空間環境對導彈部隊作戰的影響及對策研究

趙 芳 ,郭 軍

(中國人民解放軍 96301部隊,湖南 懷化 418000)

空間環境對導彈部隊作戰的影響及對策研究

趙 芳 ,郭 軍

(中國人民解放軍 96301部隊,湖南 懷化 418000)

導彈武器是現代戰爭的主戰兵器之一,空間環境的存在及發展變化與導彈部隊作戰有著密切的關系,對導彈及其武器系統的生存和作戰效果均有不可忽視的影響。該文探討了空間環境在導彈部隊作戰中的應用,分析了空間環境對導彈部隊作戰的影響,提出加強導彈部隊作戰空間環境保障的對策研究。

空間環境;導彈作戰;對策研究

1 引言

隨著現代高新技術的發展,在未來戰爭中,軍事對抗的重心和焦點正在向信息領域轉移,國際空間軍事化和空間攻防對抗已不可避免,戰場范圍已由地球延伸到空間,太空、空中、地面已構成一個無縫隙的作戰環境。空間環境武器是指運用現代科技手段,通過干擾或改變存在于我們周圍的各種地球物理場 (如電磁場、地震波場、重力場等),人為地制造地震、海嘯、暴雨、山洪、雪崩、熱高溫、氣霧等自然災害,改變戰場空間環境,配合軍事打擊,達到干擾、傷害、破壞或摧毀對方有生力量的目的。自古以來空間環境在國防建設和戰爭中就有著十分重要的作用。二戰中,美軍和德軍也都曾利用空間環境武器促使氣候發生變化,從而達到己方的軍事目的。隨著信息技術和氣象科學的飛速發展,空間環境的應用越來越受到人們的重視,也是當前各國軍事防御爭相研究的重要課題。廣袤的空間環境不僅對軍事技術發展提供了博大舞臺,也為武器裝備在空間環境的應用提供了新的領域,今后必將在未來戰爭中發揮巨大的作用。

2 導彈部隊作戰的空間環境保障

隨著空間技術的發展和戰爭形態的改變,作戰空間呈現出一體化的發展趨勢,國際空間軍事化趨勢越來越明顯。空間環境武器已充分融入到作戰計劃和作戰行動中,其特點在于：地球大氣層、離子層和磁層既是直接作用的對象,又是其組成部分。包括堵塞、干擾和破壞敵方通訊,改變戰區的氣候和生態環境摧毀對方的飛機、軍艦、潛艇、導彈、衛星甚至誘發地震、洪水和干旱等,所有這些都與空間環境特性緊密相關。

空間環境是除陸地、海洋和大氣以外人類生存的第四個環境,也是現代戰爭的“戰斗空間”。空間環境中所說的空間通常指地面上幾十公里高度以上的廣大宇宙區域。空間環境包含的內容多,所涉及的空間尺度大,遭受的變化復雜多樣。主要的空間環境要素有：中性大氣、電離層等離子體、地球基本磁場、高能帶電粒子 (太陽宇宙線、地球輻射帶、銀河宇宙線)和空間碎片、流星體等。

2.1 中性大氣

空間高層大氣的主要效應是對低地球軌道的飛行器 (包括導彈彈頭)產生阻力,從而使無動力飛行的空間飛行器軌道逐漸降低,直至隕落。導彈彈頭在被動飛行狀態下,因其軌道受到大氣阻力及其它軌道擾動力的作用,在某一時間段軌道高度或軌道周期發生變化,其變化率影響著軌道的隕落速度,高層大氣隨時空劇烈變化,因此在不同太陽活動水平、不同地磁指數和軌道條件下,軌道衰變率不同,對軌道壽命影響也不一樣。中、高層大氣參數特別是大氣密度對導彈突防系統的誘餌識別也非常重要。由于彈頭、誘餌的彈道系數不同,使誘餌很容易在高空被大氣層過濾而被識別,彈頭很快成為攻擊的主要目標,毀傷效果很可能成為零。所以不論是導彈武器系統的設計,還是導彈的發射和運行,都必須充分考慮高層大氣的效應。

2.2 電離層等離子體

電離層是空間天氣的重要組成部分,處在地面以上 60-1 000Km之間。電離層是對軍事通信、定位和導航產生影響的重要因素,主要通過對無線電波傳播的影響來實現。電離層等離子體對電波傳播的影響有：折射、反射、散射、吸收、閃爍和法拉第旋轉等。只有外界電磁波的頻率高于等離子體的集體振蕩頻率時,才能穿過等離子體,并在其中傳播,否則只能在等離子體的界面上產生反射。這些效應的結果是發生信號延遲、達到角改變,多徑效應、信號衰落和閃爍,從而影響導航定位精度,使通信質量降低,影響通信、導航、定位和測控系統的因素,在確定物體的位置時可產生幾千米的誤差。因此應該在通信、導航、定位和測控系統的設計中,考慮電離層等離子體對電波傳播的影響。

2.3 單粒子效應

單粒子效應是以單粒子方式轟擊微電子器件芯片,造成電子元器件,尤其是大規模、超大規模微電子器件產生單粒子翻轉、鎖定甚至燒毀等一系列效應。由一個帶電粒子例如宇宙線或質子產生的效應可分為兩類：軟錯誤和硬錯誤。軟錯誤是破壞性的,可以是存儲單元狀態的翻轉,狀態的鎖定或發生在 I/O,邏輯電路及其他電路的瞬間現象,也包括了中斷正常操作的狀態。硬錯誤可以 (不是必然)是電子裝置的物理損壞,而且是永久的效應。但單粒子事件通過電路、子系統和系統蔓延的問題也是很受關注的。一個部件的錯誤或失敗,能擴展到關鍵的發射單元,如影響發射的指令錯誤。因此,為確保導彈武器系統安全和正常工作,在導彈武器系統設計階段就必須對空間單粒子效應產生的電離輻射劑量給出預測,以便采用相應的器件、恰當的防護措施。

2.4 工改變局部空間環境

局部改變和利用空間環境,主要集中在人工改變電離層和利用空間環境實施高空核爆等。目前,美國空軍和海軍正在聯合實施“高頻活動極光研究計劃”(HAARP),是一個研究電離層加熱設備和空間天氣的科學計劃,可在電離層高度上形成直徑數十千米、厚數十米的電離層異常區。人工改變電離層對信息系統影響十分嚴重。高頻電波將全部穿透,使短波信息系統完全中斷;短波天波雷達因失去電離層反射目標信號而失效;定型遠程導彈彈道將產生嚴重誤差 (因其彈道只考慮正常電離層背景);局部異常電離層聚焦效應可增強對敵干擾信號的能量密度。空間核爆炸產生的強電磁脈沖,覆蓋范圍廣,頻譜范圍寬,對于空間環境和導彈武器系統將造成嚴重的毀傷或干擾,是信息戰中重要的打擊手段和防護對象。

3 空間環境對導彈部隊作戰的影響

在高技術條件下,現代空間戰逐漸成為太空、空中、陸地等多層空間的立體戰爭。作為戰場空間的氣候環境,對于戰爭的勝敗具有十分重要的影響。空中軍事裝備體系所形成的作戰能力,均受三維空間的影響,有時還會起決定性的作用,空間環境對武器裝備的特殊性、目標區、人員戰斗力以及戰法都起到重要作用。根據氣象學家估計,一個強雷暴系統的能量相當于一枚 250萬噸當量的核彈爆炸 .一次中等強度的臺風在幾小時內可攜帶 25億噸水移動數千公里。在未來信息化戰爭中,導彈武器裝備在突顯巨大威力的同時,也暴露出戰場適應性較差,對工作環境要求嚴格,易受空間環境和氣候條件的影響等弱點。從導彈武器的作戰使用來說,最核心的是其命中精度和生存問題,而空間環境又正是影響這兩個問題的重要因素。

3.1 影響導彈飛行安全

當導彈在大氣層內飛行時,其彈體和彈頭本身的結構材料均要受到空間環境的影響。一是高速飛行的彈頭和彈體,由于空氣與彈頭、彈體間的摩擦產生熱量,會使表面迅速升溫,使結構強度降低,彈頭承載能力下降,當增溫超過給定值時,可能使彈體、彈頭表面造成燒蝕。對于再入大氣層的彈頭來說,動力增溫的影響尤為嚴重,當動力增溫超過彈頭防熱層的耐受能力時,彈頭的防熱層將被燒蝕,嚴重時可使彈頭燒毀。二是彈頭再入大氣層以后,如果與云層、降雪和降雨等大氣中的水汽凝結物遭遇,除了受高溫、高壓氣流的燒蝕使材料強度大大降低外,又受到了云、雨、雪等云粒子和降水粒子的侵蝕,這種作用稱為天氣侵蝕。在燒蝕與侵蝕的耦合作用下,彈頭表面的防熱層可能會嚴重受損而變得粗糙不平,嚴重時可將導致彈頭解體而燒毀,從而喪失對目標的攻擊能力。1969年美國向阿拉斯加試驗場發射“民兵Ⅲ”導彈時,就因為碰上了降雪天氣,導致再入彈頭破碎,導彈自毀。

3.2 影響導彈武器突防

飛行彈道與空間環境對導彈武器突防的制約與影響作用明顯,主要表現在兩個方面：一是空間環境中的各種自然物理現象會影響導彈武器的正常工作。比如,爆發性的快速日冕質量拋射事件就可觸發磁暴,進而引起導彈內部電子器件的損壞;各種宇宙射線、高速粒子流、太陽風等也會對導彈武器的正常飛行造成不利影響。導彈彈頭再入大氣層時,將以 7 000m/s的速度與稠密大氣層發生劇烈摩擦,彈頭表面溫度可高達 5 000℃,產生燒蝕。在陰雨天氣中燒蝕比晴空天氣要大 70%以上。彈頭起爆的過載時間引信,是按照標準大氣密度值裝訂的,如果彈道再入段大氣密度值發生急劇變化,將會使彈頭爆高發生較大偏差因而使爆心投影點精度發生偏差,使爆炸能量有較大損失。可見,隨著空間環境在軍事上的應用,導彈武器在飛行彈道與空間天氣環境中遭敵攔截的威脅越來越大,導彈部隊作戰突防也將變得愈來愈難。

3.3 影響核毀傷效果

對核武器而言,空間環境對核武器的殺傷效應同樣有較大的影響。空氣密度大時,沖擊波殺傷半徑會增大,光輻射、早期核輻射則會減小。沖擊波在沿順風方向會增大動壓殺傷破壞半徑,沿逆風方向則相反。合成風向不僅決定放射性沾染的方向也決定沾染的區域面積,云層可反射和透射光輻射,云厚幾十米時,反射與透射大致相等。當云層達 1 000m時,反射接近最大,會使光輻射產生雙重殺傷力。霧可以耗損沖擊波的能量,阻擋部分光輻射,削弱早期核輻射。降水 (雨、雪)能減弱沖擊波、光輻射和早期核輻射,使放射性粒子沉降、減小沾染面積,但是加重沾染程度。

3.4 影響部隊人員心理

大氣環境可以影響參戰人員的適應能力及戰斗力,以及指揮員的作戰原則、戰術乃至戰略決策。信息化戰爭的大空間、大縱深、全領域的特點,決定了作戰地域及作戰環境的不確定性。不論是在北半球還是南半球,平原還是山地,叢林還是沙漠,陸地還是海洋,這些環境都有其特殊而客觀的天氣、氣候特點。某種氣象因素對部隊的威脅可能勝過一次猛烈的火力突擊,它能導致人體生理活動失調,產生疾病,甚至傳染病。海灣戰爭中,勞師遠征的多國部隊士兵適應不了沙漠地區強烈日射和高溫,發生中暑、熱痙攣現象,造成超常的非戰斗減員。

4 加強導彈部隊作戰空間環境保障對策研究

隨著武器裝備的發展和空中作戰能力及其作戰方式的變革,空中戰場作為導彈部隊運用的舞臺,呈現出高立體、大縱深、高實效、強信息化的特征。在未來信息化戰爭中空間環境的應用會出現新的趨向,如何充分利用空間環境,實施有效的作戰氣象保障,已成為當前氣象保障分隊研究的一項十分緊迫的任務。隨著各國戰略的不斷調整,未來空中武裝沖突會不斷加大,對于空中作戰環境的氣象保障也在不斷深入,氣象保障分隊應根據未來戰爭需求,在深入研究空間環境的基礎上,加強對策研究,為導彈武器作戰的空間天氣保障提供依據和手段。

4.1 加強導彈作戰目標區空間環境氣象研究,提高氣象保障實力

目標區空間天氣環境是導彈部隊完成作戰任務的條件,是其生存和作戰的首要基礎。導彈作戰陣地區域氣象環境保障主要體現在陣地建設上,應根據地理空間位置、氣候特點,圍繞陣地配置、機動能力、防護能力、隱蔽性能等方面進行有效的氣象保障。從空間環境的角度看,導彈發射應做到避開在高風速中起豎導彈;避開高溫時間段對液體導彈進行燃料加注;錯開危險天氣對導彈進行運輸、轉載等。以高新技術為基礎的氣象監測、分析和信息處理技術迅速發展,并逐步趨向于全覆蓋、精細化、立體化、自動化。導彈部隊未來的作戰環境必將是全新的態勢,因此氣象保障需要考慮的層面也不斷延深,不僅有常規的氣象保障,還要進行多角度,多層面的空間氣象保障,不僅有一對一的氣象保障,還要進行多時段的氣象保障。隨著人們對空間天氣認識的不斷深化,空間戰場環境已拓展到了太空,太空環境的氣象保障研究對于未來導彈發射及空中武器的使用以及空間的攻防體系建設具有十分重要的意義。

4.2 加強導彈作戰目標區氣象環境保障,提高導彈突防能力

準確的目標區信息是實現導彈打擊效果的根本保證。要根據歷史氣象資料,對目標區的氣候有一個綜合性的分析,對歷史氣象信息進行總結性統計,尤其要做好近期保障區空間天氣的氣象資料研究,給出關于氣壓、氣溫、濕度、地面空氣密度和空中云、降水、風、能見度等每個月的平均值或最高、最低值。由于目標區上空大氣層密度的偏差 (實際大氣密度與標準大氣密度的差異)會使爆高偏差達1 000m左右,并可使射程偏差達到 1 500～2 000m,進而嚴重影響打擊效果。因此搜集使用歷史統計資料等手段獲取目標區地面和高空的實測大氣密度,至少應使用最近連續年相應月份日觀測值計算的“月統計平均密度”。為提高彈頭在惡劣天氣環境下的生存能力和研制高性能的彈頭,要重視目標區 (特別是高緯度地區)天氣侵蝕環境的研究工作,及時獲取有關云雨、雪資料,研究各種云和降雨的微結構 (冰、雪、雨粒子的尺寸、粒子密度、質量密度)的分布規律。首先要利用各種先進的偵察手段,全面掌握目標區的地理環境信息,建立目標區地理環境、空間氣象環境信息系統,并根據目標地理環境、空間信息的變化,適時補充、修改和完善作戰系統,保證隨時為部隊指揮員提供準確的目標區地理環境和空間環境信息。并根據戰局發展、戰場變化和政治、外交等斗爭的需要,確定優先打擊順序,為部隊指揮員進行目標打擊決策提供可靠的氣象保障。

4.3 加強導彈作戰空間環境保障,提高導彈打擊效果

導彈武器空間環境保障的好壞,是導彈完成發射、飛行和打擊目標的重要基礎。首先,要全面掌握影響導彈武器發射、飛行和打擊目標的軍事地理空間環境因素 (信息),如發射點、目標點的數據地理位置,重力、磁力環境,空間惡劣氣象條件及其發生的時間等。其次,要重點把握高新技術兵器的使用可能給戰場環境帶來的變化,如偵察監視、電子干擾、核化生武器的使用等。最后,要綜合分析各因素對導彈武器運用的影響程度,結合戰場環境和作戰任務提出相應的對策和措施,確保導彈武器運用的打擊效果。

4.4 加強先進空間技術研究,為導彈作戰提供氣象保障決策分析

就目前情況而言,氣象資料的獲取有多種途徑,通過互聯網絡、新聞媒體、氣象預報機構等可以獲取全球的常規氣象資料和一些非常規氣象資料。然而,有一個需要特別重視的問題,就是戰時敵對交戰雙方對作戰區域的氣象資料都是進行封鎖的,因而大大增加了對目標區氣象信息獲取的難度。所以,必須盡可能地拓展多種手段獲取所需的氣象資料。其中,以氣象衛星為代表的遙感、遙測手段,在未來作戰氣象資料獲取中具有更重要的意義,最近幾場局部戰爭的氣象保障過程就證明了這一點。利用氣象參數,可以為作戰指揮提供輔助決策。隨著高技術信息武器的發展,在未來的作戰實踐中,氣象條件對作戰的影響也越來越大,例如,在巡航導彈作戰中,需要考慮整個巡航導彈飛行區域的空間氣象因素,考慮空中氣象諸要素對發射飛行安全、制導精度、命中效果的影響。所以,制定作戰計劃時氣象條件是導彈命中目標的重要因素。

4.5 加強空間氣象信息化建設,提高導彈抗干擾能力

高科技戰爭實踐證明,在未來空間天氣環境中,信息與能量相結合形成的信息化武器,將是決定對抗雙方勝負的基石。加強空間氣象信息化建設,適應復雜氣象環境下的氣象保障,提高導彈抗干擾能力,關鍵在于建立暢通、高效的空間信息流通體系,并保證體系的層次結構,特別是各子系統要不間斷信息來源,上上下下形成一個可靠的信息采集、處理、分析系統網絡。空間天氣的信息技術將是未來戰爭的勝負關鍵因素,因此在利用衛星通信、有線通信、無線通信等多種手段,完善空間天氣信息網絡的同時,還要增強空間天氣環境信息的收集研究。首先要建立覆蓋面寬、有針對性地空間天氣信息綜合系統,提高空間天氣的氣象信息化建設,以保障武器在空間發揮最大的效能。二是利用空間天氣信息系統,保證武器裝備在空間環境飛行的安全可靠,提高武器的機動性和抗毀性。三是積極探索復雜空間天氣環境中的氣象信息保障研究,對氣象信息在戰時容易受擾、泄漏等問題進行有針對性的研究,減少空間電子、電磁干擾,為指揮機關、為武器裝備抗打擊提供可靠的信息保障平臺。

5 小結

對空間環境與導彈部隊作戰相互影響的研究表明,空間環境是導彈部隊作戰中信息保障的重要支持因素,也是空間環境武器的重要利用與參與對象。因此,應充分認識空間環境及其對導彈部隊作戰的影響,掌握影響空間環境變化的主要因素與變化規律,加強對策研究,從而有效地利用空間環境效應,為導彈部隊作戰服務,為“控制空間”奠定基礎。

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1003-6598(2010)增刊-0125-04

2010-09-10

趙芳 (1955-),女,高工,主要從事軍事氣象工作。