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《科学24小时》

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电磁巨眼的第一次凝视——二战英德雷达对抗战例分析

2015-06-19 10:23:30

在二战爆发之后的大不列颠空战中,“本土链”雷达发挥了极为关键的预警、探测和引导作用,成为人类陆基对空雷达的鼻祖……

 

雷达——这只人类战争机体上的电磁巨眼,虽不是武器,却自诞生之日起就深刻改变了战争的面貌。它第一次凝望天空时,就让德国法西斯蜂群般涌向英伦三岛的轰炸机群无所遁形;它第一次俯视海洋时,便让被“狼群”战术撕咬得体无完肤的大西洋航线最终得以幸存。它不是二战中的明星,却在大不列颠空战和大西洋反潜战役中成为名副其实的主角;它从没上过战场,却比任何一名参战者更了解战线上的一举一动。二战中,英德两国围绕雷达展开的激烈交锋,可以说开创了现代电子战的先河,人类战争也由此步入了“隐匿者”和“发现者”的“零和游戏”。

很难说清“雷达之父”究竟是谁。有人说是德国人胡尔斯·梅耶,他在1904 年向公众展示了一台主要由无线电发射机和接收机组成的装置,能够发现3 千米以外的船只。可问题是,天气状况好的时候,人仅凭肉眼就能够发现至少十几千米外的船只。因而,这个装置最多也只能起到娱乐大众的作用了。英国人麦克斯韦发现了电磁理论基本公式,并于1864 年出版了著名的《电磁场动力学》,他应该被看作是所有能发射电磁波的设备之父吧。但真正的“雷达之父”,应该是英国人罗伯特·沃森·瓦特。他使用阴极射线管接收和显示无线电回波,其测量电离层高度的装置运行原理与雷达的作用原理基本吻合,并亲手打造了后来在大不列颠空战中立下大功的“本土链”早期预警雷达。

 

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>>“本土链”雷达的探测范围图。由图可见,该雷达网已严密覆盖英吉利海峡和东部海岸的各高度层

 

颇具特点的雷达之“链”

1936 年,英国人在本国东南海岸修建了5 部“沃森·瓦特”雷达,每部发射天线都有120 米高,接收天线也有80 米高,都是名副其实的庞然“巨眼”。这些巨眼的峰值功率高达350 千瓦,探测距离达到120 千米,至此,被称为“本土链”的雷达警戒链雏形已成。后来,英国人又研制了功率150 千瓦,用于中低空探测的补盲雷达,以及功率50 千瓦的车载低空补盲雷达站,这些雷达主要用于填补“沃森·瓦特”远程预警雷达在探测近距离低空目标时的盲区。1940 2月,英国伯明翰大学的研究人员发明了谐振腔式磁控管,这是能把电磁波入射能量放大几十倍的一种新装置(现在我们也把这东西安装在微波炉里用来加热食物)。经过这种技术改进的雷达,在50 千米的距离上成功地发现了飞行高度70 米以下的飞机。到1940 6 月,英国各型雷达站数量达到51座,基本形成了多层次严密的空中预警体系。

 

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>>“本土链”雷达发射塔阵列天线分布示意图

 

为了验证这些大家伙的工作性能,1938 5 月,英国皇家空军使用一部机载米波干扰机进行了一次试验。它们在“本土链”雷达上空采取了各种反干扰措施,这是电子战史上首次进行的雷达干扰与反干扰试验,也是雷达首次采取反干扰措施。干扰与反干扰技术的运用,在随后的实战中起到了至关重要的作用。1939 年,纳粹德国为查明英国的雷达部署情况和电磁频谱特征,派出一架携带高灵敏度测量设备的飞艇,飞往英国海岸。可是对于雷达而言,飞艇这个目标太大且飞行速度太慢了。弥漫的战争气氛和高度紧绷的神经使英国人早已判断出德国飞艇此次的行动意图,于是英国人下令雷达停止发射信号,结果使德国人无功而返。德国这次侦察虽然失败了,但却是空中电磁侦察的实战首秀。

 

经典的欧版“空城计”

1940 7 月开始,纳粹德国对大不列颠的战略空袭开始了,这就是臭名昭著的“海狮计划”。纳粹空军元帅戈林深知,要空袭英伦三岛,就必须首先摧毁其“本土链”雷达网。于是这5座雷达站的发射天线受到了“优待”。首轮密集轰炸过后,所有雷达的发射天线都被严重破坏,失去了电磁波发射功能,其中一部天线倒塌。此时,英国雷达预警体系几近崩溃。英国皇家空军的处境极其危险。然而,还没等纳粹高喊“希特勒万岁”的狂热劲过去,仅仅3 小时,他们发现这些巨眼又开始发射电磁波了。其实这跟奇迹一点边都挨不上,这只是英国皇家空军面临绝境时上演的一出“空城计”。此时发射相同频谱电磁波的,只是一些用作假目标的发射装置,不具备任何预警探测能力。

然而,这些假的电磁波信号却使纳粹德国深受刺激,以为“本土链”雷达在如此高强度的轰炸之下都没有受到严重破坏。即使部分被破坏,也可迅速修复。因此他们认为再对其实施打击已经没有意义了,于是这些雷达目标从最高待遇被迅速“拉黑”。“本土链”雷达终于可以获得宝贵的时间进行修复,并在整个大不列颠空战中得以保存下来,为英国人夺取战略主动权提供了保障。如此欧洲版“空城计”的经典创意,至今仍为军事学者们所津津乐道。

硬摧毁不成,德国雷达专家又想出了软压制的计策。1940 9 月,他们在法国加来附近的库普尔山上建立了一座地面雷达干扰站。干扰机的天线面向海峡对面的英国,发射功率达1000 千瓦,工作在“本土链”雷达使用的2250兆赫频段上,企图干扰“本土链”的雷达回波。但由于德国技术专家对“本土链”雷达的性能并未完全掌握,且这些雷达都安装了反干扰装置,操作人员又训练有素,因此德军这仅有的一个固定不动的干扰站,不可能完全破坏英国整个“本土链”雷达网的工作。纳粹的专家们一不小心又将一次很没面子的失败,作为首次雷达干扰作战行动载入了人类战争史册,标志着雷达对抗这一全新作战样式的诞生。

 

全天候的英伦之“链”

“本土链”雷达虽然只能提供20 分钟左右的预警时间,但随着地面引导雷达(GCI)以及平面位置显示器(PPI)相继研制成功,预警雷达又具有了新的功能。改进前的“本土链”雷达由于没有测距能力,因而只具备预警功能。大不列颠空战之初,“本土链”提供的目标位置精度要大于8 千米,飞行员升空以后,在这一目标精度范围内,只能在能见度晴好的白天发现目标并予以截击,而到了夜晚或者遭遇不良天候,则根本无法完成目标指示。改装后的地面引导雷达,可以实时通过平面位置显示器得出目标较精确的位置。实验证明,这种地面雷达引导战斗机截击的战法成功率达到90%以上,极大地减少了盲目起飞升空待战所带来的燃料和飞行员体力上的巨大消耗,在很大程度上弥补了飞机和飞行员数量不足的劣势。英国皇家空军也因此成为了世界上第一支全天候空军。纳粹德国轰炸机的战损率则从1940 12 月的0.5%提高到1941 5 月的7%,远远超出了德军的可承受范围。

 

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>>位于英国东海岸的“本土链”雷达典型配置方式,左侧为电波发射塔,3 座塔并排设置,是用于在塔间架设天线阵列,右侧为信号接收塔

 

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>>“本土链”雷达接收机工作间

 

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>>值班分队成员根据雷达回波信号及时做出空情预警

 

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>>“本土链”雷达机电解算装置

 

英、德两国之间围绕大不列颠空战的雷达对抗具备了电子战的基本元素,而且方法、手段灵活多样。雷达的首次运用,其投入之巨大,对抗之激烈,效果之显著都为世人所惊叹。雷达所具有的巨大军事价值和反雷达探测的巨大军事需求成为了电子对抗技术、战术发展的强大动力。在随后的战争过程中,纳粹德国的雷达技术加速发展,逐步超越英国,并给盟军随后针对德国本土的战略空袭造成了巨大损失。战后,美国、苏联等军事强国花费巨资投入反雷达隐身技术的研发,才有了今天多样化的隐身作战平台的出现。

“老兵不死”。雷达,这名经历过二战风雨洗礼的“老兵”,不但没有凋零,反而在现代信息化电子对抗的残酷搏杀中不断壮大,成为能真正洞悉一切的电磁巨眼。

 

大不列颠空战背景

19407月,法兰西战役结束,法国、荷兰、比利时、卢森堡、丹麦、挪威等国全都被德国征服,整个西欧只剩下英国还在抵抗。这时,希特勒向英国伸出了橄榄枝。希特勒认为英国在历史上一直是世界强国,殖民地遍布全世界,德国不一定征服得了。况且德国的主要敌人是苏联,对英国敲打敲打就可以了,只要英国表示不再与德国为敌,并且归还第一次世界大战时抢走的原德国殖民地,就可以与其签订和平条约。不料英国的新任首相丘吉尔是个硬骨头,压根没理希特勒那一套。丘吉尔在就职演讲中明确地说:“我们的政策就是用上帝赋予我们的所有力量,在陆地、海洋和天空,向人类历史上从来没有的黑暗罪恶势力战斗!”希特勒几次劝诱无效后,不由得恼羞成怒,下令制订入侵英国的计划,由此拉开了英德两国大不列颠空战的大幕。

 

零和游戏

博弈论的一个概念,指参与博弈的各方,在严格竞争下,一方的收益必然意味着另一方的损失,博弈各方的收益和损失相加总和永远为“零”,双方不存在合作的可能。







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