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俄罗斯改进型超视距雷达跟踪美国高超声速导弹

时间:2019-01-04 21:02:10

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俄罗斯改进型超视距雷达跟踪美国高超声速导弹

作为对美国退出“中程核武器条约”及积极开发高超声速技术的回应,俄罗斯正在构建一种雷达站网络,以实现对远方发射导弹的最优探测。

俄罗斯正寻求沿其边境部署“集装箱”超视距(OTH)雷达站。这一动向将大幅提升莫斯科监控空域和探测导弹发射,尤其是高超声速武器的能力。

美国的“猎鹰HTV-2”高超声速飞行器

01

超视距雷达的原理

与仅能提供视距覆盖,探测距离数十千米,最多数百千米的传统雷达设备不同,OTH雷达采用了完全不同的技术。OTH系统依靠电离层来反射无线电波,电离层是被太空射线严重电离的地球高层大气。OTH发射天线发出的特定频率的无线电波会从高空向下反弹,在返回地面的过程中被飞机、舰船或导弹所反射。反射信号之后会再次通过电离层返回接收天线。这项技术将覆盖范围扩展至数千千米。

俄罗斯研究人员必须开发新型设备和处理算法,以补偿电离层中太阳辐射所引起的干扰。它采用复杂的数学算法来隔离相关目标,能基于多普勒频移测定目标的速度和方向。

利用电离层反射的无线电波来探测超视距目标的概念可追溯到20世纪40年代,但针对背景噪声过强而无法跟踪远方目标的质疑,历时多年才得以解决。这一领域的研究于1958年在苏联得以延续,科研人员证明了以单跳传播能探测到3000km外的飞机,以双跳传播能探测到6000km外的导弹发射。

02

Duga试验

苏联于20世纪60年代在尼古拉耶夫附近部署了试验型N-17 Duga-I OTH雷达。虽然它未能完全满足军方的预期,但作为一型概念验证设备,其展示了在更强烈的背景杂波下能检测到相对微弱的信号。这部系统还被配置成能自适应电离层反射特性的变化,并滤除强噪声辐射源。

作战型5N32 Duga于1971年入役。首部雷达部署在乌克兰,其接收天线距切尔诺贝利核电站10公里远,发射天线位于切尔尼科夫地区Lubech附近。第二部雷达安装在远东地区,位于阿穆尔河畔共青城外的BolshoiKartel附近。这两部雷达负责探测从卡纳维拉尔角发射的美国太空火箭。在经历多次升级后,Duga实现可持续探测7000~9000km外卡纳维拉尔角发射的航天飞机和“提坦”弹道导弹。不过,利用极地地区电离层来探测从范登堡空军基地发射的“民兵”导弹的所有努力未能取得进展。

尽管获得了成功,但苏联的OTH项目还是不得不让路于天基弹道导弹发射预警技术。参与了这项OTH研究的军事专家们质疑该项目的价值,不过Duga项目仍为以后开发下一代OTH系统形成了许多实践成果。

03

“集装箱”OTH雷达

洲际弹道导弹(ICBM)发射预警系统的天基部分虽十分善长探测美国领土的发射活动,但无法获得目标的坐标。OTH雷达技术在20世纪90年代初又再次变得重要起来,但在苏联解体后已没有必要在复制巨型天线。因此,俄罗斯工程技术人员开始开发下一代OTH雷达。由于预算限制,大部分工作到上世纪90年代末本世纪初才得以完成。

“集装箱(29B6)”两坐标OTH雷达由俄罗斯远程无线电通信科学研究所(NIIDAR)研制。该型装备可储存在运输集装箱内运输到各地,从而减少了对雷达阵地建设工作的需求。

该系统的雷达部分包括两部天线:发射机和接收机。每部天线都配有各自的控制区和人员场所设施。控制设备包括天线馈电系统、通信设备和其他硬件。接收天线阵列由140余部高34m(约10层建筑物高)天线桅杆组成。雷达站能在240°扇区内探测与跟踪包括小型飞机在内的各种空气动力学目标。

“集装箱”雷达的接收天线

29B6 OTH雷达据称已于12月部署在莫尔多瓦的科维尔基诺市附近开展试验,发射天线位于下诺夫哥罗德州戈罗杰茨郊外附近。作为首部“集装箱”OTH雷达,其能监视3000km范围的空域,覆盖波兰、德国、波罗的海直至土耳其、叙利亚和以色列等大片地区。

与Duga不同,“集装箱”雷达的信号仅通过电离层反射一次,具有更高的目标探测精度,从而使其能跟踪西欧上空的小型飞机。该雷达站能探测大量射向俄罗斯的巡航导弹、飞机编队,以及未来服役的高超声速巡航导弹。

04

雷达升级到,“集装箱”系统经历了大规模升级。俄罗斯国防部12月宣布,改进型“集装箱”雷达已在莫尔多瓦承担起试验性战斗值班任务,预计在6个月后将会达到全作战能力并实现正常服役。

改进型“集装箱”雷达进行状态测试

在同一地点部署的新型OTH雷达站远优于老式“集装箱(29B6)”。这一新站点具有更大的探测范围,现在能以240°扇区探测空气动力学目标,与之相比,老式系统只能方位覆盖180°。处理系统和跟踪稳定性也获得了显著改善。

俄罗斯国防部公布的改进型“集装箱”雷达探测范围

新型“集装箱”雷达能同时探测与跟踪5000余个空中目标。它还能跟踪正处于跑道上的小型飞机,或探测中近程弹道导弹的发射并跟踪其弹头,与ICBM相比,中近程弹道导弹的雷达截面积更小。

更为重要的是,当高超声速飞行器和中近程导弹的弹头在高空中飞行时,它们周边会存在电离信号特征:前方出现压缩波,后方出现电离尾迹。这会使它们更易于被经过电离层状态分析训练的OTH雷达探测到。

05

超视距全覆盖

俄罗斯预计将会在未来两年内在东部地区建设一个超视距监视雷达站。部署第二部“集装箱”雷达的地点已被选定在阿穆尔州结雅市。俄罗斯军方正在生产所需的设备。

这一新雷达站将监视从堪察加半岛到新西兰和中国在内的广阔太平洋地区,由于能覆盖大片空海域,将能提升俄罗斯探测导弹驱逐舰和航母攻击群的能力。

俄罗斯预计不久将会在其远东、中西伯利亚和波罗的海地区的加里宁格勒部署大量“集装箱”OTH雷达站。俄罗斯军方认为10到12部“集装箱”OTH雷达站将足以覆盖整个俄罗斯边境外围空域。

相关OTH覆盖将能补充传统的改进型“沃罗涅日”雷达站,“沃罗涅日”雷达是俄罗斯ICBM发射预警系统的重要组成。最后不能不提的是“向日葵”岸基OTH雷达。“向日葵”是一种表面波雷达,对海上目标的探测距离为300km,对在海上飞行空中目标的探测为450千米。该型雷达也是俄罗斯防御力量的重要组成。

米波段“沃罗涅日”雷达

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