空间环境对导弹部队作战的影响及对策研究

赵 芳 ,郭 军

(中国人民解放军 96301部队,湖南 怀化 418000)

空间环境对导弹部队作战的影响及对策研究

赵 芳 ,郭 军

(中国人民解放军 96301部队,湖南 怀化 418000)

导弹武器是现代战争的主战兵器之一,空间环境的存在及发展变化与导弹部队作战有着密切的关系,对导弹及其武器系统的生存和作战效果均有不可忽视的影响。该文探讨了空间环境在导弹部队作战中的应用,分析了空间环境对导弹部队作战的影响,提出加强导弹部队作战空间环境保障的对策研究。

空间环境;导弹作战;对策研究

1 引言

随着现代高新技术的发展,在未来战争中,军事对抗的重心和焦点正在向信息领域转移,国际空间军事化和空间攻防对抗已不可避免,战场范围已由地球延伸到空间,太空、空中、地面已构成一个无缝隙的作战环境。空间环境武器是指运用现代科技手段,通过干扰或改变存在于我们周围的各种地球物理场 (如电磁场、地震波场、重力场等),人为地制造地震、海啸、暴雨、山洪、雪崩、热高温、气雾等自然灾害,改变战场空间环境,配合军事打击,达到干扰、伤害、破坏或摧毁对方有生力量的目的。自古以来空间环境在国防建设和战争中就有着十分重要的作用。二战中,美军和德军也都曾利用空间环境武器促使气候发生变化,从而达到己方的军事目的。随着信息技术和气象科学的飞速发展,空间环境的应用越来越受到人们的重视,也是当前各国军事防御争相研究的重要课题。广袤的空间环境不仅对军事技术发展提供了博大舞台,也为武器装备在空间环境的应用提供了新的领域,今后必将在未来战争中发挥巨大的作用。

2 导弹部队作战的空间环境保障

随着空间技术的发展和战争形态的改变,作战空间呈现出一体化的发展趋势,国际空间军事化趋势越来越明显。空间环境武器已充分融入到作战计划和作战行动中,其特点在于：地球大气层、离子层和磁层既是直接作用的对象,又是其组成部分。包括堵塞、干扰和破坏敌方通讯,改变战区的气候和生态环境摧毁对方的飞机、军舰、潜艇、导弹、卫星甚至诱发地震、洪水和干旱等,所有这些都与空间环境特性紧密相关。

空间环境是除陆地、海洋和大气以外人类生存的第四个环境,也是现代战争的“战斗空间”。空间环境中所说的空间通常指地面上几十公里高度以上的广大宇宙区域。空间环境包含的内容多,所涉及的空间尺度大,遭受的变化复杂多样。主要的空间环境要素有：中性大气、电离层等离子体、地球基本磁场、高能带电粒子 (太阳宇宙线、地球辐射带、银河宇宙线)和空间碎片、流星体等。

2.1 中性大气

空间高层大气的主要效应是对低地球轨道的飞行器 (包括导弹弹头)产生阻力,从而使无动力飞行的空间飞行器轨道逐渐降低,直至陨落。导弹弹头在被动飞行状态下,因其轨道受到大气阻力及其它轨道扰动力的作用,在某一时间段轨道高度或轨道周期发生变化,其变化率影响着轨道的陨落速度,高层大气随时空剧烈变化,因此在不同太阳活动水平、不同地磁指数和轨道条件下,轨道衰变率不同,对轨道寿命影响也不一样。中、高层大气参数特别是大气密度对导弹突防系统的诱饵识别也非常重要。由于弹头、诱饵的弹道系数不同,使诱饵很容易在高空被大气层过滤而被识别,弹头很快成为攻击的主要目标,毁伤效果很可能成为零。所以不论是导弹武器系统的设计,还是导弹的发射和运行,都必须充分考虑高层大气的效应。

2.2 电离层等离子体

电离层是空间天气的重要组成部分,处在地面以上 60-1 000Km之间。电离层是对军事通信、定位和导航产生影响的重要因素,主要通过对无线电波传播的影响来实现。电离层等离子体对电波传播的影响有：折射、反射、散射、吸收、闪烁和法拉第旋转等。只有外界电磁波的频率高于等离子体的集体振荡频率时,才能穿过等离子体,并在其中传播,否则只能在等离子体的界面上产生反射。这些效应的结果是发生信号延迟、达到角改变,多径效应、信号衰落和闪烁,从而影响导航定位精度,使通信质量降低,影响通信、导航、定位和测控系统的因素,在确定物体的位置时可产生几千米的误差。因此应该在通信、导航、定位和测控系统的设计中,考虑电离层等离子体对电波传播的影响。

2.3 单粒子效应

单粒子效应是以单粒子方式轰击微电子器件芯片,造成电子元器件,尤其是大规模、超大规模微电子器件产生单粒子翻转、锁定甚至烧毁等一系列效应。由一个带电粒子例如宇宙线或质子产生的效应可分为两类：软错误和硬错误。软错误是破坏性的,可以是存储单元状态的翻转,状态的锁定或发生在 I/O,逻辑电路及其他电路的瞬间现象,也包括了中断正常操作的状态。硬错误可以 (不是必然)是电子装置的物理损坏,而且是永久的效应。但单粒子事件通过电路、子系统和系统蔓延的问题也是很受关注的。一个部件的错误或失败,能扩展到关键的发射单元,如影响发射的指令错误。因此,为确保导弹武器系统安全和正常工作,在导弹武器系统设计阶段就必须对空间单粒子效应产生的电离辐射剂量给出预测,以便采用相应的器件、恰当的防护措施。

2.4 工改变局部空间环境

局部改变和利用空间环境,主要集中在人工改变电离层和利用空间环境实施高空核爆等。目前,美国空军和海军正在联合实施“高频活动极光研究计划”(HAARP),是一个研究电离层加热设备和空间天气的科学计划,可在电离层高度上形成直径数十千米、厚数十米的电离层异常区。人工改变电离层对信息系统影响十分严重。高频电波将全部穿透,使短波信息系统完全中断;短波天波雷达因失去电离层反射目标信号而失效;定型远程导弹弹道将产生严重误差 (因其弹道只考虑正常电离层背景);局部异常电离层聚焦效应可增强对敌干扰信号的能量密度。空间核爆炸产生的强电磁脉冲,覆盖范围广,频谱范围宽,对于空间环境和导弹武器系统将造成严重的毁伤或干扰,是信息战中重要的打击手段和防护对象。

3 空间环境对导弹部队作战的影响

在高技术条件下,现代空间战逐渐成为太空、空中、陆地等多层空间的立体战争。作为战场空间的气候环境,对于战争的胜败具有十分重要的影响。空中军事装备体系所形成的作战能力,均受三维空间的影响,有时还会起决定性的作用,空间环境对武器装备的特殊性、目标区、人员战斗力以及战法都起到重要作用。根据气象学家估计,一个强雷暴系统的能量相当于一枚 250万吨当量的核弹爆炸 .一次中等强度的台风在几小时内可携带 25亿吨水移动数千公里。在未来信息化战争中,导弹武器装备在突显巨大威力的同时,也暴露出战场适应性较差,对工作环境要求严格,易受空间环境和气候条件的影响等弱点。从导弹武器的作战使用来说,最核心的是其命中精度和生存问题,而空间环境又正是影响这两个问题的重要因素。

3.1 影响导弹飞行安全

当导弹在大气层内飞行时,其弹体和弹头本身的结构材料均要受到空间环境的影响。一是高速飞行的弹头和弹体,由于空气与弹头、弹体间的摩擦产生热量,会使表面迅速升温,使结构强度降低,弹头承载能力下降,当增温超过给定值时,可能使弹体、弹头表面造成烧蚀。对于再入大气层的弹头来说,动力增温的影响尤为严重,当动力增温超过弹头防热层的耐受能力时,弹头的防热层将被烧蚀,严重时可使弹头烧毁。二是弹头再入大气层以后,如果与云层、降雪和降雨等大气中的水汽凝结物遭遇,除了受高温、高压气流的烧蚀使材料强度大大降低外,又受到了云、雨、雪等云粒子和降水粒子的侵蚀,这种作用称为天气侵蚀。在烧蚀与侵蚀的耦合作用下,弹头表面的防热层可能会严重受损而变得粗糙不平,严重时可将导致弹头解体而烧毁,从而丧失对目标的攻击能力。1969年美国向阿拉斯加试验场发射“民兵Ⅲ”导弹时,就因为碰上了降雪天气,导致再入弹头破碎,导弹自毁。

3.2 影响导弹武器突防

飞行弹道与空间环境对导弹武器突防的制约与影响作用明显,主要表现在两个方面：一是空间环境中的各种自然物理现象会影响导弹武器的正常工作。比如,爆发性的快速日冕质量抛射事件就可触发磁暴,进而引起导弹内部电子器件的损坏;各种宇宙射线、高速粒子流、太阳风等也会对导弹武器的正常飞行造成不利影响。导弹弹头再入大气层时,将以 7 000m/s的速度与稠密大气层发生剧烈摩擦,弹头表面温度可高达 5 000℃,产生烧蚀。在阴雨天气中烧蚀比晴空天气要大 70%以上。弹头起爆的过载时间引信,是按照标准大气密度值装订的,如果弹道再入段大气密度值发生急剧变化,将会使弹头爆高发生较大偏差因而使爆心投影点精度发生偏差,使爆炸能量有较大损失。可见,随着空间环境在军事上的应用,导弹武器在飞行弹道与空间天气环境中遭敌拦截的威胁越来越大,导弹部队作战突防也将变得愈来愈难。

3.3 影响核毁伤效果

对核武器而言,空间环境对核武器的杀伤效应同样有较大的影响。空气密度大时,冲击波杀伤半径会增大,光辐射、早期核辐射则会减小。冲击波在沿顺风方向会增大动压杀伤破坏半径,沿逆风方向则相反。合成风向不仅决定放射性沾染的方向也决定沾染的区域面积,云层可反射和透射光辐射,云厚几十米时,反射与透射大致相等。当云层达 1 000m时,反射接近最大,会使光辐射产生双重杀伤力。雾可以耗损冲击波的能量,阻挡部分光辐射,削弱早期核辐射。降水 (雨、雪)能减弱冲击波、光辐射和早期核辐射,使放射性粒子沉降、减小沾染面积,但是加重沾染程度。

3.4 影响部队人员心理

大气环境可以影响参战人员的适应能力及战斗力,以及指挥员的作战原则、战术乃至战略决策。信息化战争的大空间、大纵深、全领域的特点,决定了作战地域及作战环境的不确定性。不论是在北半球还是南半球,平原还是山地,丛林还是沙漠,陆地还是海洋,这些环境都有其特殊而客观的天气、气候特点。某种气象因素对部队的威胁可能胜过一次猛烈的火力突击,它能导致人体生理活动失调,产生疾病,甚至传染病。海湾战争中,劳师远征的多国部队士兵适应不了沙漠地区强烈日射和高温,发生中暑、热痉挛现象,造成超常的非战斗减员。

4 加强导弹部队作战空间环境保障对策研究

随着武器装备的发展和空中作战能力及其作战方式的变革,空中战场作为导弹部队运用的舞台,呈现出高立体、大纵深、高实效、强信息化的特征。在未来信息化战争中空间环境的应用会出现新的趋向,如何充分利用空间环境,实施有效的作战气象保障,已成为当前气象保障分队研究的一项十分紧迫的任务。随着各国战略的不断调整,未来空中武装冲突会不断加大,对于空中作战环境的气象保障也在不断深入,气象保障分队应根据未来战争需求,在深入研究空间环境的基础上,加强对策研究,为导弹武器作战的空间天气保障提供依据和手段。

4.1 加强导弹作战目标区空间环境气象研究,提高气象保障实力

目标区空间天气环境是导弹部队完成作战任务的条件,是其生存和作战的首要基础。导弹作战阵地区域气象环境保障主要体现在阵地建设上,应根据地理空间位置、气候特点,围绕阵地配置、机动能力、防护能力、隐蔽性能等方面进行有效的气象保障。从空间环境的角度看,导弹发射应做到避开在高风速中起竖导弹;避开高温时间段对液体导弹进行燃料加注;错开危险天气对导弹进行运输、转载等。以高新技术为基础的气象监测、分析和信息处理技术迅速发展,并逐步趋向于全覆盖、精细化、立体化、自动化。导弹部队未来的作战环境必将是全新的态势,因此气象保障需要考虑的层面也不断延深,不仅有常规的气象保障,还要进行多角度,多层面的空间气象保障,不仅有一对一的气象保障,还要进行多时段的气象保障。随着人们对空间天气认识的不断深化,空间战场环境已拓展到了太空,太空环境的气象保障研究对于未来导弹发射及空中武器的使用以及空间的攻防体系建设具有十分重要的意义。

4.2 加强导弹作战目标区气象环境保障,提高导弹突防能力

准确的目标区信息是实现导弹打击效果的根本保证。要根据历史气象资料,对目标区的气候有一个综合性的分析,对历史气象信息进行总结性统计,尤其要做好近期保障区空间天气的气象资料研究,给出关于气压、气温、湿度、地面空气密度和空中云、降水、风、能见度等每个月的平均值或最高、最低值。由于目标区上空大气层密度的偏差 (实际大气密度与标准大气密度的差异)会使爆高偏差达1 000m左右,并可使射程偏差达到 1 500～2 000m,进而严重影响打击效果。因此搜集使用历史统计资料等手段获取目标区地面和高空的实测大气密度,至少应使用最近连续年相应月份日观测值计算的“月统计平均密度”。为提高弹头在恶劣天气环境下的生存能力和研制高性能的弹头,要重视目标区 (特别是高纬度地区)天气侵蚀环境的研究工作,及时获取有关云雨、雪资料,研究各种云和降雨的微结构 (冰、雪、雨粒子的尺寸、粒子密度、质量密度)的分布规律。首先要利用各种先进的侦察手段,全面掌握目标区的地理环境信息,建立目标区地理环境、空间气象环境信息系统,并根据目标地理环境、空间信息的变化,适时补充、修改和完善作战系统,保证随时为部队指挥员提供准确的目标区地理环境和空间环境信息。并根据战局发展、战场变化和政治、外交等斗争的需要,确定优先打击顺序,为部队指挥员进行目标打击决策提供可靠的气象保障。

4.3 加强导弹作战空间环境保障,提高导弹打击效果

导弹武器空间环境保障的好坏,是导弹完成发射、飞行和打击目标的重要基础。首先,要全面掌握影响导弹武器发射、飞行和打击目标的军事地理空间环境因素 (信息),如发射点、目标点的数据地理位置,重力、磁力环境,空间恶劣气象条件及其发生的时间等。其次,要重点把握高新技术兵器的使用可能给战场环境带来的变化,如侦察监视、电子干扰、核化生武器的使用等。最后,要综合分析各因素对导弹武器运用的影响程度,结合战场环境和作战任务提出相应的对策和措施,确保导弹武器运用的打击效果。

4.4 加强先进空间技术研究,为导弹作战提供气象保障决策分析

就目前情况而言,气象资料的获取有多种途径,通过互联网络、新闻媒体、气象预报机构等可以获取全球的常规气象资料和一些非常规气象资料。然而,有一个需要特别重视的问题,就是战时敌对交战双方对作战区域的气象资料都是进行封锁的,因而大大增加了对目标区气象信息获取的难度。所以,必须尽可能地拓展多种手段获取所需的气象资料。其中,以气象卫星为代表的遥感、遥测手段,在未来作战气象资料获取中具有更重要的意义,最近几场局部战争的气象保障过程就证明了这一点。利用气象参数,可以为作战指挥提供辅助决策。随着高技术信息武器的发展,在未来的作战实践中,气象条件对作战的影响也越来越大,例如,在巡航导弹作战中,需要考虑整个巡航导弹飞行区域的空间气象因素,考虑空中气象诸要素对发射飞行安全、制导精度、命中效果的影响。所以,制定作战计划时气象条件是导弹命中目标的重要因素。

4.5 加强空间气象信息化建设,提高导弹抗干扰能力

高科技战争实践证明,在未来空间天气环境中,信息与能量相结合形成的信息化武器,将是决定对抗双方胜负的基石。加强空间气象信息化建设,适应复杂气象环境下的气象保障,提高导弹抗干扰能力,关键在于建立畅通、高效的空间信息流通体系,并保证体系的层次结构,特别是各子系统要不间断信息来源,上上下下形成一个可靠的信息采集、处理、分析系统网络。空间天气的信息技术将是未来战争的胜负关键因素,因此在利用卫星通信、有线通信、无线通信等多种手段,完善空间天气信息网络的同时,还要增强空间天气环境信息的收集研究。首先要建立覆盖面宽、有针对性地空间天气信息综合系统,提高空间天气的气象信息化建设,以保障武器在空间发挥最大的效能。二是利用空间天气信息系统,保证武器装备在空间环境飞行的安全可靠,提高武器的机动性和抗毁性。三是积极探索复杂空间天气环境中的气象信息保障研究,对气象信息在战时容易受扰、泄漏等问题进行有针对性的研究,减少空间电子、电磁干扰,为指挥机关、为武器装备抗打击提供可靠的信息保障平台。

5 小结

对空间环境与导弹部队作战相互影响的研究表明,空间环境是导弹部队作战中信息保障的重要支持因素,也是空间环境武器的重要利用与参与对象。因此,应充分认识空间环境及其对导弹部队作战的影响,掌握影响空间环境变化的主要因素与变化规律,加强对策研究,从而有效地利用空间环境效应,为导弹部队作战服务,为“控制空间”奠定基础。

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P49

B

1003-6598(2010)增刊-0125-04

2010-09-10

赵芳 (1955-),女,高工,主要从事军事气象工作。