印媒报道称中国成功测试了一种探测距离高达600千米的雷达,专门针对高超音速武器,并且还是全球第一个解决探测极高超音速下目标精确移动轨迹的雷达!
然而在此前不久,美军针对中国的高超音速导弹进行了测试,尽管美军到现在都没宣布是否成功,但中国的探测高超音速目标的雷达却已经成功了,印媒不嫌事大的表示,这是中国对美国测试高超音速武器的回应!
极高超音速目标探测雷达:技术到底有多难?印媒报道的这种高超音速目标探测技术是南华早报的报道转载,源头出处是5月24日发表在国内顶级学术期刊《光通信技术》上,比较详细的描述了这种被称为“微波光子雷达”的技术水平与探测原理:
目标数量:同时可以跟踪10个目标;目标速度:最高可以探测20马赫以上的目标;探测精度:对7千米/秒的速度的目标探测误差仅为±0.28米,速度探测准确率高达99.7%探测距离:超过600千米;雷达体积:微波光子雷达体积小、重量轻,适合装载在战斗机甚至防空导弹上;报道称,对于如此精确测试信号传输效率要求,雷达电子设备中的延迟已经严重影响了探测精度,为此该雷达的研究团队开创性的将内部关键线路的信号传递转换成光,使得这一延迟降到最低,满足了雷达探测精度的要求。
南华早报的报道不止描述了其性能,还介绍了其实现的难度,首先第一个问题就是上述的内部线路传输问题;而第二个则是高速移动目标回波的多普勒效应,准确测量其变化可以精准获知目标的速度,但同时也会造成信号回波频率偏移,这是雷达要解决的第二个问题;
第三则是假目标的识别,一个是多普勒效应造成的“鬼影”,另一个也是对方释放的假目标,为了识别假目标,研究团队开创性的利用了极光辅助技术,雷达发射多个波段,提高假目标的识别率,另外研究团队还开发出了一种算法,能解决不同频率之间的干扰并且区分出假目标。
这种雷达到底是用来干啥的?
雷达的原理其实大家都知道,发射的电磁波遭遇目标后反射回来,计算发射与返回的时间就知道距离了;早期雷达只能知道目标的方向与距离,想要知道目标的坐标的话还要测高雷达配合,也就是两座雷达才能知道目标的准确坐标。
后来出现了一维电扫描雷达,也就是在水平方向上用机械扫描(转动雷达天线),垂直方向上进行电扫描,从而获得目标的距离、方位和高度信息,这就是后来的三坐标雷达。
早期的雷达天线很大很笨重,探测距离也比较远,但随着使用环境不断变化,雷达小型化要求也越来越高,大家都知道,雷达的天线与发射以及接收的电磁波天线尺寸是有关系的,波长越长天线越大,波长越短,天线尺寸可以越小,所以雷达波段从L、发展到了S、再到C和X波段,还出现了Ka以及Ku波段以及更高的J波段的。
各种波段都有用处,比如早期远程预警雷达,可以选择L波段,频率通常为1.6-30MHz兆赫(波长187.4-10.0m米),经过电离层反射,可以探测到远达3500千米外的目标,这种该雷达还是天生的反隐身雷达,因为隐身战斗机的隐身涂料对这种波段吸收几乎是零。
而频率越高,探测精度也越高,比如探测弹道导弹以及高速目标,基本都选用X波雷达,战斗机也用X波段雷达,而空空导弹或者敌对空导弹用的则是比X波段更短的J波段,10~30GHz,即波长1至3cm的电磁波。
金属物体会发射电磁波,正面垂直反射率最高,侧面或者流线型表面可以降低RCS(雷达散射面积),结合面锯齿化也可以降低边缘散射,还有表面用电磁波吸收涂料也可以降低反射面积,当然还有一种包裹等离子体的方式减少RCS,因为等离子体会吸收、折射、改变回波频率等特征,使得即使返回的雷达电磁波也变得无法认识。
看到这里,各位应该是发现一个问题了,这种雷达识别的目标速度高达7千米/秒,这要是在大气层内早就已经形成等离子体了,这个雷达居然还能达到厘米级精度,这表示这种雷达已经克服了等离子体对电磁波的吸收与折射以及改变频率等影响,这个需要相当高端的回波处理技术,否则这些回波就被当成杂波过滤了。
当然还有另一个可能,这种雷达干脆就是用来探测大气层外的目标,比如用于中段反导,此时敌方来袭的导弹正在大气层外以数千米/秒的速度飞行(一般只有在再入大气层前才会达到最高速度大约7千米/秒),大气层外没有空气分子形成的激波加热,所以也不会存在等离子体,此时可以排除杂讯准确探测目标。
然而各位不要忘了,论文称这种雷达小型化到可以装入导弹的导引头内,也就是能作为中段反导的导弹导引头,在导引导弹到目标附近的同时还能识别出目标附近出现的假弹头,最后再转为红外引导(精度更高,可以达到毫米级),对于KKV(动能杀伤)弹头而言要求引导精度更高,0.28米的测量精度是不不太够的。
发现高超音速目标之后:如何拦截?美军一直在建设一个全球高超音速导弹势态感知的全球性网络,原理其实不复杂,高超音速导弹在大气层内飞行时会发出强烈的红外信号,可以用早期红外预警卫星发现其存在,但其红外特征要比弹道导弹的尾焰小几个数量级,因此美军早期建立的早期红外预警卫星对高超音速目标是无效的。
因此美军目前正在建设全球性的高超音速导弹预警系统,其原理是将卫星部署与数百公里的近地轨道上,原来的早期红外预警卫星部署在静止卫星轨道上,只要几颗几颗监控全球,主要针对洲际导弹发射感知,而部署到近地轨道上后数量大增,据美军估计,至少也要数十颗才能够覆盖全球。
同样是感知高超音速导弹,两者的区别是美军的系统是预警而中国的模式是导引,前者是体系后者是节点,两者其实并不能作比较!不过种花家倒是要提醒下,美军没有任何称得上真正意义上的高超音速导弹,但却在建立一个高超音速导弹势态感知网络,当然这没问题,我没有高超弹,但我看看你家的高超弹在干啥也是可以的。
想必各位又应该发现了一个什么问题?美军建立了一个感知网络,只感知不作为也可以,但中国搞的是导引头,导引导弹去杀伤高超音速导弹,这要是没有导弹就说不过去了吧,所以这意味着中国也已经有了高超音速拦截弹?
不是说高超音速无法拦截么?为什么还要搞拦截弹?
社交媒体上一直都在宣传高超音速导弹无法拦截到底是真是假?答案是真的!因为高超音速导弹的标准下现代武器拦截非常困难,原因就是如下价格:
速度太高:根本来不及反应;机动性太强:拦截弹无法预测目标的下一秒位置;高超音速导弹有个标准,使用高超音速滑翔或者吸气式高超音速发动机推进,导弹末端打击速度在5马赫以上,导弹能以在高超音速条件下大范围机动的武器才能被称为高超音速导弹,比如像弹道导弹与火箭暴力加速的导弹都不算,尽管它们的飞行速度也可以超过5马赫。
因此按这个标准只有中俄等几个国家实现了高超音速导弹技术,而美国研发最早但到现在都解决不了高超音速技术问题,据说美国是卡在了高超音速时的高温加热形成等离子体后弹头通信问题无法解决,无法高效透过电磁波,那个导弹就像棒槌一样没有太大意义。
高超音速导弹的第一个问题,速度太高,从发射到命中也就十几分钟,看似很久但却是调动整个作战体系,非常考验军事数据链的以及在这条链路上每一个作战单元的反应速度,只要有一个短板往往就会失败。
第二个是机动性,高超音速导弹不是弹道导弹有固定的轨迹,可以预设拦截阵地,但高超音速导弹不行,因为无法获取这种导弹的下一秒轨迹,在大气层内滑翔或者动力飞行时,可以在弹载制导系统以及惯性导航系统的控制下飞出在其飞行包线内的任意轨迹,也就无法预设拦截阵地,到目前为止,全球公开服役的武器中并有对其施行有效拦截的武器。
那么问题来了,为何需要如此高精度雷达?
答案是有人已经摸透了高超音速导弹的脾性,在高超音速滑翔以及吸气式高超音速的条件下,其飞行包线范围是比较狭窄的,什么意思呢?比如在滑翔状态下,因为要维持激波升力以及弹道的可控性,在某一时间段内该飞行器的机动范围是非常有限的,也就是说如果要拦截的话,这个弹头的去向就那么几个,尽管这种拦截任务对普通拦截弹来说依然无法完成,但对于比高超音速导弹速度高出一大截的拦截弹来说,还是存在相当高拦截概率的。
吸气式高超音速导弹的飞行包线要比滑翔弹更小一些,原因是要维持吸气式高超音速导弹的超燃冲压发动机正常工作,对飞行速度、迎角等都有非常严格的要求,只能作一些不影响超燃冲压发动机工作的机动,拦截这种导弹要比滑翔高超应该略容易,当然这是对高超音速导弹存在很深刻理解的那部分人而言,对于美国来说,连高超导弹都没有,完全是个瞎子摸象。
比如上文就说了,美国就卡在了高超音速导弹在飞行时激波加热的超高温下通讯问题,这个没解决,高超音速导弹就是个棒槌,也就不要谈速度更高的极高超音速拦截弹了,这个是先有鸡还是先有蛋的问题,美国人现在鸡和蛋都没有!
当然还有另一个可能,对于导弹拦截来说,高超音速导弹确实是个头疼的问题,但对于激光武器来说却完全没有问题,假设目前某国已经实现了兆瓦级的激光武器,那无论是吸气式高超还是滑翔式高超,又或者是弹道导弹再入大气层这些都迎刃而解了!
而这个雷达就是搜索雷达,不过种花家要提醒一下,0.28米的精度还无法作为观瞄雷达使用,必须在确定坐标后用主动光电系统确认精确坐标后才能实施激光精准打击,并且对于高速目标而言,观瞄系统还需要保持一定时间量的跟踪“射击”,这样导弹才能获取到一定量的激光能量而被摧毁。
本文内容有些发散,权当种花家找了AI胡言乱语,如果哪个解释过程有误或者凑巧,那也是AI瞎蒙的!