美軍浮空器雷達(dá)披掛上陣

什么是浮空雷達(dá)

浮空器是指利用輕于空氣的氣體來(lái)提供升力的航空器。依照工作原理，浮空器可分為飛艇、系留氣球和熱氣球，其中飛艇和系留氣球是軍事價(jià)值最高的浮空器。飛艇和系留氣球的主要區(qū)別是飛艇比系留氣球多了自帶的動(dòng)力系統(tǒng)。飛艇分有人和無(wú)人兩類，也有拴系和未拴系之別。浮空器雷達(dá)系統(tǒng)以飛艇、系留氣球等浮空器為載體，將雷達(dá)天線系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)升至幾百米至幾萬(wàn)米的空中，使其不受地球曲率、遮蔽物和地面氣流影響。由于具備了空中優(yōu)勢(shì)，浮空器雷達(dá)的探測(cè)距離遠(yuǎn)超過(guò)地面雷達(dá)，對(duì)超低空目標(biāo)探測(cè)距離可從地面雷達(dá)的幾十公里提高為數(shù)百公里，使雷達(dá)探測(cè)的范圍更大、對(duì)低空目標(biāo)的探測(cè)能力更強(qiáng)，并能夠長(zhǎng)時(shí)間、晝夜連續(xù)工作。

浮空器雷達(dá)具有較好的工作效費(fèi)比，每小時(shí)工作開(kāi)支只有400美元，而具有同等監(jiān)視能力的E— 3、E—8等偵察預(yù)警機(jī)上的機(jī)載雷達(dá)每小時(shí)工作開(kāi)支為4000—5000美元。并且研制浮空器雷達(dá)的技術(shù)難度小于預(yù)警機(jī)和衛(wèi)星偵察系統(tǒng)。為此，美國(guó)軍隊(duì)將浮空器雷達(dá)系統(tǒng)納入本國(guó)防空探測(cè)網(wǎng)，平時(shí)執(zhí)行空中巡邏、通信聯(lián)絡(luò)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、對(duì)巡航導(dǎo)彈等低空目標(biāo)預(yù)警等任務(wù)，戰(zhàn)時(shí)可以用于戰(zhàn)區(qū)前沿防空和重點(diǎn)目標(biāo)的保護(hù)。目前，美國(guó)導(dǎo)彈防御局和陸海空三軍者賄自己的系留浮空器的研制和裝備計(jì)劃。

導(dǎo)彈防御局的高空飛艇

1987—1990年間，美國(guó)海軍投資設(shè)計(jì)了一種大型飛艇，用于執(zhí)行空中早期預(yù)警和打擊毒品走私等任務(wù)。這種飛艇的設(shè)計(jì)引起了當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)防部的關(guān)注，然而由于資金短缺，這種大型飛艇從來(lái)沒(méi)有制造出來(lái)，其計(jì)劃也隨之夭折了。

本土防御的需要使美國(guó)國(guó)防部重新考慮制造飛艇計(jì)劃，使飛艇在美國(guó)本土沿海地區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)不斷的監(jiān)視，并充當(dāng)預(yù)警雷達(dá)平臺(tái)，阻擊突然襲來(lái)的巡航導(dǎo)彈。 2003年，美國(guó)國(guó)防部導(dǎo)彈防御局重新啟動(dòng)了高空飛艇(HAA)的研究計(jì)劃，但是這種高空飛艇與早先的飛艇有很大的不同。這種巨型無(wú)人飛艇的飛行高度在2萬(wàn)—2．1萬(wàn)米間，可在美國(guó)沿海地區(qū)上空滯留一年時(shí)間而無(wú)須添加燃料。而美海軍早先設(shè)計(jì)的在4600米高度飛行的有人駕駛飛艇只能在空中滯留30天，而且在海上每隔2-5天就需補(bǔ)充一次燃料。

2002年，波音公司和洛克希德—馬丁公司對(duì)巨型高空飛艇進(jìn)行了為期4個(gè)月的概念研究后，導(dǎo)彈防御機(jī)構(gòu)于2003年9月29日授予洛克希德—馬丁公司一份價(jià)值 4000萬(wàn)美元的合同，進(jìn)行飛艇項(xiàng)目設(shè)計(jì)及關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審。美國(guó)防部于2004年11月30日批準(zhǔn)由導(dǎo)彈防御局負(fù)責(zé)管理的高空飛艇項(xiàng)目進(jìn)入下一階段，即制造出一艘飛艇的樣艇并進(jìn)行演示驗(yàn)證。導(dǎo)彈防御局期望高空飛艇能在兩萬(wàn)米的高空持續(xù)飛行30天。這種飛艇最初只裝載傳感器設(shè)備，以后將裝載導(dǎo)彈之類的武器系統(tǒng)用作武器平臺(tái)。

洛克希德—馬丁公司以前制造過(guò)在運(yùn)動(dòng)會(huì)上使用的“固特異”小型軟式飛艇，其體積為5700立方米，長(zhǎng)度約有61米。導(dǎo)彈防御局要求的高空飛艇的樣艇體積是“固特異”飛艇體積的5倍，達(dá)到14．2萬(wàn)立方米至17萬(wàn)立方米；長(zhǎng)度大約 150米、直徑約49米(由威斯汀豪斯飛艇公司為美海軍早先設(shè)計(jì)的飛艇樣艇體積只有7．1萬(wàn)立方米)。飛艇使用太陽(yáng)能和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，除提供飛艇運(yùn)行動(dòng)力外，還能為所攜帶的重達(dá)1．8噸的監(jiān)視與通信系統(tǒng)提供動(dòng)力。它的再生的氫燃料電池可為高空飛艇提供補(bǔ)充的動(dòng)力源。高空飛艇的整體結(jié)構(gòu)使用柔韌的纖維復(fù)合材料，具有輕便結(jié)實(shí)特點(diǎn)。飛艇的軟式外殼是由幾種不同的材料粘合而成的薄片，可為飛艇提供一定的強(qiáng)度和對(duì)外界的防護(hù)能力。飛艇內(nèi)充惰性氦氣支撐它的外殼。高空飛艇既有自主飛行的能力，又可遙控飛行。它有一個(gè)飛行推進(jìn)裝置，能在任何時(shí)間里飛行。高空飛艇的起飛、下降和返回都能進(jìn)行控制。

洛克希德—馬丁公司以前制造的有人操縱飛艇是在1500～ 3000米高度上飛行。它在這一高度上所遇到的氣候環(huán)境條件與高空無(wú)人飛艇是不同的，所以有人操縱飛艇在空中滯留數(shù)小時(shí)后必須返回地面。高空飛艇所在的工作高度，空氣密度接近地面空氣密度的1／20。所以空氣靜力的擴(kuò)張對(duì)于設(shè)計(jì)和制造高空飛艇具有非常重要的意義。在兩萬(wàn)米的平流層高度，風(fēng)速比人們?cè)诘孛嫔嫌龅降囊岷偷枚啵菍?duì)在這種高度上工作所涉及的臭氧和熱效應(yīng)問(wèn)題還存在爭(zhēng)議。這兩個(gè)問(wèn)題對(duì)巨型飛艇在這一高度上持續(xù)工作具有重要的意義。

據(jù)目前相關(guān)人士初步分析，這種巨艇將攜帶雙波段(X和VHF波段)雷達(dá)系統(tǒng)，采用圓形有源電子掃描陣列(AESA)天線。天線直徑可能同飛艇長(zhǎng)度相同，可提供良好的互相重疊的探測(cè)覆蓋面。在兩萬(wàn)米以上高度，雷達(dá)的覆蓋面是一個(gè)直徑大約可達(dá)1200公里的圓形。該型飛艇可以跟蹤速度低于1米／秒的地面慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo) (如行進(jìn)中的部隊(duì))以及300公里以外的小于3度擦地角的目標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，該飛艇可連續(xù)不斷地監(jiān)視高度關(guān)注區(qū)域以及行進(jìn)在車輛和建筑物群中的部隊(duì)。

10艘高空飛艇群可以覆蓋美國(guó)緬因外I至墨西哥灣周邊、西南邊境到華盛頓州的美國(guó)沿海地區(qū)。另外，地面雷達(dá)很難探測(cè)到兩萬(wàn)米高度上的飛艇，因?yàn)橹圃祜w艇用的輕型纖維材料減小了飛艇自身的雷達(dá)信號(hào)。此外，當(dāng)它被子彈射中后，也不會(huì)爆裂。

空軍系留式浮空器

美空軍系留式浮空器雷達(dá)系統(tǒng)(TARS)是于上世紀(jì)90年代至 2001年間部署的，主要負(fù)責(zé)對(duì)美國(guó)南部邊境進(jìn)行偵察監(jiān)視。這些浮空器由空軍空中司令部管理。盡管目前這些系統(tǒng)的主要任務(wù)是緝毒，但還可對(duì)針對(duì)美國(guó)的其他威脅進(jìn)行跟蹤探測(cè)。浮空器雷達(dá)系統(tǒng)所獲數(shù)據(jù)將傳輸給加州馬奇空軍基地的空軍海事阻攔控制中心、位于夏廷山的北美航空航天防御司令部、海岸警衛(wèi)隊(duì)和海關(guān)等部門。

美國(guó)在8個(gè)工作基地都單獨(dú)部署一個(gè)雷達(dá)浮空器雷達(dá)系統(tǒng)。這些基地分別是位于新墨西哥州的尤馬、瓦丘卡堡、德明，得克薩斯州的馬爾法、伊格爾帕斯、里奧格蘭德，佛羅里達(dá)州的卡喬島，波多黎各的拉哈斯(卡喬島還有另外一個(gè)浮空器，上面安裝有一部發(fā)射機(jī)，負(fù)責(zé)將美國(guó)的電視節(jié)目發(fā)送至古巴)。每個(gè)浮空器都是一個(gè)充有氦氣的大型纖維氣囊。它能升到4600米高度，并用一根 7600米長(zhǎng)的鋼絲繩拴系著進(jìn)行收放。這根鋼絲繩的另一頭系在帶有動(dòng)力絞車的塔樓上。浮空器通常的工作高度是3700米。

除在卡喬島基地工作的兩個(gè)浮空器的體積是7800立方米(被稱為275K號(hào)浮空器)外，部署在其他工作基地的浮空器體積都是 1．2萬(wàn)立方米(稱為420K號(hào)浮空器)。420K號(hào)浮空器的體積是“固特異”小型軟式飛艇體積的兩倍，其長(zhǎng)度為63米，艇身寬20米。這 8個(gè)420K號(hào)和275K號(hào)監(jiān)視浮空器分別攜帶一部洛克希德—馬丁公司研制的L—88型雷達(dá)。雷達(dá)裝在浮空器的側(cè)下部，并用壓縮纖維制隔離風(fēng)罩包著，提供360度監(jiān)視覆蓋，并且其探測(cè)距離為200海里以上。

浮空器上的系留鏈?zhǔn)且环N純機(jī)械系鏈，也是一種結(jié)構(gòu)系鏈。動(dòng)力裝置和雷達(dá)都安裝在浮空器上。浮空器上的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可為浮空器提供一個(gè)星期的能源。隨后浮空器開(kāi)始回收，對(duì)其電力系統(tǒng)進(jìn)行更換。更換下來(lái)的電力系統(tǒng)進(jìn)行燃料加注和維修以便在下一個(gè)工作周期里繼續(xù)使用。

陸軍的空中網(wǎng)絡(luò)傳感器

美陸軍于1996年組建了高空氣球雷達(dá)項(xiàng)目辦公室，負(fù)責(zé)高空氣球攜載情報(bào)偵察設(shè)備的研制和試驗(yàn)工作，并逐漸開(kāi)始從事聯(lián)合對(duì)地攻擊巡航導(dǎo)彈防御空中網(wǎng)絡(luò)傳感器系統(tǒng)(JLENS)的研究。聯(lián)合對(duì)地攻擊巡航導(dǎo)彈防御空中網(wǎng)絡(luò)傳感器是一種戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)系統(tǒng)，旨在通過(guò)提供視距外探測(cè)和跟蹤能力，保護(hù)在海外地區(qū)執(zhí)行任務(wù)的美陸軍部隊(duì)免遭巡航導(dǎo)彈的攻擊。它由一部可提供 360度監(jiān)視角的雷達(dá)、一部精確跟蹤照射(火控)雷達(dá)組成。通過(guò)機(jī)動(dòng)拴系系統(tǒng)，每個(gè)系留浮空器都能升高到3000-4600米間。在充有氦氣的浮空器下部，雷達(dá)都被纖維隔離區(qū)罩包著。在4600米高度，監(jiān)視雷達(dá)克服了地球曲度以及山的遮擋，可探測(cè)在200海里之內(nèi)低空飛行來(lái)襲導(dǎo)彈。系統(tǒng)的工作過(guò)程是火控雷達(dá)提示來(lái)襲目標(biāo)，并通過(guò)拴系在地面站上的光纖電纜把從浮空器上探測(cè)到的目標(biāo)信息傳送給導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，引導(dǎo)導(dǎo)彈實(shí)施攔截。

美國(guó)于1999年對(duì)技術(shù)驗(yàn)證型的JLENS進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果顯示該系統(tǒng)比地面防空雷達(dá)早10分鐘發(fā)現(xiàn)假想敵目標(biāo)。美陸軍2001年在新墨西哥州一個(gè)靶場(chǎng)對(duì)探測(cè)和摧毀巡航導(dǎo)彈的新系統(tǒng)進(jìn)行展示性試驗(yàn)，以評(píng)估JLENS和“阿姆拉姆”導(dǎo)彈實(shí)施協(xié)同作戰(zhàn)的效能。在試驗(yàn)過(guò)程中，高度約為300米的JLENS發(fā)現(xiàn)了模擬巡航導(dǎo)彈的BQM—74無(wú)人機(jī)靶標(biāo)，并引導(dǎo)“阿姆拉姆”導(dǎo)彈將其摧毀。但是2002年底之前，美陸軍對(duì)它的投資很少，那時(shí)浮空器發(fā)展前景也不明朗。由于后來(lái)美國(guó)防部強(qiáng)調(diào)浮空器系統(tǒng)對(duì)巡航導(dǎo)彈的擴(kuò)散有防御作用，再加上美陸軍在阿富汗有使用浮空器的經(jīng)驗(yàn)，所以現(xiàn)在的情況發(fā)生了一些變化。據(jù)稱，美陸軍在未來(lái)10年將花費(fèi)約38億美元研發(fā)JLENS。

JLENS早期使用長(zhǎng)為37米的浮空器，后來(lái)使用長(zhǎng)度為71米的浮空器，可進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)30天連續(xù)監(jiān)視。這種浮空器很難被擊落，因?yàn)樵诳罩酗w行前，已經(jīng)在艇身上穿了許多小孔。它很容易回收，也很容易修復(fù)。

另外，根據(jù)美軍的浮空器初步快速部署計(jì)劃，美陸軍于2004年分別向阿富汗和伊拉克部署了小型浮空器，進(jìn)行區(qū)域監(jiān)視，保護(hù)前沿部隊(duì)。這種小型浮空器長(zhǎng)度為15米，在100米處的空中工作。每個(gè)浮空器攜帶一部彩色白晝攝像機(jī)、一部紅外晝／夜攝像機(jī)和一部帶目標(biāo)方位指示器的激光器，以便鎖定距離在12公里內(nèi)的目標(biāo)。空中傳感器有助于美軍部隊(duì)監(jiān)視其駐地周圍的情況，而無(wú)須派出巡邏部隊(duì)。

海軍飛艇

1999年10月，美海軍研究機(jī)構(gòu)同科學(xué)與技術(shù)國(guó)際公司簽署了一項(xiàng)為期5年、價(jià)值5000萬(wàn)美元的合同，研究一種沿海地區(qū)空中傳感器一高超光譜傳感器系統(tǒng)。高超光譜傳感器系統(tǒng)能探測(cè)隱藏在樹(shù)葉之下的偽裝物或水下的物體。沿海地區(qū)空中高超光譜傳感器系統(tǒng)能分辨250條彩色光帶。而人的眼睛僅能分辨3條光帶。2003年美海軍使用該傳感器系統(tǒng)跟蹤了在佛羅里達(dá)州海岸附近游弋的30條鯨魚(yú)。美海軍還把沿海地區(qū)空中高超光譜傳感器系統(tǒng)安裝在P—3飛機(jī)和SH—60F直升機(jī)上，用來(lái)進(jìn)行反潛作戰(zhàn)的試驗(yàn)。

科學(xué)技術(shù)國(guó)際公司使用一種租用的61米長(zhǎng)的商用小型軟式飛艇，并安裝沿海地區(qū)空中高超光譜傳感器系統(tǒng)，在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行飛行展示。這些飛行展示一直受海軍空中系統(tǒng)司令部監(jiān)控。這樣海軍能夠繼續(xù)提供資金進(jìn)行飛艇的研究是很有希望的。

“9·11”事件之后，美國(guó)的本土防御壓力大增。監(jiān)視所有可能來(lái)自空中的威脅成為當(dāng)務(wù)之急，而以前不受美國(guó)重視的浮空雷達(dá)正因其探測(cè)范圍大、工作時(shí)間長(zhǎng)、可靠性高及優(yōu)良的效費(fèi)比而越來(lái)越受到美軍的青睞。可以預(yù)計(jì)，在不久的將來(lái)，會(huì)有越來(lái)越多的浮空雷達(dá)出現(xiàn)在美國(guó)的天空。

(張翔摘自2005年第6期《國(guó)際展望》)