仰望深空的哨兵-简介反导预警雷达系统

swz8228

本文原载于军事文摘2010第四期 作者 龙腾日月

冷战时代虽然结束，但核威胁依然存在，大规模杀伤武器的威胁仍是悬在人们头上的一把利剑。超级大国和一些发达国家仍坚持核威胁战略，拥有大量核武器及其远程运载工具——弹道导弹——并仍在不断加以完善。随着核武器和导弹技术的扩散，不少第三世界国家与中等国家均纷纷谋求掌握核技术及各种射程的弹道导弹，它们除运载大当量常规弹头外，还可携带化学弹头、生物弹头及核弹头。到本世纪初，已有5-10个第三世界国家掌握核武器。在我国周边约有7-8个国家和地区，已掌握和即将拥有中程以上弹道导弹。弹道导弹的防御已成为紧迫的现实问题。随着美国国家导弹防御系统一次次的实验并且不断建设完善，战略对手的反导体系同样对中国产生巨大的威慑力和发展压力。要想实现中国作为世界大国强国和平崛起，除了拥有高效精干的核反击能力之外，建设我国自己的弹道导弹防御体系势在必行。美国正在部署的中段反导系统拦截弹，建设类似的反导系统是遏制霸权的重要战略条件



中国在去年十一日在境内进行了一次陆基中段反导拦截技术试验，试验达到了预期目的。中国外交部表示，这一试验是防御性的，不针对任何国家。此次试验直接证明了我国在战略导弹防御领域虽然长期处于低调状态，但是一直在刻苦研究大力发展并且已经基本突破了战略导弹防御拦截体系的技术瓶颈。我国有能力有信心成为继美国之后，世界上第二个建立完善反导体系的国家。这次试验在轰动世界的同时，又再次唤起了大众对于弹道导弹防御的极大关注，而在战略导弹防御体系中，预警雷达系统是毋庸置疑的一个焦点。

反导预警雷达的任务

在战略的或战术的弹道导弹防御系统中，预警探测雷达都是其重要的组成部分。从上文可以看到美俄两国的反导体系都是从拱卫国土的预警雷达建设开始的，因为没有预警雷达发现来袭的弹道导弹并且为导弹拦截体系给出尽量多的预警时间，整个弹道导弹防御体系就根本无从谈起。

战略预警雷达有以下几个重要作用：

第一，空间目标识别收录；在和平时期预警雷达时刻处于导弹预警值班状态，对于空间内出现的目标进行识别、研判并且编订轨道数据库；如果在新轨道上发现了新目标，立刻进行识别和判断，如果是旧目标变轨则立刻纠正数据库内的轨道数据，如果是别国发射的新太空目标，则在数据库中新建目标数据，以便今后不断跟踪记录。在目标探测雷达监视、跟踪与编目的空间飞行器中，不仅包括各国发射的弹道导弹还包括各种军用和民用的卫星。用于照像侦察、电子侦察、海洋监视、导航、测地、军事通信等卫星对于战争的影响力越发显著。在常规战争中，例如印巴战争、马岛战争、两伊战争、海湾战争中，侦察卫星都起了重要作用。导弹预警雷达可用于掌握这些外空目标。



太空中目前存在着大量军事潜力巨大的空间飞行器，对这些目标进行监视是对于国家安全相当重要的战备值班任务

第二，计算落点和目标弹道；反导系统中目标探测雷达在发现、截获和跟踪目标之后，根据提取的目标轨道参数，判定被观察的目标是弹道导弹目标之后，计算其弹着点及发射点，将弹着点与发射点的坐标、预警时间，及时上报并通知被保卫地区和反导系统中的指挥控制中心与有关拦截发射装置。由于弹道导弹飞行速度快，地基目标探测雷达只能观察视距以上的目标，对弹道导弹的预警时间是很短的。例如，雷达位于弹着点位置，对射程8000km及4500km的标准弹道导弹，它们从地平线上升起到着地，分别只有约13分钟和12分钟的时间，雷达在低仰角搜索，从发现、截获到跟踪，经过1分钟以上的轨道测量，然后算轨，大约要经过1.5-2分钟，因此，能提供的预警时间也只有10分钟左右。



通过对于飞船下落轨道的计算，我国在神舟飞船尚未着陆的时候就精确预测了落地点

第三，配合指挥中心制定作战方案；确认导弹攻击本土后，立刻转入对导弹目标群的跟踪状态，根据导弹的数量和飞行参数制定对于这个目标群的拦截方案；比如，对于少量近程战术导弹来袭，可以将导弹参数发送至处于战区值班的阿力伯克级驱逐舰（假定讨论的是美国导弹预警雷达体系），驱逐舰上的火控跟踪雷达按照预警雷达发送的目标数据进行精密跟踪和参数测量，构成拦截条件后就立刻发射标准系列末端反导拦截弹进行拦射。如果来袭的目标群是远程甚至是洲际弹道导弹，则立刻将目标数据发送至拦截成功概率最优的国家导弹防御火控雷达，火控雷达根据数据开始引导拦截弹进行射击。



繁忙的北美防空司令部，战时该组织主要负责对前苏联方向的弹道导弹进行防御

第四，目标的分类与识别；导弹防御系统中导弹预警雷达要从由众多诱饵、再人飞行器等构成的威胁云中将携带核弹头或其它大规模杀伤武器的弹头分离出来，给导弹拦截系统进行目标分配与火力分配提供依据。为此导弹预警雷达应具有对目标进行分类和识别真假弹头的能力。这是一个极为复杂的任务，是决定导弹防御系统有效性的重要关键，至今仍是推动雷达技术向前发展的一个强大动力。在美、苏研制导弹防御系统的初期，都先假定只有一个核弹头，但多弹头分导技术的出现给目标识别问题带来了更大难度，使问题变为雷达的多目标识别问题。有源、无源干扰技术在弹头上的使用，使目标识别问题具有更大的难度。目标探测雷达的目标识别能力很大程度上反映了导弹防御的反突防能力。具有目标识别能力的雷达也可用于发展与评估已方弹道导弹突防能力的测量手段。



分导多弹头洲际弹道导弹给反导系统造成了极大的识别问题

反导预警雷达的性能要求

对预警雷达的主要要求很大程度决定于导弹防御系统所对付的主要目标的特性。战略反导系统中的预警探测雷达要观测的目标主要是卫星与弹道导弹(洲际导弹，潜射导弹)，以及由它分裂出的多个弹头和诱饵，此外还包括轨道可机动的弹道导弹(变轨导弹)以及可能的部分轨道武器，即变轨卫星。在战术弹道导弹(TBM)防御系统中，要对付的三种主要威胁目标中除TBM外，还包括巡航导弹和空地导弹。这些要对付的目标都具有射程远，速度快等特点，它们相应地给预警雷达提出了一些更高的要求：

第一，足够的雷达探测距离和覆盖范围。若预警雷达放置在弹着点位置，对射程为10000km与4500km的标准弹道导弹，从水平线上升起时，至雷达的距离分别约为3900km和3000km，因此，对付中、远程弹道导弹的预警雷达的最大作用距离选在3000km左右是必要的。对射程为2700km的标准导弹，它穿越地平线，可被雷达观察到时的最大距离约为2100km。按美国人的分类，射程为3000km以内的导弹防御称为战区导弹防御。对这类战术弹道导弹进行预警，雷达作用距离应不少于1000km-1500km。弹道导弹防御系统中的雷达与常规雷达相比应具有更大的仰角覆盖范围。由于3000km射程以内的导弹除地一地战术弹道导弹，空一地导弹外还包括舰射或空射的巡航导弹。对目标的拦截应分三个层次，即低层、高层和助推段。海湾战争中，“爱国者”拦截“飞毛腿”的经验表明，仅靠低层拦截有重大缺陷，因此，在不放弃低层拦截的同时，目前更强调研究发展高层拦截和助推段拦截。这就要求预警雷达要具有从低仰角至高仰角的大的仰角覆盖范围。



弹道导弹较远的射程对反导预警雷达探测距离提出相当高的要求，图为美国预测中国弹道导弹射程涵盖范围

第二，同时进行多目标探测和跟踪的能力。除敌方目标和我方目标外，一般况下要求同时跟踪和处理上百批目标乃至上千批目标。目标数目剧增的原因是可能出现同时多个来袭弹道导弹，每枚导弹又可采用多弹头分离技术，同时伴以大量诱饵，形成多目标单元威胁云。此外，即使在和平时期，由于空间大量卫星目标及空间垃圾的存在，在一个小的观察区内同时出现多批目标的概率也是很大的。根据我国外空目标观测雷达的实践，即使将雷达搜索区域缩小到不足2° *20°这样一个小范围内，按时间分割原则进行边搜索边跟踪时，常常需要同时对5-10个卫星目标进行跟踪。这说明，即使在进行与弹道导弹或拦截导弹有关的试验时，雷达也必须具有多批目标探测和跟踪的能力。因此导弹预警雷达基本全部采用电扫描相控阵雷达天线，利用电扫阵列同时产生的多个波束进行目标探测跟踪。



多个子弹头要求

第三，高的数据采样率。为保证跟踪高速飞行的弹道导弹目标和必需的弹道测量精度，预警雷达必须具有高的数据采样率。在同样的雷达观测时间内，如果跟踪采样速率(跟踪数据率)越高，则对导弹的落点预报精度就越高。以射程2700km标准弹道为例，若跟踪采样间隔由1秒提高到0.25秒，即跟踪数据率提高4倍后，落点预报精度可改善大约1倍。采用相控阵天线的预警雷达的数据率是灵活可变的，搜索数据率较低，跟踪数据率较高，而且对不同的目标可以用不同的跟踪数据率。预警雷达的跟踪数据率一般为每秒1-10次。采用高的跟踪数据率与增加跟踪目标数目一样都会对雷达的能量势即雷达发射机平均功率、接收天线口径与发射天线增益的乘积提出高的要求，对预警雷达的系统设计影响很大。

俄罗斯的战略预警雷达发展

俄罗斯的战略预警系统基本都是在前苏联时期建立的。在冷战时期前苏联出于军备竞赛和威慑牵制美国的需要，十分重视国家战略预警系统的建设，并伴随着战略进攻性武器的发展而逐渐完善起来。



前苏联弹道导弹预警系统机构图

20世纪50年代，前苏联战略预警的重点是携带核弹头的亚音速战略轰炸机。60年代，前苏联战略预警的重点改为更具威胁和突防能力的弹道导弹，部署了庞大的弹道导弹远程预警系统。在60年代末至70年代初，前苏联在里加、科拉半岛、伊尔库茨克和巴尔喀什湖地区部署了4部代号为“鸡笼”的系列巨型远程警戒雷达系统。“鸡笼”远程警戒雷达负责搜索跟踪6000-7000公里范围内的洲际弹道导弹。该预警系统对射程8000公里的来袭导弹，能提供10-15分钟的预警。“鸡笼”雷达对目标搜索并跟踪一定距离后，计算目标的运动参数、目标发射点和预测命中点等信息，向指挥中心发预警警报。预警信息被传送给部署在莫斯科北部、西南部和丘拉坦等地代号为“狗窝”和“猫窝”的大型相控阵雷达系统。前苏联/俄罗斯共有10部“狗窝”和“猫窝”雷达，主要用于弹道导弹预警和反导作战的空间探测跟踪。该系列雷达的探测距离为2800-3000公里，具有信号处理、信号波形设计、抗干扰、识别诱饵与弹头以及同时跟踪多个目标等功能。它们将来袭弹头的弹道参数、攻击目标等信息传送给预警指挥中心，以协调拦截作战的火力分配。20世纪80年代后该系列雷达开始进行改进，其探测距离达到6300公里。20世纪70年代后，前苏联战略预警的发展重点主要是预警飞机、预警卫星、超视距雷达和大型相控阵雷达。80年代后，前苏联研制了超视距弹道导弹预警雷达。这种雷达具有对大气层内导弹进行预警的能力。1980年前苏联在明斯克、高加索和远东地区部署3部超视距弹道导弹预警雷达。目前部署的3部雷达中，两部设在明斯克和尼古拉耶夫，针对美国和北极地区，一部设在尼古斯克，针对中国。前苏联共有5个大型相控阵雷达站，分别设在伯朝拉、里加、萨雷沙甘、阿巴拉科夫和末舍利夫卡。目前俄罗斯的国家战略预警防御系统由10个雷达站组成大型相控阵雷达预警网，使其战略防御力量得到进一步加强。



前苏联猫窝预警雷达



前苏联狗窝预警雷达

美国的战略预警雷达发展

美国战略预警体系中的地基预警系统由地面远程警戒雷达、装备AN/FPS系列远程雷达的北方弹道导弹预警系统、装备AN/FPS系列和PAR边境截获雷达的潜地弹道导弹预警系统、空军空间跟踪系统、海军空间监视系统以及由空军和联邦政府航空局共同组建的联防监视系统组成，构成了弹道导弹的全球预警网。它在功能上可兼顾战略和战术预警，在手段上地基与天基相结合，探测网络遍及全球。美国的预警系统不仅用于跟踪、支援卫星，而且还用于监视导弹发射及太空垃圾，是目前世界上最庞大、最先进、预警程序最复杂的系统。



美国弹道导弹预警体系机构图

20世纪50年代，美国战略预警的重点同样是携带核弹头的亚音速战略轰炸机。1957年前苏联先于美国发射了洲际弹道导弹，使战略进攻形式发生了重大变化，对装有核弹头、速度快、弹道高、射程远的洲际弹道导弹的防御成为突出问题。60年代，美国战略预警的重点是弹道导弹，先后部署了弹道导弹远程预警系统，其部署特点是向北推进，用于预警从北极方向来袭的战略轰炸机、巡航导弹和弹道导弹。美国还重点发展了北方弹道导弹预警系统，用于预警从前苏联本土发射、经北冰洋的来袭洲际、中程弹道导弹。北方弹道导弹预警系统有3个弹道导弹预警雷达站，配有综合自动检测和监视设备。各站之间有独立的通信链路，预警信息传递到北美防空司令部只需10秒。该系统的探测距离为4800公里，可提供25分钟的预警。与北方弹道导弹预警系统相配合的是一个沿北纬49度部署在美国最北部、横贯加拿大东西海岸的近程预警线。在该预警线上配置了24个雷达站，有各种用途的雷达100部，探测距离可达800公里。1971年，美国在马萨诸塞州和加利福尼亚州部署了第一个“铺路爪”潜地弹道导弹预警系统。它的探测距离为5500公里，可提供6分钟的预警，主要用于预警从大西洋和太平洋的潜艇上发射的弹道导弹。值得一提的是，美国已经将“铺路爪”部署在我国的台湾地区，主要对我国发射的战略导弹实施早期预警。这大大增加了我国导弹突防美国反导防御体系的难度。70年代后，美国战略预警的发展重点也开始多元化和高技术化，发展项目包括预警机、预警卫星、超视距雷达和大型相控阵雷达。80年代后，美国研制了超视距弹道导弹预警雷达，具有对大气层内导弹进行预警的能力。它能实施180度扇形监视，搜索从北方和东方对美国本土和加拿大南部实施攻击的弹道导弹。1982年美国在东西海岸、阿拉斯加州的克利尔、丹麦格陵兰岛的图勒、英国的菲林代尔斯设立雷达站，共有12部超视距雷达。它的探测距离为3200-4800公里，能提供15-25分钟的预警。它对潜地导弹可提供2.5-25分钟的预警。1987年后，美国在缅因州和华盛顿州设雷达站。设在阿留申群岛谢米亚的“丹麦眼镜蛇”相控阵雷达系统的探测距离为4600公里，对来袭导弹可提供10-15分钟的预警，用以加强阿拉斯加的弹道导弹预警系统。设在北达科他州大福克斯空军基地的“外围搜索定性雷达系统”的探测距离为2800公里，用来探测北部上空再入大气层的洲际弹道导弹和潜地导弹。美国的相控阵雷达警戒系统由7部AN/FPS-7远程搜索警戒雷达组成。1972年，美国在美加边界增加了一部AN/FPS-85相控阵雷达，美国海军还增加一部PAR边境截获雷达AN/FPS-16相控阵雷达，用来跟踪从北冰洋的潜艇上发射的弹道导弹。80年代，该系统进行了全面改进，安装了4部AN/FPS-115大型相控阵雷达。



美国AN/FPS-115战略预警雷达

美国在发展战略预警体系时，采用了多种手段配合部署使用以及改型改进并举的方针，充分发挥预警系统的功能和整体效能，确保战略预警任务的完成。美国战略预警体系的特点是采用分层部署，相互取长补短。导弹预警卫星覆盖了敌方弹道导弹发射区域，基本上解决了对弹道导弹发射的探测问题。陆基弹道导弹预警雷达和地面远程警戒雷达配置在不同的边界方向，覆盖了美国四周空域，并有重叠。再加上预警机的配合，可以做到探测跟踪从不同方向袭击美国的弹道导弹和战略轰炸机。

本国对于反导系统的研究一直处于低调状态，但是反导实验的成功说明了相关研究的硕果颇丰。国内出版的《电子系统建模仿真与评估》和《雷达电子战系统数学仿真与评估》做了大量的理论研究。在硬件方面，相控阵尤其是主动相控阵技术已经被我国攻克。052C驱逐舰上装备的舰载主动相控阵雷达，前一阵传出试飞成功的机载有源相控阵火控雷达，国庆六十周年飞过天安门上空的空警2000的主动相控阵平面阵列和空警200装备的平衡木式主动相控阵天线以及在我国各类防务展览上层出不穷的路基机动式相控阵预警搜索雷达都宣告着中国在有源相控阵雷达领域的重大进展。相信我国会乘着中段反导实验成功的东风继续建设属于中国人自己的反导体系，有朝一日不再让恐怖的蘑菇云笼罩炎黄子孙生生不息的家园。

Eros

一个不得不问的问题：美国有没有为了消灭挑战美国霸权的潜在大国而不惜牺牲整个西方世界物质文明的决心？