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超视距雷达凭什么绕过地平线?它有多厉害?
发布时间:2020-10-09     作者:马 岩   来源:科普中国   分享到:

超视距雷达,不是指超过人眼视力范围的雷达,而是超过直线观测范围的雷达。它在作用上有独特之处,某种程度上还是很厉害的。

先说它“超”在哪。对于普通人来说,远方的地平线也许是一道美丽的风景,但对于传统雷达而言,这道地平线是其成为“千里眼”的重大阻碍。受地球曲率的影响,地面雷达对远距离低空目标的探测始终是个难题。根据“欲穷千里目,更上一层楼”的原理,人们把雷达搬到了高高的山顶,甚至让飞机把雷达背上了天。但这总归是要费些力气。而超视距雷达,可以克服地球曲率影响,探测到对地平线以下的目标,探测距离很容易达到数千千米。

它凭什么绕过地平线?主要是它使用的波段特殊。大多数雷达主要工作在微波波段,微波是个指哪打哪的“钢铁直男”。而超视距雷达用的是能够“转弯”的电磁波,从原理上又可以分为两类。

一类是天波,属于短波波段,依靠大气层中电离层对短波的反射作用来将雷达波反射至远方,目标回波也会被电离层反射至雷达接收机。电离层不够稳定,因此天波超视距雷达需要实时监测电离层状态,以选择合适的发射频率。

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▲ 天波超视距雷达工作示意图

另一类是地波,使用长波波段,雷达波可以贴着地表沿曲线传播。但长波雷达有个硬伤,分辨力不足,很难探测到飞行器大小的目标,所以主要用来探测舰船。

在实际运用中,天波超视距雷达发展最早,也更为成熟。早在上世纪50年代,美苏等国就开始了相关研究。美国在1961年使用“麦德雷”(MADRE)超视距雷达成功探测到3000千米处的飞机。1971年苏联部署在切尔诺贝利附近的“杜加”超视距雷达,发射的短波脉冲信号几乎传遍欧洲,被无线电爱好者们称作“俄国啄木鸟”。目前,美国、俄罗斯、英国、法国、澳大利亚等国都部署了用于战略预警的超视距雷达网。

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▲ 苏联“杜加”超视距雷达的天线阵列

最后说说相对于传统雷达,现在的超视距雷达主要有哪些优势。

探测距离远、覆盖范围广。超视距雷达采用大功率发射机,收发分置的天线阵列,其探测距离一般能达到900~3000千米,探测角度可达60度。它能够发现尚处于助推段的弹道导弹,可将洲际导弹的预警时间提高到30分钟,对亚音速目标的预警时间也能达到3小时,对超音速目标的预警时间可达1~1.5小时。

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▲美国AN/FPS-118超视距雷达覆盖范围示意图

具备反隐身能力。目前的隐身设计针对的主要是传统微波雷达,但在短波面前,吸波涂料、材料都是无效的。而且经过电离层反射“从天而降”的雷达波,让专注于鼻锥方向的外形隐身设计失去意义。

对反辐射武器免疫。天线的尺寸和收发电磁波的波长具有相关性,而短波的波长在10~100米,所以天波超视距雷达的天线都十分庞大。反过来,想打这种雷达的反辐射导弹,导引头的天线也得到这个数量级,导弹上自然是容纳不下。所以目前还没有能够攻击超视距雷达的反辐射导弹。

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▲ 美国AN/TPS-71超视距雷达,探测距离可达900~3000千米,天线阵跨度2580米。

反辐射导弹甭说导引,就算是能炸准,没有几百枚,也炸不出效果。

当然,超视距雷达的天线一般是固定的,不用反辐射导引头,用GPS或惯性制导也可以。但这个天线阵占地面积很大,经常比一条机场跑道还长。攻击跑道,用反跑道炸弹或子母弹在中间拦腰截断几处即可。但超视距雷达的天线阵由数百个“铁架子”组成,就算炸坏几十个还能用。因此摧毁超视距雷达,难度颇大。

综合效费比高。虽说超视距雷达系统规模庞大,保障要求不低,但作为战略级预警体系的一环,其运行成本相对于组建天基预警卫星星座,或者用预警机部队常年监视边境,都要低得多。

马岩:军事科普活跃作者,毕业于解放军理工大学,有多年部队信息化部门任职经历,擅于普及电子战相关知识。近年来累计发表科普作品20余万字,负责少年儿童出版社第六版《十万个为什么》丛书的雷达与电子战部分。

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