兰德眼中的美中台海之战：（四）弹道导弹打航母
台湾与大陆之间隔着台湾海峡，海战是台海之战的必然组成部分之一。美国海军水面力量的核心是航母，美中海战的焦点因此在于反航母作战，但海域则远远超过台海周边。1996年导弹危机期间，美国出动两个航母战斗群进入台岛附近海域，对中国形成严重威胁。在这个时候，美国舰队只要在中国岸基雷达的探测范围外活动，基本上不用担心中国威胁。此后中国重点发展的杀手锏大多以航母为对象，20年后反航母作战的气象发生了根本性的改变，这是台海海战的最大变数。中国反航母能力包括四大要素：
1、超地平线探测和目标指示能力
2、反舰弹道导弹的打击能力
3、反舰导弹的打击能力
4、潜艇的打击能力
岸基超地平线（简称OTH）雷达和天基海洋卫星监视系统（简称NOSS）为中国提供了有效的广域探测和监控手段。OTH雷达可以探测中国海岸线以外2000公里的大型目标，NOSS则可以实现全球监控。OTH和NOSS可以为反航母打击手段提供粗略的目标指示，或者引导图像侦察卫星进一步识别和精密定位。
2007年，中国在襄樊开始建造超远程OTH天波雷达。OTH雷达利用电离层反射极大地增加探测距离，但也因此有最小探测距离的盲区。OTH雷达工作在3-30MHz范围，发射和接收天线都十分庞大。在冷战时代，美国AN/FPS-118就是OTH雷达，最小探测距离925公里，最大探测距离3330公里，可在24秒钟内扫描整个60度的扇形（约530万平方公里）。中国OTH雷达的能力是保密的，在兰德的数字沙盘演习中，兰德假定中国OTH雷达具有相同的性能。OTH雷达的性能受到电离层扰动的影响很大，昼夜、太阳活动周期、季节都有影响，而且有时候电离层扰动没有规则，影响难以补偿。OTH雷达的另一个大问题是分辨率较差，可以根据回波强度估计目标大小，但无法分辨相距几公里以内的密集目标。不过OTH雷达可以探测到飞行中的飞机，可以据此按图索骥追踪到航母的踪迹。兰德在报告中估计，襄樊的OTH雷达可以覆盖从菲律宾到日本九州的巨大扇形，最小探测距离落在东南沿海以内的苏州-金华-龙岩-梅州一线，最大探测距离覆盖日本以东约1000公里到菲律宾棉兰老岛的巨大弧形。
OTH雷达的另一个问题也与电离层扰动有关，电离层厚度、角度的变化十分迅速（迅速变换的极光就是电离层扰动的表象），好比反光镜的位置和角度迅速莫测地变化，造成OTH雷达的探测误差。澳大利亚的OTH雷达的探测误差在距离上可达10-40公里，在角度上可达1-5度。与导弹的命中精度一样，雷达测距和定位误差也可以用圆公算概率表示。如果中国OTH雷达具有相似的误差的话，在2000公里距离（相当于台湾东南约700公里）上，造成22-105公里的雷达CEP；在3300公里极限距离（相当于台湾东南约2000公里）上，造成36-178公里的雷达CEP。这样的精度可用于对目标概略位置的外部提示，用于引导具有一定自持力和搜索力的打击系统（如有人驾驶的战斗轰炸机或水面舰艇、潜艇）已经足够了，但直接用于导弹装定，就有可能超过导弹的搜索和自动发现目标能力。当然，要是目标附近有已知位置的岛屿或者舰船，有关信息可以用于矫正OTH雷达数据，大大提高定位精度。这和差分GPS（也称DGPS）的原理是一样的。
2010年，中国发射了第一颗遥感9号电子侦察卫星，三颗卫星密集编组，具有通过测量信号到达的时间差来被动定位（简称TDOA）的功能。采用类似原理的手机基站定位可以对移动中的手机达到50米定位精度。中国NOSS的定位精度没有任何公开信息，兰德在报告中认为应该达到几十公里级，足够引导图像侦察卫星做进一步识别和精密定位。在2015年4月，中国共发射了5颗NOSS卫星（遥感9、16、17、20、25号，其中17、25号替代9、16号），现有3颗在轨。每个三星系统可提供3500平方公里的监视范围，平均每天可对特定目标地区飞越18次。
图像侦察卫星的分辨率比电子侦察卫星高得多，可以很高的精度提供目标识别和定位，但大海茫茫，要找到目标，没有必要的外部提示很难做到。到2003年为止，中国发射了两颗图像侦察卫星（尖兵3A和尖兵3B），具有从低轨道多光谱光电图像和数据链下传图像能力，据称达到30公里扫描宽度和3米分辨率。根据轨道参数，兰德估计，这样的卫星可以在中国近海需要平均35.1天才能重返观测地球上任一特定位置，除非偶然撞上，否则对于实时引导导弹打击来说，缺乏战术价值。
2006年4月，中国开始发射第二代侦察卫星，包括具有侧视雷达（简称SAR）的雷达卫星。到2010年，假定所有尖兵3系列卫星已经退役，中国已经部署了3颗雷达卫星（遥感1、3、6号）和4颗高分辨率图像侦察卫星（遥感2、4、5、7号）。最初两颗雷达卫星据称具有5-20米精度，推扫宽度40-100公里，第三颗雷达卫星则有1.5米精度。图像卫星则由1.5米精度（遥感2、4、7号）提高到1米精度（遥感5号）。如果没有外部提示而只是随机扫描，4颗卫星需要平均13.8天的重返时间。加上两颗雷达卫星（遥感3、6号）一起搜索，可以降低到6.9天。这是假定好天气的情况，阴云、大雾等要妨碍图像卫星工作，但雷达卫星依然可以正常工作。如果有25%的时间有阴云遮挡，4颗图像卫星需要平均18.4天，加上雷达卫星需要平均7.8天；如果阴云时间达到50%，4颗图像卫星则需要平均27.7天，加上雷达卫星为平均9.5天。
对目标概略位置的外部提示可以减少盲目搜索，显著减少搜索时间，但还是取决于目标偏离卫星轨道在地球表面的垂直投影线有多远。图像卫星是有大角度侧摆能力的，但斜距越大，分辨率的降低越大。虽然发现大型舰船不需要多少分辨率，但识别舰船需要至少5米的分辨率。根据卫星的轨道参数和最高分辨率，可以计算出确保5米分辨率的最大斜角。雷达卫星不一样，侧视雷达（也称SAR）不能直接俯视，只能斜视，斜角在20-80度之间，分辨率由采样率、雷达功率、波长、信号处理能力决定。
对2010年情况，假定晴好天气，有持续的精确外部提示，使得中国卫星可以有意识地在即将飞越目标区域时提前瞄准，捕捉目标能力由平均13.8天重返时间下降到8小时（只使用4颗图像卫星），或者从6.9天下降到4小时（图像加雷达卫星）。25%的阴云遮盖的话，全图像从8小时延长到10.7小时，图像加SAR从4小时延长到4.6小时；50%阴云遮盖的话，全图像延长到16小时，图像加SAR延长到5.2小时。
到2015年4月为止，中国在空间维持4颗雷达卫星（遥感10、13、18、23号）和4颗图像卫星（遥感14、21、24、26号），但有可能遥感10号和12号已经退役，那样就是3加3。但中国也开始发射新一代高轨道（1200公里）中分辨率图像卫星（遥感8、15、19、22号），具有100公里宽的推扫宽度，分辨率为3-10米，特别适合对航母这样的大型舰船的广域搜索和识别。对于2017年情况，兰德在报告中推测，中国将维持低轨道图像、高轨道图像、雷达卫星各3-4颗，主要精力不放在大大增加卫星数量，而是进一步提高卫星性能。这样的话，2017年时，对于整个9-12颗卫星的空间侦察体系来说，在没有外部提示的情况下，搜索大型舰船的重返时间平均2.9天；有外部提示的话，降低到2.6小时。25%阴云时，分别延长到2.9-3.5天和2.9小时；50%阴云时，进一步延长到4.2天和3.3小时。
1996年2003年2010年2017年
无外部提示
-35.1天6.9天2.9天
有外部提示
--4小时2.6小时
卫星数量
高分辨率图像
-243-4
中分辨率图像
---3-4
雷达
--23-4
中国卫星捕捉美国大型舰船重返时间（好天气）和卫星数量
显然，外部提示可以大大缩短空间侦察体系的重返时间，最高可缩短95%。OTH雷达、NOSS和岸基电子侦听测向系统都能在不同程度上提供对目标的概略位置的外部提示。对于2017年情况，如果中国图像卫星开始采用与光电成像分辨率相当的红外成像技术，可以昼夜和在坏天气搜索，这将降低搜索时间10-40%。这些数据有很多假定的因素，没有考虑美国航母反制的因素。OTH雷达、NOSS和岸基电子侦听站可以用常规的干扰来压制，图像卫星可以用激光致盲，用导弹的硬杀伤当然是最彻底的办法，还可以根据已知的卫星轨迹机动躲避，在半径上沿圆弧运动也可以利用多普勒效应欺骗OTH雷达。上述计算也没有考虑中国指挥通信体系（简称C4ISR）的指挥决定和情报传输的延迟。
另一方面，兰德在报告中可能低估了中国卫星技术的发展。2015年10月7日，中国成功地发射了一组“吉林一号”商业卫星，包括一颗图像卫星、两颗视频卫星和一颗技术验证卫星，采用650公里高的太阳同步轨道，其中高分辨率图像卫星具有常规推扫、大角度侧摆、同轨立体、多条带拼接等多种成像模式，地面分辨率为0.72密，多光谱为2.88米。视频卫星的分辨率为1.12密。技术验证卫星用于多模式成像技术验证。这只是商业级成像卫星，军用级的探测能力只能更高。
中国的坊间传闻向来真真假假，但反舰弹道导弹和大多数杀手锏都是从传闻开始而最后得到认证的。关于卫星，传闻中NOSS的定位精度达到几公里级，雷达卫星达到1米级，中分辨率图像卫星达到2米级，而高分辨率图像卫星大大0.5米级。所有卫星协调运行是，平均重返时间2-3小时，这和兰德在报告中的估计一致。但航天科技集团副总经理杨保华在2014年11月对新华网说，中国将继续发射约70颗遥感卫星。据推测，发射完毕后，平均重返时间可以降低到1小时以下。这将显著提高对海上航母的探测和定位能力。
美国的SBIRS卫星则提供了另一种可能。SBIRS是空间红外系统的简称，这是新一代导弹预警卫星，具有地球同步轨道（简称GEO）和极地椭圆轨道（简称HEO）两种运行方式。HEO的SBIRS用红外扫描观测北半球，特别适合观测朝鲜和俄罗斯越过北极上空的导弹发射，CEO的SBIRS则不仅有大面积的红外扫描，还有高分辨率的精细波束凝视的工作方式，可以持续跟踪特定目标，或者在几个关注点之间跳跃，依然提供大大高于通常中低轨道卫星的重返频率。更重要的是，红外凝视具有跟踪温度较低目标的能力，可以跟踪巡航导弹、无人机的飞行，甚至探测到火箭弹和重炮射击。在2014年7月17日马航MH17飞越东乌克兰被俄制导弹击落事件中，SBIRS就捕捉到了飞行中的导弹，并以导弹的飞行轨迹特征推算导弹型号和发射地点。这样的能力对跟踪大海上的航母的作用是不言而喻的，而且不仅可以提供概略搜索，还可以提供连续跟踪。中国还没有具有相当于SBIRS卫星的报道，但在可预见的将来具有某种形式的SBIRS能力是完全可能的。
除了OTH雷达和卫星，高空长航时无人机也是跟踪航母的利器。当前中国的军用航空研发可能是世界上最活跃的，中国的无人机研发比战术飞机研发更加活跃，其中包括若干具有超大展弦比的型号，明显以高空长航时为设计目标。贵州“翔龙”采用联翼，前掠的后翼不仅提供一些升力，还起到结构支撑作用，使得细长轻巧的前翼依然保持足够的刚性。增加的翼面如果能和共形天线相结合，不仅增加雷达天线尺寸，还有利于散热。联翼并不是新理念，但由于空气动力和结构设计上的复杂性，世界上罕有实际使用的，“翔龙”是一个创新。贵州的“翔龙”不是中国唯一的高空长航时无人机，沈阳也悄悄地推出一家不知名的双机身无人机，机翼的展弦比比“翔龙”更大。双机身可以容纳更多、更大功率的电子设备。这些高空长航时而具有良好隐身性能的无人机投入使用后，既可以用强大的机载雷达搜索海上的航母，也可以在外界提示指引下，用红外和光电手段“静默”跟踪，大大提高对航母的实时精确定位能力。
早在2006年，美国海军情报局就提到中国的反舰弹道导弹。到2013年，中国已经在陆地上多次试验过有关技术，但还没有在海上进行过打靶试验。尽管如此，2011年美国海军情报局局长杰克·多赛特海军中将就认为，中国反舰弹道导弹已经进入初步作战状态。这就是DF-21D，射程1500-2000公里，增加一级滑翔战斗部的话，射程可增加到3000公里。有说法2014年中国已经组建了第一个DF-21D旅，拥有6个发射装置。在抗战胜利70周年阅兵上，有16枚DF-21D拉上了长安街。
兰德在演习中计算以80%概率毁伤美国航母所需要的反舰弹道导弹齐射数量，关键参数有：
1. 导弹杀伤半径，这是目标偏离瞄准点而导弹依然有能力捕捉和击中的半径，一般认为DF-21D的杀伤半径为25-40公里2. 雷达CEP，这是圆公算概率形式的瞄准误差，一般认为OTH雷达的CEP按电离层状态不同为22-178公里，目标的机动和指挥通信系统的延迟进一步增加CEP3. 导弹命中率（简称Pk），这是指目标落在杀伤半径内导弹的击中和毁伤概率
显然，雷达CEP大而导弹杀伤半径小，那就需要较多导弹的齐射才能保证对目标的足够覆盖，这和传统火炮齐射的道理是一样的。换句话说，可以用杀伤半径与雷达CEP之比来描述导弹对目标的自主捕捉能力，比值越大，齐射所需的导弹越少。
命中率
杀伤半径与雷达CEP之比
20%40%60%80%100%
0.25
100+100+100+8249
0.5
100+55332113
1.0
3114854
2.0
94321
80%毁伤概率下DF-21D需要齐射数量
上表罗列了不同的导弹自主捕捉能力和毁伤概率下对特定目标所需的齐射数量，目标机动和指挥通信系统的传输滞后可以等效为CEP，在雷达CEP中一并考虑。假定DF-21D的杀伤半径为40公里，OTH雷达的雷达CEP为22-178公里，杀伤半径与雷达CEP之比在0.23-1.20之间。图像卫星可以大大提高定位精度，但图像下传、判读、形成指挥决心、命令下达也是需要时间的，假定这时间很短，只有15分钟，杀伤半径与雷达CEP之比在0.67-1.07之间。如果长达2小时，这个比值就下降到0.20-0.32之间了。美国舰队的干扰和机动可以进一步降低这个比值。假定美国航母在台湾东南700公里活动，中国指挥链需要15分钟的时间下达决心和传达命令，导弹另需15分钟的飞行时间，这30分钟的延迟就足以使30节航行的航母增加25公里的CEP。如果杀伤半径与雷达CEP之比降低到0.25，那理想情况下都需要49枚导弹才能保证80%的毁伤概率，实际上需要更多，这已经超过实际可行的数量了。
另一方面，如果中国解决了技术瓶颈，杀伤半径与雷达CEP之比可以做到1.0以上，加上较高的导弹命中率（如高于60%），所需的齐射数量大大降低。以DF-21D的理想情况而言，杀伤半径与雷达CEP之比可达1.2，导弹命中率为0.6的话，只需要6发齐射；即使舰队反导能把导弹命中率降低到20%，依然只需要21枚齐射，还是属于可以接受的数量。但兰德在报告中认为，在任何现实的情况下，中国反舰弹道导弹没有传说中一击必中的能力，一定数量的齐射是必须的，齐射的数量则取决于杀伤半径与雷达CEP之比。美国舰队的反制包括用干扰、机动来降低杀伤半径与雷达CEP之比，或者用反导拦截来降低导弹命中率。
有意思的是，兰德在演习中没有刻意突出美国舰队反导的作用，只是泛泛地提了一下。这可能有反舰弹道导弹的末端弹道奇特的原因。美国公布的反舰弹道导弹的末端弹道包括一个跃起减速，然后修正弹道后最终俯冲。其他版本把跃起减速延长成机动滑翔，依然不是简单的弹道式再入，也超过一般的末端修正，介于弹道再入和高超音速机动飞行之间。这可能超出舰队反导的设计能力。反导导弹由于相对速度极大，通常以瞄准预测下落弹道为主，辅以适当的弹道修正，实现截杀。像防空导弹一样满世界追着目标跑，这对反导弹来说难以做到。拦截导弹要具有比目标高得多的速度和机动性才能跟得上目标的机动，巨大的机动过载可能使得导弹弹体在追上目标之前就自毁了，巨大的相对速度也极大地提高了精确制导的难度。高超音速机动目标的速度大大超过常规大气层飞行目标，机动性大大超过常规弹道再入目标，是现代防空的难题，这正是高超音速飞行成为军事航空前沿的主要原因之一。常规的高超音速飞行要使用技术难度非常高的超燃冲压发动机，相当于要在飓风劲吹的山口维持烛火的稳定燃烧。但利用弹道导弹再入时的速度、高度达到高超音速滑翔的难度就低得多。
中国从来没有公开过反舰弹道导弹的工作机制，但公开的学术论文或许可以揭示一些端倪。《指挥与控制学报》2015年第一期刊登名为《再入反舰导弹多弹协同饱和攻击突防最优弹道研究》的论文，对再入弹道进行仿真研究。这不代表中国反舰弹道导弹采用这样的再入弹道，但对反舰弹道导弹的再入和制导提供了新的视角。 文中弹道从约120公里和20马赫的速度开始，进入螺旋形减速下滑轨迹，仿真最终在约12000米和3马赫速度结束，这已经是常规高空高速反舰导弹顶攻位置了。在螺旋形下滑过程中，再入时的高速高热造成的锥形等离子体层也在前方最强而在侧视方向上较弱，有利于导弹较早捕获目标。较大的螺旋把目标“包围”在中间，边减速，边搜索，提高了杀伤半径，补偿了雷达CEP较低的问题。
不过用弹道导弹打航母只是中国海军的杀手锏之一。兰德在报告中还要综合考虑掠海飞行的反舰导弹（空射和舰射）和潜艇的威胁，才最终给出美中在针对航母的作战上的总体评估。
这个不错。 这个是目前变数最大的仿真，也难为兰德公司了。上下相差一个量级以上的结果有多大的参考价值真不好说。
另外，网上曾经传出一段中国卫星连续跟踪民航机的视频，从画面上看跟踪非常稳定，而且连续跟踪了好几分钟。所以侦察卫星方面的技术也很不好估计。感觉现在中国有不少东西不是简单地追上来而是处于领先位置，不好用他们以往的经验来做参照了。 后发优势:lol code_abc 发表于 2016-9-12 10:43
这个是目前变数最大的仿真，也难为兰德公司了。上下相差一个量级以上的结果有多大的参考价值真不好说。
另 ...
老美不是总说创新吗？他们自己没有打航母的实际需求，而中国有，所以中国创新一个给他们看看，看到底受不受得了
{:191:}{:191:}{:191:} 晨兄已经聊了很多东海、南海了，可否聊聊东北亚，感觉这个方向才应该是敌人的痛点和突破口 不知道这里有大约多少信息是兰德（美国）从跟踪、研究中国卫星、导弹等得来的，多少是从中国官方公开信息、发烧友在网络等地方泄露的，以及多少是从间谍手中弄来的。 齐若散 发表于 2016-9-12 11:22
不知道这里有大约多少信息是兰德（美国）从跟踪、研究中国卫星、导弹等得来的，多少是从中国官方公开信息、 ...
公开的兰德报告的数据全部来自公开情报 中国应该多次实验过弹道导弹打靶吧？渤海湾里放条废船，从青海发射一枚DF21C，看看能否命中。打靶不中的导弹不会通过国家鉴定，也不会大规模装备部队。将来美国的航空母舰来台海搅局，先得算算距离DF21 有效打击范围多远，起码得大大增加安全距离。这就使美国航母进行干涉的门槛大幅度提高，舰载机远距离打击中国目标需要多次空中加油，航母的作战效能将大大降低。
大哈瑞 发表于 2016-9-12 17:59
中国应该多次实验过弹道导弹打靶吧？渤海湾里放条废船，从青海发射一枚DF21C，看看能否命中。打靶不中的导 ...
DF-21D打靶问题是个谜。海上应该没有打过活动靶，但陆上有各种消息，问题是不知道到底是活动靶，还是固定靶。 晨枫 发表于 2016-9-13 08:01
DF-21D打靶问题是个谜。海上应该没有打过活动靶，但陆上有各种消息，问题是不知道到底是活动靶，还是固定 ...
有条退役的远望号，就是成为靶船。
只是这样在公海试验，容易被围观。这样不好。 料理鼠王 发表于 2016-9-12 18:27
有条退役的远望号，就是成为靶船。
只是这样在公海试验，容易被围观。这样不好。 ...
DF-21D打沉了退役的远望？什么时候？ 晨枫 发表于 2016-9-13 10:48
DF-21D打沉了退役的远望？什么时候？
不一定是21d，
之前仙人几年前有篇文章介绍远望号。中间提了一下。 晨枫 发表于 2016-9-13 10:48
DF-21D打沉了退役的远望？什么时候？
没打沉，打中了，最后拆解了。 料理鼠王 发表于 2016-9-12 20:56
不一定是21d，
之前仙人几年前有篇文章介绍远望号。中间提了一下。
哪一篇？能给个链接吗？ 晨枫 发表于 2016-9-13 10:48
DF-21D打沉了退役的远望？什么时候？
传言2011年11月初，远洋四号在反航母试验中作为靶船被弹道导弹击中，拖到天津拆解，完成历史使命。12月14日正式退役。
网上有照片，不知道真假。 弹道导弹利用它的高速再入，不需要打得很准。
如果在一定高度分散成三公斤左右的钨球，贫铀更好，只要有一只落在航母甲板中部就能让它短时间失去战斗力。如能有四五只命中，此航母大概就得返港修理了。
霰弹间距25米，如果是一吨的弹头，落弹半径约4-500米，两吨弹头能有六百多米。
对付这种弹头反导，只能在中程及以前，到了近程就毫无能力了。 本帖最后由 老财迷 于 2016-9-13 19:09 编辑
晨枫 发表于 2016-9-13 12:27
哪一篇？能给个链接吗？
还记得constant吗？你和他侃过的，这家伙好久没出来了。他有些胡侃如下：在抱朴仙人的帖子下说过：向老一辈敬礼！ 总有一天，远望四号会被祭坛封圣的。2013-11-26 02:19:57
还有一个帖子是在去年93大阅兵时的TG真XX，一边说裁军30万、一边公开两种反舰弹道导弹专门在解说里提了提：核常兼备哦、精确打击海上移动目标哦……一样靠打靶啊 bslk8912 发表于 2016-9-13 00:49
传言2011年11月初，远洋四号在反航母试验中作为靶船被弹道导弹击中，拖到天津拆解，完成历史使命。12月14 ...
网上查了，没有准消息，大家都在问，谁也没法核实。 njyd 发表于 2016-9-13 03:06
弹道导弹利用它的高速再入，不需要打得很准。
如果在一定高度分散成三公斤左右的钨球，贫铀更好，只要有一 ...
霰弹打法要破坏甲板上的飞机和设备是可以的，要对航母的适航性造成影响是不可能的。飞行甲板的厚度相当于战列舰的装甲钢板，参照“美国”号打靶试验。
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