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遙控導引簡介
2019/12/15 00:10
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使用無線電訊號導引飛彈,始於二戰後期。二戰結束之後,利用飛彈來對付各種目標的構想,層出不窮,從高飛的轟炸機,海上的戰列艦,到從海底冒出來的柯吉拉等等,經常都有新點子,新項目在跑。飛彈與火箭最大的不同,就是"你聰明,我放心",飛彈會追著目標跑,不會因為轉個身就看不到目標了。當然,這個情景到目前為止,還只能說達到一半。

既然要能夠追著目標跑,就表示飛彈需要知道怎麼飛。要知道怎麼飛,也就是各種導引方式的差異了。飛彈的各類導引方式中,有一種稱為遙控導引的方式,是早期飛彈廣泛使用的方式。在遙控導引當中,又有兩種不同的方式,一種是指揮導引,一種是乘波導引。

遙控導引是基於早期電子技術還在草創階段,無論是雷達,計算和訊號發送的系統的體積都相對龐大,想要裝在飛彈上面,尤其是體積小一點的對空飛彈,技術上有許多無法克服的地方。因此,把這些裝置都放在地面上,飛彈只需要最簡單的接收系統,加上飛行控制的部分,就足以去追著目標跑了。

在進入深入一點的內容前,在這裡先解釋一個常見的問題:遙控導引(或者是指揮導引)和歸向(半主動或主動)導引有什麼不同?比較簡單的區分是這樣的。

遙控導引是你告訴飛彈什麼時候左轉,什麼時候右轉就好,飛彈不需要知道目標在哪裡。這就如同你跟隨隨車導航或者是Google地圖去找101大樓。你不需要知道101大樓長什麼樣子,你只需要照著語音指示,何時左轉,右轉或者是抵達即可。

歸向導引是你告訴飛彈:前面那個被燈照著的,就是目標,我會一直照著他,但是,你得要自己想辦法接近。這就好比你可以看到高聳的101大樓,只要你的眼睛盯著她,然後想辦法找到路過去,就是歸向導引了。

如果這樣解釋還可以接受的話,那就讓我們繼續看下去。

遙控導引是由地面系統告訴飛彈怎麼飛,換句話說,地面系統需要知道目標在哪裡,持續追蹤接下來的變化,這樣才有辦法告訴飛彈何時轉彎,就如同你轉錯路口,行車導航系統會馬上更新路線指示,是一樣的道理。追蹤目標還是以雷達為大宗,需要追蹤距離較遠的目標,就需要比較大顆的雷達。雷達負責找到目標在哪裡,然後根據目標和飛彈的相對位置,飛彈的速度和高度,將飛行指令交給飛彈。而交給飛彈的指令,就有兩種型態。先說比較簡單的型態。

地面控制系統利用追蹤目標的雷達,持續追著目標。飛彈在發射之後,也會進入這個追蹤的波束當中。地面控制系統只需要將波束對著目標,飛彈像是飛在一個管子裡面一般,只需要控制自己一定待在這個無線電訊號構成的管子裡面。如果管子改變指向,飛彈會偵測到地面訊號的改變而跟著修正自己的飛行狀態。而這個不會離開"管子"的導引方式,就是乘波導引。由字面上來看,飛彈是"乘"著雷達的波束在飛,一且改變都是由於波束的改變。飛彈唯一需要考慮和計算的,就是自己是不是飛在這個波束裡面。至於目標在哪裡?就在那個管子的盡頭。所以,乘波導引中,飛行指令是在飛彈上產生,而不是地面送上來。

遙控導引裡面,比較複雜的方式,是追蹤雷達取得目標的資料之後,由地面的計算機根據飛彈的速度,高度等狀態,經過計算之後,將飛行的指令上傳到飛彈去。也就是說,飛彈是不會去管雷達的追蹤波束,也不會去管目標在哪裡。唯一需要知道的,就是地面上傳的飛行指令。而這就是指揮導引,如同字面上的意思,地面去"指揮"飛彈該如何飛行。

為了要能夠計算出適當的飛行指令,地面指揮系統也需要輸入飛彈的狀態,才能夠與目標的變化一起計算。在飛彈的狀態上面,又另外有幾種變化。最常見的方式,就是一具雷達追蹤目標,一具雷達追蹤飛彈,將兩者的訊號加以比較之後,地面控制系統上傳修正指令給飛彈。

為了簡化指揮導引的系統複雜度,也是可能將雷達的數量降低為一具。這具雷達還是以追蹤目標為主,其中一種變化方式為飛彈也飛在波束當中,雷達利用兩套發射機,分別發射與接收來自目標和飛彈的反射訊號,然後再將計算過後的修正指令上傳。換句話說,這是將兩具雷達融入一具後的妥協做法。

另外一種,則是地面系統完全不追蹤發射後的飛彈,而是根據測試時所得知飛彈的性能,透過查表預估的方式,作為飛彈在每一秒鐘飛行狀態的根據。地面控制系統從預估的飛彈狀態,計算之後,告訴飛彈要怎麼修正。這種方式是指揮導引裡面最簡單的型態,可是,也是誤差類積最大的一種方式,使用的場合就很少見了。

原理說完了,再來說說一些限制吧。

乘波導引就是讓飛彈跟著波束飛,基本上就是限制了飛彈的飛行路徑,無法採去最有利,最節省能力的走法,如此一來,比起可以優化彈道的飛彈來說,乘波導引的飛彈即使有一樣等級的推進火箭,射程也會比較小。其次,雷達波束會隨距離而擴散,也可以說,這個管子像是一個喇叭狀,愈往前,管子的直徑就愈粗。就導引上來說,精確度也就跟著降低。目標距離愈遠,問題愈大,因此不適合用於遠程飛彈導引上面。第三個缺點是,飛彈在飛行過程中,雷達必須持續提供波束,如果受到干擾,飛彈就無法完全不知所措。而且,在撞擊目標前,一具雷達只能提供一個目標的追蹤波束,限制了一套系統可以接戰的目標數量。

說完乘波導引的限制,來談談指揮導引的限制。

指揮導引也有對遠距離目標追蹤精確度降低的困擾,連帶著,計算出來的修正指令也就會產生更大的偏差,對遠距離導引比較不利。第二點是指揮導引可以被干擾的節點比較多。只要是至少追蹤雷達或是傳遞修正指令的訊號被干擾,飛彈就會失去準頭,變成無頭蒼蠅亂飛。這也就是美國在越戰時期對付SA-2的手段:干擾搜索雷達,追蹤雷達,修正資料鏈,甚至還企圖干擾近發引信的訊號。有關美國蒐集SA-2訊號的故事,以後有機會的時候再寫出來。

既然限制這麼多,使用上比較上,並不表示遙控導引就此消失不見。遙控導引在反戰車飛彈的運用上一直都很熱門,短程防空系統也有繼續發展,像是最近在敘利亞當紅的的俄國鍔甲機動防空系統,也是使用指揮導引,而且還可以一打多的對付數個低空目標。指揮導引也有其他的運用方式,有兩個最有名的,就是標準二型飛彈的中途導引,以及第一代愛國者的經由飛彈追蹤導引(TVM)。

標準飛彈從一型轉變到二型的第一個變化,是加裝了一個慣性導引系統,如此一來,在進入末端導引前,飛彈的飛行路徑可以採取對能量使用最優化的方式飛行。為了減少進入末端導引前飛彈的飛行誤差,在飛行過程當中,艦上的作戰系統會發出修正指令,讓飛彈改變飛行路徑。既然要能夠修正誤差,艦上的作戰系統就需要能夠追蹤飛彈的狀態。而這又有兩種型態。裝有神盾系統的艦艇(不要說神盾艦,美國沒有神盾艦這種級別),是用SPY-1的雷達波束去追蹤飛彈。沒有神盾系統的艦艇,像是基隆級,是接收飛彈下傳的訊號來掌握飛彈的飛行變化。

第一代的愛國者飛彈,在中途導引上面,是透過飛彈接收到目標的反射訊號之後,下傳到地面管制中心,然後管制中心的計算機算出修正指令,上傳給飛彈。因為追蹤目標和飛彈的訊號都會透過飛彈來傳遞,這種指揮導引的變形也就稱為經由飛彈追蹤了。前蘇聯的S-300/SA-10早期款,也是採用這種中途導引的設計。這種設計也是讓飛彈的電子系統可以較為簡化,借重地面系統來強化計算的優勢。

希望這樣的介紹,可以讓各位比較清楚一些飛彈導引的基本。對於其中說明比較不清楚的地方,歡迎提出指教。

#柯吉拉其實用哪一種導引都打得到
#那麼大隻很難打不到
#不過打不倒也是一樣
#ID4裡的大飛碟居然不干擾飛彈
#太仗恃自己的防護罩了
#要多學學原子光研究所才對



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