細說防空與壓制防空

張亦馳

俄軍伊爾-20偵察機疑遭以色列F-16戰機利用而被敘利亞軍方S-200防空導彈擊落后，敘利亞上空劍拔弩張，火藥味漸濃。俄羅斯短時間內向敘利亞交付了3套S-300地空導彈武器系統，而以色列則宣稱可能動用F-35摧毀敘利亞的S-300。雙方都號稱要戳破對方武器的神話，對此也有很多紙面上的分析。實際上，現實交戰中，防空作戰和壓制防空作戰十分復雜，一個細微的技術差異或者戰術運用的不同，都可能導致截然不同的結果。鑒于S-300和F-35的很多技術和戰術細節尚未公開，我們根據公開的資料，通過俄羅斯“立方體”防空系統和蘇-27系列戰機之間的對抗，一窺防空作戰和壓制防空的細節。

附表：“立方體”防空導彈系統主要技戰術性能

性能不俗的“立方體”

2K12“立方體”（北約代號：SA-6）是一種履帶式機動的全天候近程、中低空野戰防空導彈武器系統，主要用于攻擊亞音速和跨音速飛機。該系統研制于上世紀50年代末，60年代中期裝備部隊，1967年11月在蘇聯閱兵式上首次公開亮相。根據俄方資料，迄今為止該導彈系統生產了600套以上，導彈產量超過10000枚，在演習和測試中發射了4000枚導彈。

蘇軍的地空導彈部隊基本火力單元為營（西方為連），一營套的“立方體”最核心的裝備除了1部1S91系列制導雷達以外，就是4部3聯裝P25系列履帶式發射車，配備3M9系列導彈。

立方體使用的1S91 制導雷達。下部為1S11 搜索雷達，上部為1S31 照射跟蹤雷達。1S31 雷達通過一個天線實現了連續波照射和目標的單脈沖跟蹤，設計比較巧妙

蘇聯時代先后研制了多個“立方體”改進型，先后發展了出口型“立方體”E（對外稱為“正方形”），2K12M“立方體”M、2K12M1“立方體”M1、2K12M3“立方體”M3、2K12M3S“立方體”M3S（未服役）、2K1 2M3A“立方體”M3A（未服役）和2K1 2M4“立方體”M4。當然，俄羅斯時代對“立方體”還提出了多個升級方案。

上述改進型中，1971年研制成功的出口型提高了在熱帶條件下工作的可靠性，但是抗干擾能力略有下降，算是人們常說的“猴版”。1968年開始研制的“立方體”M提高了抗機動目標能力，可擊中5～6g過載的機動目標，殺傷區低界從100米降低到50米。

1973年服役的“立方體”M1增大了殺傷區范圍和雷達抗干擾性能，為了對付“百舌烏”反輻射導彈，其雷達具備“間斷操作能力”。俄方資料未說明這種間斷操作具體是什么意思，但并非是用于對付多目標的“間斷照射”技術。

1976年底服役的“立方體”M3使用的導彈得到改進，速度由600米/秒提高到700米/秒，能夠抗擊8g機動的目標，并可尾追射擊300米/秒的目標。同時傷區近界減小，單發殺傷率提高了10%～15%

1978年2K12M4“立方體”M4服役。該防空系統又被稱為“山毛櫸-1”，它使用了與“立方體”M3相同的1S91M3雷達系統，能夠控制4輛P25M3和1輛“山毛櫸”系列防空導彈使用的9A38發射車并且制導3M9和“山毛櫸”的9M38導彈。9A38發射車也能攜帶3M9導彈，并且由其攜帶的9S35照射雷達提供照射。由于增加了一部照射雷達，其能夠同時對付2個目標。

“立方體”系列防空系統的性能如附表。除了射程外，另外一個與距離有關的參數也要清楚，即防空系統的最大航路捷徑。航路捷徑是目標飛行速度在地面的投影與陣地（制導雷達）的距離。比如說，目標航線延長線直接穿越雷達陣地上空，其航路捷徑就是零。根據不同型號，“立方體”系統的最大航路捷徑是15～18公里。

有的資料，例如英文版的維基百科稱“立方體”的制導方式為中段指令加末段半主動雷達制導的復合制導方式，其實這是一個謬誤。“立方體”作為第一代半主動雷達制導的防空導彈系統，它采用的是典型的全程半主動雷達制導方式。同時代的基本型“霍克”同樣采用全程半主動雷達制導。“霍克”的英文“HAWK”（港臺地區譯為“鷹”式）實際上是“全程自導引殺傷彈（HomingAll the Way Kiler）”的縮寫。

關于半主動雷達制導，其基本原理并不復雜：地面連續波照射雷達照射目標，裝在導彈上的接收機（半主動雷達導引頭）接收目標反射電磁波，用以確定目標的坐標和運動參數，形成控制信號并送給自動駕駛儀，操縱導彈按照一定的導引規律飛向目標。

1S91 雷達內部。其中橘紅色的顯示器應該是用于顯示搜索雷達信息的空情顯示器

行軍狀態的1S91 雷達

西方媒體繪制的“立方體”工作示意圖，但該圖并不準確，導彈并沒有下行數據鏈，且導彈波束應很寬

可能很多人并不了解的是，除了接收目標的反射波以外，導彈本身還要接受來自照射雷達的基準信號。目標反射信號由導彈的圓錐掃描天線接收，地面發射機直達信號則由導彈尾部的天線接收，兩路信號分別經過混頻中放，由差頻得到多普勒頻率，送到速度門。半主動雷達制導的導彈尾部天線接受的通常是來自旁瓣的雷達信號，由于只是一個用于獲取多普勒信息的基準信號，所以不像早期指令制導雷達那樣專門配備指令天線。盡管旁瓣電平較低，由于是尾部天線直接接受，其信號強度也足夠了。

當然，導彈接收機向遠離發射機的方向運動，其后部接收的信號頻率與發射信號頻率之間有一個與導彈速度相對應的多普勒頻移，但由于并不需要導彈接收機速度門得到代表目標真實速度的絕對多普勒信號，采用相對參考信號對系統的工作沒有影響。

采用連續波雷達照射的優點是，設備很簡單，發射頻譜很窄。由于發射頻譜很窄，使得信號的微波預選、濾波等都簡單了，信號處理也容易了。第二個優點是發射機的峰值功率一般和平均功率相當，不需要承受太大的峰值功率，更容易實現大功率照射。

另外，1978年服役的“立方體”M4能同時對付兩個空中目標，有分析據此認為它采用了“間斷照射技術”。實際上，正如上面介紹的，“立方體”M4型的制導雷達是與“立方體”M3相同的1S91M3，其照射制導能力并無大的提高。不同的是發射裝置，除了配備4部2P25M3發射車以外，還配備一輛為“山毛櫸”研制的9A38發射車，而9A38發射車是自帶照射雷達的。這種設計是俄羅斯技術人員考察了貝卡谷地之戰后做出的應對措施。技術人員發現一旦1S91被擊毀，整個導彈連就成了“廢鐵”，于是為“山毛櫸”的每部發射裝置安裝了照射雷達，這就大大提高了同時對付目標數量。而“立方體”M4實際上是“山毛櫸”（BUK、北約SA-11）研制遇到困難后的應急方案，所以這個型號又被稱為“山毛櫸”-1。要知道采用了無源相控陣雷達的蘇35以間斷照射模式也只具備同時發射制導2枚半主動雷達型的R-27攻擊2個目標的能力。

戰果方面，該系統可謂有喜有憂。成名戰是1973年的第四次中東戰爭，在18天的戰爭中，“立方體”擊落了41架以色列戰機，此外還有數十架己方戰機（因為敵我識別不太好使）。成也中東，敗也中東。1982年的貝卡谷地之戰，19個敘利亞的薩姆-6導彈營被團滅，而且一架以色列有人駕駛飛機也沒擊落。

不過，“立方體”并未就此一蹶不振。1981年西撒哈拉戰爭，“立方體”擊落了2架摩洛哥皇家空軍的“幻影”F1。1983年8月，利比亞1架圖-22轟炸機被乍得軍隊的“立方體”伏擊擊落。1991年1月19日，一架美空軍F-16在空襲巴格達時被擊落。科索沃戰場中“立方體”再展雄風。有資料顯示，該防空系統擊落多枚“戰斧”巡航導彈。另外，北約一架“狂風”和美國空軍一架F-16被“立方體”擊毀。

從血淋林的戰果來看，對“立方體”確實不能輕敵，無論是美式、俄制或者是歐版，無論是空優戰機還是對地攻擊機，一旦落了單被伏擊，都是極其危險的。

充滿奇思妙想的雷達

討論一套大中型防空導彈系統，必須要了解其制導雷達，這從很大程度上決定了其能力。

“立方體”采用一部1S91制導雷達。現在很多人都在炒作“雙波段”的概念，1S91實際上就是一部“雙波段”雷達。這是一部“二合一”的機械掃描雷達，實現了同時進行搜索、跟蹤、照射的功能。正是設計師把一系列奇思妙想和簡單粗暴的技術綜合在一起，才成就了這樣一部偉大的雷達。

這套制導雷達由兩大部分組成。一部分是位于下層的1S11圓周搜索雷達，采用了矩形拋物面天線。它采用了上下兩套潰源，以產生兩個波束，覆蓋較寬的俯仰角。兩個潰源分別工作在4.9～5Ghz（下潰源，位于C波段）和6.5～6.75GHz（上潰源，位于c波段）。上潰源是一個單獨的喇叭形潰源，形成低仰角垂直極化波束，用來搜索低空目標;下潰源由三個喇叭組成，形成高仰角垂直極化波束，用以搜索中、高空目標。在下潰源下方還有一個敵我識別器的偶極天線，與探測天線共用一個反射體。1S11的天線波束寬度為1度（方位角）X20度（高低角），所以測高能力較差。天線轉速最快為20轉/分，也就是每3秒一圈更新一次目標數據。

另外一部雷達是位于1S11搜索雷達上方的1S31跟蹤照射雷達。這部雷達設計上也很講究。它擁有兩個波道，一個是單脈沖跟蹤波道，一個連續波照射波道，兩個波道共用一個天線，采用直徑2.06米的圓形的拋物面卡塞格倫天線。兩個波道的頻率略有不同，連續波照射波道頻率較高，但都在X波段范圍內。

為什么要設計兩個波道呢？這還要從連續波雷達的特性說起。

連續波雷達的一個重要特點就是通常發、收各用一個天線。雷達的發、收時分工作就和中國相聲里說的“吃葡萄不吐葡萄皮，不吃葡萄倒吐葡萄皮”是一個道理，嘴只能同時進行一個動作，要么吃，要么吐。雷達也一樣，同一時刻要么發出電磁波，要么接收電磁波。脈沖雷達通過發出脈沖的間隔來利用同一個天線接收回波。而連續波是不停地發射信號，這個天線自然無法同時接收信號了。

那從哪里接收呢？照射雷達和導彈上的半主動雷達導引頭形成一個閉合的回路，可以看成一部完整的雷達。但是，地面的連續波照射器由于只發不收，所以并不知道目標的任何參數。那地面的照射器怎么才能對準目標照射呢？能不能用那部1S11搜索雷達控制照射雷達照射目標的呢？答案是不行，因為其數據更新率不夠。

老式1S91 雷達的制導系統控制站 右：老式1S91 系統使用的陰極射線管顯示器 右上：升級過的1S91 內部采用了液晶顯示系統

那就要另辟蹊徑。不同國家的設計人員就各顯神通了。

同樣是連續波半主動雷達制導的“霍克”防空導彈，配備的AN/MPQ-46型連續波照射雷達就使用了“雙碟型天線”，簡單說就是兩個碟型天線，一個專門發射連續波，一個接收連續波，用兩個天線實現對目標的跟蹤，這是最直接的辦法。還有一些半主動雷達制導的防空系統設有專門的跟蹤雷達，利用數據率較高的跟蹤雷達指揮照射器照射目標，這是最省腦子的辦法。后來還有一些系統使用了相控陣雷達和分時照射及間斷照射技術，那就更復雜了。

而薩姆-6的巧妙之處在于，用一個雷達天線實現了單脈沖跟蹤和照射的功能。其單脈沖波道用于精確跟蹤目標，工作在8.5GHz～9GHz之間，它跟上了目標，對準了目標，連續波通道也就對準了目標。當然兩者的頻率不同，以防相互干擾，連續波波道的工作頻率大于9GHz。所以，從這一點上說，1S91不僅是一部“雙波段雷達”（當然更確切的說是將兩部雷達合二為一了），還是一部融合了單脈沖、連續波技術，集搜索、精確跟蹤、照射于一體的多功能雷達。這還是在上世紀60年代實現的，我們不得不對蘇聯科研人員的智慧稱奇。

單脈沖跟蹤與連續波照射采用同一個天線的另一個可能的收益是，即便單脈沖跟蹤通道遭遇戰機的自衛式干擾，理論上也能對目標進行精準照射。因為單脈沖跟蹤雷達遭遇自衛式干擾，通常只是無法測距，其自動跟蹤被破壞，但是技術上仍然能夠精確測角（當然如果轉為手動跟蹤會導致跟蹤精度下降），也就是說總是能知道目標的方位，并將天線對準目標，照射波道仍然能夠照射目標。單脈沖雷達由于只需要一個脈沖即可測角，在很長一段時間以來，其角度被認為是無法干擾的（后來出現拖曳式誘餌，以及所謂“交叉眼”技術，才部分地解決了對單脈沖測角的干擾問題）。你干擾，它反而測角更準確，因為接收到的信號更強了。另外，在改進型上，1S91還有電視跟蹤系統，可以實現在嚴重電磁干擾（例如遭遇防區外支援干擾）時的角度跟蹤。

如果戰機一方無法破壞1S31的角度跟蹤，那就無法擺脫照射雷達的照射。如果無法擺脫照射，就比較危險了。這時候，是不是可以干擾照射雷達（波道）呢？首先，干擾照射雷達或者說那個照射器沒用。任何干擾都是干擾的接收機而非發射機，因為1S31雷達的照射波道只發信號不收信號，對著照射器干擾無異于對著聽力障礙人士大吼，而“立方體”的接收機在導彈上。然而，導彈在哪？戰斗機上顯示不出來，因為導引頭實際上采用被動接收的方式，戰斗機上的雷達告警機無法對半主動雷達制導的導彈做出告警并給出大致方位。這樣一來，能不能干擾掉導彈，就要看這時候導彈是不是在干擾波束內了。

這么好的一套系統，在貝卡谷地之戰中，還是讓以色列人一下子給團滅了，一方面敘利亞防空部隊技戰術運用水平差，另一方面以色列人“太狡猾”，無人機、反輻射導彈（包括地面發射的）、箔條、防區外干擾、自衛干擾一起上才算搞定。在那個年代，單靠一兩種手段還真不好搞定這種系統。所以，后來“立方體”多次伏擊美、俄、法戰機得手。

左上：中小型導彈采用沖壓發動機，與同期采用固體燃料火箭發動機的防空導彈相比，體積上沒有什么優勢 右：導彈尾翼上有雷達波接收裝置，用于接收雷達的基準信號，而非指令信號 左下：3M9ME 導彈的1SB4M 半主動雷達導引頭

同樣奇妙的導彈

“立方體”防空導彈系統的另一大亮點便是它使用的3M9系列導彈。

3M9導彈為細長的圓柱體，長細比為17，頭部呈尖拱形，中部裝有斜切掉尖端的三角形全動彈翼，彈體尾部安裝有4個穩定尾翼，尾翼后緣均有副翼。彈翼與尾翼均按X型配置，并處于同一平面上，彈翼與尾翼之間距離較長，使得導彈具有較好的氣動阻尼飛行特性，但是機動性略差一些。彈體中部等距排列沖壓噴氣發動機的4個進氣道;彈體后端擁有一個收斂形尾椎，以減小助推段飛行阻力。

這是一種典型的旋轉彈翼式氣動布局。旋轉彈翼式的布局可以視為鴨式布局的變形，舵面布置在尾翼前面，但是比鴨翼靠后，大致處于彈體中央，便于布置舵機，尤其適合采用沖壓發動機的導彈。通常來說，導彈上的舵面較小，但可以偏轉，是主要的控制面，而彈翼較大，通常為主要的升力面，不可偏轉。旋轉彈翼布局的特點是，較大的彈翼既是控制面，又是主要升力面，而且還偏轉，所以叫“旋轉彈翼”，也叫可偏轉彈翼式布局。該布局中，尾翼是固定的（有些導彈的尾翼后緣有副翼），只是起到穩定的作用。它可以將彈體的攻角保持在較小的范圍內，有利于沖壓發動機的進氣道設計和自動尋的導彈的布局設計。

3M9導彈是世界上第一種采用一體化固體沖壓火箭發動機的實用化防空導彈。所謂一體化，也就是將助推火箭與導彈的沖壓發動機融為一體，固體火箭燃燒后的殼體作為沖壓發動機的燃燒室，大大降低了體積和重量，也提高了比沖。而這之前采用沖壓發動機的導彈都很簡單粗暴，要么是在后面串聯上一段助推器（串聯式），結果是太長;要么就在旁邊捆綁幾個助推器（并聯式），結果是太胖。

3M9導彈的固體助推器采用單根火藥柱，重量約172千克，燃燒時間2.6～5秒，起飛速度為580米/秒。當固體助推器的固體燃料燃盡后，燃燒室的工作壓力下降到一定值時，沖壓發動機的固體燃料開始點燃，產生高達1700～2200攝氏度的宮油燃氣，這種富油燃氣噴入燃燒室后與進氣道進來的高壓空氣混合進行二次燃燒，產生足夠大推力，以維持導彈的續航能力。火箭沖壓發動機采用5根單孔火藥柱，重量大約67千克（只有助推器裝藥重量的不到一半），燃燒時間20～25秒。這個燃燒時間是非常長的，S-300只有十幾秒鐘。如果最大射程為24千米的話，那么相當大的射程內都處于動力飛行段或者說主動段。

固沖一體化發動機的優勢明顯，例如大大降低了導彈體積，提高了發動機的比沖（單位質量的燃料產生的沖量）。但是3M9導彈由于射程較短，沖壓發動機燃料少，工作時間短，助推器的燃料占了相當大的一部分，所以整體收益不是那么高。

同時，當時的沖壓發動機也存在一些缺點，抵消了其部分優勢，尤其在這種小型導彈上。比如結構仍顯復雜，這意味著付出更多的重量代價。其次，低空進氣阻力大，難以以最高速飛行。另外，大過載機動也會影響進氣，這就限制了導彈進行大過載機動。此外，其燃燒速度慢，導致導彈最大速度較小。例如，采用高能固體燃料發動機的第三代地空導彈普遍達到了5、6馬赫以上的速度，亞燃沖壓發動機只能哀嘆“臣妾做不到啊！”

“立方體”導彈的最大速度也不高，國內權威資料認為是2.2馬赫，一些國外資料認為其最大速度只有1.7馬赫。按照俄方資料，“立方體”M3之前的型號最大飛行速度600米/秒（1.76馬赫），“立方體”M3、M4為700米/秒（高空速度大約2.2馬赫），也就是說上述參數是針對不同型號的。

說完導彈的身軀，我們還要看看它的大腦和靈魂——導引頭和控制律。

該導彈采用的是比例導引法，該導引法是指導彈在攻擊目標的導引過程中，導彈速度矢量轉動的角速度與目標瞄準線轉動的角速度成一定比例的導引方法。假設這個比例是K，那么目標相對導彈轉動的速度為1度/秒，那么導彈矢量的角速度就應該是K度/秒。這是目前自導引防空/空空導彈使用的最多的導引律，在其基礎上還演化出修正的比例導引法。導引律的總體趨勢是讓導彈的飛行彈道比較平滑，不那么彎曲，節省導彈能量。

而追蹤法是指導彈速度矢量時刻指向目標的引導方法，簡單說就是導彈一直沖著目標飛。這樣，基本上對任何目標，最后都演化為繞到目標的后方攻擊，這種導引律的彈道過于彎曲，目前基本被淘汰。

該導彈的半主動雷達導引頭安裝于導彈頭部，采用圓形拋物面天線，具有6個工作頻率可以選擇裝訂（要與雷達保持一致），它用來接收照射雷達照射到目標反射回來的連續波信號。此外，在4個尾翼中的2個尾翼的翼尖上還裝有直波接收天線，用來接收照射雷達直接輻射的連續波信號。兩種信號經過處理，變成控制信號送給自動駕駛儀，再驅動舵機控制導彈飛行。

連續波雷達要實現測距，可采用頻率調制，也就是調頻測距法。發射機產生連續高頻等幅，其頻率在時間上按三角波或者正弦波規律變化。目標回波和發射機直接耦合過來的信號加到接收機混頻器內，在無線電波傳播到目標并返回天線這段時間內，發射頻率較之回波頻率已有了變化，因此混頻器便產生了差頻電壓，差頻電壓經放大，限幅后加到頻率計上。由于差頻電壓的頻率與目標的距離有關，所以利用頻率計測出差頻，也就測出了距離。（未完待續）

[編輯/行健]