书城科普读物探究式科普丛书-天空的眼睛:雷达
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第11章 天罗地网——军用雷达(8)

卫星监视雷达能居高临下,细微地侦测到地球表面的活动目标,如武装力量不寻常的集结、水面舰只和装甲车辆的神秘活动等。军事研究表明,搜寻机动目标和装甲兵器最有前途的两种系统就是空基和天基雷达。与传统的战场光学侦察系统完全不同,那种配置在卫星上的孔径雷达可在任何光照条件下和任何气象条件下,在它的远程搜索范围内“看见”所有目标。即使在对方使用了伪装的情况下,也能“一目了然”地洞悉一切秘密。

合成孔径雷达可获得分辨率小于1米的雷达图像,可以发现并确定以4~100千米/小时速度移动的任何目标,并能精确确定它的各种运动参数。采用合成孔径的天基雷达所获得的地面目标图像质量比感光照片还清楚,而图像信息量更是感光照片的数百倍。

由于天基雷达气息的位置非常高,现有的常规地面武器根本无法对它实施任何攻击,加上它侦察面又广,也不用考虑领空、领海等问题,如果它与无人驾驶飞机结合起来,能全方位、远距离、全天候“捕获”地面与低空目标,为作战部队提供不间断的探测服务。

它的天线能将工作波段限制在3厘米的范围内,所有电磁干扰信号都对它无能为力,保证了天基雷达工作的全时性和可靠性。将天基雷达同战区武装力量先头部队的侦察中心连在一起,还能使最新的情报信息在最短的时间内提供给前方作战先锋部队,为战场指挥员的正确决策提供必要的信息和可靠的保证。

现在,世界上除超级大国美国外,其他任何国家都没有军用雷达侦察卫星。但毫无疑问,在不久的将来,各国天基雷达将如燎原之势的星星之火,广泛应用于军事和民用每一个领域。近几年来,几乎所有的大国都开始着手研制未来的雷达侦察系统。西方国家已经拥有两种民用合成孔径航天器-欧洲航天局的“Ers-2”和加拿大的“雷达萨特-1”。虽然欧洲卫星的分辨率相对较低,只有20~30米,但从“Ers-2”上获得的图像已经被北约国家所共享利用,利用它便可以发现水下舰艇和监视海情。加拿大的“雷达萨特-1”分辨率为7~100米,侦察宽度为45~510千米,并可在任何气象条件下给地球“照相”,使用者可在4个小时后获得“照片”。

天基后向散射式监视雷达是针对隐形飞机的顶部无法隐形这一弱点设计的反隐身监视雷达。在隐形飞机上实际起隐形作用的因素,隐形涂料只占其中不到10%,而形体结构的设计却占30%~40%,形体结构设计主要是把机体设计成让雷达波向后或侧面反射,以减弱正面的反射波,但不管形体结构怎么设计,肯定不能对顶部隐形,也无法进行红外隐形(隐形飞机的发动机尾喷口是朝天的)。

2.天基雷达为什么能让隐形飞行物无处可藏

地面雷达波照射在隐形飞机上虽然反射波无法返回原来的雷达接收器上,但却会反射到天外被那里等候着的卫星逮个正着,地面雷达将发现的目标参数,如数量、速度、方位用暗码通知卫星,卫星在接收到这些信号后与自己所接收的雷达波信号数据作比较,若发现信号有差异(一般是卫星获取的信息多一些,详细一些),就进一步把信息进行综合分析。如果确认那确实是隐形飞机,就可将所截获的隐形飞机的信息通过导航卫星传回地面。

天基雷达预警卫星拥有被动接收天线和采用空间激光通信,在绕地轨道高度约1000千米的每条轨道上布置6~8颗星,这个数量可确保每15~20分钟就对轨道区进行一次扫描。正常情况下,它能发现远在3000多千米外的隐形飞机或隐形巡航导弹,这是目前超远程警戒雷达的正常作用距离。因为这样的距离可以使卫星的天线系统不必过于复杂,相对于雷达波被飞机反射到监视卫星的距离,要比反射回地面雷达的距离小多了。在这样的探测模式下隐形飞机将失去赖以生存的隐身性,大大提高了天基雷达的防空能力。

然而,天基雷达的研制难度非常大,涉及复杂的空间电子技术,其中大功率电源、大型可展开天线、大功率发射机等问题都令人感到非常棘手。另外,星载雷达除要求体积小、重量轻、能承受卫星发射时的机械环境考验外,还必须能进行几十年如一日的无故障工作。这些都是现在星载雷达研究的重点与难点。

3.“星球大战”——美国“天基雷达”计划

“天基雷达”计划是美国空军为实施其具有转折性空间力量增强战略的一项具体内容。他们计划的任务是建造一个由8~10颗雷达成像卫星组成的星座,这些卫星的主要有效载荷为合成孔径雷达和活动目标指示器,它们的主要作用是为美国分布在全球各地的武装部队提供实时或准实时的战术和战场信息。从这个庞大的项目我们可以清楚地看到美军对武器发展的实际作战需求,以及美军如何用先进作战理论指导武器装备发展,如何合理地进行成本管理和技术管理。

(1)明确的作战需求

美国军方称,美国已经拥有无数可以打击地球上任何一个角落的致命武器,但是缺少全球打击目标及这些目标的准确位置的信息,因此迫切呼唤一种集先进的集情报、监视与侦察于一身的平台出现。

这种平台不仅能提供一切战略目标的详细信息,而且能提供一切战术和战场目标的详细信息;不仅要提供那些静止目标的信息,而且要提供地面和空中任何活动目标的信息。未来信息化战场的地面武器装备和部队人员的机动性将越来越强,隐蔽性也越来越高,对侦察手段的要求也必然越来越高。在美国看来,由于导弹技术的全球扩散,其使用范围在不断扩大;同时,反侦察技术水平在随之提高,可见光侦察监视手段的效能受到抑制,因而需要呼唤一个具有压倒性优势的、更加快速的、覆盖全球的情报、监视和侦察平台诞生,为它的空间军事力量的增强提供有力保证,为支持未来信息化战争提供更强的适应能力和更高的效率。

在近年来的世界各地的局部战争中,美国已经大量使用了“空基雷达”系统,它们在各大战场上发挥了巨大作用,及时、快速地为美军提供了作战所需的战术、战场的信息。“空基雷达”系统虽然具有灵活机动、快速进出战场和热点地区的优势,但同时也存在航程短、受地形变化及植被覆盖的影响大、飞行范围受领空的限制和容易受到攻击等弱点。而“天基雷达”系统却完全不存在这些问题,它具有全天时、全球覆盖的优点,能连续监视他们关注的全球任何地区。天基雷达还不受领空领海的限制,能无所顾忌地自由进出敌人后方。

(2)一个先进的系统作战构想

“天基雷达”系统采用全球最先进的高科技,具有较高的分辨率,能实时获取监测范围内所有静态和动态目标的信息。它能向决策者提供目标地区或战场地形的高程数据,绘制精确的三维地图,大大方便了地面部队的行军、袭击和搜索等行动,能充分保障军事作战的各种需求。

1999年美军第一次提出了全球信息网格的概念,目的是把世界各地的美军指战员通过全球信息网连接起来,在未来的信息化战争中为他们提供联合作战所需要的各种数据、应用软件和通信能力,实现在适当的时间和地点,将适当的信息,以适当的格式,传送给适当的使用者,以获取信息优势、决策优势和作战行动优势,支持网络中心战。这个理念和规划表明美军对天基雷达系统的作战使命提出了更多更具体的要求。这些要求如下:

①直接与战斗群对接联络。天基雷达系统使美国军队有一个共同的作战信息蓝图,而且不会有很大延迟,从而为战区导弹防御提供对方导弹发射段的轨迹。天基雷达同时作为天基预警系统的一部分,可以提供更准确的导弹发射段的轨迹信息,以及巡航导弹、反舰导弹的目标信息,预警信息可以直接传送到“宙斯盾”巡洋舰等相关单位,根据轨迹推算出反导弹导弹发射位置。也可以及时发送给战场执行任务的飞机,实施及时的报复打击。

②特征辅助识别。根据目标的成像特征,可以从众多商船群中鉴别出可疑的导弹巡洋舰,降低海军介入时的潜在威胁。

③大范围的水面搜索。一个天基雷达不到1分钟就可以搜索大约60万平方海里的海面,10个天基雷达10分钟就可以完成搜索全球的所有海面,及时为所有指挥员提供全面的海战态势情报。

④保障己方的电子静默行动。由于发射信号来自天外,而不是来自舰上,因此不会由于舰载雷达的工作而暴露海军部队的位置信息,这个行动成功的前提是天基雷达的信息能快速有效在海军部队各舰艇上传递共享。

天基雷达系统将与空基(机载)“E-8”雷达联合监视目标,让攻击雷达系统和无人机协同工作,成为空、天、地一体化,情报、监视与侦察系统的重要组成部分。

(3)开发成本控制

“天基雷达”计划是由原来的“发现者-2”计划逐渐演变而来的。

而原来的“发现者-2”计划是国防先进研究计划局在1998年支持的名为“监视、目标瞄准与侦察卫星”计划,它的任务是在2010年完成2颗“天基雷达”成像演示验证卫星,然后再接着考虑下一步应用,部署一共由24颗卫星组成的实用性星座。

为了继续发展“天基雷达”成像侦察卫星计划,美国空军于2001年又提出了“天基雷达”计划。只是这个计划拟建成的星座的卫星数量只有8~10颗,比发现者-2减少了约2/3。而两者最重要的区别就在于:“天基雷达”计划根本不需要经过演示验证,一步到位,直接就可以建立实用星座。美国空军认为,近年来在“天基雷达”卫星的关键技术上已取得了突破性的进展。因此,整个“天基雷达”系统的全寿命成本就大幅度下降了。

(4)实际面临的关键技术

尽管“天基雷达”系统的主要技术已经取得了可喜的突破,但它的应用仍然存在许多较大的技术难点,可能直接影响和限制雷达系统的功能。这些关键技术包括:

①地面背景杂波和自然干扰的影响。天基雷达相对于空基雷达,平台的速度更高,距目标更远。由于载荷能源限制,雷达的发射功率不可能再有提高,相比之下,面临的背景杂波和干扰影响却是会越来越大。

②轻质高效的有源电扫描阵列。1998年美国投资开发了“天基雷达”卫星的关键技术-多模态主动电子扫描阵。具有研制X频段发射/接收装置经验的诺斯罗普-格鲁曼和雷声公司承担这项技术的研制工作。

③高效的功率管理。由于能源有限,这很可能成为天基雷达实时工作的瓶颈,解决能源瓶颈的重要措施就是实施有效的功率管理,在不同的侦察任务和信息分发任务间进行合理功率分配。

④高性能的星上处理能力。从传感器侦察接收信号的检测、提取、识别,到卫星间的协同规划调度,都需要进行大量的计算,天基雷达若要最终采用星上处理,就必须要有极高的星上处理能力。同时由于每时每刻卫星都在获取大量的信息数据,这些数据的存储也是需要解决的难题。

第十四节“道高一尺魔高一丈”——现代反雷达技术

现代雷达技术日新月异,同时,各种反雷达技术也是异军突起,从而对现役雷达提出了各种严峻挑战,使得战场上的雷达系统在现代战争环境中的有效性和生存能力受到严重威胁。

1.低空突防挑战雷达盲区

雷达自诞生以来,就一直存在着探测低空和超低空目标困难的问题。普通雷达不仅存在着难以克服的低空盲区,而且更难以在强地物杂波背景下发现目标。现代战争中,作战双方都往往越来越注意利用雷达的这个致命弱点,比如巡航导弹的不断发展使目标低空突防能力也日趋完善。现在,巡航导弹可以从陆地、海上或水下任意方位发射,也可以从轰炸机或是经过改装的运输机上发射,而且它的飞行高度只有几米,在这个被称为“一树之高”的高度下,雷达要想发现这种悄悄飞来的巡航导弹甚至比发现低空突防的飞机更为困难。

2.先进干扰技术致盲雷达

综合电子干扰技术可以欺骗和迷盲雷达,使其降低效能或完全失效。新型多功能综合干扰系统把侦察告警系统和干扰系统有机地结合在一起,对雷达构成了新的威胁。它能对信号快速截获、分选和识别,从而实施瞄准干扰、阻塞干扰或欺骗干扰;能快速控制波束,对雷达实施定向干扰;能根据不同雷达性能确定最佳干扰模式并评估干扰效果。

3.反辐射武器直击雷达软肋

反辐射武器已经成为专门用以摧毁敌方雷达的一种威力强大的武器。反辐射武器主要包括:反辐射导弹和反辐射无人机等。比较典型的反辐射武器当属美国的“百舌鸟”、“标准”、“哈姆”反辐射导弹;以色列的“哈比”反辐射无人机等。反辐射武器可利用敌方雷达工作时所辐射的电磁波束作为引导,并对雷达目标迅速发起致命攻击。新一代反辐射武器不仅精度高、威力大,而且还具有超级强大的记忆功能,即使地面雷达迅速关机,也能够找到目标,因而它直接威胁着地面雷达的生存。

4.目标隐形技术规避雷达

目标隐形技术的发展使雷达发现目标的距离变近、功能变弱。

由于雷达靠反射波来发现目标的天性难改,因此现代目标隐形技术发展的一个重点就是千方百计地减小空中飞行目标后向散射的截面积。一般采用的主要方法是:在目标外形上采用多面体或多角体结构,用多方向的小镜面反射代替那些小角度的能量集中大镜面反射;消除外形结构上的垂直相交表面,合理设计机翼和尾翼、发动机进气口等部件,避免形成强反射结构;采用各种隐形材料最大限度地规避雷达的探测。