低空防衛系統

對空快炮及地對空飛彈是目前防空的主要武器。為了對付日趨快速的飛機，一個有效的目標搜尋與火力控制系統是不可或缺的。尤其今天，低空滲透飛行已被認為是最好的攻擊方式；諸如B-1轟炸機、巡弋飛彈等等都採用此種方式去穿透敵人的領空，在此種趨勢下，能夠對付這類目標的防空武器已越來越重要。

本文就是在討論目前這類武器技術的發展情況，及已在使用中的各型系統。這篇文章主要偏重於陸軍方面的武器系統，而海軍方面的系統由於海上狀況與陸上又不一樣，因此不在討論的範圍內。

目標的分析

一般來說，在零到一百公尺高度的空域之間，來自空中的威脅可分為下列幾種：噴射戰鬥機或轟炸機、巡弋飛彈、渦輪旋槳飛機、無人遙控載具及直升機等。

現分門別類地分析以上這幾種威脅。首先談到噴射機，在此種高度下的噴射機，大都以縱列飛行的方式來穿透防空網。因為在雷達幕上看起來，整個編隊只是一個點，所以此種編隊方式可以減少被雷達偵測到的機會，通常其飛行速度為時速900公里，而飛行高度約為50公尺，這要看地形的起伏而定。當飛機接近目標區時，為了攻擊，其高度與速度依其所攜帶的武器而有所改變。一個有效的防空系統，必須能夠摧毀利用此種方式攻擊的飛機。

巡弋飛彈是另一個重要的威脅。它多半以極低的高度飛行在預定好的航路上，通常它們的速度在0.6到2.0馬赫之間。由於其雷達截面積極小，雷達很難發覺它們；又因速度太快，來得太突然，使此類目標的偵測變得極為困難，這就是為什麼美國要極力發展巡弋飛彈的原因。

由高效率且安靜的渦輪旋槳引擎所帶動的輕型飛機，已經證明是一種經濟有效的武器。已有許多國家利用這種飛機，作為支援空對地戰場的地面攻擊機。由於其速度較低──時速約200∼400公里──使得它們比噴射機更能接近地面飛行，要想偵測它們也較噴射機困難。

無人遙控載具在近代戰爭中占了重要的地位。最近以色列為肅清巴游組織而在黎巴嫩採取的軍事行動中，就大量使用無人載具做戰場偵察的工作。而無人載具所能做的工作，不僅是偵察任務而已，尚包括為雷射導引飛彈標定目標；壓制及飽和空防火炮；對敵人行使電子干擾；或是為轟炸機作開道的工作。在B-1轟炸機上就攜有這類無人載具，來誘使敵人雷達錯認目標；或是以大編隊飛行來飽和敵人的雷達及電子偵測系統。一般戰術上使用的無人載具原本以約100公里速度低空飛行，直到接近目標區時，才爬升至100∼1,000公尺的高度執行作業。

基於作業上的通融性及可變性，直升機擔任戰鬥任務的機會愈來愈多。直升機在飛行時能沿著等高線，非常接近地面飛行，而且能以非常小的半徑轉向。而對其他飛機來說，這幾乎是不可能的事，所以直升機在執行任務時，暴露在敵人雷達偵測的時間，比其他飛機要少很多。

直升機能很快地改變其飛行速度，因此在執行攻擊任務時，比一般噴射機來得適合。例如在反裝甲作戰中，一群裝備著導引飛彈的直升機，能夠迅速地組織並改變其戰斗位置，使得敵方戰車難以發現其行蹤，而處於挨打的地位。

直升機對空防系統本身也造成極大的威脅，一般噴射機由於速度太快，因此飛行員難以發現在地面的空防系統。而直升機卻可以從容不迫地找出其位置，並加以摧毀。因此空防系統的反應速度變得極為重要，因為雙方幾乎都處於相同的地位，誰的反應快誰就占了先機。

在了解以上各種威脅後，我們應該了解一項事實：「如果一個地區的防空效率極佳，則大部分的目標都將來自低空，因為低空飛行提供了最佳的生存率。」

目標鑑別

一般來說，低空防衛系統所需具備的搜索距離不會很長，因為地形的關係，使得目標一般都要到2,000∼3,000公尺左右的距離才會被發現。但是雷達解析度的要求卻很高，因為地形的雜波常會干擾正常的作業。如何在紛雜的訊號中找出正確的目標，是一項非常重要的課題。此外由於搜索距離很近，所以反應時間變得極短，因此如何縮短系統作業上所消耗的時間，是另一項重要的課題。這有賴於科技上的突破。

在目標鑑別上，快速、大量及正確地識別目標，是早期警報的第一步。這可分成下列幾項步驟：一、空域的搜索；二、確定目標位置；三、敵我識別；四、分析及傳送目標資料。

目標資料的收集要仰賴各型的偵測器，如雷達、紅外線等各式的系統。為了方便討論，我們將這些系統分成主動式及被動式兩種。

在使用這些偵測器搜索目標時，由於目標的高度很低，因此限制了這些偵測器的有效距離。低高度對偵測器的影響是多方面的，首先如果在偵察器的前方有一障礙物，例如一棵樹、一棟房子，則就在其後面產生了一塊陰影區域，飛機在這塊區域中是偵測不到的；就如同人的雙眼被東西遮住看不到東西一樣。通常這些地面障礙物不會很高，因此遮住的都是低空區域，飛機飛行在這區域中就很容易躲過偵察。但即使沒有障礙物，地面雜波亦會削弱偵測器的有效性，地面附近的大氣狀況也會影響到偵測的距離。值得注意的是，敵人本身亦會使用各種方式，來削弱偵測器的效能，如縮小雷達截面、吸收雷達波的塗料及反電子措施來擾亂雷達。

以上這些情形，使得在設計偵測系統時，每一個細節都要注意到。一個完美的偵測系統，必須把下列幾個條件都考慮到：一、大的搜索距離和範圍；二、高速處理資料的能力；三、能搜索極低的飛行目標；四、對不同速度目標的單一作業步驟；五、目標距離及方位角、仰角的高解析力；六、具備反反電子作戰能力。

這些看似毫不相關的要求，其實大都互相矛盾。例如要求一套作業步驟能處理不同速度的目標，則這套步驟能處理不同速度的目標，則這套步驟必極為複雜，勢必要降低處理資料的速度。諸如此類的問題只有靠技術上彼此協調來求取最大的效能。

主動式偵測器

主動式偵測器如雷達及雷射，藉著發射能量來鑑別目標，通常其威力極為強大。

一、雷達

雷達較不受天候影響，可靠性也相當高，所以在空中搜索上扮演重要角色。在可預見的未來仍然如此。它的缺點是會被敵人偵知，並干擾其正常作業。一般搜索低空目標的雷達，有效距離能有10∼30公里，可算是相當好的。因為當一個目標距離地面50公尺時，由於地球曲率的關係，最遠也只能在30公里左右的距離發現它。這些雷達通常可涵蓋約3,000公尺高的空域，其所使用的頻率約在100MHz∼10GHz之間。

雷達波形決定搜索空域的範圍。目前所使用的雷達波束形式可分為兩種：餘弦式和鉛筆式波束（見下圖）。餘弦式波束是二度空間的雷達波束，它無法分辨垂直方向的訊號差異，但是卻能一次搜索大量的空域；因此能很快地掃描所有的區域，可以減少被敵人突襲的可能。但其缺點除了無法分辨高度上的差異外，還包括下列幾點：(一)目標反射回來的雷達波較弱；(二)廣大的區域產生了大量無用的訊號──通常為地形所反射回來──往往會蓋住有用的訊號；(三)不可能測知飛機的飛行高度。

這些由餘弦式波束特殊的形狀所產生的情況，鉛筆式波束完全沒有。鉛筆式波束顧名思義，就是波束形狀像一枝鉛筆，它所搜尋的是空中的一個點；因此可以獲得目標物精確的資料，但也需要較長的時間來掃描整個空域，目前解決的方式是利用陳列式的天線，同時掃描多個不同的仰角，以節省時間上的浪費。

都卜勒脈衝雷達是最適合用來搜尋低飛目標的雷達。都卜勒雷達的原理是利用都卜勒效應──物體在接近波源時，其反射波的頻率會增加，遠離時會降低──利用這種效應可以將運動目標的反射訊號，從目標四周地形所產生的雜波中分開。

但都卜勒雷達對直升機而言，有著嚴重的缺點。因為直升機可滯留在空中。可以想見的，此時它只發生螺旋槳葉轉動，所以產生的都卜勒效應雷達訊號，將非常微弱。在高速處理資料的程序中，這些微弱的訊號很容易被忽略掉。這兩個互相矛盾的要求，只有靠昂貴的數據化處理來同時解決。

在數據化處理的過程中，直升機的反射訊號必須預先作成數據資料儲存在電腦中，作為訊號對比之用。它必須包括各種不同角度所反射的訊號型式，以應付各種可能的情況。如果訊號處理機無法判斷某一個訊號時，操作員就必須從機器手中接過判別訊號的工作。當他由面前螢幕上圖形的變化，來判斷是一架直升機出現時，他可以把天線停在這個方位，然後增加雷達波的數目作區間掃描，直到訊號足以提供目標映像；或操作員由訊號頻率辨認出直升機為止。在這段時間，其他空域都是在無警戒的狀態中。

二、短波雷達

短波雷達利用大氣中最小的波段，在35∼90GHz之間。這些波長極短的電波有一些特性，使它特別適合作近距離的搜索。由於它們對自然或人工的煙霧有極佳的穿透力，所以即使在能見度極差的情況下，仍能維持正常的作業。且由於波長極短，因此對物體的解析力很高，它可以用數位訊號處理器，顯現出物體的影像。但由於建立一個有用影像所需的時間太長，所以只能用來作小區域的掃描。這個時間上不利的因素，使短波雷達只能處於輔助的地位。

三、雷射

一些特別的雷射可用在軍事搜索上，原理與雷達差不多，也是藉著反射回來的雷射先來分辨目標。由於雷射的波束極窄，因此也像短波雷達一樣，可以掃描出目標的影像。但是同樣也遭遇到一樣的問題，就是耗費的時間太長，也消耗太多的雷射能量。

被動式偵測器

被動式偵測器是利用目標所發出的電磁射線或是熱輻射、光及聲響來辨認目標。這類的偵測由於並不射出能量，因此敵人不會知道自己正被追蹤，所以不易被干擾。但是由於接收到的信號沒有時間參考訊號，所以沒有辦法知道目標物的距離有多遠。一般被動式偵測器所能獲得的精確目標資料，只有方位角和仰角。距離資料必須仰賴其他輔助設備如測距雷達或雷射來提供。

現有的被動式偵測器有下列幾種：

一、紅外線系統

利用物體射出的紅外線來分辨目標與周圍的環境。當掃描的仰角不大的時候──約1∼15度──可以作相當快的360度水平搜索。這種掃描方式可以偵測到隱身在障礙物後面之直升機所排出的廢氣，使直升機造成的威脅減低。類似這樣的情形，目標可以立即交給武器系統去摧毀。紅外線系統的缺點是：容易被自然物所干擾，如太陽光的反射；也容易被戰場上的火光所迷惑，因此目前很少拿來作低空搜索用。

二、熱影像系統

近年才發展出來的熱影像系統，是利用物體溫度的不同，構成一溫度的分布影像，顯示在螢幕上。由於解析力很高，因此即使在濃霧之中仍能搜索到2,500公尺以外的目標。不過由於只能作水平掃描，因此它只可作區域性的搜索用。

三、短波感測器

一般飛機作低空飛行時，都必須開啟地貌雷達及障礙警告器，這些儀器都會像雷達一樣射出電磁波。同時飛機本身的火力控制雷達，也會射出大量的電磁波。短波感測器就是利用這些電磁波來辨識目標。不過在大部分的情形下，這些電磁波會到處反射，因此感測器無法分辨正確的目標方向。但即使如此，偵測這些重要的訊號，能提供早期的警告，以防範敵人的突襲。

四、目視

許多優秀的低空飛彈系統，都將目視作為輔助工具，因為人的肉眼仍是最可靠的。如羅蘭飛彈就採用無線電歸航與目視追蹤兩種方式來引導飛彈。不過肉眼畢竟距離有限，且易受雲霧的干擾，所以只能處於輔助的地位。

在討論完各種不同的搜索系統後，我們將介紹一下幾種不同的作業方式。一般常見的機動化設備，都是搜索系統附加在武器系統上。這種方式最有效率，也很方便，通常將整套系統裝置在裝甲車內，可以隨時變換陣地，或隨部隊移動，為部隊提供防空掩護。另一種型式的作業方式是搜索系統與武器系統分離，搜索系統發現目標後，再交由武器系統去摧毀。通常這類大型防空系統比較複雜，擁有多種武器可供選擇。這類系統可以接通一防空網路，形成完整的防空體系，以減少武器瞄準的時間。由其他的搜索系統提供早期警報資料，所以火控裝置可在捕捉到目標之前，就將武器指向適當的角度，一旦鎖住目標，可以立即發射。這系統最多可節省下四秒的時間。

火力控制

當防空系統形成一網路時，則可以設立戰鬥指揮中心，將目標的資料傳送給處於最佳發射位置的武器系統。這種控制方式可以處理大規模的滲透，並可防止多個武器射擊同一目標。這樣可以形成火力的組合，發揮最大的效用。

一般野戰用的系統，必須隨軍隊行動，因此不易形成網路，就只有靠本身的偵測系統，去計算目標的方位角、仰角及距離等資料。通常都是用雷達收集火控系統的資料。因為雷達可獲取目標物精確的資料，這是導引一枚飛彈或是作火炮射擊時所不可或缺的。

由於目標太接近地面，因此使得目標的鎖定發生一些困難。首先地面會如同鏡子一樣，造成一個與實物相對的虛像，呈現在雷達幕上；加上地形的反射，使得同一目標產生多個映像。在鎖定目標時，就會發生角度與距離資料混淆不清的情形（見下圖）。像這種情形，火力控制系統必須採用高頻率的偵測器如短波雷達來克服；或是使用紅外線、電視或雷射及肉眼等方式來輔助導引。

如果不使用雷達引導，則可以使用紅外線追蹤飛彈。但紅外線追蹤飛彈容易被各種熱輻射所矇騙，如敵方的火焰引誘物、戰場上的火光及太陽光的反射等等。目前技術上的解決方式，是採用雙色的追蹤彈頭；或是訓練操作員在飛彈發射前，根據訊號鎖定正確的目標。至於發射後則只有靠飛彈本身的辨別能力來確定目標。

紅外線追蹤飛彈的優點是，飛彈發射後就完全自己追蹤目標，而不需要地面設備的引導。因此火控系統可以立即鎖定下一個目標，不用花時間引導先前的飛彈。由於紅外線飛彈根本不需引導設備，因此許多這類系統的操作極為簡單，完全由人力操作與瞄準。整個發射系統就是一個發射管和飛彈彈體，可以放在肩上發射。

近代的軍事武器，由於大量使用微晶片，使得系統的處理速度和效率大為提高，體積也大為減小。防空系統武器也是如此。微處理機與數位電腦應用在處理目標的資料計算和火炮系統的控制上，可以使發現目標到發射武器的時間縮短很多。這對講求迅速及高效率的近代戰爭，是很重要的進步。特別是使用數位電腦來處理目標時，它可以根據已設定的程序，來對付各種情況不同的目標，這是過去系統所做不到的。

武器系統

目前用來對付低空目標的武器有自動快炮、無導引火箭和導引飛彈。現分門別類說明：

一、自動快炮

防空用自動快炮的口徑約在20∼40毫米之間，通常是多管的。它一般的發射速度是每分鐘200∼9,000發之間，其彈丸散布密度足以摧毀各種不同速度飛行的目標。如果要命中正在加速的目標，則可以事先將彈著分布面設計得比較大，以增加命中機率。

一般使用的砲彈型式是穿甲彈或爆裂彈。爆裂彈多半屬於大口徑的火炮，它可以裝置近接引信，在接近目標時爆炸，造成一片碎片彈幕來摧毀目標。

目前有人提議用76毫米的大口徑火炮來對付距離6,000公尺以上的武裝直升機。不過這種重型武器，並不適合近距離目標，因其轉動速度太慢，難以跟上目標的移動。

二、無導引火箭

小口徑、高速、連發的無導引火箭，適合作為近距離的自衛武器，以對付突然出現的直升機。

三、導引飛彈

導引飛彈適合對付1,000公尺以外的目標物。它良好的後續加速度，可以精確攔截快速轉向的目標。為了命中敵機，在設計上有兩種方式可以採用：

(一)裝置高精確度的引導系統及威力較小的彈頭，以能被飛彈自身的動能所摧毀者為主要目標，這類飛彈必須直接命中目標。

(二)裝置威力強大的彈頭，使用近接引信在目標附近引爆，以碎片摧毀目標，這樣就可使用精確度較低的引導系統。

在操作飛彈以低仰角瞄準貼地飛行的飛機時，會碰上一些發射上的問題，因為飛彈很可能尚未加速到足以使翼面能控制方向就觸到地面。解決的方式是以大推力火箭，很快的將飛彈加速或是以較高的仰角發射。但這兩種方式，都使得飛彈不易準確擊中近距離的目標。此外裝置近接引信的飛彈，也可能因為碰到樹梢而引發。因此一些專家建議將飛彈置於升高的平台來發射，這樣就可以解決以上的問題。這個構想可提供較傳統方式更為可靠的發射位置及更大的有效範圍。

至於飛彈和火炮孰優孰劣，則雙方各執一詞。不過一般說來，火炮較適合對付近距離的目標。而近年來貼地飛行科技的進步，使得防空搜索系統很難在三、四十公尺以外的距離發現目標，因此使在近距離方面的準確度和反應速度都較為優良的快炮，顯得較適合擔任這項任務。

介紹完以上的各個主題後，相信讀者對低空防衛系統都已有了一個概略的了解。而所有現有的系統都是上面這些方式的組合，有些系統著重在可靠度，有些則重視遠距離攔截的能力，依據設計時的考慮來選擇最合適它們的組合方式。

（本文譯自R. Walter, "Defence against low flying aircraft", Military Technology. MILTECH, pp 63∼70, April,1984）

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