【翻译】奈基•赫克里斯防空导弹简介

译者说明

“奈基·赫克里斯”是美国在1950年代研发的一种防空导弹,可搭载核弹头或常规弹头,采用无线电指令制导,每个阵地只能同时发射一枚导弹。

这篇文章是美国陆军弹药/导弹中心与学校(Missile and Munitions Center and School)MMS-150课程的第一课,简要介绍了“奈基·赫克里斯”导弹系统。

英文原文见:

http://ed-thelen.org/MMS-150.html

更多相关信息可参考:

http://nikemissile.org/

本课程从整体上介绍了改进的“奈基·赫克里斯”(Nike Hercules)防空导弹系统,适合只需要对这一导弹系统有大致了解的人员。

一:课程简介

本课程从整体上介绍了改进的“奈基·赫克里斯”(Nike Hercules)防空导弹系统,适合只需要对这一导弹系统有大致了解的人员。

二:设计意图

a. 防空导弹系统的设计意图是通过探测并摧毁接近防御区域的敌方飞机和导弹,来慑止敌人,或尽可能削弱其攻击效果。这些系统必须能够在高空、高速,能在精确轰炸同时做规避机动的敌机空袭之下保卫战略区域。为拦截做规避机动的目标,防空导弹系统必须能在发射之后修正导弹轨迹。此外,导弹系统最好能保护自己免遭敌人的地面打击。

b. 改进的“奈基·赫克里斯”系统和“奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹(Anti-Tactical Ballstic Missile, ATBM)系统可以在其他勤务单位的支援下使用。例如,这两种系统都可以包含一套弹着点标定系统(Bomb Scoring System),它可以在模拟轰炸中,从轰炸航线开始直到投弹点,保持跟踪飞机。然后,根据已有数据,就可以计算炸弹的理论命中点。这样就可以在不实际投弹的情况下测量投弹精度。

三:事件序列

a. 改进的“奈基·赫克里斯”防空导弹系统和“奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统都使用了整合的雷达系统,来探测和跟踪接近防御区域的目标。另一套雷达系统用来引导导弹进行拦截,摧毁敌方目标。早期预警设施提供了正在接近的敌方目标信息,两套搜索雷达(Acquisition Radar)中的任意一套都可以连续地检测和监视远程目标。当检测到目标后,搜索雷达就可以向跟踪雷达提供方位角和距离。导弹跟踪雷达系统从导弹还在发射架上时就开始跟踪它,然后在飞行过程中连续跟踪,并向导弹发送操纵和爆炸指令。

b. 目标跟踪雷达和导弹跟踪雷达持续向一套计算机系统发送目标和导弹的位置。根据这些数据,计算机把发射所需的信息提供给火控军官(Battery Control Officer),并向导弹跟踪雷达发送操纵和爆炸指令,导弹跟踪雷达在导弹飞行期间把这些指令传送给它。“耐克·赫克里斯”导弹可以装备高爆弹头或核弹头(核弹头用于打击大的飞机编队,战术弹道导弹,或高价值地面目标)。

四:发展史

a. 随着进攻性导弹,和现代作战飞机的发展,传统的防空武器已经变得无效。已有的防御武器不太可能发生根本性变化,因此我们显然需要新的防御武器。在大量调查之后,导弹被认为是最有效的防御系统。

b. 我们可以从三种导弹制导方式中做出选择:寻的制导(homing)、驾束制导(beam rider)、指令制导(command guidance)。下面的(1)-(3)分别描述了这三种方式。

  • (1) 寻的制导系统通过锁定目标辐射或反射的能量进行制导,这可以是光、热、无线电信号、雷达反射信号。由于寻的制导系统锁定从目标上发射的能量,它离目标越近,收到的能量就越强,精度越高。
  • (2) 在驾束制导系统中,导弹必须在发射后,被一束指向目标的雷达波捕获。之后,导弹跟随这束雷达波前往目标。虽然让狭窄的雷达波束捕获导弹的难度较高,但这种系统可以在同时控制多枚导弹。
  • (3) 对于指令制导系统,地面导引设施向飞行中的导弹发送操纵信号。对于这种制导系统,地面导引设备必须复杂而精确,但一般而言,导弹上安装的一次性制导设备比寻的制导或驾束制导所需的更为简单。

c. 在分析三种制导系统后,研究人员决定,指令制导系统能更好地满足需求。根据期望,指令制导系统在面对快速,高机动飞机时更为有效,并能实现更大的射程。一项政府进行的研发项目最终研制了指令制导的“奈基·阿贾克斯”(Nike Ajax)防空导弹。

d. 虽然“奈基·阿贾克斯”系统能摧毁50000码(译者注:≈46km)外的飞机,在1952年,现代飞机更高的速度和机动性让“奈基·阿贾克斯”不再是有效的防御武器。因此,我们需要一种新型的导弹系统,它能够用一枚导弹,在更远距离上摧毁高空中的整个高速飞机编队。在大量研究后,人们发现,这种新型导弹需要比“奈基·阿贾克斯”的射程更远,速度更快,而且需要搭载核弹头。

e. 人们就在“奈基·阿贾克斯”导弹上搭载核弹头,以使其达到所需的毁伤效果的可行性进行了大量调研,并考虑更新“奈基·阿贾克斯”地面导引设备,使其获得更大的射程和更高精度。研究表明,对“奈基·阿贾克斯”的此种改装需要大量重新设计导弹,但只需要对地面导引设备进行少量改动。研究还表明,地面导引设备可以被改装为兼容发射和控制新型导弹的能力。这让“奈基·阿贾克斯”导弹可以被继续保留,用于在较短距离上打击单机目标。

f. 作为一种次要需求,新型导弹系统同样具备地对地能力。该系统需要能够打击远程地面目标,使用的导弹必须能够搭载核弹头。

g. 在1954年,相关研究结束之后,各承包商们被授权进一步发展这种新型导弹系统——命名为“奈基·赫克里斯”(Nike Hercules)防空导弹系统。这一系统更为强大,包括能在比“奈基·阿贾克斯”远得多的距离上拦截目标。

h. 在1956年,飞机、空地导弹、电子对抗(ECM)技术再一次进步。在更小,更快,更高,有电子对抗装备的目标面前,“奈基·赫克里斯”必须进行改进。“奈基”系统设计之初就能够在尽量小的修改下最大化性能提升。研究表明,基础的“奈基·赫克里斯”系统可以被再次修改,单凭加入一部新型高功率搜索雷达(High Power Acquisition Radar, HIPAR),无需对导弹本身进行任何改动,就足以应对1960年代的威胁。HIPAR雷达,加上一部新型目标测距雷达(Target Ranging Rada, TRR),足以应对预期的敌方电子干扰。在1958年,研究结束后,承包商们被授权开发改进的“奈基·赫克里斯”系统。这种改进的系统在美国本土部署,包含有/无HIPAR雷达的两种配置。没有HIPAR雷达的发射基地有一套辅助搜索雷达(Auxiliary Acquisition Radar, AAR),它是现有搜索雷达提高功率,增强反电子干扰能力而成。

i. 接下来,人们开始研究用已有导弹系统拦截敌方野战部队发射的战术弹道导弹的可行性。研究发现,只要对HIPAR雷达、计算机、显示系统、描图板进行改进,“奈基·赫克里斯”系统就能够拦截战术弹道导弹,载人飞机和空射导弹。研究结束后,承包商们被授权研发“奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统。

图1:地对空拦截模式。

五:应用

a. 改进的“奈基·赫克里斯”防空导弹系统主要用于拦截空对地导弹,和有电子对抗装备的高空高速现代飞机编队。它可以被有效用于保卫军事设施、工业中心、大城市,以及作为区域防御的第一道防线,例如远程早期预警线(Distant Early Warning, DEW),美国本土的东/西海岸。

b. 一个改进型“奈基·赫克里斯”阵地可以独立作战,或与其他防空部队联合作战。一系列改进型“奈基·赫克里斯”阵地也可以作为一个整合防空系统的子单位,其中的每套系统都被美国陆军防空指挥部(Army Air Defense Command Post, AADCP)监视和控制。

c. “奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统主要用于拦截作战飞机、空射导弹、战术弹道导弹,但它也可以用于打击地面目标。

图2:地面对低空目标模式。

六:任务模式

a. 改进型的“奈基·赫克里斯”系统有三种任务模式:地对空,地对低空,地对地。我们同时努力提供一些具有雷达弹着点标定能力的系统,以协助空军进行模拟轰炸。改进型的“奈基·赫克里斯”系统的能力见下文(1)~(4).

  • (1) 地对空模式(SA-AA,图1)。改进型的“奈基·赫克里斯”系统设计用于拦截高空中的轰炸机,或空射导弹。这一系统可以探测到超音速飞行的导弹。具备正常电子干扰能力,典型雷达反射面的轰炸机可以在比导弹更远的距离被探测到。“奈基·赫克里斯”导弹的最大速度超过任何已知载人飞机,或任何在大气层内飞行的导弹。
  • (2) 地对低空模式(SA-LA,图-2)。改进型的“奈基·赫克里斯”系统可以拦截低空目标。在这种情况下,导弹的火箭发动机较晚启动,以减小转弯半径。这让导弹得以更快到达低空。因此,导弹的打击范围能覆盖低空走廊。

    图3:地对地模式。
  • (3) 地对地模式(SS,图3)。改进的“奈基·赫克里斯”系统可以向地面目标投送核弹头。在这种模式下,导弹被制导至目标上方的一个空间参照点,然后地面导引站发送“俯冲”指令,让导弹垂直下落,命中目标。
  • (4) 雷达弹着点标定模式。改进的“奈基·赫克里斯”系统在执行雷达弹着点标定任务时,可以精确地描绘正在进行模拟轰炸的轰炸机航线,并标记投弹点,从而计算出理论弹着点,确定轰炸精度。

    图4:拦截弹道导弹的地对空模式。

b. “奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统同样有三种任务模式:地对空拦截飞机(A-A),地对空反导弹(A-M),地对地(S-S)。这一系统也可以像上面(4)中描述的那样,执行雷达弹着点标定任务。“奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统和改进型“奈基·赫克里斯”系统能够执行的任务相同,除了一个例外:它支持地对空反导模式,而非地对低空模式。当执行反导任务时,计算机可以预测来袭导弹弹道。系统将“奈基·赫克里斯”制导至拦截点,摧毁战术弹道导弹,正如图4所示。应当注意,当拦截远程弹道导弹时,有效射程将会下降。

图5:地对空任务模式示意图。

七:功能描述

a. 改进型“奈基·赫克里斯”系统。
  • (1)地对空任务模式。
    (a)在地对空模式(图5)下,两套搜索雷达都能检测和识别来袭目标。HIPAR雷达比LOPAR雷达(Low Power Acquisition Radar)的射程更远,因此它提供了更长的目标评估时间。同时,在探测战术弹道导弹时,HIPAR还覆盖了更大的高度区间。无论哪套雷达探测到目标,它都会将目标的方位角和距离传输给目标跟踪雷达。目标跟踪雷达操作员用这些数据捕获目标。在捕获目标后,目标跟踪雷达(Target Tracking Radar,TTR)持续向计算机传输目标的位置(高度角,方位角,距离)。如果敌人启动电子干扰,HIPAR和LOPAR雷达都可以使用反干扰显示(Anti-Jamming Display, ATJ),通过频闪线(Strobe Line)获取目标方位角。在这种情况下,目标方位角被传输至目标跟踪雷达和目标测距雷达(Target Ranging Radar, TRR),然后它们给计算机提供目标的距离、方位角、高度角数据。在得到目标位置后,计算机持续预测拦截点,并把拦截点的方位角传输给指定的某一枚导弹,作为陀螺仪的预设方位数据。在导弹发射后,导弹内的陀螺仪根据这一数据,自动将导弹调整至正确的姿态。导弹跟踪雷达锁定这枚还在发射架上的导弹,并在导弹升空后,不断向计算机传输导弹位置。同时,计算机不断向两套描图板提供数据,让火控军官决定最佳的发射时机。
    (b) 导弹发射后,并联的一级发动机为导弹提供初始推力,然后从导弹上分离。计算机系统不断根据两套跟踪雷达传来的目标和导弹位置,计算正确的导弹轨迹,然后通过导弹跟踪雷达向导弹发送操纵指令。在导弹即将到达拦截点时,计算机系统根据预先设定的时间间隔,自动通过导弹跟踪雷达向导弹发送起爆指令,让它在拦截点之前爆炸,这能最大化有效杀伤半径。

    图6:地对低空任务模式示意图。
  • (2) 地对低空模式(图6)。此时,搜索雷达、跟踪雷达、计算机系统的功能都和(1)中的常规地对空模式类似,唯一的不同是此时导弹采用爬升-俯冲轨迹。这种轨迹能减少地面回波对导弹跟踪雷达造成的影响。在这种任务模式下,计算机系统不断根据目标位置信息,计算一个位于目标上方的“替代瞄准点”。当导弹到达替代瞄准点的时间和俯冲到真实拦截点的时间相同时,计算机系统就向导弹下达指令,让它俯冲向真实拦截点。之后,计算机系统持续监视导弹,下达操纵指令,并在到达拦截点前几分之一秒时,发送起爆指令。从上方拦截目标的弹道能最大化爆炸杀伤范围。

    图7:地对地任务模式示意图。
  • (3) 地对地模式(图7)。此时不需要搜索雷达,因为目标方位已知。距离、方位角、高度角需要预先计算,并手工输入目标跟踪雷达,然后目标跟踪雷达不断向计算机输出这个恒定的目标位置。虽然计算机系统的作用仍然和(1)中的常规地对空任务模式类似,但导弹轨迹必须人工录入计算机。计算机根据轨迹,将导弹制导至期望的命中点上方某一点,然后向导弹发送俯冲指令,导弹根据指令,垂直向下俯冲,击中地面目标。在导弹接近地面时,计算机通过导弹跟踪雷达,向导弹发送起爆指令,但在这种任务模式下,起爆指令并不会立刻引爆导弹战斗部,而是解除弹头保险,并关闭导弹上的接收器,从而切断地面引导信号。起爆指令还会激活弹头上预先设定的气压引信,并让导弹横滚180°,以抵消气动控制面未对齐可能产生的影响。之后,导弹垂直向下俯冲,直到气压引信在目标上方预定高度引爆核弹头。

图8:地对空反导任务模式示意图。

b. “奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统
  • (1) 地对空模式。
    (a)在地对空,拦截飞机或导弹的任务模式下,两套搜索雷达都可以检测和识别来袭目标,但首选采用HIPAR雷达。搜索雷达把目标的方位角和距离传送给目标跟踪雷达,然后目标跟踪雷达操作员用这些数据捕获目标。之后,目标跟踪雷达持续向计算机发送目标位置(高度角、方位角、距离)。如果敌人启动电子干扰,可以通过HIPAR或LOPAR雷达的频闪线获取目标方位角。把目标方位角发送给目标跟踪雷达和目标测距雷达后,就能跟踪目标的距离、方位角和高度角。目标测距雷达的主要功能是在干扰强烈时向计算机提供目标的距离,而目标跟踪雷达负责获得目标的方位角和高度角。在得到目标位置后,计算机持续预测拦截点,并把拦截点的方位角传输给指定的某一枚导弹,作为陀螺仪的预设方位数据。在导弹发射后,导弹内的陀螺仪根据这一数据,自动将导弹调整至正确的姿态。导弹跟踪雷达锁定这枚还在发射架上的导弹,并在导弹升空后,不断向计算机传输导弹位置。同时,计算机不断向两套描图板提供数据,让火控军官决定最佳的发射时机。
    (b) 导弹发射后,并联的一级发动机为导弹提供初始推力,然后从导弹上分离。计算机系统不断根据两套跟踪雷达传来的目标和导弹位置,计算正确的导弹轨迹,然后通过导弹跟踪雷达向导弹发送操纵指令。在导弹即将到达拦截点时,计算机系统根据预先设定的时间间隔,自动通过导弹跟踪雷达向导弹发送起爆指令,让它在拦截点之前爆炸,这能最大化有效杀伤半径。
  • (2) 地对地模式。和改进型“奈基·赫克里斯”系统相同。

  • 图9:“奈基”阵地布局——典型的加固发射阵地。

八:阵地布局

a.  组成部分

改进型“奈基·赫克里斯”或“奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统的阵地分为三个区域:火控区域(Battery Control Area)、发射区域(Launching Area)、组装/勤务区域(Assembly and Service Area)(图9)。下面(1)~(3)简要介绍三个区域的功能。

  • (1) 火控区域。这个区域布置雷达引导中心(Radar Course Directing Central, RCDC),它由如下部分组成:搜索雷达、目标跟踪雷达、目标测距雷达、导弹跟踪雷达、计算机系统、附属设备。雷达引导中心的任务是:检测、捕获、跟踪目标;为火控军官提供决定导弹发射时机所需的信息;跟踪飞行中的导弹;向导弹发送操纵和起爆指令。火控军官的职责是:决定采用的任务模式、导弹、弹头种类;选择交战目标;下达准备发射和发射指令。
  • (2) 发射区域。这一区域布置“奈基·赫克里斯”与“奈基·阿贾克斯”导弹的发射架与控制设备,也可能只包含“奈基·赫克里斯”导弹的设备。这一区域的人员负责保持导弹处于就绪状态。
  • (3) 组装/勤务区域。这一区域布置组装、测试、加注燃料、储存导弹所需要的各种设施。
b. 空间布局

下面描述的改进型“奈基·赫克里斯”和“奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统是在美国本土(Continental United States, CONUS)布置的。下面(1)~(5)描述了一个典型的阵地布局,图示为图9.我们主要描述阵地布局的限制条件。

  • (1) 火控区域至少需要3.8英亩(译者注:≈1.5万平方米)的面积。最好在高地布置火控区域,以扩大雷达覆盖范围。发射区域最好位于火控区域前方,面朝主目标轴线(Primary Target Line)。主目标轴线是目标最有可能出现的方向,虽然导弹可以对任意方向的目标开火。发射区域可以灵活布置。例如,由于地形或土地产权问题,发射区域可能被布置在火控区域的后方或侧方。
  • (2) 受到不同区域间电缆长度的限制,发射区域离火控区域的距离通常不超过5200码(译者注:≈4.8km)。但如果增加电缆,或采用无线通信,这一距离可以增加至6000码(译者注:≈5.5km)。如果对计算机的视差电路(Parallax Circuits)进行修改,还可以让距离进一步增加。受导弹跟踪雷达的转动速度限制,火控区域和发射区域的距离至少应为约1000码(译者注:≈900m)。
  • (3) 火控区域中的导弹跟踪雷达(图9中的6)必须能直视发射区域中的导弹和目标模拟器(图9中的2)。导弹跟踪雷达也必须能直视发射区域内每一枚竖起的导弹(图9中的1)。
  • (4) 发射区域必须足够平整,并由易通行的道路和火控区域、组装/勤务区域联通。为了减少燃尽的一级发动机坠落造成的伤害,在发射区域前方应有一个无人居住的坠落区。
  • (5) 组装/勤务区域负责导弹的组装、测试、加注燃料和储存;因此它应当在发射区域附近。《陆军装备司令部条例》(Army Material Command Regultaion, AMCR)385-224条(先前的ORDM 7-224)详细规定了发射区域和组装/勤务区域之间的最小安全距离。这一距离根据采用的不同爆炸物和防护屏障而变化。

本节练习

1. 为什么研发“奈基·赫克里斯”导弹系统?
  • A. 增加射程和作战高度。
  • B. 应对战术弹道导弹的威胁。
  • C. 应对更先进的电子干扰技术。
  • D. 为了打击地面目标。
2. 如果敌人采取电子干扰,哪部雷达向计算机发送目标距离?
  • A. HIPAR雷达。
  • B. LOPAR雷达。
  • C. 目标跟踪雷达。
  • D. 目标测距雷达。
3. 导弹跟踪雷达的主要功能是什么?
  • A. 向计算机提供导弹和目标的位置;发送操纵和起爆指令。
  • B. 设置导弹陀螺仪;发送操纵和起爆指令。
  • C. 向计算机提供导弹和目标的位置之差;发送操纵和起爆指令。
  • D. 向计算机提供导弹的位置;发送操纵和起爆指令。
4. “奈基·赫克里斯”反战术弹道导弹系统的任务模式有哪些?
  • A. SA, SA-LA, SA-AM
  • B. SA-AA, SA-AM, SS
  • C. SA, SA-LA, SS
  • D. SA-AA, SA-AM, SA-LA
5. “奈基·赫克里斯”采用的是哪种制导方式?
  • A. 惯性制导。
  • B. 寻的制导。
  • C. 指令制导。
  • D. 驾束制导。
6. 改进型“奈基·赫克里斯”系统中,哪种雷达能提供最初的目标距离和方位角?
  • A. HIPAR和LOPAR雷达
  • B. 目标跟踪雷达和目标测距雷达。
  • C. HIPAR雷达、LOPAR雷达、目标跟踪雷达。
  • D. 只有目标测距雷达。
7. 在“奈基·赫克里斯”改进型和基本型相比,增加了哪些雷达?
  • A. HIPAR雷达和辅助搜索雷达。
  • B. 目标测距雷达、HIPAR雷达或辅助搜索雷达。
  • C. 目标测距雷达和LOPAR雷达。
  • D. 反战术弹道导弹和辅助搜索雷达。
8. 为什么火控区域和发射区域之间有最小距离限制?
  • A. 减少一级发动机坠落伤害。
  • B. 满足雷达直视的要求。
  • C. 避免超出导弹跟踪雷达的转动速度。
  • D. 由于3.8英亩的最小占地面积限制。
9. 什么决定了发射区域和组装/勤务区域之间的最小安全距离?
  • A. 可用土地面积。
  • B. ORDM 7-224.
  • C. 爆炸物和防护墙的种类。
  • D. 火控军官的规定。
10. 改进型“奈基·赫克里斯”阵地包含哪些区域?
  • A. 掩体、发射区域、组装/勤务区域。
  • B. 雷达引导中心、发射区域、掩体。
  • C. 火控区域、雷达引导中心、发射区域。
  • D. 火控区域、发射区域、组装/勤务区域。

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