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為啥要開發(fā)如此之多的防空導彈?簡述“多層次防空”

2020-06-30 10:54 作者:冰封之龍  | 我要投稿

一直以來,很多人都對國內進口S-400導彈的消息非常關注。S-400真的可以達到400公里射程嗎?S-400一定比紅旗9好嗎?還有人問,為啥中國防空導彈從S-400到紅旗6A有十多種,而美國現(xiàn)役防空導彈卻沒幾種呢?那么,就讓我們談談“多層次防空網(wǎng)”的構筑吧。

本文需要與以下4篇一同閱讀。

多層次防空肇始:高射炮的多層次防空

從戰(zhàn)略轟炸機飛到城市上空的那一刻,地面防空系統(tǒng)和空軍的博弈就從未停止。由于戰(zhàn)略轟炸機飛得高,戰(zhàn)術飛機飛的低,而地面的高射炮的射程也有高有低,所以從二戰(zhàn)開始,就有了利用不同高射炮進行“多層次防空”的理論。

德國防空塔上的128mm大口徑高射炮是遠程高空防空系統(tǒng)
除了128mm高射炮,防空塔上的37mm,20mm高射炮則構筑起了中低空防空火力

德國柏林的防空系統(tǒng)就是早期多層次防空的表現(xiàn)形式。首先,使用截擊機和夜間戰(zhàn)斗機對敵方飛機進行遠距離攔截,當飛機接近柏林城防邊界時,就由部署在柏林3個角的防空塔的128mm高射炮進行驅離,飛到市區(qū)時還有88mm高射炮進一步進行攔截。據(jù)不完全統(tǒng)計,二戰(zhàn)德國三分之一彈藥消耗在了防空武器上,但由于缺乏VT引信,平均3000發(fā)128炮彈才能擊落一架轟炸機。

防空塔作為高出地表的大型厚裝甲建筑物,給128高射炮以良好開闊的射擊界。但是防空塔本身也是一個多層次防空系統(tǒng),除了標志性的128mm高射炮外,在它的射擊臺上還有大量37mm,20mm小口徑高射炮,這樣的設計是為了給昂貴的128mm高射炮提供掩護,防止美國出動P-38,P-47戰(zhàn)斗機對防空塔表面的高射炮陣地展開轟炸。憑借這樣密集的多層次防空系統(tǒng),美軍和英軍幾年內都未能摧毀這幾個防空要塞,這也導致對柏林市的空襲效果有限,沒打出德累斯頓空襲那種摧毀一切的火災旋風。根據(jù)統(tǒng)計,蘇聯(lián)在柏林戰(zhàn)役期間打出的炮彈,比英美轟炸幾年的總和都多,可見防空塔確實是有效阻止了柏林的戰(zhàn)略轟炸(盡管實際擊落不多)。

在海軍也有類似的布局,比如著名的松田千秋參加萊特灣海戰(zhàn)時,以兩艘伊勢級戰(zhàn)列艦的356mm艦炮發(fā)射三式彈在10公里打散對方陣型,然后127mm高射炮負責4000米,25高射炮和噴進炮(防空火箭彈)負責1500米,成功打出密集彈幕阻止了美軍轟炸。

沒有飛機的伊勢級航空戰(zhàn)列艦,速度火力也不占優(yōu),但憑借良好的防空火力協(xié)調,仍然得以在38特混艦隊轟炸下全身而退

由于這套系統(tǒng)的成功,戰(zhàn)后各國也普遍仿效,建立了多層次防空系統(tǒng)。

現(xiàn)代多層次防空國土的發(fā)展——殲擊機/截擊機和國土防空導彈的配合

第一部分:雷達篇

二戰(zhàn)之后,隨著噴氣式飛機,彈道導彈和巡航導彈的廣泛使用,多層次防空從以前單一防御戰(zhàn)略轟炸,又有了多重意義。為了了解現(xiàn)代防空導彈系統(tǒng)的防空包線,首先請看一個圖。

這個就不用多說是什么了吧

你沒看錯。現(xiàn)代的防空導彈編制的“防空火力包線”,在三維圖下就像一個個疊加的“面包圈”。產生這個情景的主要原因是雷達的探測范圍。如下圖所示的S-300火控雷達30N6相控陣雷達,它外表看起來就像一塊傾斜的板子。那么,我們可以很容易畫圖表示它的探測和火力引導范圍:

30N6雷達車是S-300的探測雷達
30N6實際探測范圍圖示

由于PESA雷達允許使用波束合成(原理和高中“光的衍射”、“波的合成”原理相同)產生的電子波束掃描(這也是相控陣雷達被稱為“電子掃描雷達”的原因)更大的范圍,所以它的波束要比板子的平行范圍要大很多,所以就會呈上圖所示的一個大扇形,不過通常不會覆蓋90度角。同時,由于地球曲率影響,它探測到地表面的范圍比探測到空中的范圍短很多(比如架設在20米高的雷達,對于水平面0米的目標最大可視距離只有15公里,而架設高度僅有5米的雷達,對水平目標的可視距離將會驟減到8000米),再加上雷達對地面照射會產生很多干擾的回波,同時對操作手也有很強烈的微波輻射,所以很多大型雷達干脆屏蔽對地面的信號,只探測一定高度以上的目標,如早期的S-75/HQ-2導彈,只會探測500米以上的目標;S-200導彈更加離譜,只能探測3000米以上目標。這種情況一直到國產紅旗9基本型導彈(170蘭州號)還存在,最低射擊高度高達500米,只能對抗飛機目標。這種情況一直到抗地面雜波干擾雷達誕生才得以好轉,2009年服役的紅旗9A/B導彈,將最低攻擊高度降低到15米以內。這樣一來,導彈的射擊包線就像上面展示的“面包圈”一樣,是一個個圓環(huán)的形態(tài)。

那么,有什么方法來讓導彈能夠對所有的高度展開打擊呢?答案自然是讓雷達先看到這些來襲方向的目標。通常為了看到貼著地球表面的目標,雷達要加高;而為了看到正頭頂?shù)哪繕耍走_要“躺著看”。這就好比看遠方地平線的瞭望塔和看天空的仰臥位一樣。

大和號古塔般的艦橋是為了看到遠方戰(zhàn)列艦的吃水線而設計
S-300V把火控雷達架起來,增加對超低空目標的探測能力
為了仰望星空,會采用仰臥的姿勢
同樣,為了看到飛過天頂?shù)膶棧_德防空導彈的搜索雷達也是“仰臥”姿勢,但因此它對于地平面目標和飛機類目標的探測效果就差多了,無法對抗巡航導彈

這樣一來,在保證雷達能夠對從天頂?shù)降孛娑寄芸吹降那闆r下,就可以設計符合需求的導彈了。接下來,讓我們談談導彈會怎么取舍。

第二部分 導彈篇

在上一部分我們解決了不同探測范圍的雷達系統(tǒng)之后,接下來就是設計導彈。眾所周知,為了飛得更高,飛得更遠,就需要更多的推進劑,但是推進劑越多,導彈尺寸越大,面對高機動性目標的機動效果也就越差。所以,要根據(jù)它負責的范圍所要面對的主要目標設計導彈。

巨大的S-200導彈原為攔截轟炸機設計,因此在面對小型戰(zhàn)術飛機目標時效果很糟糕,就算沒有電子干擾,該導彈也無法對付機動性大于2G的目標
紅旗2號導彈也是高空攔截轟炸機,偵察機的導彈,機動性只有12G,無法對機動性超過2G目標進行攔截
隨著時代發(fā)展,大型防空導彈通過采用高性能推進劑和控制機構,得以對超過5G目標進行攔截

大型防空導彈尺寸一般較大,如紅旗2導彈全長超過10米,而紅旗9導彈也有6米多,重達1.3噸。這樣的大型導彈可以讓它具備150公里的動力射程,但是由于尺寸實在太大,機動性就成了問題,在面對不會機動的B-52,圖160等轟炸機時還好,對于F-22,殲-10一類戰(zhàn)斗機,很容易被對方甩掉。所以,這種大型中遠程防空導彈主要是對付敵方轟炸機、偵察機、戰(zhàn)術導彈等不怎么機動的目標,或者用于射擊預警機,加油機,驅散對方密集的戰(zhàn)術飛機集群,不讓對方展開協(xié)同攻勢。

大型防空導彈有一個特例——反導攔截彈,如愛國者3,RIM-161 標準3,薩德導彈等,他們水平射程并不突出,但射擊高度很大,如標準3雖然只有700千克,但能夠飛到500公里高空,對飛過頭頂?shù)亩坛虖椀缹椷M行攔截。

標準3導彈是典型反導攔截彈

反導攔截彈有幾個不同于常規(guī)遠程防空導彈的特點:第一,助推器很大,戰(zhàn)斗部很小。這是為了飛到幾百公里的大氣層外特別設計的,如同一枚大號的探空火箭,戰(zhàn)斗部通常低于50千克;第二,為了對機動性較低,但密度很大的導彈戰(zhàn)斗部進行攔截,此類導彈不采用高爆破片殺傷,而是單個實心彈頭,又稱KKV,動能攔截器。動能攔截器通過末端紅外成像傳感器鎖定敵方彈頭,向其靠攏,最后釋放一個數(shù)十千克的鋼球硬生生撞上導彈,在每秒數(shù)公里的相對速度下把對方撞得稀爛。這個原理就好比用獨頭彈破門,而傳統(tǒng)導彈像是用霰彈打鳥一樣。不過正因為它特化于反導,這種導彈通常不適合攔截飛機,就算打飛機也只是個用個大鐵球在飛機上面撞個窟窿,并不像平常的連續(xù)桿殺傷戰(zhàn)斗部在飛機上打出千百個傷口,這樣會給敵方返回和迫降的操作空間。所以美軍部署愛國者3同時還會部署愛國者2以攔截飛機。

說完了大型防空導彈,我們開始看一下中型導彈。中型導彈主要是以俄羅斯9K37山毛櫸,S-350采用的9m96導彈,國內以9K37為原型開發(fā)的紅旗16導彈為代表。

紅旗16導彈是典型的中型區(qū)域防空導彈

中型防空導彈重量約在500千克左右,比起1300千克以上的重型防空導彈小了一半。雖然有效射程也僅有前者的三分之一,只有50-70公里(不過如果打擊機動緩慢目標,可達120公里左右),但最重要的是機動性大幅增加。中型防空導彈通常機動性不低于中距空對空導彈,能夠以高機動性摧毀戰(zhàn)術飛機和巡航導彈,同時結構較輕,配套車輛較少,可以方便在野外進行機動和部署。所以中型防空導彈通常用于野戰(zhàn)防空,或者對重型要地防空導彈進行直接掩護。

由于中型導彈需要承擔防空、反導(主要是巡航導彈和空地導彈)等多個職能,同時要求良好的戰(zhàn)略機動性,設計一款中型導彈的難度通常不亞于重型導彈。

最后就是末端點防空導彈了。點防空導彈往往是最后一道盾牌,對直接空襲我方陣地(野戰(zhàn)車隊或要地防空系統(tǒng)、機場等)進行攔截。比較典型的有道爾M1導彈和紅旗17式導彈,還有專門保護要地防空導彈的紅旗6A和鎧甲S-1防空系統(tǒng),海上則是海紅旗10為代表的紅外制導

導彈和海麻雀為代表的短程雷達制導導彈。

國內此前購買的道爾M1導彈
紅旗6A系統(tǒng)包括以霹靂11改良的紅旗6A導彈和730機關炮改良的陸盾2000
海紅旗10導彈彈體和TY-90有些淵源
冷戰(zhàn)時代的RIM-7海麻雀,目前現(xiàn)役全部改為垂直發(fā)射

短程導彈要求的主要標準是火力通道多,反應速度快,并且能夠對來襲的導彈予以正面攔截。它就像防空塔上的20、37mm機關炮,要的就是一層綿密的火力網(wǎng),擊碎沖向我軍寶貴的要地防空導彈的敵方武器。由于末端防空要求導彈具有攔截對方導彈的能力,機動性要求較高,通常各國都是以中程空對空導彈為基礎進行改良,如海麻雀導彈為AIM-7麻雀導彈加裝大型助推器,中國紅旗6A來自于霹靂11(霹靂11則來自于意大利阿斯派德,而阿斯派德又來自于麻雀導彈)。

最后額外提一點,就是目前以法國“阿斯特”(即弓箭手)15/30為代表的中型多用途防空導彈系統(tǒng)。

阿斯特15
阿斯特30

阿斯特導彈從重量上劃分應該歸入中型防空導彈,重量和紅旗16是一個水準的。但是,它最大的區(qū)別就是它的設計更接近于海麻雀“空對空導彈+助推器”的組合,導彈本體和法國米卡導彈有著深厚聯(lián)系,導引頭更是直接采用了米卡導彈的導引頭。通過更改助推器,使得阿斯特15和30在導彈本體不變情況下,實現(xiàn)了15-120公里全覆蓋的打擊能力。并且由于空對空導彈機動性很高,又采用空對空導彈的主動導引頭,使得它打擊如反艦導彈,短程彈道導彈一類目標有著不錯的優(yōu)勢。在此影響下,美國RIM-174標準6防空導彈,俄羅斯S-350 9M96E2導彈都采用了空對空導彈導引頭的設計,大幅度降低了成本。但無論如何,阿斯特15和阿斯特30本身還是符合多層次防空這個基本概念的。

結語

正像戰(zhàn)斗機有高低搭配,火炮有編制等級之分一樣,防空武器同樣需要“遠中近結合”,形成多層次的防空體系,在綜合指揮系統(tǒng)統(tǒng)一控制下,才能有效對敵方來襲空中力量進行攔截。

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