书城科普《物理知识篇》(上)(科普知识百科全书)
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第11章 奇妙的电与磁(8)

按雷达所在的位置来分。有地面防空雷达,用于警戒敌方侵袭;机载雷达,它能搜索地面防空雷达所看不到的目标,而且不易遭到敌方袭击;舰载雷达,它的个头虽小,但“能力”很强,被称为是“特种雷达”。此外,还有专门为天气预报服务的气象雷达等等。

以上这些雷达的性能和特点,都是用控制天线电磁波束的空间扫苗运动得到的。因此,掌握电磁波的辐射特性和有关的规律,是了解雷达特定功能进而使用雷达为人类服务的关键。

遥感技术

在古代神话中,齐天大圣孙悟空能知道遥远地方发生的事。隋。可是,你知道吗?在我们现实生活中也有这种神通广大的家伙,这就是遥感技术。什么是遥感技术呢?它就是不直接与目标物接触而通过利用电磁波信号远距离感知目标及其性质和状态的一项新兴技术。

遥感技术于19世纪问世。早在1839年,人类就利用它获得了第一张照片,1858年法国人首次乘气球在巴黎上空进行了空中摄影实验,到1903年发明了飞机之后,航空摄影迅速地发展起来。1957年第一颗人造卫星升空时,人们把遥感装置装在了卫星上,开始出现了从宇宙空间进行无线电侦察和探测的方法,从此遥感技术进入了实用阶段,成为一种综合性的探测技术。美国战略通信卫星就是通过现代化的无线电仪器设备,来感知远方军事目标真相的。

到20世纪60年代以后,遥感技术又应用到了国民经济的各个部门,如农林、水文、地质、海洋、测绘、环境保护、工程建设等许多方面。1972年美国发射了第一颗地球资源卫星,人们通过电磁波手段,首次完整地看清了地球的全貌,获得了极其丰富的地物资料。随着空间技术的发展,人类通过遥感技术从宇宙中得到了很多宝贵的资料。这说明人类通过遥感技术对未知领域的勘测和探索,进入了一个新的阶段。

我们所说的遥感技术的原理是怎么回事呢?大家知道,地球上所有的物体都能辐射电磁波,通过遥感器接收来自物体的电磁波,再通过光学和电子技术处理后,从中了解物体的状态和性质,进而获取有关的信息。

遥感系统是一个团结的集体,成员有:遥感器、遥感平台、信息传输设备和信息处理设备。其中最重要的是遥感器,它的主要任务是感受来自目标的电磁波信息,通常由高分辨率照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪等担任。遥感平台是用来安装遥感器的。信息传输设备是完成遥感平台与地面物体之间信息传递工作的。信息处理设备是对所接收封的信息进行处理的地方,主要有图像处理设备、彩色合成仪和电子计算机等。

遥感系统这个大家庭是可以分类的。按遥感器载体不同可分为:地面遥感、航空遥感、航天遥感;按工作原理不同可分为:主动遥感和被动遥感;按遥感方式不同可分为:可见光遥感、红外遥感、紫外遥感、微波遥感等。无论怎样分类,每一类遥感系统在捕获远方信息方面,都具有很大的威力,特别是航天遥感技术更是占尽风光,很多国家的军事情报都是通过航天遥感技术获取的。到20世纪80年代中期,世界各国共发射了3000多颗人造卫星,其中70%以上直接或间接地应用在军事上,上面装有各种遥感器,能对地面环境进行连续不断地侦察和监视。可见光遥感分辨率很高,可以清楚地了解到地面上的物体;红外遥感可昼夜工作并能识别地面上的伪装物;多光谱遥感更是优越,它同时具有可见光遥感和红外遥感的全部优点;微波遥感分辨率更高,它能穿过云雾、植被和地表,在从侦察卫星上获得的照片中,能够清楚地看出机场跑道、滑行中的飞机、导弹发射架等军事目标,还能区分坦克和车辆的类型。概括起来说,它们的共同优点是:侦察范围广,不受地理条件的限制,发现目标迅速准确等。大家看,遥感的本领是不是很了不起啊!

其实,遥感所能做的工作还有很多。比如,遥感技术应用于武器制导上,可以大幅度提高命中精度。遥感技术应用于探测来袭的战略弹道导弹,能够提供25分钟的预警时间。遥感技术应用于军事侦察和军事测绘,能够减少飞机和舰艇的导航误差,从而提高作战效果。遥感技术应用于地质方面,可以进行全球性地质现象的研究,有利于寻找新的矿物资源,还可以对地震、火山等情况进行预报,还能对沙土移动以及河口演变等提供详细的资料。遥感技术应用于海洋水文方面,能为寻找地下水提供线索,还可以测量海水的深浅,为发展海洋事业提供依据。遥感技术应用于农林方面,可以进行大面积农情调查,掌握灌溉、排涝、施肥、除虫的时机”,以便采取相应的措施,还可以估算森林资源,测量土质和牧草情况,为发展农牧业创造条件。遥感技术应用于环境监测方面,可以观察大气污染情况,帮助寻找污染源,检查植被的损坏情况等,以便更好地采取措施,保护生态环境。

事实上,通过遥感技术所获得的不同信息往往是重叠在一起的。这就必须研究目标的电磁特性,掌握电磁波与地、物作用的一般规律,才能从遥感图像上准确地获得更多有用的资料。

今后,遥感技术的发展趋势是:从被动遥感向被动遥感与主动遥感相结合的方向发展;从单一电磁波遥感向多波种相结合的遥感方向发展;从半天候遥感向全天候遥感方向发展;从定性遥感向定量遥感的方向发展。随着时间的推移,伴随着科学的不断进步和深入发展,遥感技术将变得越来越不同凡响!

反辐射导弹

前面已经说过,在现代战争中雷达的作用是非常重要的,在敌机到来之前,利用雷达辐射的电磁波就可以捕捉到飞机的踪影,提前对它进行攻击。只要对方的炮弹一出炮膛,雷达就可以根据炮弹的飞行路线计算出对方炮阵地所在的位置,不等第二发炮弹射出,就可以摧毁对方的炮阵地。因此,雷达在战斗中起着“千里眼、顺风耳”的作用。

为了更好地隐蔽自己,以便保证取得战争的胜利,各国都在争先研制对付雷达的有效办法。在第二次世界大战期间,汉堡大空袭就是一例。当时英国使用了“扬沙迷眼”的战术,利用金属箔片干扰敌方雷达的正常工作,使德军找不到侦察的目标,反而自己乱作了一团。

在20世纪60年代,美国军队入侵了越南。在开始阶段,美军的飞机经常被越南的防空火力击落,美军采用了多种方式打击越南的防空火力据点,但都无济于事。这是因为美军的飞机一出现,便被越南的雷达所发现,于是便先发制人,提前攻击了美军的飞机,造成了美军飞机的很大伤亡。当美军了解到这一情况以后,便不惜血本把刚研制成功的世界上第一种对付防空雷达的反辐射导弹“百舌鸟”投入了战场,结果取得了成功,这些“百舌鸟”把越南的许多雷达都“啄瞎”了。越南的雷达“瞎”了,就好像“千里眼”没有了眼睛,“顺风耳”没有了耳朵,什么也发现不了,美军的飞机便可无忧无虑地进攻越南了。

这种“百舌鸟”反辐射导弹虽然有一定的威力,但也有它的缺点。主要是在设计原理上针对雷达的型号不同,发射的电磁波信号也不同。事实上,“百舌鸟”的弹头前面有13种可替换的导引头。一种导引头对付一种型号的雷达,一旦对方的雷达型号变了,“百舌鸟”的导引头就得改变,这就增大了作战的难度。另外,如果对方的雷达关了机,这些“百舌鸟”

就像没有了眼睛的鸟一样,乱飞乱碰,结果还是找不到目标。因此,在越南战争后期,越军抓住这些破绽,使用不同型号的雷达组成了防空网,使“百舌鸟”难以捕捉到目标,尤其是当雷达发射的电磁波信号可以髓时改变时,“百舌鸟”更是六神无主,不知东南西北地疲于奔命。

为了解决这种对“百舌鸟”极为不利的情况,美军又研制出了第二代反辐射导弹“标准”。这种“标准”与“百舌鸟”相比,性能提高了很多,它仅用两种导引头便可对付所有型号的雷达。而且它还装有具有记忆功能的装置,即使对方的雷达关机了,“标准”还能记着它的位置,仍能找到雷达,这就大大提高了它的攻击能力。在第五次中东战争中,以色列利用“标准”导弹和电子干扰器相结合,一举摧毁了叙利亚布置在贝卡各地的雷达网。接着以色列的飞机犹如人无人之境,仅用6分钟就消灭了19个防空导弹营,而以色列的飞机却一点损失都没有,这次“标准”可以说是大显神通了。

很快美国又研制出了第三代反辐射导弹“哈姆”。它只用一个导引头便可对付所有型号的防空雷达,而且还可以自动改变导引头性能来对付以后可能出现的各种防空雷达。“哈姆”不是发现雷达就不管,“三七二十一”地乱炸一通,而是先仔细地辨认一番,专找那些厉害的雷达先打,提高了打击的力度。而且它还采用了无烟发动机,不容易被发现。1986年,美军空袭利比亚时,美军使用了“哈姆”攻击利比亚的雷达,说打哪就打哪,百发百中。

在20世纪90年代的海湾战争中,美军使用“哈姆”和英军使用的“阿拉姆”一起,使伊拉克的绝大部分防空雷达遭受厄运,而以美国为,首的多国部队的飞机却很少被击落,创造了世界战争史上的奇迹。

在第三代反辐射导弹中,美国的“哈姆”和英国的“阿拉姆”性能类似,它们都可以直接攻击雷达,也可以用伞降的方式攻击雷达。伞降攻击就和跳伞运动员差不多,当对方的雷达已经关机而导弹不能直接攻击时,这时发射出的导弹先爬高到预先选定的地区高空,然后熄灭同时打开降落伞,慢慢地下落寻找目标。当发现目标后,便扔掉降落伞,沿着一个斜坡式的路线向目标攻击,这样它便具有更强的隐蔽性和突然性,使被攻击者有一种“天兵天降”的感觉,让雷达防不胜防。

今后,反辐射导弹的发展将从单一的空中对地面,发展为空中对空中,空中对舰艇,地面对空中,地面对地面等,而且杀伤能力和抗干扰能力将会更强,飞行的距离也会更远。反辐射导弹将在未来的战争中发挥更大的作用。

准确制导

看过《大闹天宫》的人,一定对孙悟空大战二郎神的场面记忆犹新!孙悟空的金箍棒和二郎神的三尖两刃刀都能远离主人,自己在空中打斗,好像它们都长上了眼睛。在古代,这种神奇的场面只能出现在神话传说中。随着时代的前进和科学技术的发展,人们已经将神话变成了现实,这就是现代战争中制导技术的出现和制导武器的问世。

制导技术就是用电磁波信号对远程高速运动物体的运动方向进行控制和导引技术的简称。

制导技术最先应用于炸弹上,装有制导装置的炸弹,叫做制导炸弹。它与普通炸弹相比,具有很多独特的优点:其一,轰炸精度高,与普通炸弹相比,轰炸精度提高了十多倍;其二,直接命中目标率高,有的实战命中率可高达80%以上。

制导技术的进一步应用是在现代导弹技术上。1944年6月13日,一架不明国籍的“飞机”撞人英国伦敦,发出一阵猛烈的爆炸声后,楼房倒塌很多,市民死亡无数。这是什么“飞机”呢?英国空军经过侦察,终于发现:它是一种外形很像飞机,无人驾驶、能自控飞行和导向目标的新型秘密武器。这就是世界上第一枚制导导弹,即纳粹德国于1942年研制成功的V-I型导弹。

那么,人们是如何使武器达到制导效果的呢?具体的办法很多,比如,有雷达制导、红外制导、电视制导、激光制导等等。相比之下,激光制导的优点更多一些,它在制导技术中占据着主导地位。有的制导武器采用高精度制导系统,直接命中率很高,我们称其为精确制导武器。已经投入使用和正在研制的激光制导武器有激光制导炸弹、空对地导弹、空对地反坦克导弹、火箭弹、防低空导弹等,这些都属于精确制导武器系列。下面我们以激光制导为例,扼要介绍一下精确制导的原理和方法。

激光制导,通俗地说就是利用激光来控制导弹的飞行并导向目标。具体有三种方式:激光波束制导、半主动式激光制导、全主动式激光制导。

激光波束制导,是由激光照射器发射激光束对准并跟踪目标,导弹在飞向目标的过程中始终保持在激光束中心。如果导弹偏离了这个中心,安装在弹体尾部的激光接收器便会发出偏差信号,然后通过控制系统来纠正弹道偏差。这种制导方式要求激光束和导弹发射方向严格配合,技术难度较大,但整个系统小巧轻便,适合单兵使用。这是目前研制较成功的一种制导方式,主要用于防低空导弹。

半主动式激光制导,是利用装在地面或飞机上的激光照射器,向目标发射激光束(指示目标),目标表面反射的激光信号由安装在弹体头部的目标寻的器(即激光接收器)接收,然后通过控制系统将导弹或弹丸引向目标。这种制导方式多用于对付地面目标的激光制导系统中,如激光制导炸弹、空对地导弹、空对地反坦克导弹、激光制导炮弹等等。半主动式激光制导方式的机动性和灵活性都比较大,它也是目前研制较成功的一种激光制导方式。

全主动式激光制导;是将激光照射器和目标寻的器都装在弹上。由激光照射器向目标发射激光,目标寻的器接收目标反射回来的激光信号,再通过弹上的控制系统将导弹引向目标。这是一种比较理想的制导方式,特别适用于末制导,但目前发展尚不成熟。

以上三种激光制导方式,它们共同的优点是:命中精度高、抗干扰能力强、结构简单、成本低。未来战术武器都将沿着普遍采用精确制导的方向发展,而激光制导由于具有上述优点,因此是一种非常有效的精确制导手段。原有的各种制导方式(光学制导、红外制导、无线电制导等)的近程武器,都可以辅之以或改换成激光制导。

先进的制导武器是取得战争胜利的一个重要条件。1991年海湾战争中,美国“爱国者”

导弹成功地拦截并摧毁伊拉克的“飞毛腿”导弹就是一个典型的例子。“爱国者”导弹是美国地空导弹的第四代,1980年服役,海湾战争中首次实战应用。它的制导体制先进,采用了指令与半主动寻的复合制导方法,提高了制导精度和抗干扰能力,同时又有一个先进的预警和引导系统,实战中单发命中率在90%以上。而伊拉克的“飞毛腿”则是前苏联20世纪60年代研制的第二代出口型地对地中程技术导弹,制导及其他技术都比“爱国者”落后了整整两代,而且抗干扰能力差,体积大,速度慢。因此,虽然伊拉克先后发射了80多枚“飞毛腿”

导弹,但有60多枚被“爱国者”导弹摧毁。最后伊拉克以失败告终自然也就在情理之中。