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1 引言 二十世纪四十年代，二战结束后，美、苏分别利用俘获的德国火箭技术专家，系统性的发展火箭和空间计划，弹道导弹技术得到快速发展。弹道导弹一大特点是射程远，武器试验中，其发落点的距离一般在几千公里以上，落区往往在海面，为保障武器试验过程中目标飞行段、末段的测量任务，导弹测量船应运而生，它可以全球巡游，有效保障了军事强国导弹试验测量需求。二十世纪六、七年代，随着弹道导弹技术的全球扩散，导弹测量船开始执行他国导弹试验侦察测量任务，在国家安全体系中，导弹侦察测量船成为战略侦察系统的一个重要节点。 2 美国导弹测量船发展情况 在美国海军通用舰船序列中，导弹测量船属于后勤舰船类的辅助舰船，分类代号为T-AGM，主要用于支持各类导弹试验和航天计划，冷战期间频繁的洲际导弹发射试验以及激烈的太空竞赛，带动了导弹测量船的发展，到目前为止，美国先后改装和建造了25艘导弹测量船。 2.1 起步阶段 美国第一艘导弹测量船名为“靶场跟踪者”（T-AGM-1），船平台利用“胜利”级货船改装而成，排水量4512吨，自1961年至1969年，该船在美国西部发射试验场执行导弹发射跟踪任务。当时美国航天计划高速发展，利用“胜利”级货轮先后改装了8艘测量船，为正在进行的航天活动提供测控、再入物回收等服务。该时期的测量船主要载荷为S波段遥测系统、C波段跟踪雷达、通讯系统、中心数据处理系统以及船位姿态测量系统等组成。 图1 T-AGM-1“靶场跟踪者”导弹测量船 2.2 航天测量 20世纪60年代，美苏太空竞赛加剧，美国航天与导弹计划飞速发展，一系列发射任务需要更多的航天测量船作为辅助力量。仅1964年一年，美国就将10艘货船改装成了航天测量船，编号从T-AGM-9至T-AGM-18。其中T-AGM-9“H.H.阿诺德将军”号与T-AGM-10“霍伊特.S.范登堡将军”号排水量17250吨，设备先进，载荷包括军用实时计算机、中央数据转换设备、操作控制台、C波段雷达系统、通信系统和遥测系统。“H.H.阿诺德将军”号被认为是世界上第一艘航天远洋测量船。 图2 T-AGM-9“霍伊特.S.范登堡将军”号测量船 为了配合美国“水星”、“双子星座”和“阿波罗”计划，美国又建造了三艘“先锋”级测量船，分别是T-AGM-19 “先锋”号、T-AGM-20 “红石”号和T-AGM-21 “水银”号。“先锋”级测量船的主要任务是在航天器发射和进入地球轨道阶段，填补地面跟踪站的探测空白，并为航天飞船和探测站提供通信中转。主要载荷有FPS-16跟踪雷达、S波段综合测量系统、遥测系统、指挥控制系统、中心数据处理系统、船位姿态测量系统、通讯系统等13个系统组成。 图3 T-AGM-19“先锋”号测量船 2.3 任务转型 美国现役测量船有两艘，T-AGM-23“观察岛”号和T-AGM-24“无敌”号。“观察岛”号在中国的知名度最高，它曾多次侦察过我国的导弹发射试验。1979年5月，该船正式被划入靶场导弹测量船行列，命名为“观察岛”，用于监视别国的弹道导弹试验，搜集远程导弹的导航、射程及精度方面的情报。该船船长171.6米，型宽23.2米，吃水7.6米，满载排水量17015吨，编制143人，最大航速20节，15节时续航能力可达1.7万海里。 图4 T-AGM-23“观察岛”号导弹侦察测量船 “观测岛”号上的核心系统是安装在舰尾甲板上的AN/SPQ-11“朱迪眼镜蛇”相控阵雷达系统。雷达的塔台高约12.2米，重250吨，天线阵面直径6.86米，可旋转270度。阵面由12288个辐射单元组成，工作在S频段，平均功率920千瓦，作用距离3220公里。1985年，为提高数据采集能力，雷声公司为“观测岛”号提供了一部X波段雷达，使用抛物面天线，安装在舰桥上烟囱的后面，主要用于搜集弹道导弹在飞行末端的宽带情报数据。船上遥测系统的频段覆盖VHF至Ka频段。“观察岛”号是美国导弹防御系统的一部分，可为空间监视系统提供观测数据。 T-AGM-24“无敌”号于2000年4月改装为导弹侦察测量船，其主要载荷是“双子星眼镜蛇”双波段雷达，可从同一部碟形天线同时发射S波段和X波段信号，该雷达能够探测、截获、跟踪和收集高精确的弹道导弹测量数据和目标特征数据。雷达系统重约50吨，探测距离2000公里。其中S波段负责跟踪，瞬时带宽为300兆赫兹， X波段负责信号特征数据收集，瞬时带宽为1吉赫兹，支持宽带成像。 图5 T-AGM-24“无敌”号导弹侦察测量船 2002年，麻省理工学院发表了“朱迪眼镜蛇”雷达系统升级的可行性报告。2004年8月，美国公布了“朱迪眼镜蛇”替换项目，用于替换“观察岛”号，新船命名为“霍华德·洛伦岑”号（T-AGM- 25），2012年1月10日正式交付，2014年1月具备初始作战能力。“洛伦岑”号船长162.8米，型宽27米，吃水6.5米，标准排水量12777吨，编制88人，最大航速20节，12节时续航能力可达1.2万海里。“洛伦岑”号搭载两部大型相控阵雷达，S波段雷达主要任务是自主搜索、截获与跟踪所关注的目标，次要任务是收集目标的中等分辨率数据； X波段雷达主要任务是提供所关注目标的宽带、高分辨率数据，次要任务是提供自主搜索、截获与跟踪能力，作为S波段雷达的补充。两部雷达共用后端（CBE——Common Back End）进行信号和数据的处理，许多CBE组件被设计成共用、标准化的组件，最大限度地在两种雷达之间共用程序代码，减少系统总成本。 图6 T-AGM-25“洛伦岑”号导弹侦察测量船 3 俄罗斯导弹测量船发展情况 俄罗斯（前苏联）导弹和航天测量船起始于上世纪60年代，主要用于各种中远程弹道导弹、火箭、卫星测控与指挥。前苏联的航天测量船大多以导弹或航天事业功勋人物命名。 前苏联第一代大型航天测量船是“弗拉基米尔·科马洛夫”号，1967年在波罗的海造船厂由一艘货轮改装而成，排水量约17850吨,全长155.7米，宽23.3米。任务载荷由雷达系统、船舶定位系统、数据处理系统、通信系统、中央控制系统、定时系统等组成。共有天线40部，其中2部天线直径8米，1部直径2.1米，用于跟踪宇宙飞船。 “谢尔盖·科罗列夫院士”级是前苏联于上世纪70年代为支援当时如火如荼的空间探测项目而设计建造的第二代大型航天测量船。该船排水量21250吨，全长182米，宽25米，16节航速下最大航程22500海里，主要在大西洋海域执行对航天器轨道跟踪监控、遥感数据测量与传输以及在空间与地面间建立通信链路等任务。同时，利用该船还可开展外大气层和外层空间的科学研究项目。 “尤里·加加林”号是全球吨位最大的大型航天测量船，在民用油轮设计基础上改进而来，排水量53500吨，全长230米，宽31米，17.7节航速下最大航程达24000海里，海上自持力130天，1971年执行任务，主要用于外层宇宙空间的科学研究。“尤里·加加林”号关键空间测量系统包括用于同时和单独跟踪2个宇宙飞行目标的跟踪雷达和4部抛物面主天线，其中2部直径为12米，另2部直径达25米，分别工作在厘米波、分米波和米波波段。此外，该测量船还搭载有卫星通信系统、数据处理系统、船姿定位系统、稳定与控制系统、计时系统以及控制中心等综合载荷。 图7 “尤里·加加林”号测量船 “内德林元帅”级大型导弹试验与航天测控/指挥船在80年代开始建造，原本计划建造3艘，最终完成“克雷洛夫元帅”号和“内德林元帅”号两艘。该船全长211.2米，宽27.7米，排水量25300吨，16节航速下续航力达22000海里，海上自持力120天。该船雷达系统功能强大，共配备有1部“顶板”对空搜索雷达；3部“棕榈叶”导航雷达；1部“飞屏”B直升机控制雷达；1部“末盘”空间跟踪雷达；1部“四叶”跟踪雷达；3部“四楔体”跟踪雷达和4个小型跟踪天线；2部“圆屋”塔康战术导航雷达。“内德林元帅”级主要用于监控前苏联弹道导弹发射试验，收集试验数据，该船雷达电子装备先进，可同时对多个目标实施跟踪，战时可以用作指挥舰，但船上并未安装武器系统。 “卡普斯塔”号航天测量船1989年服役，主要用作导弹靶场测量，并能监测和搜集其他国家导弹试验的情报。该船排水量36000吨，全长264米，宽29.9米。该船与其它测量船载荷配置上具有较明显差异，除了装载雷达设备外，还装载声纳、电子战、火控和武器系统。雷达系统主要有1部“顶板”三坐标对空搜索雷达，4部“疯驽马”对空和对海搜索雷达，3部“棕榈叶”导航雷达，2部“歪椴树”和6部“枭栖木”跟踪雷达(用于导弹遥测和跟踪)，1部“飞屏”舰载飞机进场控制雷达，2部“圆屋”塔康战术导航雷达，1部“长头”和2部“盐罐”敌我识别雷达。声呐系统为1部中频主／被动舰壳声呐。电子战系统有1部“拖网”、2部“汤杯”、1部“笼盒”和1部“蛋糕模”等电子战设备。该船动力系统采用了蒸汽轮机和核动力联合动力装置。以上特点表明该船可用做指挥舰。 受苏联解体，国力下降影响，前苏联绝大部分测量船均退役。 4 导弹侦察测量船发展特点 4.1 军民结合，以科研试验带动军事能力发展 导弹测量船自问世之日起，就有着鲜明的军民结合特色。船平台基本都是货船或商船改造而来，船上不搭载武器系统，既无自卫能力，更无攻击性，一般不把它看作作战平台。船员由非军职船员或民间合同船员构成，但管理和使用归军方。从导弹测量船的发展初衷看，它的主要目的是满足火箭/导弹试验（大都是选择向海洋发射）和航天活动（全球布站测量和海面回收）测控需求，科学研究性质比较明显，只不过这些科研试验有着明确的军事用途，因此也就形成了军方主导、民间协助的发展格局。 导弹测量船在火箭/导弹发射和航天试验活动中发挥重要作用有其客观规律。一是地球曲率带来的视距限制造成地面测控设备存在盲区；二是地球表面71%的区域为海洋，绝大部份为公海，测量船部署基本不受主权等政治因素限制，通过多艘测量船合理部署，可以实现导弹、航天器全程测控的无缝覆盖需求。测量船普遍吨位较大，都具有无限航区出海能力，这与其执行任务的地域特点——远海区域有关。从测量船本身平台特点上看，基本采用民船构型，一方面可降低建造成本，另一方面便于以科研名义执行任务。在美苏太空竞赛的高潮期，两国就曾开展过空间科研合作，1975年7月，美国“阿波罗”飞船与前苏联“联盟19”号飞船在空间成功对接，两国的测量船都参加了测控和通讯活动。 在后期发展的导弹测量船中，雷达系统成为测量船的主要配置装备，具有对合作目标、非合作目标进行测量的能力，能够搜集并分析目标特性，美国依据测量船上雷达采集到的目标信号，提取了不同洲际弹道导弹再入大气层的雷达回波信号特征，为美国弹道导弹防御系统提供了实测数据，有利于提高导弹防御系统作战效能。 4.2 综合载荷，有源无源构建一体化任务系统 为独立完成各类火箭、导弹和航天器的远程测控任务，测量船装载了大量的电子设备和天线，因此，导弹测量船外观上给人的突出印象是天线林立，一般都具有几十副天线，多的可达上百副。这些电子系统按功能可分为遥测设备，内部通讯设备，导航电台，卫星通讯设备，时统设备，船位姿态测量设备，导航雷达设备，测量雷达设备，数据处理中心，指挥控制中心等，工作频段从VHF覆盖到Ka。可以说，一艘测量船就是一个综合任务系统。在测量船发展早期，主要以遥测遥控设备为主，用于合作目标测量；70年代以后，非合作目标测量成为测量船的重要任务，雷达系统成为测量船的主要发展装备，如美国“观察岛”号就在1979年加装S波段相控阵雷达，1985年，又增加1部X波段宽带雷达。在美国最新发展的“洛伦岑”号测量船上，S、X波段双波段雷达进一步升级为有源相控阵系统，有源无源一体化的发展趋势非常明显。 综合任务载荷在船平台有限的空间上面临严重的电磁兼容问题。美、俄在测量船的发展中，都碰到过大功率发射机和高灵敏度接收机之间的兼容性问题。为了保证设备兼容工作，一般都采取将信号的频率、时间和空间按任务功能分开处理的方式。频率分割上，对电子设备频率统一规划，有源和无源设备分配不同的频段，同时抑制有源设备的带外辐射；时间分割上，通过指挥控制中心（或任务管理系统）对电子设备频谱进行统一管理和调度，按任务重要性和设备兼容性规定开关机顺序和时间；空间分割上，将有源设备和无源设备分别设置在船头和船尾，充分利用船平台空间长度大的特点拉大空间隔离距离。从导弹测量船的发展历程看，有源无源一体化任务载荷的电磁兼容性得到较好的解决。 4.3 任务转型，由技术保障向战略情报侦察转变 纵观美、俄测量船发展历程，其发展最为迅速、装备量最大的时期正是弹道导弹技术迅猛发展和人类航天活动最为活跃的时期。导弹测量船在美国“水星”、“双子星座”和“阿波罗”计划等重大航天活动以及“阿特拉斯”、“潘兴”、“北极星”、“海神”等战略弹道导弹试验上发挥过重要的技术保障作用。 冷战时期美苏激烈的太空竞赛也引发了巨大的安全风险，为缓和国际局势，双方进行了一系列的安全谈判，1972年，双方达成《战略武器限制谈判临时协议》（后于1991年形成《削减和限制进攻性战略武器条约》）、《限制反弹道导弹系统条约》。为监督对方条约履行情况，导弹测量船开始执行条约核查任务，其任务从技术保障向战略情报侦察转型。特别是在80年代，美国在“观察岛”号安装了“朱迪眼镜蛇”相控阵雷达和X波段宽带雷达后，利用“观察岛”移动平台的优势，开始执行全球范围的弹道导弹监视任务，世界上拥有弹道导弹和火箭发射能力的国家都是其关注的对象。通过雷达测量，可以获取弹道导弹射程、精度、轨迹特征和弹头特性等核心参数，通过这些参数，一方面，可以评估对方的导弹能力，另一方面，可以为导弹防御系统的建设和作战提供数据支撑。 5未来展望 5.1 导弹侦察船是战略情报和战略预警体系的节点 在弹道导弹防御中，目标识别是一个关键问题，这里既有技术上的困难，也有作战使用上的困难。从目前的技术手段和识别方式上看，目标识别依据模板方式，而模板的构建必须依靠试验或测试数据。“我从来都没见过你，我又怎么识别你呢？”因此，识别的可靠方式应是“我曾经见过你”。从这个角度思考，我们就容易理解为何美国在全球遍布基地的条件下，还在继续发展并提高导弹侦察船的能力，这是因为它的军事需求发生了改变，它的使命任务是获取战略情报。不论是对弹道导弹试验还是航天活动，这些战略情报可用于评估一个国家战略武器的试验能力、运载能力、投送能力、打击能力，为本国制定相应的国家安全战略；其获取的弹道导弹目标特征数据更是一种稍纵即逝的战略情报，这些战略情报可用于导弹防御系统，提高弹道导弹防御系统的作战效能。 在美国导弹防御系统中，“观察岛”号上的“朱迪眼镜蛇”雷达是它的一部传感器。它可以执行弹道导弹防御中目标助推段、中段和再入段跟踪和测量任务，能够提供目标特性分析数据，为目标识别提供技术支撑。 此外，现代导弹测量船上的雷达都具备远程探测能力，其探测数据可支持空间态势感知系统建设。其能力贡献表现为以下几方面：一是对新发射目标可实时响应，有利于及时确定目标轨道参数，进而判别目标身份和类型，这些信息对空间目标的分类和管理非常有利；二是利用平台的移动特性，可实现全轨道覆盖。雷达部署位置的经纬度对空间监视效能有一定影响。部署纬度高，低倾角目标的覆盖会受到严重限制，经度位置会限制雷达对高轨和同步轨道目标的覆盖。导弹测量船具有在任意经度和纬度工作的优点，可实现空间监视能力的体系覆盖。 5.2先进传感器和处理能力是导弹侦察船的核心载荷 任务转型决定了导弹侦察测量船的信息获取能力必须进一步提升，对战略威胁的感知能力要更加透彻，发展先进传感器，增强数据采集和处理能力是提高情报质量的重要手段。弹道导弹和航天发射具有目标类型多、空间分布广等特征，目标类型上，有助推器、多级残骸、多弹头、有效载荷等；空间分布上，距离散布几千公里，高度跨越上万公里。侦察测量船综合载荷在技术体制上，应发展有源相控阵体制，以适应多目标、大空域任务需求；工作频段上，应往全频段扩展，获取目标不同频段特征数据；处理能力上，应发展多源/多谱融合处理手段，提高目标细节分辨能力。 5.3 多功能一体化设计是解决平台电磁兼容性的发展方向 电磁兼容是导弹侦察测量船系统设计中无法回避的重要技术问题，这里主要有两方面制约因素，一是平台空间受限带来空间隔离困难，二是有源/无源设备之间的信号串扰难以消除。采用频率、时间、空间隔离的方法能够缓解电磁兼容，但难以根除，在设备集成时将面临较多困难。采用多功能一体化设计思想，通过宽带有源阵面和数字化处理方式，将雷达、遥测、遥控、通讯等不同功能集成设计在同一硬件平台上，利用软件化重构实现任务的动态重组，可以从根源上较好的解决电磁兼容问题。 |
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