2015年7月30日 星期四

飛彈問路,牧童遙指(II)--指揮導向

飛彈問路,牧童遙指(II)--指揮導向
    前文提到了飛彈應用的導向方法,在刺激端的感測來源可分成自體、自然、及電磁感測三大類。需注意飛彈系統對導向方式選擇必以作戰任務訴求為取向,絕不會自限於一招一式。
本文現要介紹的是第三種感測方式,為電磁波感測,它是飛彈導向應用中最普遍、最多變的方式,係利用電磁波作為媒介物以建立目標與彈體本身的關連;具體來說就是利用感測器感應來自目標回波或目標系統的主動電磁發射源來做為飛彈導向的依據。
飛彈系統的電磁感測應用經50年的發展,將所應用到的電磁波領域範圍開發得極廣,從一般定義的無線電波、雷射波乃至於光波都有著墨的痕跡,也因此不同頻率範圍也依各自的物理特性衍生出不同的應用領域。它之所以演進出非常豐富的內容,就是由於反飛彈的一方也為求反制而同步發展出相對抵制的對抗技術,如此而陷入反制--反反制的研發循環。然而,電磁波頻率領域的開疆拓土充其量不過是工程師們善用能量頻譜"自然資源"而已,更重要的還是如何利用電磁感測技術發展出的安全合宜的飛彈導向方式。
依不同的角色扮演,應用到電磁波導引的方式也五花八門,我們可以將它們歸類成(1)指揮導引(command guidance)(2)乘波導引(beam riding guidance)(3)歸向導引(homing guidance)等方式。本文及後續還會一一介紹其應用利弊得失及範圍;表達的觀點不免有一己主觀判斷,看的人也別太認真就好。
(1)指揮導引  簡單地說就是我們活老百姓說的'遙控',在週邊系統迴路中操縱的人要用兩個感測器分別獲得彈體與目標位置與運動關係的資料,經計算後發出飛彈修正指令給彈體的控制系以改變攔截航路。在飛彈的歷史裡,最早的導引方式就是憑著地面遙控載彈的無人飛機攻擊目標,在指揮導引的流程中用人眼@@感測彈與目標的關係,其修正量計算靠人腦和手眼協調,再用無線電指揮飛彈運動,整個過程與現在恐怖份子或---全台玩遙控飛機的傢伙並無二致。台灣曾服役達30年的勝利女神/力士型飛彈(Nike)的系統運作沒有改變,只是把人判斷彈及目標的關係的量測及計算改為聯結計算機的飛彈追蹤雷達及目標追蹤雷達而已,如圖一。
圖一中這類導引系統內的各個分系統間的資料鍊結或偵測可以各種可用且安全的電磁訊號傳遞,甚至合併;像是短程地對空羅蘭飛彈(Roland)的目標追蹤器及飛彈追蹤器便是用同一追蹤雷達。
通訊安全及保證應該算是指揮導引的架構中最要害的環結,因為敵人或環境一旦截斷了任一分系統(若認為此也是網路的一種關係,可稱每一分系統為節點)間資料鏈結部份,則整個飛彈攻擊便告失敗!我再以我國的勝利女神高空攔截飛彈為例(下圖二),由於她的射程達140海浬、昇限達45000呎之遙,彈體愈接受目標意味著她離指揮指令及發射源愈遠,電磁信號必然愈弱而易被敵人或環境干擾反制;後來國人熟知的我國現役主力SAM愛國者飛彈有所謂的TVM(track via missile;詳後註解)導引架構應就是修正這個訊號環境缺陷。
然而指揮導引也有它存在的優點,系統將感測、運算、及下達指令都歸在可重覆使用的週邊系中,彈體簡單化,如此一來降低彈體成本、提昇飛彈可靠度,在週邊確保沒戰損的前提下,使用這類設計是較能延緩戰爭燒錢速度的。我國的愛國者飛彈買的不便宜,可能加上了政治JJ,但本質上它的彈體應不致此….口說無憑,算我沒說.
下面應用的五種指令傳遞方式目的不外乎都是為了使該飛彈在行進中確保指令的安全傳達,我儘可能以例子說明:
1)   無線電/雷達指揮導向
納粹德國有種空對地的HS-293飛彈,發射後飛行員以目視評斷飛彈至目標的差距而以遙控手柄---你說搖桿也行,下達無線電指令。英國的短劍(Rapier)飛彈以搜索雷達配合敵我識別追蹤目標(一般為反艦飛彈),飛彈則以背景對比的電視追蹤彈燄構成整個指揮導向體系。後者也有用紅外線追蹤尾燄的例子。另外福克蘭戰役中當時英艦較進步的海狼系統(Sea Wolf)是用一具脈波都卜勒雷達同時追蹤彈及目標(反艦飛彈),電子干擾下近接時也可用電視接管。再如今天"主動"導引中程空對空飛彈如天劍二型、AIM-120MICA等的中途導引,都是藉由載機的雷達分時傳遞目標資料給飛彈的接收器做差量修正,以協助飛彈尋標器(也是雷達)飛向利於"開眼"的彈道,這個階段的資料鏈動作也是雷達指揮導向的方式之一。各位看到這裡可以思量一下,在指令傳達愈遠愈不可靠的條件下,你們若還想充分利用較佳夠好的追蹤目標資源,最好的妥協方法該是利用在短程近接武器、頂多用於飛彈中途導引上;而用於全程指揮之用的NIKE(美製)SA-6(俄製;就是在1973年第三次以阿戰爭揚名立萬,又迅即在1982年貝卡山谷全軍覆沒的遠距防空飛彈)的防空飛彈設計時有其時代背景及技術限制,在今天的電子反制環境下早經不起考驗而陸續淘汰了。
2)   導線指揮導向(線導)
既然指令傳遞的鏈路非常重要,用無線電波永遠無法擺脫電子干擾的威脅,於是便有人想到直接用訊號線指揮飛彈以提供指令傳遞的完全保證。我們最耳熟能詳的莫過於歷史悠久的美國拖式飛彈了,但始祖仍還是納粹,他們發展出來的X-4X-7都來不及上戰場。後來法國發展出第一代的反坦克飛彈談不上發揚線導的優點,操作者得自己將目標、飛彈及光學瞄準的視線調整成一直線。拖式飛彈的年代將飛彈追蹤改採紅外線(尾燄)感測並應用計算機計算彈與目標關係,使得操作者只要透過光學持續瞄準目標就可以了。這個演進獲得很大的成功,拖式飛彈(圖三)在研發階段便因越戰吃緊匆促上陣,然因高命中率而快速成名,現已為線導飛彈的代表;另一著名範例是HOT,而我國在民國60年代的昆吾飛彈好像也是線導的,不敢確定。
然而使用導線指揮導引飛彈有許多的設計限制:
1.   長度受到限制;頂多4公里,再長則線的自重、供線機構等操作性的問題可能會浮現。
2.   目視瞄準受天候限制。尤其現代野戰戰場,處處都有蚩尤造霧.
3.   要求跡近直射,無越地障能力。(but,這個限制現也非絕對,有種光纖的線傳飛彈被當成有導引能力的迫炮,硬就有越地障能力,見後文)
4.   橫越水面有短路的顧慮,導線若作更好的絕緣,單位重量不變下長度勢需說縮減。(光纖線導的那種就沒問題,TOW-III好像也有抵抗短路的方法,但還有待上網求證)
5.   限於導線張力強度及離架安全,飛彈速度無法太高(約上達1馬赫),無法收動能穿甲之利。
6.   無法射後不理;這對於需暴露並停留於射擊線上的線導飛彈操作人或直昇機最為不利。
上列的線導飛彈的操作缺陷倒也不會一成不變,圖四後面擺的那隻有四條長翼的是一種使用光纖做線導控制的反戰車飛彈,不同於拖式的直線射擊,它能在掩避處發射,在較高處利用登高望遠的優勢尋獲目標:利用彈前的攝影機透過光纖的高傳輸能力下傳"實況轉播",由射手按圖索驥指揮飛彈俯衝攻擊。這種飛彈的設計構想一舉解決大部份線導飛彈的限制問題。
3)   電視指揮導向
這種方式顧名思義就是將攝影機裝在飛彈上,即時實況轉播目標現況回傳載機,由射擊者透過電視螢光幕持續瞄準目標。因為飛機投彈後不需要利用機上裝備鎖定目標,這種指揮導向算是最早發展的射後不理(fire and forget)型式系統,只要符合載機武器官能持續收看節目就可邊脫離目標區邊完成任務了。除了上面提到的光纖線導飛彈外,早年我國接收的AGM-65B型小牛飛彈彈頭好像就是電視指揮導向的飛彈,這該不是全天候層次的飛彈,天候能見度(雲霧加上夜間)等的限制對這種導引方式的推廣發揚應是很不利的。可見光的電視導引如此,若更廣義地將紅外光成像的指揮導引納入,那這種特戰特好用的導引方式可確保全程收看到高價值點目標命中的畫面,波灣戰爭F-117丟出的第一枚對地導引炸彈(我們也別太計較導引炸彈與飛彈間那點點小小的動力來源差異啦!)就讓全世界一看再看.
總之,指揮導向在飛彈系統的應用上有其特定價值,但除短程外已不太容易看到完全倚賴此種單一導引技術的系統了。有關電磁波感測所衍生的導向技術還有乘波導向和歸航導向兩類,欲知後事如何,且聽下回分解。
註:TVM(TRACK VIA MISSILE)有點難顧名思義,這種導引方式混合一半半主動導引和一半雷達指揮導引。以愛國者為例,相位陣列雷達標定(照射)目標後給飛彈離彈前初始導向指示,飛彈發射後雷達持續照明目標並給飛彈導向指令,直到此時整個系統仍在一標準的雷達指揮導引階段;一俟飛彈能接收到來自目標的回波(相位雷達所照明發出的),彈內就將目標資訊回傳到地面運算單元,由後者依飛彈回傳訊息及照明資料算出修正值,繼續指揮飛彈。這種系統的飛彈有雷達半主動歸向導引愈接近目標回波愈強的優勢而又可省略許多修正運算所需編配的高價裝備。蘇俄最令人生畏的全空域防空飛彈S-300也是應用這種方式執行中途導引任務。有關雷達半主動歸向導引的方法及運用在後續本blog中會再介紹到。

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