关于二战雷达的小知识

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关于二战雷达的小知识  q- b) f0 v/ B4 h* p% r

8 d8 U3 F7 W3 a+ Q; e' a首先声明我不是专业搞雷达的，本文中的很多内容却是专业雷达操作人员描述过的。所以仅作为科普用，以纠正某些对雷达的错误理解。* X  c* r- E2 h; s
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一般人对雷达性能数据中最感冒的就是其探测距离了。但在实际使用中，这个探测距离究竟怎么样是值得商榷的。假如只是为了发现天上来了东西，那么当然探测距离越大越好，但如果用在实战中，雷达报告的300公里外“移动物体”只是一团雨云，估计时间长了谁也受不了。因此就有了下一个要求：精度。
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这个“精度”不是一般人理解的，控制炮弹打过去，炮弹落在哪里的问题，而是雷达波在接触到目标反射回来的能量大小，目标越大，反射能量越大，目标越小，反射能量越小。当然雷达波自己没有这么聪明，它认不清自己撞上的是一艘大和还是一个小岛，所以这需要人来解决。解决的方法就是：波长。
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根据我们在初中物理中学到的知识，波速等于波频乘以波长。可以肯定，波长越短，精度就越高，但同时波频就越大。但产生波频是需要空间——设备体积——和能量的——也就是电力，尤其在早期电子学不算发达的时候，这两个东西一直是很伤脑筋的。而早期军舰又一直空间不足，因此合理的设计雷达指标是有学问的，并不是“距离”越大越好，理论上说，应该是功率越大越好，因为大功率就意味着高频，更意味着精度。
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- P! V0 W6 f" L9 @4 ?& A# c但大家看到了，我在上面说的，只是“理论上说”。为什么呢，很简单，大功率电器在使用中还意味着大发热量，以前我们看到有人玩电脑超频烧个CPU、主板什么的，同样的，对工作频率要求很高的雷达要是经常工作，肯定也会发生过热然后烧个磁控管、谐振器什么的。偏偏这些喜欢过热的部件又都是雷达的核心部件，所以你光把这些部件设计得很耐热还不行，就算在雷达室内工作的同志们光着屁股吹着空调忍下来了，显示系统也会出现毛病，比如在没有情况的方向出个情况，或者干脆报告所有方向都有情况。不要觉得这些很夸张，想想电脑过热后的死机。所以设计出的雷达只能在性能上搞折中，因此不要看着探测距离和功率就决定这个比那个好。
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6 g! G7 k5 q6 Z  d. u( u# A这些问题解决完之后，别急，以上才是雷达的基本要求，还有呢。. v8 [: S! O" f3 u+ ?& r! Y1 C
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首先说对海探测。对海探测的要求比较少点，因为毕竟只是探测一个二维空间内的物体。而且，相信舰艇上的水兵谁也不希望自己在雷达上发现的“小舢板”到了跟前变成一条战列舰。但这只是雷达的最基本作用，随着精度的增加，雷达不仅能分辨目标的大小，还能比较准确的测算出目标的距离。这个时候，它的第二个作用就出现了：火控。  X9 j" G9 Y7 }$ p

7 {+ s( D0 s" a" C火控雷达对精度的要求更高，因此它们的使用距离都不大。但在夜间，这个距离的缺陷就不明显了：眼力最好的日本海军最高夜间识别记录也不过3600米，而同期西方海军的能力普遍不超过1800米。而在华盛顿猛K雾岛那一次，交战距离达到了8000米左右。这就不难想象当日本人遭到炮击时的心情了：这叫什么概念？自己睁大了眼睛也没发现目标，就被人猛K一顿16英寸的老拳。1 p4 m4 J  C; w; I+ S

( E2 z, V( p" U' v* x1 y' f7 U3 @+ A6 F但是——多么讨厌的字眼——这并不是说具备这种能力的火控雷达就是好雷达。因此在雷达原理中，有一个讨厌的东西一直影响着雷达的精度：旁瓣效应。这个东西是雷达功率一大之后带来的副产品，通俗点说就是波频一高，雷达就出现一种类似近视眼的现象，看远点的东西都是带重影的。你搞探测还可以把这个忽略掉，但搞火控就不行了，有听说过好狙击手是近视眼的吗？一样的道理。5 x6 p* J8 ]$ T% _& r$ h9 {7 G) U

4 z5 b1 y: X9 A7 x6 z& V遗憾的是，这个旁瓣效应还是无法根除的，一直到现代，它都一直是骚扰雷达操作人员的一个老对手，唯一能做的，就是尽量减少它的误差。目标越小，它的影响越明显。想想现代对空导弹为什么都是在飞机旁边爆炸，就是这个原因。它的影响，我将在后面再次提到。
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话到这里，就不能不提为什么说英国雷达在二战中一直是水平最先进的了。从上面的文字里，我们知道了雷达使用中的一些现实困难，而且知道了这些困难导致的后果。这个时候再来提英国雷达的表现，就比较好理解这些看似不突出的性能了。# F2 q" |- q6 o( l' ]$ U

2 c+ S0 O! |- O* S3 v火控雷达的近视眼问题使得理论上说，当时的雷达指挥的火炮交战距离一般不超过12000米。但是，英国的279型就数次突破了这个限制：世界最远炮击命中记录是英国的“厌战”号，交战距离26000码以上，还是首发命中，时间是1940年；排第二的还是英国人，这次是“声望”号，交战距离22000码以上，时间还是1940年，挨打的是“沙恩霍斯特”和“格奈森诺”；排第三的仍然是英国人，换了“约克公爵”号，交战距离20000码，倒霉的还是“沙恩霍斯特”，而且这次还没能跑掉，时间是1943年底。! B' i! E3 `- v7 f1 o9 S$ X3 Z9 S

8 I# u2 o" b& }$ {& {4 ^比较比较，不比怎么较。美国方面火控雷达的最远射击记录是在苏里高海战，距离大约12000米，时间是1944年10月。
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0 @4 ]( _' f6 M: a所以说，英国雷达好不是浪得虚名的。2 P# L! h+ U# \( n

) F) j8 R% B! k. q; ]. N7 u下面该说说对空雷达了。" X/ s' ^' k6 d) z+ ?. V; Q

! _  }4 Q8 Y9 u0 F4 G, H* Z如果是对海雷达就已经这么折磨人的话，对空雷达简直就是要逼人上吊了。因为对空雷达不仅要探测方向和距离，还要探测高度，所以对空雷达一直都是两套天线，一套搞水平扫描，一套管垂直扫描。后者的麻烦更多，因为由于上文提到的旁瓣效应，高度误差随着扫描距离的增加是很吓人的：比如某德国雷达号称探测距离高达300公里，这个数字在当时的雷达里绝对排第一，但其高度误差也当仁不让地占了绝对第一——3000米。这要是准备打空战，是准备伏击别人呢，还是准备被别人伏击呢。所以有经验的德国飞行员一接到雷达转来的敌情之后，都会自觉地再飞高3000米——爬不上去的再说。# b$ s& R, o7 A8 B* T, |7 A

! n  z' G) g" p1 t当然雷达的精度一直是在进步的，战争后期的一些对空雷达就没这么夸张了。精度自然也大大提高了，可以分辨来的是一群亨克尔还是一群梅塞施米特了。这时就有人想到用它来控制高射炮。但对空雷达控制高射炮毕竟还是存在现实困难的，当时的高射炮使用的都是定时引信，先算好距离和飞行时间，然后装定引信，开炮之后就祈祷雷达的近视眼问题不要那么严重。这中间影响效果的，除了雷达的近视眼问题以外，还有数据的传送和引信的装定时间延迟，所以，雷达控制高炮的效果还不是革命性的。真正的革命性效果得等到VT引信的出现。  d. T% |& L6 m: {( U
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VT引信简直就是飞机的灾难。高射炮手们终于不用自己装定引信了，只需要将炮弹发射出去，而炮弹何时爆炸，则由一直进行检测的雷达决定。在马里亚纳海战中，很多人都忽视了这一点：日本飞机在突击美国快速战列舰编队时遭到了致命打击——全部击落。这其中VT引信功不可没。但是，没有雷达，尤其是没有好雷达的话，光靠VT引信也是不可能发挥这种作用的。
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6 u. Z! r1 y; T4 B所以，雷达绝对是二战决定性兵器的代表做，没有它，也没有VT引信。只有真正了解了雷达的原理和使用情况，才会对雷达有个正确的认识。