论文部分内容阅读
可以预见,基于浮空器的低空目标探测系统不久将加入现代防空反导装备体系,成为体系中的一个重要单元。
随着空袭武器的发展,发现和跟踪巡航导弹等低空、超低空来袭目标成为防空作战的一大难题。美俄从上世纪90年代就开始从浮空器人手寻求突破,历时近20年努力,终于开发出了各自具备实战应用条件的基于浮空器的低空预警探测系统。
浮空器平台低空目标探测系统的发展
现代空袭武器经过几十年的发展,已成为达成作战目标乃至军事政治目标的主要手段。而随着低空、超低空飞行攻击性武器的不断发展,依靠常规地面预警探测手段无法及早发现和连续跟踪此类目标。低空、超低空预警监视成为各国防空预警探测体系建设的一大重点和难点。美国至今仍没有解决全国范围内的低空、超低空目标预警探测问题。
研发背景
相对超高空、超高速乃至试验中的空天飞行器而言,低空、超低空飞行,低可探测率的突防武器已得到成熟的实战应用。此类空袭武器主要包括陆基、海基和空基巡航导弹,直升机和各种用途的无人飞行器等。防空系统发现此类低空目标的难题,主要缘于地球曲率、地形遮蔽角和地面反射对雷达探测区形成过程的影响。如地球曲率限制了地面雷达对低空和超低空目标的探测距离,地形引起的遮蔽角也使低空目标的探测距离大打折扣。巡航导弹体积小、飞行高度低,海面飞行高度为7~15米,平坦陆地为50米以下,基本上是随地形的起伏而不断改变飞行高度,而这一高度又在雷达盲区之内,所以很难发现。加之巡航导弹采取有效隐身措施后,其雷达反射面积仅为0.02~0.1米2,与1只小海鸥相当。因此,陆基雷达探测低空目标的难度很大。而要构建密集的雷达网以保证对巡航导弹类低空目标的发现、跟踪和信息传输达到火控级指标,就必须有足够大的防空部署密度,其人力物力投入相当巨大。将天线架在高塔上可以减小地面影响并相应增加低空探测距离,但并没有从根本上解决问题。这种办法降低了防空部队的机动性和生存能力,且增加了技术和维护方面的复杂性。传统的机载雷达系统也可解决低空目标的远距离探测问题,但要构建一个基于机载雷达系统的、长时间不间断工作的低空雷达网,其开支过大。于是,基于浮空器(首先是系留气球)的雷达系统应运而生,其低空预警探测的应用前景被普遍看好。
主要优势
除机动性和探测范围不及飞机外,浮空器载雷达系统具有使用成本低、滞空时间长、生存能力强、无需机场设施、专业人员需求少等优势。浮空器载雷达便于结合地面雷达和机载雷达的某些特性,可持续数十昼夜对空中目标进行不间断侦察监视,其经济性与地面雷达相当。同时,浮空器载雷达目前3000米的留空能力有助于消除地形影响,扩大对低空目标的探测距离,其相对固定的空中姿态也可显著提高目标分辨率。浮空器载雷达系统可以完成的任务,主要包括发现和跟踪低空目标(包括巡航导弹和隐身目标),确定其坐标和航迹参数,识别目标类型,发送雷达预警信息使防空力量进入战备,发送信息保障防空武器对低空和超低空目标实施拦截作战等。因此,基于浮空器的雷达系统既可用于执行边防战斗值班任务,也可用于国土目标防空的信息保障。对于特殊地区、特殊任务之急需,通常采用机动式(车、船载式)浮空器载雷达系统迅速构建一个侦察监视区域。
研制和应用概况
目前,国外已有100多套浮空器载军用雷达系统,主要分布在美国、意大利、以色列、沙特、科威特、韩国等国家。俄罗斯、印度、巴基斯坦、土耳其、印尼和马来西亚等国也制定了部署计划。1990年美国TCOM公司向科威特提供的1套Mk-7-S气球载雷达系统是首例用于实战的系统,只不过这种系统主要用于发现战斗机类的常规空中目标。1994年美国开始研制对付巡航导弹的新型浮空器载雷达系统——“联合对陆攻击巡航导弹防御空中联网探测器”(JLENS)系统,目前已基本具备列装条件。俄罗斯名为“佩列斯维特”的气球载雷达系统的试验也接近尾声,接到军方订货即可量产,俄国防部有意将此系统用于首都防空。
美国“联合对陆攻击巡航导弹防御空中联网探测器”系统
美军认为,巡航导弹攻击对美国的威胁是真实复杂的。美国长期部署的导弹防御系统主要针对弹道导弹,很难拦截超低空飞行的巡航导弹。而对付低空飞行的巡航导弹,航空传感器至关重要。开发一种性能可靠、价格适当、能长期滞空俯视的平台,用于发现、识别、跟踪低空来袭目标,并能有效支持防空作战,成为美军导弹防御的一项紧迫任务。JLENS项目正是在这种背景下提出的。
系统组成与功能
JLENS是美国全球导弹防御系统的组成部分,其主要任务是提供超视距广域持久监视和精确跟踪(火控质量级)数据,支持防御对陆攻击巡航导弹任务。该系统扩展了美军现役防空系统(“爱国者”防空系统、“标准”系列防空系统、“先进中程空空导弹”、“前沿区域防空系统”等)和未来防空系统的作战空间,已被纳入美军联合战区防空反导基础架构之中。
完整的JLENS系统包括4个主要部分,即2个74米长的浮空器、2部浮空器载雷达(监视雷达和火控雷达),2个机动系泊站和2个地面处理站。每个浮空器的容积为16700米3,有效载荷最大可到3000千克,根据载荷质量不同,浮空高度约3000~5000米,滞空时间可达30天,升空就位准备时间为8小时。浮空器载远程监视雷达能远距离探测小雷达截面目标,火控雷达的监视范围相对小一些,但能为多种拦截武器提供火控级数据,并可提供高精度数据支持目标识别和航迹跟踪。2个浮空器通过系留素连接在地面机动式系泊站上,后者控制浮空器的展开和撤收,并负责向浮空器输送电力,接收浮空器载雷达数据。系泊站与地面发电车和处理站连接,地面处理站是整个系统的“大脑”,配有气象设备以及控制雷达工作及处理雷达数据的计算机。
研发计期与近期进展
JLENS项目分为3个螺旋阶段开发。第一阶段主要开发1个38米长的浮空器、1个传感器系统、1套通信系统及1套机动式数据处理工作站,该阶段于2005年完成,并参加了美陆军与空军联合举行的“流沙-05”演习。第二阶段从2005年底开始,在第一阶段成果基础上开发了更大型的74米浮空器,以及更精密的监视雷达和火控雷达。第三阶段从2009年开始,系统进入全面功能测试阶段。 2011年2月,JLENS系统雷达在犹他州靶场进行了首次实装升空探测试验;4月,火控雷达成功完成了跟踪随机目标的验证试验;10月,系统完成在犹他州靶场为期14天的连续试验。2012年1~2月,系统完成了为期1个月的“研制试验-1”,验证了系统跟踪低空飞行巡航导弹、无人机、战斗机以及地面移动目标,并与防空反导系统集成的技术成熟度。4月,系统与“爱国者-3”系统集成,进行了巡航导弹目标拦截试验,不仅展示了为“爱国者-3”系统提供目标探测和跟踪的能力,还展示了其在指挥与控制系统中进行数据通信的能力以及与敌我识别系统联接的能力;9月,又与海基“宙斯盾/标准-6”系统协同,成功拦截1枚模拟反舰巡航导弹的靶弹,验证了该系统与美海军舰载防空系统集成对抗巡航导弹的能力。
俄罗斯“佩列斯维特”低空目标探测系统
目前,俄罗斯用于防空的气球主要由国有企业——多尔戈普鲁德内自动化设计局和民营企业阿夫古里公司研制。目前已推出多型性能优越、具备量产条件的气球系统。如艇囊容积为400米3、可将100千克有效载荷升至1200米高空的系留气球,艇囊容积为1850米3、可将300千克有效载荷升至2500米高空的车载机动式系留气球,容积为8900米3、可将1700千克有效载荷升至4000米高空的系留气球,容积为11809米3、可将2200千克有效载荷升至5000米高空的系留气球等等。俄方称,目前俄罗斯有能力研制生产不亚于美国JLENS系统的浮空器防空系统。
作为俄国防部列入首都防空系统建设计划的一个机动型军用浮空器项目,2010~2011年,多尔戈普鲁德内自动化设计局研制的“佩列斯维特”(Peresvet)气球载雷达系统通过了任务载荷、艇囊及其材料、系留滞空能力等一系列试验,具备量产条件。俄方将该气球称为第四代气球,其艇囊容积为3000米3,采用俄罗斯生产的8层聚合织物制成,艇皮材料采用高频电流焊接而成,使用寿命延长至5年。该系统可执行持久监视(滞空时间可达15天)、通信、预警等任务,系统的有效载荷取决于滞空高度,最大可达400千克,最大滞空高度(3000米)时有效载荷为250千克。俄方称,“佩列斯维特”对巡航导弹的探测距离达400千米,气球上搭载的光学系统可识别14千米外的人脸和汽车牌照。
除“佩列斯维特”系统外,俄民营企业阿夫古里公司推出了“虎”系留气球参加俄国防部的竞标。该公司曾在2005年范堡罗航展上展示过名为“美洲狮”和“美洲豹”的两种系留式军用浮空器,其容积为8900~11800米3,有效载荷为远程预警雷达,可在3000米高空滞留25天,探测距离为700千米。目前,阿夫古里公司还在开展平流层飞艇的研制工作。
总体上看,随着技术的发展,防空反导预警监视装备体系可用的技术手段将越来越多。但对不同方案的选择,无疑是基于具体需求、使用条件、效费比等各种因素进行折衷和综合权衡的结果。从国外实际应用情况看,选择浮空器作为低空、超低空预警监视平台,首先是看中其长时间滞空“不眨眼”感知的优势。换言之,如果监视的连续性、持久性不是第一需要,那么浮空器平台相对传统机载平台并没有优势,甚至在机动性、负载能力、部署难度等方面还存在劣势。因此,基于浮空器平台的预警监视系统要纳入地基、空基、天基综合预警监视体系中统筹建设,以求各展其长、优势互补。美国防部在评估若干空基探测器的方案后就认为,效费比最佳的低空预警探测方案是固定翼飞机和浮空器组成的混合系统。
随着空袭武器的发展,发现和跟踪巡航导弹等低空、超低空来袭目标成为防空作战的一大难题。美俄从上世纪90年代就开始从浮空器人手寻求突破,历时近20年努力,终于开发出了各自具备实战应用条件的基于浮空器的低空预警探测系统。
浮空器平台低空目标探测系统的发展
现代空袭武器经过几十年的发展,已成为达成作战目标乃至军事政治目标的主要手段。而随着低空、超低空飞行攻击性武器的不断发展,依靠常规地面预警探测手段无法及早发现和连续跟踪此类目标。低空、超低空预警监视成为各国防空预警探测体系建设的一大重点和难点。美国至今仍没有解决全国范围内的低空、超低空目标预警探测问题。
研发背景
相对超高空、超高速乃至试验中的空天飞行器而言,低空、超低空飞行,低可探测率的突防武器已得到成熟的实战应用。此类空袭武器主要包括陆基、海基和空基巡航导弹,直升机和各种用途的无人飞行器等。防空系统发现此类低空目标的难题,主要缘于地球曲率、地形遮蔽角和地面反射对雷达探测区形成过程的影响。如地球曲率限制了地面雷达对低空和超低空目标的探测距离,地形引起的遮蔽角也使低空目标的探测距离大打折扣。巡航导弹体积小、飞行高度低,海面飞行高度为7~15米,平坦陆地为50米以下,基本上是随地形的起伏而不断改变飞行高度,而这一高度又在雷达盲区之内,所以很难发现。加之巡航导弹采取有效隐身措施后,其雷达反射面积仅为0.02~0.1米2,与1只小海鸥相当。因此,陆基雷达探测低空目标的难度很大。而要构建密集的雷达网以保证对巡航导弹类低空目标的发现、跟踪和信息传输达到火控级指标,就必须有足够大的防空部署密度,其人力物力投入相当巨大。将天线架在高塔上可以减小地面影响并相应增加低空探测距离,但并没有从根本上解决问题。这种办法降低了防空部队的机动性和生存能力,且增加了技术和维护方面的复杂性。传统的机载雷达系统也可解决低空目标的远距离探测问题,但要构建一个基于机载雷达系统的、长时间不间断工作的低空雷达网,其开支过大。于是,基于浮空器(首先是系留气球)的雷达系统应运而生,其低空预警探测的应用前景被普遍看好。
主要优势
除机动性和探测范围不及飞机外,浮空器载雷达系统具有使用成本低、滞空时间长、生存能力强、无需机场设施、专业人员需求少等优势。浮空器载雷达便于结合地面雷达和机载雷达的某些特性,可持续数十昼夜对空中目标进行不间断侦察监视,其经济性与地面雷达相当。同时,浮空器载雷达目前3000米的留空能力有助于消除地形影响,扩大对低空目标的探测距离,其相对固定的空中姿态也可显著提高目标分辨率。浮空器载雷达系统可以完成的任务,主要包括发现和跟踪低空目标(包括巡航导弹和隐身目标),确定其坐标和航迹参数,识别目标类型,发送雷达预警信息使防空力量进入战备,发送信息保障防空武器对低空和超低空目标实施拦截作战等。因此,基于浮空器的雷达系统既可用于执行边防战斗值班任务,也可用于国土目标防空的信息保障。对于特殊地区、特殊任务之急需,通常采用机动式(车、船载式)浮空器载雷达系统迅速构建一个侦察监视区域。
研制和应用概况
目前,国外已有100多套浮空器载军用雷达系统,主要分布在美国、意大利、以色列、沙特、科威特、韩国等国家。俄罗斯、印度、巴基斯坦、土耳其、印尼和马来西亚等国也制定了部署计划。1990年美国TCOM公司向科威特提供的1套Mk-7-S气球载雷达系统是首例用于实战的系统,只不过这种系统主要用于发现战斗机类的常规空中目标。1994年美国开始研制对付巡航导弹的新型浮空器载雷达系统——“联合对陆攻击巡航导弹防御空中联网探测器”(JLENS)系统,目前已基本具备列装条件。俄罗斯名为“佩列斯维特”的气球载雷达系统的试验也接近尾声,接到军方订货即可量产,俄国防部有意将此系统用于首都防空。
美国“联合对陆攻击巡航导弹防御空中联网探测器”系统
美军认为,巡航导弹攻击对美国的威胁是真实复杂的。美国长期部署的导弹防御系统主要针对弹道导弹,很难拦截超低空飞行的巡航导弹。而对付低空飞行的巡航导弹,航空传感器至关重要。开发一种性能可靠、价格适当、能长期滞空俯视的平台,用于发现、识别、跟踪低空来袭目标,并能有效支持防空作战,成为美军导弹防御的一项紧迫任务。JLENS项目正是在这种背景下提出的。
系统组成与功能
JLENS是美国全球导弹防御系统的组成部分,其主要任务是提供超视距广域持久监视和精确跟踪(火控质量级)数据,支持防御对陆攻击巡航导弹任务。该系统扩展了美军现役防空系统(“爱国者”防空系统、“标准”系列防空系统、“先进中程空空导弹”、“前沿区域防空系统”等)和未来防空系统的作战空间,已被纳入美军联合战区防空反导基础架构之中。
完整的JLENS系统包括4个主要部分,即2个74米长的浮空器、2部浮空器载雷达(监视雷达和火控雷达),2个机动系泊站和2个地面处理站。每个浮空器的容积为16700米3,有效载荷最大可到3000千克,根据载荷质量不同,浮空高度约3000~5000米,滞空时间可达30天,升空就位准备时间为8小时。浮空器载远程监视雷达能远距离探测小雷达截面目标,火控雷达的监视范围相对小一些,但能为多种拦截武器提供火控级数据,并可提供高精度数据支持目标识别和航迹跟踪。2个浮空器通过系留素连接在地面机动式系泊站上,后者控制浮空器的展开和撤收,并负责向浮空器输送电力,接收浮空器载雷达数据。系泊站与地面发电车和处理站连接,地面处理站是整个系统的“大脑”,配有气象设备以及控制雷达工作及处理雷达数据的计算机。
研发计期与近期进展
JLENS项目分为3个螺旋阶段开发。第一阶段主要开发1个38米长的浮空器、1个传感器系统、1套通信系统及1套机动式数据处理工作站,该阶段于2005年完成,并参加了美陆军与空军联合举行的“流沙-05”演习。第二阶段从2005年底开始,在第一阶段成果基础上开发了更大型的74米浮空器,以及更精密的监视雷达和火控雷达。第三阶段从2009年开始,系统进入全面功能测试阶段。 2011年2月,JLENS系统雷达在犹他州靶场进行了首次实装升空探测试验;4月,火控雷达成功完成了跟踪随机目标的验证试验;10月,系统完成在犹他州靶场为期14天的连续试验。2012年1~2月,系统完成了为期1个月的“研制试验-1”,验证了系统跟踪低空飞行巡航导弹、无人机、战斗机以及地面移动目标,并与防空反导系统集成的技术成熟度。4月,系统与“爱国者-3”系统集成,进行了巡航导弹目标拦截试验,不仅展示了为“爱国者-3”系统提供目标探测和跟踪的能力,还展示了其在指挥与控制系统中进行数据通信的能力以及与敌我识别系统联接的能力;9月,又与海基“宙斯盾/标准-6”系统协同,成功拦截1枚模拟反舰巡航导弹的靶弹,验证了该系统与美海军舰载防空系统集成对抗巡航导弹的能力。
俄罗斯“佩列斯维特”低空目标探测系统
目前,俄罗斯用于防空的气球主要由国有企业——多尔戈普鲁德内自动化设计局和民营企业阿夫古里公司研制。目前已推出多型性能优越、具备量产条件的气球系统。如艇囊容积为400米3、可将100千克有效载荷升至1200米高空的系留气球,艇囊容积为1850米3、可将300千克有效载荷升至2500米高空的车载机动式系留气球,容积为8900米3、可将1700千克有效载荷升至4000米高空的系留气球,容积为11809米3、可将2200千克有效载荷升至5000米高空的系留气球等等。俄方称,目前俄罗斯有能力研制生产不亚于美国JLENS系统的浮空器防空系统。
作为俄国防部列入首都防空系统建设计划的一个机动型军用浮空器项目,2010~2011年,多尔戈普鲁德内自动化设计局研制的“佩列斯维特”(Peresvet)气球载雷达系统通过了任务载荷、艇囊及其材料、系留滞空能力等一系列试验,具备量产条件。俄方将该气球称为第四代气球,其艇囊容积为3000米3,采用俄罗斯生产的8层聚合织物制成,艇皮材料采用高频电流焊接而成,使用寿命延长至5年。该系统可执行持久监视(滞空时间可达15天)、通信、预警等任务,系统的有效载荷取决于滞空高度,最大可达400千克,最大滞空高度(3000米)时有效载荷为250千克。俄方称,“佩列斯维特”对巡航导弹的探测距离达400千米,气球上搭载的光学系统可识别14千米外的人脸和汽车牌照。
除“佩列斯维特”系统外,俄民营企业阿夫古里公司推出了“虎”系留气球参加俄国防部的竞标。该公司曾在2005年范堡罗航展上展示过名为“美洲狮”和“美洲豹”的两种系留式军用浮空器,其容积为8900~11800米3,有效载荷为远程预警雷达,可在3000米高空滞留25天,探测距离为700千米。目前,阿夫古里公司还在开展平流层飞艇的研制工作。
总体上看,随着技术的发展,防空反导预警监视装备体系可用的技术手段将越来越多。但对不同方案的选择,无疑是基于具体需求、使用条件、效费比等各种因素进行折衷和综合权衡的结果。从国外实际应用情况看,选择浮空器作为低空、超低空预警监视平台,首先是看中其长时间滞空“不眨眼”感知的优势。换言之,如果监视的连续性、持久性不是第一需要,那么浮空器平台相对传统机载平台并没有优势,甚至在机动性、负载能力、部署难度等方面还存在劣势。因此,基于浮空器平台的预警监视系统要纳入地基、空基、天基综合预警监视体系中统筹建设,以求各展其长、优势互补。美国防部在评估若干空基探测器的方案后就认为,效费比最佳的低空预警探测方案是固定翼飞机和浮空器组成的混合系统。