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为啥要开发如此之多的防空导弹?简述“多层次防空”

2020-06-30 10:54 作者:冰封之龙  | 我要投稿

一直以来,很多人都对国内进口S-400导弹的消息非常关注。S-400真的可以达到400公里射程吗?S-400一定比红旗9好吗?还有人问,为啥中国防空导弹从S-400到红旗6A有十多种,而美国现役防空导弹却没几种呢?那么,就让我们谈谈“多层次防空网”的构筑吧。

本文需要与以下4篇一同阅读。

多层次防空肇始:高射炮的多层次防空

从战略轰炸机飞到城市上空的那一刻,地面防空系统和空军的博弈就从未停止。由于战略轰炸机飞得高,战术飞机飞的低,而地面的高射炮的射程也有高有低,所以从二战开始,就有了利用不同高射炮进行“多层次防空”的理论。

德国防空塔上的128mm大口径高射炮是远程高空防空系统
除了128mm高射炮,防空塔上的37mm,20mm高射炮则构筑起了中低空防空火力

德国柏林的防空系统就是早期多层次防空的表现形式。首先,使用截击机和夜间战斗机对敌方飞机进行远距离拦截,当飞机接近柏林城防边界时,就由部署在柏林3个角的防空塔的128mm高射炮进行驱离,飞到市区时还有88mm高射炮进一步进行拦截。据不完全统计,二战德国三分之一弹药消耗在了防空武器上,但由于缺乏VT引信,平均3000发128炮弹才能击落一架轰炸机。

防空塔作为高出地表的大型厚装甲建筑物,给128高射炮以良好开阔的射击界。但是防空塔本身也是一个多层次防空系统,除了标志性的128mm高射炮外,在它的射击台上还有大量37mm,20mm小口径高射炮,这样的设计是为了给昂贵的128mm高射炮提供掩护,防止美国出动P-38,P-47战斗机对防空塔表面的高射炮阵地展开轰炸。凭借这样密集的多层次防空系统,美军和英军几年内都未能摧毁这几个防空要塞,这也导致对柏林市的空袭效果有限,没打出德累斯顿空袭那种摧毁一切的火灾旋风。根据统计,苏联在柏林战役期间打出的炮弹,比英美轰炸几年的总和都多,可见防空塔确实是有效阻止了柏林的战略轰炸(尽管实际击落不多)。

在海军也有类似的布局,比如著名的松田千秋参加莱特湾海战时,以两艘伊势级战列舰的356mm舰炮发射三式弹在10公里打散对方阵型,然后127mm高射炮负责4000米,25高射炮和喷进炮(防空火箭弹)负责1500米,成功打出密集弹幕阻止了美军轰炸。

没有飞机的伊势级航空战列舰,速度火力也不占优,但凭借良好的防空火力协调,仍然得以在38特混舰队轰炸下全身而退

由于这套系统的成功,战后各国也普遍仿效,建立了多层次防空系统。

现代多层次防空国土的发展——歼击机/截击机和国土防空导弹的配合

第一部分:雷达篇

二战之后,随着喷气式飞机,弹道导弹和巡航导弹的广泛使用,多层次防空从以前单一防御战略轰炸,又有了多重意义。为了了解现代防空导弹系统的防空包线,首先请看一个图。

这个就不用多说是什么了吧

你没看错。现代的防空导弹编制的“防空火力包线”,在三维图下就像一个个叠加的“面包圈”。产生这个情景的主要原因是雷达的探测范围。如下图所示的S-300火控雷达30N6相控阵雷达,它外表看起来就像一块倾斜的板子。那么,我们可以很容易画图表示它的探测和火力引导范围:

30N6雷达车是S-300的探测雷达
30N6实际探测范围图示

由于PESA雷达允许使用波束合成(原理和高中“光的衍射”、“波的合成”原理相同)产生的电子波束扫描(这也是相控阵雷达被称为“电子扫描雷达”的原因)更大的范围,所以它的波束要比板子的平行范围要大很多,所以就会呈上图所示的一个大扇形,不过通常不会覆盖90度角。同时,由于地球曲率影响,它探测到地表面的范围比探测到空中的范围短很多(比如架设在20米高的雷达,对于水平面0米的目标最大可视距离只有15公里,而架设高度仅有5米的雷达,对水平目标的可视距离将会骤减到8000米),再加上雷达对地面照射会产生很多干扰的回波,同时对操作手也有很强烈的微波辐射,所以很多大型雷达干脆屏蔽对地面的信号,只探测一定高度以上的目标,如早期的S-75/HQ-2导弹,只会探测500米以上的目标;S-200导弹更加离谱,只能探测3000米以上目标。这种情况一直到国产红旗9基本型导弹(170兰州号)还存在,最低射击高度高达500米,只能对抗飞机目标。这种情况一直到抗地面杂波干扰雷达诞生才得以好转,2009年服役的红旗9A/B导弹,将最低攻击高度降低到15米以内。这样一来,导弹的射击包线就像上面展示的“面包圈”一样,是一个个圆环的形态。

那么,有什么方法来让导弹能够对所有的高度展开打击呢?答案自然是让雷达先看到这些来袭方向的目标。通常为了看到贴着地球表面的目标,雷达要加高;而为了看到正头顶的目标,雷达要“躺着看”。这就好比看远方地平线的瞭望塔和看天空的仰卧位一样。

大和号古塔般的舰桥是为了看到远方战列舰的吃水线而设计
S-300V把火控雷达架起来,增加对超低空目标的探测能力
为了仰望星空,会采用仰卧的姿势
同样,为了看到飞过天顶的导弹,萨德防空导弹的搜索雷达也是“仰卧”姿势,但因此它对于地平面目标和飞机类目标的探测效果就差多了,无法对抗巡航导弹

这样一来,在保证雷达能够对从天顶到地面都能看到的情况下,就可以设计符合需求的导弹了。接下来,让我们谈谈导弹会怎么取舍。

第二部分 导弹篇

在上一部分我们解决了不同探测范围的雷达系统之后,接下来就是设计导弹。众所周知,为了飞得更高,飞得更远,就需要更多的推进剂,但是推进剂越多,导弹尺寸越大,面对高机动性目标的机动效果也就越差。所以,要根据它负责的范围所要面对的主要目标设计导弹。

巨大的S-200导弹原为拦截轰炸机设计,因此在面对小型战术飞机目标时效果很糟糕,就算没有电子干扰,该导弹也无法对付机动性大于2G的目标
红旗2号导弹也是高空拦截轰炸机,侦察机的导弹,机动性只有12G,无法对机动性超过2G目标进行拦截
随着时代发展,大型防空导弹通过采用高性能推进剂和控制机构,得以对超过5G目标进行拦截

大型防空导弹尺寸一般较大,如红旗2导弹全长超过10米,而红旗9导弹也有6米多,重达1.3吨。这样的大型导弹可以让它具备150公里的动力射程,但是由于尺寸实在太大,机动性就成了问题,在面对不会机动的B-52,图160等轰炸机时还好,对于F-22,歼-10一类战斗机,很容易被对方甩掉。所以,这种大型中远程防空导弹主要是对付敌方轰炸机、侦察机、战术导弹等不怎么机动的目标,或者用于射击预警机,加油机,驱散对方密集的战术飞机集群,不让对方展开协同攻势。

大型防空导弹有一个特例——反导拦截弹,如爱国者3,RIM-161 标准3,萨德导弹等,他们水平射程并不突出,但射击高度很大,如标准3虽然只有700千克,但能够飞到500公里高空,对飞过头顶的短程弹道导弹进行拦截。

标准3导弹是典型反导拦截弹

反导拦截弹有几个不同于常规远程防空导弹的特点:第一,助推器很大,战斗部很小。这是为了飞到几百公里的大气层外特别设计的,如同一枚大号的探空火箭,战斗部通常低于50千克;第二,为了对机动性较低,但密度很大的导弹战斗部进行拦截,此类导弹不采用高爆破片杀伤,而是单个实心弹头,又称KKV,动能拦截器。动能拦截器通过末端红外成像传感器锁定敌方弹头,向其靠拢,最后释放一个数十千克的钢球硬生生撞上导弹,在每秒数公里的相对速度下把对方撞得稀烂。这个原理就好比用独头弹破门,而传统导弹像是用霰弹打鸟一样。不过正因为它特化于反导,这种导弹通常不适合拦截飞机,就算打飞机也只是个用个大铁球在飞机上面撞个窟窿,并不像平常的连续杆杀伤战斗部在飞机上打出千百个伤口,这样会给敌方返回和迫降的操作空间。所以美军部署爱国者3同时还会部署爱国者2以拦截飞机。

说完了大型防空导弹,我们开始看一下中型导弹。中型导弹主要是以俄罗斯9K37山毛榉,S-350采用的9m96导弹,国内以9K37为原型开发的红旗16导弹为代表。

红旗16导弹是典型的中型区域防空导弹

中型防空导弹重量约在500千克左右,比起1300千克以上的重型防空导弹小了一半。虽然有效射程也仅有前者的三分之一,只有50-70公里(不过如果打击机动缓慢目标,可达120公里左右),但最重要的是机动性大幅增加。中型防空导弹通常机动性不低于中距空对空导弹,能够以高机动性摧毁战术飞机和巡航导弹,同时结构较轻,配套车辆较少,可以方便在野外进行机动和部署。所以中型防空导弹通常用于野战防空,或者对重型要地防空导弹进行直接掩护。

由于中型导弹需要承担防空、反导(主要是巡航导弹和空地导弹)等多个职能,同时要求良好的战略机动性,设计一款中型导弹的难度通常不亚于重型导弹。

最后就是末端点防空导弹了。点防空导弹往往是最后一道盾牌,对直接空袭我方阵地(野战车队或要地防空系统、机场等)进行拦截。比较典型的有道尔M1导弹和红旗17式导弹,还有专门保护要地防空导弹的红旗6A和铠甲S-1防空系统,海上则是海红旗10为代表的红外制导

导弹和海麻雀为代表的短程雷达制导导弹。

国内此前购买的道尔M1导弹
红旗6A系统包括以霹雳11改良的红旗6A导弹和730机关炮改良的陆盾2000
海红旗10导弹弹体和TY-90有些渊源
冷战时代的RIM-7海麻雀,目前现役全部改为垂直发射

短程导弹要求的主要标准是火力通道多,反应速度快,并且能够对来袭的导弹予以正面拦截。它就像防空塔上的20、37mm机关炮,要的就是一层绵密的火力网,击碎冲向我军宝贵的要地防空导弹的敌方武器。由于末端防空要求导弹具有拦截对方导弹的能力,机动性要求较高,通常各国都是以中程空对空导弹为基础进行改良,如海麻雀导弹为AIM-7麻雀导弹加装大型助推器,中国红旗6A来自于霹雳11(霹雳11则来自于意大利阿斯派德,而阿斯派德又来自于麻雀导弹)。

最后额外提一点,就是目前以法国“阿斯特”(即弓箭手)15/30为代表的中型多用途防空导弹系统。

阿斯特15
阿斯特30

阿斯特导弹从重量上划分应该归入中型防空导弹,重量和红旗16是一个水准的。但是,它最大的区别就是它的设计更接近于海麻雀“空对空导弹+助推器”的组合,导弹本体和法国米卡导弹有着深厚联系,导引头更是直接采用了米卡导弹的导引头。通过更改助推器,使得阿斯特15和30在导弹本体不变情况下,实现了15-120公里全覆盖的打击能力。并且由于空对空导弹机动性很高,又采用空对空导弹的主动导引头,使得它打击如反舰导弹,短程弹道导弹一类目标有着不错的优势。在此影响下,美国RIM-174标准6防空导弹,俄罗斯S-350 9M96E2导弹都采用了空对空导弹导引头的设计,大幅度降低了成本。但无论如何,阿斯特15和阿斯特30本身还是符合多层次防空这个基本概念的。

结语

正像战斗机有高低搭配,火炮有编制等级之分一样,防空武器同样需要“远中近结合”,形成多层次的防空体系,在综合指挥系统统一控制下,才能有效对敌方来袭空中力量进行拦截。

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