拦截技术:导弹打导弹
海湾战争中,最让世人开眼界的莫过于“爱国者”大战“飞毛腿”——导弹打导弹的好戏了。导弹最初发明出来是用来攻击飞机、坦克、舰船等目标的,只是因为导弹的威胁越来越大,才不得不以其人之道还治其人之身,导弹开始打导弹。但导弹弹体小、速度快、机动灵活,要想准确命中确实不容易。那么,导弹是怎么打导弹的呢?需要哪些关键技术支持呢?
其实,导弹能不能打中导弹,主要看其制导系统能否把导弹引向目标!
导弹的制导系统由导引系统和控制系统组成。导引系统一般包括探测设备和计算变换设备,其功能是测量导弹与目标的相对位置和速度,计算出实际飞行弹道与理论弹道的偏差,给出消除偏差的指令。控制系统通常由敏感设备、综合设备、放大变换装置和执行机构(伺服机构)组成。其功能是根据导引系统给出的制导指令和导弹的状态参数形成综合控制信号,再由执行机构调整控制导弹的运动或姿态直至命中目标。导引系统既可全部安装在弹上,也可分别安装在弹上及弹外制导站(地面、舰船、飞机甚至卫星)上。控制系统则必须安装在弹上。
猎人对奔跑中的猎物射击时,瞄准要有提前量才能打中;我们在玩射击类电子游戏时,对不同方向、不同运动轨迹的目标所选择的射击方式也不同。导弹在对导弹射击时,也采用不同的飞行轨迹。制导技术与导弹的飞行轨迹密切相关。制导导弹从发射到命中目标,都必须沿着一条飞行路线或轨迹飞行。其中主要制导导弹的飞行轨迹有以下几种:
第一种是比例导航轨迹。连接导弹发射点(观测点)与目标位置的直线称为瞄准线。沿比例导航轨迹飞行的导弹,其飞行路线的变化速率与瞄准线的变化速率成一定的比例。要保证导弹按比例导航轨迹飞行,必须满足几个条件:一是导弹上有目标跟踪器,能精确跟踪目标;二是有一个监测系统能精确测量出由目标跟踪器确定的瞄准线的变化速率;三是有一个控制系统能使导弹的飞行路线变化速率与瞄准线变化速率成比例地变化。“爱国者”导弹打击“飞毛腿”导弹时采用的就是这种制导方式。
第二种是直线轨迹。导弹沿着发射点与目标之间的直线飞行。这种飞行轨迹只适用于短距离、超音速飞行的导弹,其打击对象多为运动速度较缓慢的导弹。比如红外制导导弹追击速度较慢的巡航导弹基本上是直线轨迹。
第三种是瞄准线轨迹。沿瞄准线轨迹飞行的导弹,其轨迹始终位于观测点和目标之间的瞄准线上。瞄准线轨迹一般是曲线。采用遥控制导的导弹,其飞行路线常属此类。
而能够用来引导导弹打导弹的制导技术主要是寻的制导。就是通过弹上的导引系统(导引头或寻的器)感受导弹目标辐射的能量,自动跟踪目标,导引导弹飞向目标。如果按能量(波长)可分为:(微波)雷达寻的制导、红外寻的制导、毫米波寻的制导等类型。
(微波)雷达寻的制导具有“发射后不管”的优点,能从任何角度攻击目标,命中精度很高,缺点是易受干扰。半主动微波寻的制导减少了弹上设备,可增大飞行距离,不能自主寻的,而且制导站易受敌方攻击,因此主要用于攻击空中目标。
红外寻的制导也具有“发射后不管”的能力。红外热成像寻的头具有全方向攻击能力(不限于攻击目标的高温部分),抗干扰能力也更强。
毫米波雷达,任何高于绝对零度(-273℃)的物体都有微弱的毫米波辐射,利用弹载的高灵敏度毫米波辐射计测量目标与背景的毫米波辐射能量的差异,再由计算机完成两者的对比识别,给出制导指令。毫米波寻的制导系统体积小、重量轻,全天候工作能力强,但作用距离较短。
特别要说明的是,导弹要完成打导弹的任务,首先要有外部指挥控制系统提供必要信息,其次是制导技术要过关,最后是要有超强的机动本领,要比目标速度更快或抗过载能力更强。其中外部指挥控制系统主要包括完整的预警技术,包括天基预警技术、空基预警技术及陆基预警技术,直接碰撞动能拦截弹技术等。下面以文章开头提及的“爱国者”大战“飞毛腿”导弹的过程对各种技术的作用进行说明。
天基预警技术。为了及早预警,必须借助天基预警。天基预警设备主要是导弹预警卫星,其次还包括通信卫星、侦察卫星、雷达成像卫星等。在海湾战争中,美国采用了卫星来提供“飞毛腿”导弹发射的早期预警信息,并能粗略估算导弹的射向和落区。采取的技术途径是先把由预警卫星测到的“飞毛腿”红外图像信息送到澳大利亚空军空间司令部地面站与美国空间司令部导弹预警中心,与已知的“飞毛腿”红外特征信号和轨道进行比较,然后再综合其他卫星来的数据确定导弹落区,最后,通过通信卫星将预警信息送到沙特的地空导弹阵地。通过这一系列措施,能为“爱国者”提供90秒的预警时间。
空基预警技术。是天基预警技术的必要补充,同时又具有自己的一些特点。空基预警设备主要是指空中预警指挥机,还包括具有预警功能的其他空中传感器,如联合监视目标攻击雷达系统、无人机等。空基预警设备不受地球曲率的影响,监视范围大,可起到报警作用。但不能估算导弹的航向和落区。因此,作用有限,美军只把它作为辅助手段。
陆基预警技术。可用于陆基预警的雷达有相控阵雷达、超视距雷达等。早在20世纪50~60年代,美俄等国就研制了多种大型地面相控阵雷达,用于弹道导弹防御系统。此类雷达的天线面积大,辐射功率高,作用距离远,一般为数千千米,能对战术弹道导弹提供较为有效的预警。
直接碰撞动能拦截弹技术。常规的地空导弹以引爆战斗部的方法来杀伤目标,而动能拦截弹则无须战斗部,以其巨大的动能碰撞杀伤目标。其关键技术是:目标精确探测技术、快速响应精确控制技术、拦截器精确测量基准与导航技术、直接命中导引方法。目前,美国已将这一技术应用到“大气层外轻型射弹”“战区高空区域防御”系统、“增程拦截弹”和第三次改型“爱国者”(PAC-3)中。也正是有了这些技术的综合作用,“爱国者”导弹才战胜了“飞毛腿”导弹。