如何击落一架F-35隐形战机?

界面新闻   2016-02-26 11:57
作者:Dave Majumdar ·

为了研发像洛克希德·马丁公司的F-22“猛禽”和F-35联合攻击战斗机这样的第五代隐形战机,美国已经豪掷数百亿美元。

然而,美国《国家利益》杂志军事编辑马宗达(Dave Majumdar)撰文称,使用相对简单的信号处理增强,连同一枚带有更大弹头和终端制导系统的导弹,就有可能让低频雷达和上述武器系统锁定并攻击美国这款最新一代战机。

在五角大楼和业界有一个众所周知的事实:运行在甚高频和特高频的低频雷达,能够对隐形飞机进行探测和跟踪。一般认为,这样的雷达无法引导导弹锁定目标——也即无法形成“武器能力”的跟踪,但这个说法并不完全正确。专家表示,通过一些手段可以规避这个问题。

(译者注:在通常的无线电频段分类中,“低频”(Low Frequency,LF)是指频率为30-300kHz的无线电波;但就雷达而言,相对于通常使用2GHz以上波段、甚至频率高达40GHz的雷达而言,运行频率低于1GHz的雷达都被归类为“低频雷达”(low-frequency radar)。)

传统意义上,由低频雷达引导的制导武器,一直受雷达波束宽度和脉冲宽度两个因素的限制。但是,这两种局限都可以通过信号处理来克服。

雷达波束的宽度与天线设计直接相关。由于频率低,天线必须被设计得很大。像苏制P-14“高国王”(Tall King)甚高频预警雷达这样的早期低频雷达尺寸庞大,而且使用了半抛物线形状设计,以此限制雷达波束的宽度。后来的雷达,使用了“八木”式天线阵列的P-18“匙架”(Spoon Rest),要更轻巧一些。

然而,这些早期的低频雷达在测定物体距离和精确方位方面受到了一些严重限制。而且这些雷达也无法准确测定高度。这是因为它们产生的波束宽达几度方位角,纵向宽度更是达到数十度。

甚高频和特高频频段的雷达还受到另一项传统限制,那就是它们的脉宽很长,因此脉冲频率(PRF)很低——这意味着这样的系统准确测定距离的能力不佳。

2015年12月,一架正在起飞的F-35B。图片来源:U.S. Marine Corps

美国空军前电子战军官Mike Pietrucha曾驾驶麦道生产的F-4G“野鼬鼠”和波音生产的F-15E“攻击鹰”。他表示,20微秒的脉冲宽度能够产生长约19600英尺(约合6000米)的雷达脉冲,这样的脉冲所拥有的测距分辨率是脉冲长度的一半,这意味着测距误差无法被缩小到10000英尺(约合3000米)以内,而且两个彼此靠近的目标无法被区分开来。

早在1970年代,信号处理就已经部分解决了测距分辨率问题。起作用的关键是一个被称为脉冲频率调制(PFM)的过程,用来压缩雷达的脉冲。

使用脉冲压缩的优势在于,同样使用20微秒的脉冲,雷达的距离分辨率能够提高到180英尺(约合55米)左右。还有其他的一些技术,例如雷达脉冲相移键控,也能压缩雷达脉冲。正如Pietrucha所说,脉冲压缩技术已经有几十年的历史,在1980年代就被传授给美国空军的电子战军官。

Pietrucha说,拿现在的标准而言,该技术所需的计算机处理能力简直微不足道。

通过使用相控阵雷达设计,工程师们解决了方位分辨率问题,因而不再需要使用抛物线天线阵列。与老式的机械扫描阵列不同,相控阵雷达通过电子手段控制其雷达波束。这种雷达可以生成多道波束,体现这些波束的宽度、扫描速度和其他特性。

完成这一任务所需要的计算能力在1970年代晚期成为现实,并最终成为美国海军在“提康德罗加”级巡洋舰和“阿利·伯克”级驱逐舰上使用的“宙斯盾”系统。有源电子扫描阵列(AESA)雷达甚至更好也更精确。

如果导弹的弹头足够大,雷达的距离分辨率就不需要特别精确。

例如,现已过时的苏制S-75“德维纳河”(北约代号SA-2“导线”)防空导弹拥有440磅(约合200千克)的弹头,致命杀伤半径超过100英尺(约合30米)。因此,按照Pietrucha的理论,拥有150英尺(约合45米)距离分辨率的标称20微秒的压缩脉冲,就能引导弹头到达距离目标足够近的地方。

由于发射雷达是SA-2导弹唯一的制导系统,所以在与目标相隔30海里(55公里)的距离上,雷达的方位和海拔分辨率必须接近大约0.3度角的分辨率。

而举例来说,如果那还是一枚装备自有传感器的导弹——比如一台体积扫描范围达到1立方千米的红外传感器的导弹,就将成为F-22和F-35战机更危险的敌人。

(翻译:李元哲  编辑:曾宇)

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