平流層飛艇載雷達系統(tǒng)作戰(zhàn)運用分析

李宗亭，李廣強，賀照輝，牛保民

(1.解放軍93498部隊， 石家莊050071;2.空軍預(yù)警學(xué)院預(yù)警模擬訓(xùn)練中心， 武漢430019)

0 引言

臨近空間作為未來空天一體信息化戰(zhàn)爭的重要戰(zhàn)略資源，有著特殊的軍事應(yīng)用價值。隨著臨近空間飛艇技術(shù)的發(fā)展，飛艇載雷達系統(tǒng)對于探測臨近空間目標(biāo)提供了有效手段。它與預(yù)警機、陸基預(yù)警雷達相比，能夠有效避開地面地形起伏和對流層復(fù)雜氣象環(huán)境的影響，極大降低各類電磁波的干擾，不僅可以完成對臨近空間目標(biāo)探測任務(wù)，而且還具有很好的低空超低空目標(biāo)探測能力。因此，研究基于平流層飛艇載雷達系統(tǒng)作戰(zhàn)運用，對于建設(shè)臨近空間防御作戰(zhàn)力量、完善戰(zhàn)略預(yù)警體系建設(shè)都具有重要的意義。

1 平流層飛艇載雷達系統(tǒng)作戰(zhàn)優(yōu)勢分析

平流層飛艇載雷達，就是把飛艇作為雷達平臺，升高到平流層空域。本文指以無人駕駛飛艇為搭載平臺，輔以通信、導(dǎo)航、儲能供能等配套設(shè)備，在平流層空間內(nèi)以遙控飛行、定點懸停的方式長期運行，遂行常規(guī)情報雷達任務(wù)以及特種探測、戰(zhàn)略預(yù)警等任務(wù)的高空探測裝備。主要有臨空目標(biāo)探測、低空和超低空目標(biāo)預(yù)警、邊海防監(jiān)視、機動部署遂行情報保障等多樣化任務(wù)。具有地基情報雷達、預(yù)警機、氣球載雷達等不可比擬的優(yōu)勢。

1.1 空域探測能力強

雷達工作在平流層最重要的是具有平臺優(yōu)勢，它既能仰視探測臨空目標(biāo)，又能俯視低空超低空目標(biāo)(如圖1所示)。探測臨空目標(biāo)時，探測背景簡單，除了衛(wèi)星隕片，雜波干擾幾乎為零;臨近空間內(nèi)越往高空空氣越稀薄，電磁波的傳播損耗和折射越小，因而探測距離和仰角范圍比地面雷達大。俯視探測低空目標(biāo)，可以將地平線距離擴大到500 km以上，基本不受地球曲率影響。同時，飛艇具有一定的機動性，可以機動部署，進一步增加了探測范圍。

圖1 地基雷達、預(yù)警機、平流層飛艇載雷達探測空域示意圖

1.2 快速響應(yīng)能力強

飛艇的放飛升空速度一般為18 km/s，一般在2 h內(nèi)就可以到達平流層，可以迅速建立起預(yù)警平臺。該雷達平時在空中特定區(qū)域待命或執(zhí)行預(yù)警監(jiān)視任務(wù)，當(dāng)接收到地面指揮中心的指令后，自行分析指令，可以以50 km/h～120 km/h的速度、不受路徑限制機動到任何地區(qū)升空，機動性優(yōu)于任何地面雷達。同時，平流層飛艇的機動速度跟海上艦艇航速相當(dāng)，也可以伴隨艦艇執(zhí)行情報保障任務(wù)。因此，平流層飛艇載雷達可快速隨機部署，而且便于機動轉(zhuǎn)移，快速適應(yīng)任務(wù)變化需要，執(zhí)行多樣化任務(wù)的響應(yīng)速度快。

1.3 可靠性和可維性高

雷達的可靠性主要體現(xiàn)在發(fā)射系統(tǒng)上。雷達發(fā)射系統(tǒng)采用分布式、全固態(tài)收發(fā)組件形式，具有可靠性高的特點，即使部分組件失效，也不會喪失全部工作能力。飛艇的升空和留空工作基本是靠浮力維持，只要不發(fā)生氣體大量泄漏，就可以正常工作。其保障維護工作簡便易行，雷達正常工作時飛艇續(xù)航時間可長達一年以上，每次返回地面只需對雷達做少量的維護工作，并對飛艇氣囊進行補充氣體即可。飛艇也不像星載雷達平臺那樣不具有可維性、可回收性，而且臨近空間飛艇的使用壽命可長達10年之久，相比預(yù)警機還可降低約30%的能耗和費用［1］。

1.4 信號和情報傳輸損耗、時延小

預(yù)警能力更強的星載雷達的電磁波傳播和信號傳輸要經(jīng)過電離層(高度為70 km～350 km)，電離層信道不穩(wěn)時，可給雷達信號帶來更多的吸收損耗、多普勒偏移、多普勒譜展寬、方向偏移直至傳播中斷等影響。平流層飛艇載雷達不但電磁波雙向傳播都不經(jīng)過電離層，而且情報傳輸信號直達地面，電離層的影響大大減小。天基預(yù)警系統(tǒng)的高軌星載雷達一般位于地球同步軌道35 860 km，與地面單向傳輸信號時延達到120 ms以上，低軌衛(wèi)星高度也在200 km以上，理論時延也達到0.67 ms;平流層飛艇載雷達工作高度為20 km～30 km，理論時延僅為0.08 ms左右。

1.5 適應(yīng)環(huán)境發(fā)展要求

為了適應(yīng)現(xiàn)代資源和環(huán)境發(fā)展要求，現(xiàn)代裝備不但追求高技術(shù)、高性能，而且要求環(huán)保、低耗能，對自然環(huán)境的影響破壞最小。飛艇載雷達系統(tǒng)工作在臨近空間，不需要進行大量的陣地建設(shè)，與地基雷達相比節(jié)省了大量的土地資源，減少了對自然資源的破壞;該系統(tǒng)采用太陽能和燃料電池供電，在平流層駐留、運行，既不消耗燃油又不產(chǎn)生尾氣，升空工作過程中幾乎不產(chǎn)生噪音，與星載雷達相比省去了昂貴的發(fā)射運載火箭，這樣既降低了發(fā)射成本又節(jié)約了能源。

2 平流層飛艇載雷達系統(tǒng)作戰(zhàn)運用分析

飛艇載雷達工作在臨近空間，借助平流層平臺優(yōu)勢具有廣闊的覆蓋空域，依靠飛艇的無動力漂浮具有持久的留空工作時間，憑借飛艇的機動性和雷達的靈活設(shè)計性具有快速響應(yīng)能力，如果實現(xiàn)天線共形設(shè)計即大孔徑天線設(shè)計還可具有超強的探測能力，因此在執(zhí)行臨空、低空領(lǐng)域預(yù)警以及其他特種任務(wù)方面發(fā)揮著無法取代的作用。

2.1 臨空目標(biāo)預(yù)警的主要手段

臨空目標(biāo)主要指部署或運行在臨近空間的防御和攻擊武器以及武器平臺。主要包括執(zhí)行監(jiān)視、通信、偵察等任務(wù)的高空無人機、平流層飛艇、高空氣球等低速飛行器，以及帶有攻擊性的高速飛行器，如高空無人機、空天轟炸機、高超聲速巡航導(dǎo)彈等，文獻［2-3］列出了世界主要軍事大國部分臨空飛行器發(fā)展計劃。

從發(fā)展計劃中可以看出，未來臨空目標(biāo)的高度大都集中在20 km～40 km，速度在2 mach～10 mach。其中臨空導(dǎo)彈類目標(biāo)射程在1 100 km～1 400 km，如美國的 Hyfly、Faskhawk、Hytech、Hissm 以及Hystrike 計劃，這些臨空攻擊武器依靠平臺優(yōu)勢可以實現(xiàn)對地面目標(biāo)的防區(qū)外突然襲擊?，F(xiàn)代航空領(lǐng)域飛行器雖然機動性強，但是缺乏對其上空領(lǐng)域的預(yù)警能力，臨空武器從上方對其殺傷概率非常大;同時，臨空武器還可以對上攻擊，威脅到低軌衛(wèi)星安全。

現(xiàn)在雷達的實際探測高度均在20 km以下，根本不具備發(fā)現(xiàn)臨空目標(biāo)的能力，更不具備監(jiān)視跟蹤能力。平流層飛艇載雷達部署在平流層空間約30 km高度，各類臨空目標(biāo)基本處于雷達覆蓋范圍內(nèi)，因此能夠完成對臨空類目標(biāo)的長時間預(yù)警監(jiān)視。通過相控陣設(shè)計可高速改變天線波束的指向和形狀，合理分配雷達的信號能量，適應(yīng)執(zhí)行不同任務(wù)的需要，預(yù)計未來該雷達系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對臨空目標(biāo)的搜索和跟蹤任務(wù)，如圖2所示。

圖2 雷達對臨空目標(biāo)工作方式

平時該雷達工作方式類似于地面情報雷達，以自主完成對臨近空間的搜索、監(jiān)視任務(wù)為主，低頻率、大范圍搜索臨近空間目標(biāo)。

當(dāng)有任何情報和跡象表明臨空目標(biāo)將經(jīng)過領(lǐng)空附近活動時，該雷達立即轉(zhuǎn)入對臨近空間的搜索，并適當(dāng)加大特定區(qū)域的搜索頻率。臨空目標(biāo)運行速度比較快，雷達搜索時間比較短，積累脈沖數(shù)目少，因此需要靈活控制雷達工作方式，即靈活控制全空域搜索波束和空域搜索波束的能量和時間分配。根據(jù)先驗信息，有兩種情況:(1)目標(biāo)在遠區(qū)，這時要放棄雷達高俯仰角探測能力，發(fā)揮低仰角下作用距離大的優(yōu)勢;(2)目標(biāo)在近區(qū)，這時就要犧牲作用距離，提高俯仰角，分散波束能量。

跟蹤臨空目標(biāo)是該雷達系統(tǒng)的另一個重要任務(wù)。臨空目標(biāo)運行速度快、機動性強，一旦跟蹤不上，就將失去預(yù)警意義。在搜索到目標(biāo)以后，全力以赴跟蹤所搜索到的目標(biāo)。當(dāng)目標(biāo)位于雷達作用距離遠界時，有多種方法可以繼續(xù)實現(xiàn)跟蹤。(1)放棄其他任務(wù)，集中波束能量進行單波束跟蹤，即燒穿方式;(2)利用飛艇有限的機動性，預(yù)先向目標(biāo)前進方向運動;(3)發(fā)射寬脈沖，降低分辨精度，同時延長波束駐留時間，增加脈沖積累數(shù)。當(dāng)目標(biāo)位于近距離時，適當(dāng)舍棄主波束能量，擴大波束掃描范圍，既可以跟蹤該目標(biāo)動向又可以兼顧其他空域的搜索任務(wù)。這樣通過對時間和能量資源進行合理配置，對實現(xiàn)臨空目標(biāo)預(yù)警十分有利。

2.2 對抗低空突防目標(biāo)的有效補充［4-6］

目前已經(jīng)有多種有效手段對抗低空目標(biāo)，從地面的雷達組網(wǎng)系統(tǒng)到空中的氣球載雷達和預(yù)警機雷達系統(tǒng)等，一定程度上完善了低空防御措施，增強了低空預(yù)警能力。

該雷達系統(tǒng)通過升高工作平臺，克服了地球曲率的影響，可以很好地下視平流層以下空域的目標(biāo)，對地面、海面、低空飛行目標(biāo)進行全天候不間斷地跟蹤監(jiān)視。并能夠很好地引導(dǎo)地面和空中攔截武器對突防目標(biāo)進行攻擊，進一步提高對低空目標(biāo)的預(yù)警能力。

平流層飛艇載雷達工作在30 km的高度。如果將地平線直視距離擴大到500 km以上，就能夠?qū)崿F(xiàn)早期預(yù)警，大大增加了對低空威脅目標(biāo)的預(yù)警時間。

雷達從臨近空間俯視發(fā)射電磁波時，由于大氣層不均勻，大氣折射系數(shù)隨著高度降低而變大，電磁波傳播會發(fā)生如圖3所示的折射，因而降低了雷達的直視距離。處理這種折射對直視距離的影響常用等效地球半徑類替代實際地球半徑。因此，需修正雷達直視距離公式

式中:a為地球半徑，a=6 370 km。

圖4顯示出了四種不同平臺的雷達系統(tǒng)對低空目標(biāo)的理論直視距離，圖中各種平臺的高度依次為平流層飛艇載雷達30 km、預(yù)警機8 km、氣球載雷達3 km、地基雷達10 m。通過雷達平臺的升高，可以大大提高雷達的直視距離，降低地形因素的影響。從圖中數(shù)據(jù)分析平流層雷達的地平線距離已經(jīng)擴大到500 km以上，可以認為基本不受地球曲率限制。

圖3 電磁波大氣折射示意圖

圖4 四種不同雷達平臺高度與對低空目標(biāo)直視距離的關(guān)系

單從雷達直視距離分析，若該系統(tǒng)部署在邊境線上，對音速類的巡航導(dǎo)彈目標(biāo)(100 m高度巡航)到達邊境線的預(yù)警時間可以達到30 min，為地面攔截武器提供較長的反應(yīng)時間。而且該雷達工作在平流層不受領(lǐng)空限制，可以進行前伸部署，進一步增大預(yù)警距離。

當(dāng)目標(biāo)處于雷達的視距和最大探測距離內(nèi)，由于地形起伏如高山、丘陵的遮擋影響(如圖5所示)，地面雷達等平臺高度較低的雷達也不可能很好地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。傳統(tǒng)的地基雷達受到地面起伏或地勢較高的山地丘陵影響不能夠?qū)崿F(xiàn)對其連續(xù)跟蹤監(jiān)視，而平流層飛艇載雷達不但具有平臺優(yōu)勢，自上而下俯視目標(biāo)，還可以利用機動能力實現(xiàn)小范圍的連續(xù)跟蹤，彌補地基雷達探測的不足。

圖5 地形對雷達探測低空目標(biāo)的影響

對低空目標(biāo)的預(yù)警探測不是固定時間段、固定地點的，而是日常的、全域的。具有低空探測能力的預(yù)警機適合執(zhí)行重要時間段、重要地域附近的監(jiān)視任務(wù)，氣球載雷達適合在氣象條件良好的空域執(zhí)行任務(wù)，星載雷達覆蓋范圍廣，但是對地探測具有周期性。平流層飛艇載雷達既可以定點懸停重要目標(biāo)上空，又可以不受燃料和人員身體素質(zhì)影響而長期工作，利用率明顯高于其他手段。

因此，平流層飛艇載雷達系統(tǒng)比其他手段具有較好的低空目標(biāo)預(yù)警能力和遠程監(jiān)視能力，是現(xiàn)役預(yù)警手段對抗低空超低空目標(biāo)的有效補充。

2.3 邊境空防、海防的重要力量

對于地形復(fù)雜、不適宜人類生存的邊境地區(qū)往往防空力量部署比較薄弱，盲區(qū)比較大，是入侵襲擊的重要突破口。

平流層飛艇載雷達能夠全面覆蓋高、中、低空領(lǐng)域，不受氣象條件的影響，全天候工作，機動部署簡單易行，可以實現(xiàn)航空領(lǐng)域的無縫銜接。在這些邊境和海洋地區(qū)部署平流層飛艇載雷達，可以較好地完成邊境線防空任務(wù)，大大提高了來襲目標(biāo)的預(yù)警時間。該雷達還具有機動性能，通過前伸監(jiān)視，又可以掌握周邊地區(qū)作戰(zhàn)力量的動向。特別是在海洋上，漁政船出海巡邏時常受到臨國飛機、軍艦的阻撓，該雷達可以長期伴隨巡邏船保障;另外軍事演習(xí)連綿不斷，不但能夠起到海防、空防的作用，還有助掌握演習(xí)空中動態(tài)［7-8］。

2.4 遂行多樣化情報保障任務(wù)的有效途徑

任何大型活動的舉行都離不開雷達情報保障工作。聯(lián)合軍事演習(xí)、抗震救災(zāi)、索馬里護航以及像奧運會等重要會議活動都需要做好情報工作，而且這些任務(wù)的情報保障工作都具有地區(qū)性、暫時性。平流層飛艇載雷達平臺高度高、覆蓋范圍廣，可以節(jié)省大量的能源和人力;機動性強，80 km/h左右的空中機動速度遠遠強于地面高機動雷達;工作時間持久連續(xù)，工作過程基本不受氣象條件的影響;任務(wù)轉(zhuǎn)化快，機動部署到位即可工作，任務(wù)結(jié)束即可撤離。因此它是一種適應(yīng)性很強的雷達，可以很好的進行這樣的多種情報保障任務(wù)。

總之，平流層飛艇載雷達將來在戰(zhàn)略預(yù)警系統(tǒng)中扮演著及其有效的預(yù)警監(jiān)視工具特色，與其他平臺聯(lián)合，還可充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)威力，顯著提高防空探測系統(tǒng)的抗干擾和抗摧毀能力，增強戰(zhàn)略預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警能力。

3 結(jié)束語

本文簡要通過比較現(xiàn)役雷達作戰(zhàn)能力，分析了平流層飛艇載雷達系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力優(yōu)勢，并簡單闡述了幾種作戰(zhàn)運用方式。重點分析了如何對抗臨空目標(biāo)和低空突防目標(biāo)的作戰(zhàn)運用，認為該雷達系統(tǒng)具有較好的發(fā)展前景。

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