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剪水鹱的博客

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上升段拦截的神话与现实-(2)空基拦截系统  

2016-07-11 14:00:16|  分类: 防空武器 |  标签: |举报 |字号 订阅

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上升段拦截的神话与现实-(2)空基拦截系统 - puffinus - 剪水鹱的博客
 
上升段拦截的神话与现实-(2)空基拦截系统 - puffinus - 剪水鹱的博客
波音 YAL-1A 激光武器系统可能是迄今为止最具可视度的空基反导项目。以 747-400F 为平台的 YAL-1A 仅建造 1 架。整个项目于 2011 年下马。

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YAL-1A 大型激光武器飞机 2012 年 2 月 14 日最后一次起飞前往亚利桑那州的 “飞机坟场”,2014 年 9 月 25 日,移除了全部可用子系统的 YAL-1A 被彻底拆除。

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YAL-1  作战示意图。

YAL-1 的后机身内安装了 6 台高功率氧碘化学激光 (COIL) 装置。每台都有一辆大型 SUV 那么大,重达 3 吨。激光系统输出波长为 1.315 微米的近红外激光束,最大输出功率达到数兆瓦激光束通过贯穿机身的光学通道向前传送,由一系列复杂的光学控制设备加以聚焦,最后由飞机最前端配备 1.5 米直径自适应反射镜的光学转塔将其 "预扭曲" 后射向目标,射击扇面为 240 度,在尾部方向有 120 度的火力死区。

假设投入实战,YAL-1 将在敌方地空导弹射程外 12000 米高空的 8 字形轨道上盘旋,将高灵敏度红外传感器指向来袭战术弹道导弹可能出现的方向。发射助推阶段的战术弹道导弹薄皮大馅,飞行速度较低,红外信号异常强烈,是激光武器理想的目标。液体燃料导弹的脆弱性最大,因为其蒙皮下是高压储存,易燃易爆的火箭燃料。在导弹穿过稠密的下层大气,不断加速的过程中导弹蒙皮承受着巨大的机械应力和气动压力,只要出现局部破损,将瞬间被撕成碎片。 

战术弹道导弹穿破云层后,其尾焰的红外特征将迅速被 YAL-1 捕获。YAL-1 将首先使用复杂的追踪程序计算出目标的大致轨迹,而后将激光转塔指向目标,发射一束低能量激光以获取目标的精确飞行轨迹,以及飞机与目标间的大气光学特征信息。该信息被输入自适应镜面的控制系统,由电脑向主镜面后排列的 341 个做动器发出指令,以每秒 1000 次的调节频率,根据需要来实现必要的镜面变形,以抵消大气对激光束传播路径的扭曲。光学系统准备就绪后,主激光系统启动,功率达数兆瓦的高能量激光束直奔目标而去,光学系统根据追踪数据不断调节激光束的指向,使光斑稳定地驻留在目标上。数秒后(乐观预期)受到高能量激光束持续照射的导弹局部蒙皮强度急剧下降,最终破损变形,导弹随之四分五裂。接下来 YAL-1 转而攻击下一枚导弹,直至目标全灭,剩余导弹飞出有效射击区,或者激光系统的化学燃料用尽。YAL-1 的燃料储备可满足击毁 20-40 枚战术弹道导弹的需要,但每次交战所能拦截的导弹数量更多地取决于截击窗口宽度与杀伤单枚导弹耗时的比值。激光系统的燃料化学稳定性比较差,必须在特殊的地面设施内装填,无法在空中补充。

YAL-1 将高能量激光武器技术又向前推进了一大步,但作为实战武器系统却令人失望。YAL-1 有效射程原定为 600 千米。射击测试证明尽管有几十年与大气做斗争的经验,工程技术人员还是低估了大气层对高能量激光束的耗散作用,实际达到的有效射程比计划缩水逾 1/2,且达成毁伤效果需要的照射时间远远超出预期。即使对手是北棒这样面积狭窄的小国,YAL-1 要想成功实现反导拦截,仍需冒着巨大的风险逼近其防空体系的有效覆盖范围。拦截来自波斯或体量更大国家的弹道导弹纯属不可能完成的任务。YAL-1 的激光武器并不适合攻击目标特征较小的对空导弹,自卫能力极其有限,747 平台低劣的机动性与武器系统 120 度的射击死区更是在 YAL-1 的尾部留下了巨大的命门。

由于携带了沉重的有效载荷,YAL-1 满油起飞状态下 “只能” 在 12000 米高度滞留 7 小时。为了避免机组人员过度疲劳,每个任务周期的时长不宜超过 12 小时。从巡逻区后撤至空中加油区,完成燃料补充并重返巡逻区共需耗费 1 小时。假定从基地前往巡逻区的航渡时间为 1 小时,每个 12 小时任务周期中实际处于战斗巡逻状态的时间将是 9 小时。120 度的射击死区意味着每条巡逻轨道上需要同时部署 2 架 YAL-1 才能实现全向覆盖。考虑到正常维护保养的需求,至少 5 架战备完好的 YAL-1 才能维持 1 条反导巡逻轨道。按照大型装备战备完好率 70% 计算,王师必须装备 7 架单价与 “伯克” IIA 相当的 YAL-1 才能获得最起码的助推段反导拦截能力。实际上这个数字还是过于乐观。配置任务备份机,航渡时间延长,敌方反制措施 (使用改装后的 “飞毛腿” 等老式导弹作为助推段早期假目标,ICBM 释放气溶胶抑制自身红外信号 & 屏蔽激光束,ICBM 抗激光加固,同时齐射多枚导弹......) 等都将迫使王师在单一巡逻轨道上投入更多的 YAL-1。如果在巡逻过程中使用了激光武器,YAL-1 的维护周期将延长到 24 小时以上,这就意味着持续作战时,每条反导巡逻轨道需要投入的战备完好 YAL-1 不得低于 8 架。帝国方面的评估显示,即使机载激光武器的输出功率上升至数十兆瓦级,有效压制北棒与波斯仍需多达 20 架大型激光飞机。如果对手是战斗熊或种菜兔这样幅员辽阔,并且能够轻易实施多种反制措施的大国,就算 YAL-1 之流能够在敌方的对空防御体系中来去自如 (做梦呢),巨大的平台数量需求也将令帝国财政人员狂喷鲜血。


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当然,大型激光飞机并非空基反导的唯一技术路线。可供选择的方案还有:
1. 大型导弹飞机
2. 小型导弹飞机
3. 小型激光飞机

2 与 3 均宜采用无人平台以最大限度提高续航力,降低对平台数量的需求。

以 B-21 这样的大型隐形飞翼携带重型动能拦截弹并不存在根本性的技术困难。B-21 级别平台拥有强悍的生存能力,可以比陆/海基导弹平台或大型激光飞机更加逼近敌方导弹的潜在发射阵位或轨迹地面投影。但导弹飞机的有效载荷远远无法与陆基拦截阵地或反导战舰相提并论,所能携带的高性能拦截弹数量稀少,要想成功阻截对方的饱和攻击,每条巡逻轨道上必须同时部署多架导弹载机,被无数所谓专家华丽无视的成本问题再次抬头。单就技术可行性而言,大型导弹飞机或许比大型激光飞机靠谱一些,然而两者真正形成战斗力需要的资源投入均堪称天文数字,足以对帝国财政造成灾难性打击。潜在敌国土面积越大,ICBM 装备数量越多,空基拦截平台面临的困难就愈加严重,因为每条巡逻轨道都必须能够拦截更多的导弹,而拦截轨道的数量则随着国土面积的增大而节节攀升。

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小型导弹飞机与小型拦截弹的组合又如何呢? 

毫无疑问小型导弹飞机比大型导弹飞机便宜,小型拦截弹比大型拦截弹便宜。然而不谈性能只谈价格纯属耍流氓。即使忽略决策时滞,小型导弹飞机释放武器时,穿破云层后又加速了 15 秒的 ICBM 也早已开始超音速爬升,点火时间晚于敌方 ICBM 的拦截弹哪怕实施迎头攻击,垂直方向上还是处于奋力追赶的不利状态。从 ICBM 飞行路线侧翼赶往截击点的拦截弹更需在水平方向上移动相当可观的距离。以小型机载导弹火箭发动机的能量水平,除非其载机逼近至 ICBM 轨迹地面投影数十千米以内 (乐观估计,有兴趣的读者可以去查查 PAC-3 迎头拦截俯冲导弹时的有效射程),否则追上 “起跑” 更早的 ICBM 纯属痴人说梦。这就意味着小型导弹飞机的控制半径不到大型导弹飞机的 1/10,控制面积少于大型导弹飞机的 1/100,而小型导弹飞机的单价却不可能只有大型导弹飞机的 1/100,同样是高生存力飞翼隐形平台的情况下,1/10 级别的单价比值较为可信。以大国为作战对象时,小飞机加小导弹模式的等效投入将远高于大飞机加大导弹,短射程小型激光飞机概念类似地倒在了 “等效成本” 这道不可逾越之墙脚下。压制小国时,防御方只需建立一条拦截带,由于无人机滞空时间长,装备总数/在轨数量的比值相应较低,小飞机加小导弹模式确有可能实现低于大飞机加大导弹模式的等效成本,短射程小型激光飞机也变得较为可行。总的来看,如果经费充裕,针对小国的空基助推段拦截是可以实现的,试图以空基助推段拦截封杀核大国的战略威慑力量则完全是痴心妄想。
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