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空中的幽灵——无源干扰

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  出品:科普中国

  解说:“海试”是航母交付海军服役之前最重要的试验步骤,关系到航母在各种复杂恶劣海况条件下能否安全可靠生存,能否完成作战使命任务。这期间,除了要检验航母的动力、机电、损管系统等之外,还会对航母上的武器装备进行实弹测试。

  策划:肖春芳

  作者:太赫兹工作室

  李杰:航母上的这个武器装备,比如说一些导弹,一些火炮,当然这些导弹火炮一般来说都是防御性的,数量不是太多,种类也比较少,但是这些航母上的武器装备其实还是非常重要的,特别对航母自身防御和安全来说还是非常重要,所以要进行测试和检验。

  制作:中新起乐军情观察室

  监制:光明网科普事业部

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  监制:光明网科普事业部

  1943年7月24日深夜,英军开始了空袭德国汉堡的战斗。汉堡拥有强大的防空力量,城市周围有54个大口径高炮连,22个探照灯连,3个烟幕站。在港口附近有20个雷达地面引导站,还有6个可供夜间歼击机使用的机场。英国出动了791架的各类飞机,组成了长320千米、宽32千米的巨大飞机方阵,以每小时360千米的速度向汉堡飞来。当时,德军已经装备了“维尔茨堡”、“曼海姆”、“弗里亚”等雷达。这些雷达本已经发现了这批庞大的机群,但是雷达屏幕上这些飞机竟然在“繁殖”,目标回波开始增加,总数达到了上万架飞机,德军马上乱作一团,雷达无法提供正确的目标信息,德军的夜间战斗机只能在空中盘旋,等待地面的引导。雷达控制的探照灯漫无目的地在四处寻找目标,炮瞄雷达无法工作,高炮只能朝天空胡乱射击。这次大规模空袭中,英军飞机没有受到任何阻碍,仅用两个半小时,就将2300吨炸弹投落在汉堡港口和市中心,汉堡遭到了巨大的破坏。而英军飞机只损失了12架,占出动飞机总数的1.5%,低于以往的6%。

  解说:与其他海试项目一样,武器装备的实弹测试对海况也有相应的要求。除此之外,实弹测试到底测什么,怎么测,可是大有讲究的。

  051型导弹驱逐舰是中国自行研制的第一型导弹驱逐舰,是中国人民解放军海军拥有的第一种具备远洋作战能力的水面作战舰艇,曾经是中国的主力舰种。

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  李杰:对于比如说导弹或者火炮,它一般来说在海上试验的时候尽可能要求就是天气状况比较好,同时比如像各种武器装备要(达到)一定的数量,这样实际上你无论是进行导弹或者是火炮实验的时候,能够检测出它的最大射程,它的精度以及整个武器的(其他)性能,所以航母海上武器试验是非常重要的、关键的这么一个过程。

  1966年6月六机部正式下达试制051型驱逐舰的任务,由在湖北武汉的701所承担总体研究设计和整体方案,总设计师为李复礼、潘镜芙
(副)。由于当时中国缺乏大型舰只的设计经验,051型的设计参照了前苏联“科特林”级和“快速”级火炮驱逐舰的布局。

  被干扰的雷达的显示屏(来源:维基百科)

  因为你海试的武器试验,你就是(要)把武器装备检验的比较到位,或者是能不能满足要求,同时武器装备当中的比如说像雷达,这个也是一个探测距离(的测试),包括火控雷达能不能够满足设计的探测的指标,比如说它的距离,比如说它的精度,受干扰的程度等等一系列性能指标,(这些)都要争取在海试过程中都能够比较圆满地检测出来。

  051型首制舰济南舰1968年12月24日在大连造船厂开工建造,1970年7月30日下水,1971年12月31日首制舰交付中国人民解放军海军北海舰队。当时,由于舰上部分设备因研制进度拖延没有装舰,只能以后补装。

  取得如此巨大成功的原因其实很简单,英国人动用了秘密武器——“窗口”。“窗口”其实就是我们经常听到的箔条。箔条是使用最早和最广泛的一种无源干扰技术,在二战前就有人提出了相关概念。1943年所罗门群岛战役后期,日本海军航空兵首次在实战中使用箔条,但由于投放的数量太少,效果不佳,在日后的战斗中极少使用。英国和德国都发现了箔条的强大能力,但考虑到使用箔条很容易被敌方模仿,并且自身没有反制手段,两国都将其视为最高机密,轻易不使用。

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  051型导弹驱逐舰是一种以制海作战为主要目的的水面舰艇,拥有强大的反舰火力。不过,该型舰的防空和反潜火力比较薄弱,防空依靠的是57毫米或37毫米口径以及25毫米口径的高射炮,反潜手段只有反潜火箭弹和深水炸弹。

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  【嘉宾】李杰,海军军事学术研究所研究员,长期从事军事战略、安全形势、武器装备、海洋军事等方面的研究,撰写并出版了大量的军事学术论文、报刊文章、以及数十本军事和海洋方面的专著;对各国航母的建造发展、作战使用及部署配置等相关问题曾进行长时间的跟踪与研究,并撰写过大量的有关航母的研究报告与专著;担任多家军事期刊编委及顾问,并作为中央电视台军事频道、国防数字频道、中央人民广播电台等多家媒体的特约嘉宾。

  1980年5月18日,中国首次向南太平洋发射远程运载火箭(即“东风五”)试验。106舰、107舰、108舰,131舰、132舰及162舰等六艘051型军舰担负为赴太平洋参加运载火箭飞行试验的测量船队护航、警戒的任务。这一次远航展示了该型军舰的良好性能。

  英国的“窗口”箔条(来源:维基百科)

  监  制:战 钊

  051型后续舰由大连造船厂、上海中华造船厂、广州造船厂三个造船厂承担,在1970年和1991年之间建造。从2007年开始,服役30多年的051型驱逐舰开始逐步从中国人民解放军海军退役。

  箔条通常由金属箔切成的条、镀金属的介质或直接由金属丝制成。箔条使用最多的是半波长的振子,也就是箔条长度为雷达波波长的一半(实际比一半略长),这种振子对电磁波的谐振、散射波最强,材料最省。箔条产生的回波类似噪声,能够掩盖目标的回波。为了能够干扰不同极化和波长的雷达,箔条也采用长达几十米甚至上百米干扰丝。

  制  片:金 赫

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  半波长振子的缺点也很明显,其频带很窄,只有中心频率的15%~20%。为了增加频带的宽度,可以采用两种方法。一个是增大单根箔条的直径或宽度,但这样增加的带宽量有限且重量太大,容易影响相关性能。第二种方法是将不同长度的箔条混合包装。

  策  划:赵清建

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  科学顾问:李 杰

  两种不同长度的箔条(来源:维基百科)

  摄  影:肖春芳 张佳兴

  箔条使用方便、价格低廉的特点和优异的性能使它在战场上得到了日益广泛的应用。用于在主要攻击方向上形成干扰走廊,以掩护部队接近重要军事目标,或制造虚假的攻击东西。洲际弹道导弹在中段可以通过布撒箔条掩护弹头。飞机和舰船受到雷达制导的导弹攻击时,大量抛撒箔条,形成箔条云以掩护自身。

  后期剪辑:孙守玉

  除了箔条,反射器也是一种常用的无源干扰器材。一块理想的导电金属板,当其尺寸远大于波长时,可以对法线方向的入射波产生强烈的反射,其雷达反射截面积与金属板面积的平方成正比。因此,如果入射波方向偏离法线方向,有效反射面积就会显著减小。针对这些特性,科研人员研发了多种质量和尺寸较小并由较大有效发射面积的反射器,例如龙勃透镜反射器、角反射器、双锥反射器。

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  三角反射器(来源:维基百科)

  角反射器分为三角反射器、圆形反射器和方型反射器,虽然方型反射器的效果最好,但在实际使用中一般选择三角形反射器。角反射器的雷达截面积与雷达波束的波长成反比,因此针对波长普遍较小的火控雷达有很好的效果。龙勃透镜反射器是在龙博透镜的表面加上金属反射面构成的,根据所加金属面的不同有不同的波束宽度。龙勃透镜反射器的优点是重量轻、体积小,却有很高的有效面积,缺点是造价昂贵,适合对重量敏感的航空器。

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  挂载龙勃透镜反射器的歼-20战机(来源:维基百科)

  随着隐身技术的发展,出现了众多隐身战机和舰艇,在非任务时期,为了保证航行安全,它们通常都会搭载反射器,确保自身“可见”。反射器可以被用作假目标压制用于搜索和目标指示的电子设备。反射器也可以做诱饵,诱饵虽然原理与假目标类似,但其作用是破坏敌方导弹的瞄准,使其脱离目标,瞄准诱饵。

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