现代战争中的电子技术

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战略进攻和战略防御的方式方法,随着时代的推移有着不同的舞台和内容。在四十年代和五十年代之际,人们开始掌握原子武器时,第一线的战略武器是携带原子武器的远程重型轰炸机。当时在发展中的可携带核弹头的中、远程导弹,被某些人吹嘘为“最终武器”。而七十年代的今天,第一线战略武器已变为“多弹头分导再入飞行器”和“巡航导弹”。所谓“最终武器”的提法早被人们遗忘了。“最终”的提法不符合事物的发展规律,新的威力更大更难于防御的战略进攻武器在不断发展中,而相应的新的效率更高的防御方法也在不断发展中。有的已分不清是进攻武器还是防御武器,二者组合在一起了。本文重点结合七十年代第一线战略防御系统(即对付洲际导弹的防御系统),谈谈电子学在其中扮演的角色,从而观察和分析电子学的一些重要发展方向。

一、战略进攻

不先研究一下进攻的方式方法,讨论防御就是无的放矢。所以我们先来看看弹道导弹是如何进攻的。

一般说来,洲际导弹的进攻过程分三个阶段,即初段、中段和末段。初段是火箭带着弹头从地下井发射出来的加速段直到飞出大气层(120公里)。中段是弹头(或连同末级火箭)在大气层外的弹道飞行阶段。末段是弹头再入大气层直到目标上空的飞行阶段,常被称为“再入段”。有了反导弹系统后,洲际导弹的进攻效率必有所下降,为此采用了提高进攻效率的“突防”(突破防线)技术。“突防”技术概括起来可分为三个方面。

1.密集攻击 从空间上来说是运用许多导弹对一个目标进行群攻击;从时间上来说是一批接一批地连续进攻,使防御者应接不暇乃至被突破防线而摧毁。

2.多弹头分导再入飞行器 洲际导弹绝大部分飞行过程是在大气层外的弹道进行。防御一方也就在这一阶段的跟踪过程中用计算机和数据处理方法测出来袭弹头的速度和飞行轨道,然后在进入大气层前后进行拦截。“多弹头分导再入器”是在一个洲际导弹上装有多个弹头,每一个弹头分别有独立的寻的装置,能够分别制导而进入大气层对目标区进行大规模攻击。由于弹头在进入末段前后突然改变飞行轨道,使得防御一方原有的防御程序失效而达到突防目的。

此外,把进攻型导弹基地从陆地移到海上,即发展从核潜艇上发射洲际导弹的技术,由于无法预测潜艇位置,也能大大提高导弹的突防能力。

3.辅助技术 突防措施的第三方面是利用“诱饵”或电子对抗等辅助技术来愚弄或欺骗敌方防御系统。“诱饵”技术是在导弹头再入大气层前后大量施放金属箔条、金属丝、气球或诱惑性导弹等假目标,这些假目标的尺寸如选得与防御雷达的波长相近,就会在防御雷达的荧光屏上造成一大片回波,从而掩护弹头突防。电子对抗是一种积极的突防手段,它是在弹道导弹的再入体上携带宽频带干扰发射机,或是当弹头进入大气层时发射携有干扰机的火箭来实施干扰。

二、战略防御

近代战略防御主要是针对带有核弹头的飞行器的。它对洲际导弹的摧毁过程可分为:预警、识别、跟踪、拦截四个步骤。

1.预警

预警系统用以探测弹道导弹的发射并发出警报。它必须提供至少10分钟的战斗准备时间。预警系统有地面的、机载的、舰载的和预警卫星四种。一个完整的预警系统可能是四者俱全、相辅相成的。地面预警设备的核心是远程警戒雷达和超地平线雷达。远程雷达能提供15分钟左右的预警时间,利用超地平线雷达可提高到30分钟。根据发展趋势来看,预警卫星可能成为主要的预警手段。

早期预警卫星上装有对红外和可见光敏感的装置。处于初段的洲际导弹的喷焰具有强烈的红外辐射,所以预警卫星上的红外装置是很理想的敏感器。但是在某些角度上,背景日照会激活红外装置而造成误警,所以在预警卫星上还配备有对可见光敏感的电视摄象机和雷达装置。

为了使监视地区能遍及全球(南北极附近除外),约需六个同步卫星组成一个早期预警卫星网。由于同步轨道比较高,离地面约36000公里,为了详细侦察地面某处动态,还可不定期地发射侦察卫星。这种卫星每10分钟绕地球一周,离地面高度约为137~182公里。侦察卫星经过10天左右的高空侦察后,投掷出装有数千张照片的小盒,可由飞机用“空中挂钩”的方式回收。七十年代以来,侦察卫星的性能不断改进,卫星在轨道上运行10天后一分为二,其中一半能返回地面,照片连同昂贵的高空照象设备均可回收再用。

2.识别

因为攻击导弹往往释放大量诱饵来掩护弹头突防,因此要求反导弹系统具有识别真假目标的反突防能力。对于金属丝、金属条等诱饵,可以用改变雷达波长的方法对付。而对于外形与弹头相似的诱饵,则可用“大气过滤”方法来识别。由于真假目标的重量和形状都不相同,当它们以同等速度再入大气层时,大气对它们产生的阻力、浮力也不相同,这样可参照预先的实验数据,利用雷达来识别真假目标。这种“大气过滤法”目前被认为是最有效的识别法。它的缺点是低空识别,因此要求有性能良好的低空拦截武器。

3.跟踪

雷达的跟踪能力在反弹道导弹系统中占有很重要的位置。在跟踪中大概取10个相隔一定时距的数据来计算其运动轨迹,为拦截武器的引导提供依据。

目前部署的反弹道导弹跟踪系统一般分为粗跟踪(远程)和精跟踪(近程)。粗跟踪多在中段飞行中进行,并具有搜索能力。精跟踪则在再入段进行,并具有引导能力,跟踪精度高,但作用距离短。

4.拦截

拦截是摧毁来袭弹头的决定性一环,是反弹道导弹系统成败的关键所在。拦截方法可分为决斗式和屏幕式两类。

决斗式拦截是核弹头碰核弹头,其破坏性是可想而知的。因此防御者在确认敌方导弹后,一般用中程导弹在较远的高空(距离500~1000公里,高度150~300公里)将目标打掉。然后再用短程快速拦截导弹把再入大气层的弹头打掉。对漏网的弹头,则用超高加速度的反导弹武器进行超低空拦截。图1就是一个分层拦截反弹道导弹系统示意图。为了对付密集、连续的多弹头分导再入飞行器的攻击,目前已在实验改装远程大炮为超级炮射导弹以进行大规模的分层拦截。

图1
图1 🔍原图 (739×1111)

屏幕式拦截,是在弹头重入大气层区域散布一片易燃、透明的化合物,当导弹进入这种云雾时摩擦产生的热量足以摧毁导弹。此外,还有一些设想,如放置一层具有拦截能力的地球卫星群,使敌方导弹一飞出大气层就被拦截;或在敌弹头飞行轨道上爆炸大当量的核弹,由此产生的基本粒子被地球磁场吸引形成中子云,能延续几十分钟,敌弹头进入后即被摧毁。

三、头脑和神经

在军事上,侦察敌情、预报空袭、测距测高和炮瞄、全球通讯、定位导航和自动驾驶、卫星发射和回收的自动控制、以及弹道导弹航行和寻的系统等等方面均有“电子”在起作用。执行这些军事任务,通常是使用多种技术装备来共同完成的。例如在反导弹战略防御系统中,要求雷达、电视、遥测遥控、数据处理等多种技术装备在计算机群的集中控制下及时完成警报、搜索、跟踪、引导和反击任务,成为一个复杂的综合性体系。总之,在现代化军事体系中“电子学”是头脑和神经,战略武器离开了电子系统的感应、跟踪、运算和制导等便成为一堆废铁。

近代战略防御系统的电子设备主要有:雷达,计算机和数据处理系统,激光设备,电视,微光和红外技术。

1.雷达

反弹道导弹防御体系是离不开雷达的:兆瓦级的预警雷达,中远程的识别和跟踪雷达,测高雷达,制导雷达等等。雷达的发展具有如下的特点和趋向:

预警和搜索雷达多采用相控阵体制。相控阵雷达由上千个小的发射接收单元组成,在天线平面各点上,用控制射频相位的方法改变波束指向。它即可以合成一个峰值功率极大(平均功率可达数十兆瓦,峰值功率可达数千兆瓦)的波束,以搜索远程目标;又可以在近程时分成许多小波束,同时跟踪100~1000个飞行目标。这种雷达都是巨型的,有的甚至有三个足球场那样大。图2为以多功能相控阵雷达为中心的反弹道导弹系统示意图。

图2
图2 🔍原图 (957×452)

为了提高预警时间,目前正在研制超地平线雷达。它具有更高的功率,作用距离可达18500公里。

识别雷达的频率一般较低,有的只有100兆赫(波长3米),这样可以提高识别诱饵的能力。因为要在空中均匀释放和散布二、三米长的金属切削物诱饵是很困难的,而且它们在空间停留的时间也短。

反导弹系统的雷达必须具有抗干扰能力,能够巧妙地运用波段变换、调制技术和脉冲抖动等方法,以保证雷达在核战斗和电子对抗战中连续运用。

此外,全固体化、小型化、机动性等通常电子设备的设计趋向在雷达中也不例外。美国的“骆驼”雷达就是全固体反导弹防御雷达,其相控阵面积为18×18平方米,由10000个射频辐射单元组成,总功率大于100千瓦。

2.计算机和数据处理系统

从探测到敌方洲际导弹的发射到我方反导弹武器拦截,前后时间不过10~20分钟。在这样短暂的时间里要把一个庞大的防御系统网的空间与地面、地面与地面、雷达与雷达、雷达与反导阵地等等彼此联系起来,并使之“对话”、运算、制导及至完成拦截任务,我们的手、足、头脑的反应速度已不再“实时”了,需要精心设计一个“实时”指挥系统。这个实时中心控制系统的核心设备就是计算机和数据处理系统。

这种数据处理系统不仅必须是高速、精确、可靠的,而且必须具有“组织”能力。在实战情况下,来袭导弹群可能是从不同方向进入的连续饱和进攻,若数据处理系统只有对付一、两个弹头的组织能力,则这个防御系统是毫无用处的。一种设想是设计一种“擒敌器”。当数据处理中心确认了目标后,就组织一个擒敌器去对付一个特定的目标。擒敌器接到指令后就跟踪此特定目标并引导反弹道导弹武器进行拦截。若敌弹突然改变方向或是超出擒敌器的设计能力时,它就把信息交还处理中心,等候下一步指令。一个同时能对付100个来袭弹头的防御数据处理系统至少包括100个擒敌器和“擒敌器”系统。

提高主计算机的速度,设计轻便的“擒敌器”和提高数据处理中心的“组织”能力,是反弹道导弹实时系统的三大核心问题。

3.激光

由于十余年来激光技术的迅速发展,并且具有良好的抗辐射能力,很适于应用到反弹道导弹系统中来。目前考虑的有:激光雷达、激光制导和激光炮等。

在核战争环境中,金属激光雷达的脉冲功率强大得足以穿透淹没期间的核爆炸云,这种雷达可以弥补一般微波雷达在核爆炸时失灵的缺陷。此外,它还具有良好的抗干扰性能。

激光炮是一种非核杀伤的反弹道导弹武器。用激光器的强烈光束直接摧毁来袭弹头,估计每次发射能量在10亿焦耳以上。光炮速度快,是末端拦截的理想武器。已经有用激光炮击毁靶机的实验。

4.电视、微光和红外技术

在导弹战和卫星战中,电视、微光和红外技术在预警、识别和指挥中心等场合,比雷达更为有效,因为后者不能给出目标的形象概念。目前侦察卫星上的红外探测器可以测出摄氏0.5℃海水温度变化,和探测下潜深度为60米的潜艇的活动。在20公里高空用红外摄象设备拍摄的照片,能辨认出汽车的牌号。

四、展望

假如说六十年代第一线战略武器是远程重型轰炸机,七十年代是洲际导弹,那么八十年代的第一线战略武器就可能是攻击卫星和阻截卫星了。后者目前已在发展之中。

加大洲际导弹的推力,使得核弹头或带有末级助推火箭的核弹头飞行器能够进入地球卫星轨道运行,在接到地面程序控制发给的指令后越出轨道飞向目标进行攻击,这就是“攻击卫星”。还有一种在地球卫星轨道上飞行距离不超过一个周期的弹头飞行器,被称作“部分轨道轰炸系统”。它的程序控制较攻击卫星要简单,但也可以从任何方向进入对方防区,给防御系统造成很大压力,缩短了防御系统的预警时间。

攻击型战略武器的卫星化,势必造成防御系统卫星化。在早期预警、识别、跟踪和拦截等方面,卫星或者已成为主角,或者即将登台表演了。理想的防御卫星应该是全能型化的。兼有识别、拦截或捕获功能。卫星上装有反导弹、雷达和计算机,兼能探测弹道导弹的发射、计算其轨道,以及对反导弹的拦截制导。

人们也在考虑有人驾驶的“战斗卫星”。有人系统使识别、截获和制导等问题大大简化。

总之,近代战略防御系统是一个实时的、复杂的,但又是用电子技术一元化了的系统。通过对这个系统的剖视,可以了解到必须用系统理论概念和系统工程方法来对待国防现代化问题。(沈光铭 崔浚明)