不伤害士兵的
非致命核武器来推动海湾战争。
最近对各种EMP的研究时采用了磁压缩发电器等偶极子辐射,产生一种电力大规模杀伤性
武器的常规电磁脉冲炸弹(E-炸弹)。如图6、7为一种低频电磁炸弹弹头和高功率微波
电磁炸弹弹头的原理图。
图6 低频电磁炸弹弹头(MK.84形状因子)
图7 高功率微波电磁炸弹弹头(MK.84形状因子)
这种对付敌方进行成功信息战(IW),摧毁敌方信息处理和传输节点的实用炸弹,在采
用适当工具投放的情况下,是非常有效的。它主要采用耦合方式使功率耦合在目标集内
达到最大,利用适合于武器尺寸的最强大的磁通量压缩器,以及高功率微波炸弹中的虚
阴极振荡器,使电磁脉冲炸弹的杀伤力达到最大。可以对守方的雷达C3I、防空武器及拦
截武器进行软、硬杀伤,还可以进行战略空袭、战场封锁、海上空战、防空和使战役逐
步升级的选择方案。
虽然只有美国和独联体已经建立起技术基础和具备了用这项技术来设计武器的具体经验
。但磁通量压缩发生器和虚阴极振荡器的相对简单性表明,制造这种武器是很容易的,
而且所需的各种材料的费用很低,目前也无限制电磁武器扩散的协议要求不能设计和生
产这种武器。如图8是一种虚阴极振荡器示意图。
电磁脉冲弹的施放同样有其突防问题,可以考虑通过反识别、反拦截的各种手段完成。
一般来说,它助推段被预警卫星发现的可能性大,但助推段时间很短,几分钟内敌方不
足以对其进行反应拦截,即使使用天基激光器也必须在首先抢占制空权,必须在处于相
对目标一方的距离不远处才能有效防御。而电磁脉冲弹还可在不影响自己杀伤力的有效
防御范围外引爆,以达到目的。
图8 虚阴极振荡器/天线设备例图
6. 与突防有关的两种数据[1]
6.1 最小拦截高度
拦截器(导弹)飞行时的气体动力学因素会妨碍其在低空的使用。拦截器通过大气层时
产生的强烈冲击波将导致其周围大气的折射率出现不连续点(陡变),使瞄准出现误差
。由于大气湍流大小尺度的空气密度波动,寻的器窗口前的空气折射率随空间和时间而
不同,致使目标图像跳动和模糊。不仅如此,而且由于拦截器的机动性,气流将被修改
,与这些效应有关的条件也会变化。拦截器在雷达制导初期,红外寻的窗口是被鼻锥封
盖着的,只有到了气阻致盲效应和气阻产生的热量减轻和减小到红外寻的器的使用足够
有效的高度时才把鼻锥丢弃。此外,拦截器的加速度也是决定拦截高度的另一个因素。
加速快,可以试图在较低的高度寻找目标,拦截高度可以较低。总之,包括作战考虑在
内的各种因素的综合作用结果,使每种拦截器都有一个最小拦截高度。例如:THAAD拦截
器的最小拦截高度约为40公里(主要由气动加热限制),目前计划的NTW拦截器为80~1
00公里,NMD的拦截器要高速飞行很长的距离才能到达拦截点,它们的最小拦截高度是较
高的。因为拦截器到达最小拦截高度需要一定时间,所以拦截器必须在来袭导弹离开最
小拦截高度很远的时候发射,而此时目标一般会由于很容易的携带干扰措施不易被区别
发现,造成守方防御的易损。
6.2 干扰箔云最低有效高度
这个高度与干扰箔丝的质量有关。轻质金属丝干扰云的最低有效高度约为150公里。低于
这个高度,干扰云会被阻滞,不能再隐藏真弹头。为了使干扰的有效性扩展到低空,由
钨造的重干扰(有时称快干扰)可使最低有效高度下降到100公里,甚至更低。而这种干
扰丝100缕重不过4-5克,每团干扰云大约含50~100克。还有一种金属丝网诱饵(wire-
mesh decoys),重约5公斤,它可以下落得比重型干扰还低。而且几种干扰突防措施可
以配合使用:首先在时间和空间上很宽地散布轻质干扰云,云中再配置重干扰和金属丝
网诱饵,使有效隐藏高度尽量降低,而且甚至可以在弹头一旦暴露就立即开始机动飞行
。
7. 结语[1][4][6]
战场不等于试验场,记录在案的唯一的弹道导弹防御作战战场实战是1991年海湾战争。
美国的“爱国者”空中防御系统用来保护沙特阿拉伯和以色列以防御伊拉克“飞毛腿”
和“al-候赛因”导弹。分析这些导弹的作战,对目前和将来的BMD方案以及ABM方案提供
了不少教训,也确实证实了实战的复杂性和不可预料性。据“爱国者”的研究者说其拦
截试验17对17次尝试拦截成功,但仅仅由于伊拉克导弹不自主的滚动和不稳定性就使得
拦截可以说技术上是完全失败的,对于导弹裂解的每一块碎片都要开火,而却只有30%
的拦截才能瞄准目标,最后由于其余设备泄露的电子信号还引发了额外15%的拦截作了
无用功。因此,这些特殊经历的教训是,在导弹的攻防作战中成功或失败将不仅取决于
防御技术,同样取决导弹袭击的战术和突防技术。不是说导弹防御在任何条件形势下都
是成功的,也不是说导弹袭击在任时候注定失败。在我国主要以攻为主的导弹及核武器
威慑形势下,更多关注突防技术是一条捷径。而且在两者的容易性和低成本程度上我们
更愿意采用后者。
综上所述,随着战术弹道导弹的不断扩散及导弹防御技术的进展,反战术弹道导弹技术
已成为近十年来全世界军事防御的热点,以及高技术集中应用的领域,美、苏一直着力
进行研究和部署。而对战略导弹的突防对抗措施研究,尤以英法为最,苏美次之。突防
对抗手段即是一种威胁力量,又是一种导弹效能的倍增器。采用综合突防效果,开发新
的突防手段,如超低空突防,快速突防等多种突防模式形成的未知数给守方造成很大的
压力,其产生的心理价值、威慑价值和威胁价值都是不可估量的。
本文形成旨在于综合介绍目前出现和提到的各种突防手段及概念,并分析了一定的物理
技术内涵。美国某些专家估计,目前拥有携带核弹头的远程弹道导弹的对手国家中国和
俄罗斯,是有能力使这些导弹具有本文提到的这些对抗措施的。拥有300公里和600公里
射程系列短程导弹的那些国家,可以不愿意或没有能力改造这些导弹而携带一定类型的
干扰物,而且这些导弹也不会上升到足够高的大气层外而有效使用轻质干扰物。但是采
用常规、化学或生物弹头和子弹药不比改造“飞毛腿-B”为“al-候赛因”更困难,因此
子弹药的部署有很大的现实可能性。他们认为,面对突防技术和战术措施以及攻方使用
他们的不确定性,攻方更容易利用战争环境物理特性,以及攻方部署突防措施和守方对
付这些措施的手段之间在容易和低成本的程度上的巨大差异,防御必须给以足够的考虑
和仔细的分析,也就是说对突防是有利的。
8. 几点看法
1. 以上述叙的几种突防措施,隐形(包括雷达隐形和红外隐形)和诱饵通常划入反侦察
类,多弹头(或子弹药)、机动和加固通常划入反拦截类,而弹道选择反侦察和反拦截
两者兼而有之。
另对以上突防措施所采取的技术和战术,以一定时期内是否能灵巧智能地随防御威胁的
变化而变化,或者能否覆盖或应付这种变化来看,具体的突防技术似乎又有主动式与被
动式之分(能者为主动,不能者为被动)。例如主动诱饵,它能根据不同的雷达防御威
胁环境,能发射不同频率、不同强度的电磁波,以冒充雷达回波来迷惑敌人。再如从壳
体(材料)对激光损伤加固来看,壳体(材料)如能主动针对激光威胁的不同情况和程
度相应采取不同的加固方式或其不同组合,将极大地增强加固。弹道机动是一种有效的
主动突防战术措施而先遣弹是一种非常有效的主动突防手段。目前列举的较成熟的突防
技术相当部分为被动式突防技术,如简单的单用途惯性诱饵、单一雷达隐形等。
随着防御技术的不断改进,将会出现更多复杂和多功能的主动式突防措施与之匹敌。
2. 核弹头或再入飞行器的杀伤力和突防有效性与其中核装置的加固是休戚相关的。因此
,在加强我们对核装置加固的重点研究时,必须加强与协作部门的合作与联系,大力开
展再入飞行器突防技术(战术)研究。
3. 弹道导弹(战术与战略)突防研究,除了寻求突防技术,还应考虑突防战术,或者两
者兼而考虑。如反拦截类突防措施的饱和攻击基本上属战术范畴,多弹头突防及弹道选
择也有战术成分,机动躲避(变轨、滚动、螺旋)也体现了战术考虑,等等。可否这样
理解突防技术与战术的关系:先进的突防技术是突防的基础,而得当的突防战术运用能
使突防技术发挥更大的作用。
4. 为了达到最佳突防效果,各种单一的突防技术战术应组配使用。如具有雷达隐形性能
的弹头可同时具有红外隐形,其突防概率将有大的提高。组配使用的技术战术越多,其
应付各种防御威胁的程度就越高,主动性能也越强,突防概率将越大。当然这样对技术
战术,特别是技术的要求会很复杂,难度很大。
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------没有比人更高的山,
没有比脚更长的路。
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