太空战中美军这些装备不容忽视,美国要研发超

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  出品:科普中国军事科技前沿

  美国将研发X超音速飞机,可消除“音爆”

  作者:王明志 军事专家

  策划:肖春芳

  策划:宋雅娟

  听说了吗,美国航天局要开发一款新型超音速客机,将重点解决“音爆”问题。

  策划:金 赫

  制作:中新起乐军情观察室

  作者:张保庆(中国航天二院208所高级工程师)

  所谓音爆,就是当物体的运行速度超过音速之后,物体对空气的压缩因为无法迅速传播,会在迎风面积累形成激波面,激波面上的声学能量高度集中,反映到人的耳朵里,会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声。

  监制:光明网科普事业部

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  成功级护卫舰是中国台湾海军现役护卫舰,为取代“阳”字号驱逐舰而生产。成功级护卫舰是美国海军佩里级巡防舰的修改型,两者战术与技术性能相近。在中国台湾海军修改下,成功级护卫舰安装了反舰导弹及40mm快炮,增强了反舰、反快艇能力。中国台湾海军要求成功级护卫舰除负责反潜作战外,也要担负舰队区域防空任务。

  6月18日,美国总统特朗普下令美国防部立即启动组建“天军”的进程。特朗普表示,“天军”将独立于空军,成为美国武装力量的第六军种。这是美国军队成立独立作战部队的关键一步,对于美国太空作战力量而言具有里程碑意义。

  一架低空超音速飞行的飞机产生的音爆足以震碎门窗玻璃,甚至损坏不坚固的建筑物。因为音爆能量巨大,2003年,由法英联合研制的第一代超音速客机“协和式飞机”停飞,自此空中不再有超音速客机的身影。

  空战是个神秘而又令人心动的对抗活动,它离我们绝大多数人的生活既远又近。说它远,是因为进入21世纪以来,战争大多是实力悬殊的非对称战争,鲜见成规模的空战;说它近,是因为人们对好莱坞的空战主题片《壮志凌云》仍然记忆犹新,帅气的汤姆•克鲁斯饰演的海军战斗机飞行员激发了年轻一代的飞行梦和空战激情。不过,现实生活中,要想成为像汤姆•克鲁斯那样的战斗机飞行员绝非易事,要想在空战中歼灭敌机那更是难上加难。

  成功级护卫舰上层建筑较长,占全舰长度的50%以上,中部艏楼与机库之间部位明显变窄。上层建筑顶部有三部分较突出,由前至后依次为球形天线、网状雷达天线及支架和网格状桅杆、主桅形状颇似石油钻进塔架。舰体前甲板有位于圆盘形基座上的单臂导弹发射架。76毫米舰炮位于上层建筑顶部主桅与烟囱之后。雄风Ⅱ反舰导弹采用了4联箱式发射装置,配置位置较高,位于主桅之后。

  近年来, 为维护本国太空安全和利益,占据太空领域优势地位,美国尤为关注太空安全能力发展,加速发展太空对抗装备和技术,积极备战向太空延伸的军事冲突。

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  第一次世界大战时,空战刚刚走上战争舞台,头号空战王牌属于德国,里希特霍芬的战绩是80架,比位居第二的协约国头号空战王牌保罗•丰克的战绩多了8架。第二次世界大战时,争夺制空权的空战规模空前,头号空战王牌仍属德国,埃里希•哈特曼的战绩居然达到352架。第二次世界大战后,空战进入了喷气时代;20世纪50年代后期开始,空战武器发展迅速,战斗机陆续配装红外制导空空导弹,攻击距离从航炮时代小于1千米,一下拓展到数千米,并在装备机载火控雷达后,将半主动雷达制导空空导弹的攻击距离扩大到20~30千米。目前,主动雷达制导空空导弹的攻击距离可达80余千米,红外成像近距格斗导弹的攻击距离可达20千米……。

  目前成功级均配属在中国台湾海军第一四六舰队下,平时负责台湾海峡海域侦巡任务。由于其防空武器均为单件配置,且有射击死角,不具备对付多目标能力,一旦脱离舰队的空中掩护,容易受到空中打击。而且成功级的中、远程对海、对地火力也偏弱,除8枚雄风导弹外,仅有1门76毫米舰炮。

  太空对抗是指为争夺太空控制权、保证太空优势而采取的作战行动。太空对抗系统由太空态势感知系统、进攻性太空对抗系统、防御性太空对抗系统三部分组成。

  这次美国航天局准备开发的超音速飞机,名为“X-飞机”,拟采用与“协和式飞机”相似的长尖机头和后掠机翼,长28.65米,翼展接近9米,装满燃料时的起飞重量不到1.5万千克,由通用电气公司的F414涡轮风扇发动机驱动,预计可在1.67万米高空以每小时超过1500公里的速度巡航,最高速度可达1.5倍音速,约合每小时1686公里。

  然而,从越南战争结束直到现在,就没有再产生过一名王牌飞行员。出现这种情况的原因当然是多方面的:首先,空战呈现出体系对抗的特征,空战体系不够完善的一方基本上就会放弃以空战相抗衡的选项。伊拉克与美国的对抗、利比亚与北约的对抗均属这种情况。伊拉克为了保全空军的实力,空军飞机冒险逃窜到了伊朗,或者把飞机埋在沙漠中,这种奉行“避战为上”原则的空军在战争中根本不会有什么作为。第二,进攻一方一般采用突然袭击的战法将对手的空军压制在地面,这种方法夺取制空权的时间短、效益高,也使空战的规模小了很多,产生王牌的概率自然也就低得多。第三,现代战斗机的对抗措施越来越强,避免被截获和摆脱攻击的机会越来越多。

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  在未来战争中,太空态势感知系统将发挥“耳目”作用,是遂行太空对抗作战的前提;进攻性太空对抗系统将发挥“利剑”作用,可降低甚至摧毁对手的太空能力;防御性太空对抗系统将发挥“盾牌”作用,通过主动或被动方式,防御并阻止敌方对太空系统的攻击。

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  美国有一名倍受推崇的战斗机飞行员,名叫约翰•博伊德,虽然没有王牌飞行员的战绩,但他对空战的贡献不亚于王牌飞行员。博伊德将空战的过程概括为四个阶段:观察—判断—决策—行动。观察,就是要率先发现敌机。判断,就是要在发现空中敌机的情况下,确定空中的态势对自己是有利还是不利。决策,就是做出攻击还是脱离的决定;如果是攻击,就要决定攻击哪一批或哪一架飞机;如果是脱离,就要决定向哪个方向脱离。行动,就是长僚机协同配合,通过机动和火力运用,消灭敌机。显然,要击落空中飞机,飞行员必须完美连贯地完成以上四个阶段,但在空战中要做到这一点已经越来越困难了。

  太空对抗作战的“耳目”—太空态势感知系统

  “X-飞机”计划通过独特的造型,将冲击波发散出去,使噪音降低至75分贝,相当于“汽车关门声”大小。

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  美国航天局声称,如果进展顺利,将于2022年试飞。

  图1 成为空战王牌的途径唯有练、练、练

  美国空军“太空篱笆”(space fence,正式名称为“空军太空监视系统”,AFSSS)项目(图片来自中国科学报)

  监  制:战 钊

  首先,隐蔽攻击空中目标的难度增大了。国外的空战历史大数据分析显示,在全部被击落的飞机中,75%~80%是在没有察觉的情况下被击的,15%因察觉过晚、来不及摆脱而被击落,剩余才是在察觉后并进行交战情况下被击落。这意味着隐蔽突然是空战制胜的关键,但目前做到这一点相当难。空中预警机和地面雷达可以在300~400千米外发现空中目标,战斗机机载雷达也能在150~200千米外发现目标。战场空间已经相当透明,一举一动都在掌控之中,空战已经很难达成完全的突然性。

  太空态势感知能力是洞察和掌控潜在对手航天活动意图与动向、确保太空资产安全的关键,是进行太空控制的基础和前提。美军将太空态势感知能力建设作为重点领域加速推进,积极构建天地一体化的太空态势感知网络体系。

  科学顾问:傅前哨

  其次,电子战系统告警能力增强,飞行员能及时感知威胁、规避攻击。现在战斗机配装的雷达告警接收机可感知敌机火控雷达的工作状态和大致方向,提示当前所处的威胁等级;紫外告警接收机可感知导弹的尾焰,提示当前导弹的来袭方向。飞行员据此可以最大过载向导弹来袭方向机动,迫使导弹在跟踪过程中损耗能量,创造出摆脱导弹攻击的条件。

  美国正在研制的新一代“太空篱笆”系统采用大型S波段单基地相控阵雷达,预计2019年具备初始运行能力,建成后可探测、跟踪和测量20万个直径大于2厘米的太空目标。近期,美军高度重视亚太地区监视能力和战场态势感知能力建设,以期保持太空态势对美军单向透明优势。如美军在澳大利亚部署的地基C波段太空目标监视雷达具备全面运行能力,将大幅提升对亚太地区的太空目标监视能力;未来在澳大利亚部署的“太空监视望远镜”每晚能多次扫视整个地球同步轨道带,将明显提升美军对中高轨太空事件的监测认知能力和反应速度。

  脚  本:肖春芳

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  天基态势感知系统方面,美军持续提升地球同步轨道目标和局域特定目标持续监视能力。为填补“探路者”卫星服役期满后与后续微小卫星星座间的天基太空监视能力的缺口,美空军成功发射“快速响应太空”-5卫星,卫星载有的光学成像系统每天可从低轨对地球同步轨道目标进行15次扫描监视,所验证的技术还将用于未来的太空目标监视星座以及通用星载太空态势感知传感器。美空军已成功发射4颗“同步轨道太空态势感知计划”(GSSAP)卫星,GSSAP单星质量600千克,星上可能搭载宽视场观测相机、窄视场成像相机、红外相机、电子信号截取设备等,可在地球同步轨道附近机动,对高轨目标进行抵近详查,甚至截取电子信号,能够为美军太空作战提供目标技术侦察和行动意图判断。

  制  作:赵建康

  图2 F-35战斗机进行空空导弹发射训练

  摧毁对手太空能力的利剑—进攻性太空对抗系统

  配  音:毕孝斌

  第三,电子战系统可以破坏敌机的稳定跟踪与制导。空空导弹要准确攻击空中目标,需要精确测定目标的距离、相对高度和相对方位,这些参数通常由雷达测定并提供给飞机的火控计算机,由后者计算出攻击弹道。但通达电子战手段可以压制雷达的工作,或使其获取虚假的目标运动状态参数,从而破坏导弹的稳定跟踪与制导,使导弹无法击中目标。

  美国拥有可用于反X任务的中段反导拦截弹,曾于2008年用“标准”-3导弹摧毁了一颗失控的在轨间谍卫星,以实战的形式验证了动能反低轨卫星的能力;美军“反通信系统”(CCS)电子战太空对抗系统统可全球部署,具备对地球同步轨道通信卫星的上行链路干扰能力。

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  鉴于发展太空攻防对抗手段的复杂性和敏感性,美国近年来多通过掩军于民、隐蔽推进的方法,以在轨操作、太空碎片清除等为重点,加紧演示验证和储备太空攻防对抗技术。美国已多次试验近地轨道和地球同步轨道近距离接近和交会技术,以及跟踪、瞄准和拦截技术。

  图3 空空导弹的实战表现远逊于靶场

  美国重点发展的“凤凰”计划、“蜻蜓”计划以及“地球同步轨道太空态势感知计划”(GSSAP)等在轨操作技术进一步成熟,太空攻防对抗手段多样化趋势更趋清晰。

  第四,导弹在战场上的击毁率远远低于靶场上的击毁率。战场上的不确定性永远是你无法预知的,即使最好的导弹也有不尽如人意的一面。美国的AIM-7中距弹在研发时是世界上最好的半主动雷达制导空空导弹,研制阶段取得了高达0.8~0.9的击毁率,而在作战试验评估中,加入对抗的因素后它的击毁率便下降至0.5~0.6,而在越南空战的实战中,它的实际击毁率低得只有0.08~0.1。AIM-120主动雷达制导的中距弹在试验中取得的击毁率是0.85,而在科索沃战争中实战击毁率只有0.38。就在近期的叙利亚战场上,美国用F/A-18E战斗机攻击与其存在代差的苏-22战斗机,最先发射的世界最先进的AIM-9X格斗弹就根本没有进入制导状态,飞行员随后补充发射AIM-120中距弹才将目标击毁。靶场击毁率和战场击毁率存在这么大的差异,就是因为在实际的战场上存在着事关生死存亡的对抗,这一点是在靶场上永远无法实现的,这才是在空战中击落飞机非常困难的重要原因。

  此外,美国开展的“天基杀伤评估”计划探索在弹道导弹防御系统中整合天基拦截器的可行性。美国新一届政府极有可能在任期内借助“天基杀伤评估”项目,安排与天基拦截相关的技术项目,未来具备潜在太空攻防用途。

  所以,在战斗机越来越先进的情况下,未来空战的对抗性将持续增大,空战结果的不确定性也会越来越大。不要说二战头号王牌哈特曼所取得击落352架敌机的战绩可能空前绝后,就是一战头号王牌里希特霍芬所取得的击落80架的战绩也将是难以企及的。要想成为空战王牌,飞行员需要付出比以往任何时期更大的努力。

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  (作者:光明网军事科技前沿特约作者)

  未来太空武器作战设想图 [资料图](图片来自中国科学报)

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  防御敌方对太空攻击的盾牌—防御性太空对抗系统

  美军充分认识到太空系统的脆弱性,为弥补这一弱点,美军制定了太空系统分散式体系结构和多样化防护并举的发展思路,并在美空军发布的《弹性与分散式太空系统体系结构》白皮书中系统阐述了对太空系统“弹性”和“分散式太空系统”体系结构的认识和思考。

  分散式太空系统体系结构的五种途径分别是:结构分离、功能分解、有效载荷搭载、多轨道分解、多作战域分解。而多样化太空防护更加强调发展主动防护能力,以分离、多样化、分散、欺骗、冗余备份等六种途径,提高卫星系统防护能力,确保太空系统在任何时候均可应用。

  近年来,多种主动防护能力建设项目重新获得关注,如要求所有重要卫星都具备轨道机动能力、推进卫星通信干扰源探测技术研发等。尤其是在下一代天基预警系统发展方面,美空军希望在“天基红外系统后继”系统体系架构设计中纳入分散式体系结构理念,即利用“结构分离、功能分解、有效载荷搭载、多轨道部署、多作战域部署”的方式,实现弹性与分散式太空系统体系结构,提高系统的可靠性、抗毁性与弹性。

  按计划,“天基红外系统后继”系统将包括5颗地球同步轨道卫星和2颗极轨卫星,提供对所有类型弹道导弹发射助推段预警能力,性能改进的重点在于抗毁性得到了大幅提升。

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