有這樣一個人:
70年前,在抵抗美軍侵略和援助朝鮮的戰場上,他用幾個罐子抵抗住了美軍的電子幹擾,這大大提高了我們空軍的戰鬥力。開國中將王偉將一項重要任務委託給他:「從現在開始,全軍的雷達將掌握在您的手中」;
六十年前,在我國沿海地區,他積極研發了空軍武器,擊落了入侵我國領空的U-2偵察機,建立了國防安全屏障;
近年來,他在我國的載人航天,空間站和月球探索項目中不可或缺。
他是張履謙。
今天,我們走進了他和我們的空軍雷達的故事。
1.「除非解決這個問題,否則我們將永遠不會退縮」
1950年6月,韓戰爆發後,參加第二次世界大戰的-美國B-29重型轟炸機(綽號為「超級天空要塞」)從戰場上走出來,對朝鮮的各種目標進行轟炸。一段時間以來,B-29重型轟炸機似乎處在空無一人的狀態。
不久,在蘇聯空軍的參與下,B-29剋星米格-15戰鬥機問世。
米格 15擊落B-29的繪畫
1951年4月12日,48架B-29試圖在近100架F-80和F-84的掩護下轟炸安東的鴨綠江大橋。中國和蘇聯空軍派出約80架米格-15進行攔截,其中30架米格-15突破了護送戰鬥機防線,攻擊了B-29機隊。 3架B-29轟炸機當場被擊落,其中7架嚴重受損,轟炸任務中斷。
在「黑色星期四」之後,美國空軍將其大型轟炸機轟炸任務暫停了近三個月。
此後,在1951年10月22日至27日的大規模空戰中,又有5架B-29被當場擊落,其中6架嚴重受損,在回程途中墜毀或著陸後損毀,還有10多架受傷,10月28日,美國空軍司令部下令停止大型轟炸機群的白天戰略轟炸,並停止使用轟炸機進行夜間小批量戰術支持。
在夜間空戰中,雷達是飛機的眼睛。
美國軍方將一些B-29飛機改裝成電子戰機,以幹擾中國和朝鮮軍隊的雷達。根據戰後美國解密的信息,當時美軍使用的電子戰設備基本上是第二次世界大戰中使用的舊貨,相關的技術人員也很稀缺。由於保密原因,朝鮮戰場上沒有使用最新的電子戰設備。
可以說,與二戰末期的鼎盛時期相比,美軍的電子戰實力下降了很多,但仍處於世界領先水平。
B-29重型轟炸機內部安裝的電子幹擾設備
當時,中國和朝鮮軍隊配備的大多數雷達都是二戰中蘇聯軍隊使用的舊型號。在美國軍方的幹擾下,雷達屏幕上什麼也沒看到,或者雷達屏幕上出現了雪花般的噪音,無法將戰鬥機引導到空中。
這個問題很快被報告給當時的軍事委員會通訊部長王諍。王諍趕到中朝邊界的丹東雷達站親自坐下。在看完雷達被卡住的整個過程後,他莊嚴地對一個年輕的下屬說:「如果不解決這個問題,就永遠不回去。」
這是決心和命令。
王諍的下屬當時才二十多歲。他是一名剛畢業的大學生,而且之前也沒有接觸過雷達。
他可以解決美軍的電子幹擾嗎?
2.「從現在起,您將負責全軍的雷達」
這個年輕人叫張履謙。
1926年3月1日,他出生在湖南長沙黃花鎮的一個農民家庭。他的父親是當地著名的醫生,他稱他為「履行謙遜」。
張履謙小學畢業後,經歷了抗日戰爭的爆發,在流離失所中完成了中學教育。 1946年,他與高中同學朱總理一起進入清華大學電氣工程系,並住在同一宿舍(明齋117號)。朱總理後來擔任清華大學學生會主席,並經常外出參加活動。看到他沒有合適的冬裝,張履謙給了他一件最好的衣服-皮夾克。
1948年12月,張履謙秘密加入中國共產黨。 1951年大學畢業後,他被分配到軍事委員會通訊部。王諍部長非常重視這位清華大學學生黨員,並安排他從事雷達工作。雷達當時是高科技。對張履謙來說,這是一個陌生的職業,但他堅持這種信念:「只要工作需要,黨就要求我做我要做的事情,並把事情做好。」
張履謙努力學習雷達相關知識。他仔細閱讀了《雷達基礎知識》的外國版本,並將其翻譯成中文,供同事學習。他還前往雷達部門了解雷達的工作條件。
作為陸軍通信部第一位雷達技術員,張履謙接任了王諍在戰場上分配給他的抗幹擾任務,以抵抗美國的侵略和援助朝鮮。他在雷達站呆了十多天,並與雷達技術人員一起觀察了幹擾現象並討論了對策。
蘇聯P-20雷達用於韓戰
雷達幹擾分為兩類:無源和有源。當時的被動幹擾是飛機拋出的金屬箔條。這種幹擾方法技術簡單,但是很難長時間幹擾雷達。主動幹擾是當時(現在)美軍使用的主要幹擾方法。雷達幹擾器可以看作是小型雷達,可以通過發射與真實雷達相同頻率的信號來達到盲目雷達的效果。
張履謙在對幹擾現象的分析研究中發現,只要改變雷達的工作頻率,一段時間後幹擾現象就會消失,而當雷達以最高或最低工作頻率工作時,幹擾就會消失。似乎被削弱了。
現在,我們知道發生這種情況的原因是,當時美軍使用的早期雷達幹擾器需要操作員進行手動調整。雷達工作頻率改變後,操作員需要搜索新的工作頻率,然後將幹擾器設置為該頻率。在這段時間內,雷達不會受到幹擾,並且可以正常工作。
此外,由於飛機上空間和電源的限制,雷達幹擾機的性能也會受到限制。此外,蘇聯嚴格保密雷達的技術性能參數。當時美軍使用的雷達幹擾器最初是針對第二次世界大戰期間的德國和日本雷達,無法完全覆蓋蘇聯雷達的工作頻率範圍。
當時,張履謙對此並不了解,但他迅速總結了幾種應對幹擾的措施:快速改變雷達頻率,擴展雷達頻帶,安裝瞬時自動增益控制電路以及共同定位,多站的幹擾源。儘管這些措施很簡單,但它們非常有效。
實際上,早期的雷達幹擾和抗幹擾就是拼雙方操作員的手速。
在沒有無線電設備的情況下,張履謙用了幾隻空罐子,並將它們切成一個半圓,從而創造性地製作了「電容器」。他用麻繩和拉杆將這些「電容器」連接起來以使其同步旋轉,並在戰鬥中進行了更換。為了達到快速改變雷達頻率的目的,「小罐解決了大的抗幹擾問題」。
這種快速跳頻抗幹擾方法仍然是各種現代雷達使用的有效抗幹擾方法。張履謙還總結了前線抗幹擾經驗,編寫了操作規程,下達給全軍,成為我軍第一個電子對策條例。
為了表彰張履謙在朝鮮前線所做的工作,今年年底,軍事委員會通訊部授予他三等功。
王諍高興地對他說:「年輕人,從現在開始,全軍的雷達將移交給你。」
1953年,我軍第一支雷達幹擾和抗幹擾小組正式成立,張履謙為組長,王諍為副組長。
三,空軍利器
1954年,空軍進入福建議程。
當時,國民黨在福建沿海的島嶼上部署了雷達站。如果直接飛過去,我們的部隊很容易被發現,從而失去了作戰行動的突然性。如果飛機被陸運打包,拆卸和運輸,則將花費時間和精力,並且飛機在拆卸和組裝後將無法立即形成戰鬥力。
當我們的空軍進駐福建,臺灣雷達電子幹擾時,張履謙迎來了一項新任務。
在仔細考慮之後,他提出了幹擾是戰鬥行動中的一種武器,在和平時期不應該輕易使用。建議對臺灣的雷達進行電子偵察,以發現其雷達覆蓋的盲區。飛機可以通過盲區進入福建。
該建議被接受。
在接下來的半年中,他帶領一個小組前往福建的各個山丘和島嶼。通過偵察和定向測量,他獲得了臺灣雷達的數量,功能,頻率和範圍的數據,並繪製了臺灣雷達的地圖。布局圖和盲區圖已發送給總參謀部,為駐福建空軍提供了重要信息。
1957年秋,張履謙被調任國防部第五研究所(現航空航天第二工業研究院)新成立的第二分所,擔任雷達研究部副主任。開始模仿蘇聯的1059短程地對地飛彈(後稱「東風1號」),專門負責模仿飛彈的偏航校正儀。
在此期間,他克服了蘇聯專家突然撤離所造成的困難。經過200多次測試,他通過自行開發的儀器和替代材料完成了任務。
博物館展出東風一號飛彈
從1962年開始,美國開始使用臺灣飛行員駕駛的U-2偵察機在大陸進行偵察活動。 U-2偵察機是當時世界上最先進的高空偵察機。它是由美國頂尖科學家,著名飛機設計師和洛克希德的靈魂人物凱利·詹森設計的。今天,它仍然是美國空軍現役偵察機的重要組成部分。當時,唯一可以擊落U-2的是薩姆-2飛彈。
薩姆-2飛彈是蘇聯的第一代地空飛彈。雷達看到飛機後,便通過無線電發射飛彈飛機的位置,並引導飛彈攻擊目標。因此,制導雷達相當於飛彈的眼睛。
在完成對蘇聯1059短程地對地飛彈的模仿之後,張履謙做出了不懈的努力,致力於模仿蘇聯的薩姆-2地對空飛彈,並負責模仿製導雷達站的收發器系統。 [註:薩姆-2飛彈的仿製和改良模型後來被命名為「紅旗1號」和「紅旗2號」。 】
1962年9月,薩姆-2飛彈在江西擊落了第一架U-2。
美國科學家迅速做出反應,並在U-2上安裝了雷達偵察和警告系統,一旦檢測到薩姆-2飛彈的制導雷達信號,它就會警告飛行員。
我們看到了竅門,並制定了「緊密而快速的方法」(張履謙也對此做出了貢獻),首先使用其他雷達(例如高射炮製導雷達)來照亮並跟蹤U-2,而不會觸發其雷達偵察警報系統。 U-2進入薩姆-2飛彈的射程後,飛彈的發射準備工作將在8秒內完成(之前需要7-8分鐘),飛彈可以在20秒內擊中目標。在如此短的時間內,U-2沒有逃脫的機會。
依靠這種方法,我方在1963年11月和1964年7月擊落了第二和第三架U-2。
U-2飛機殘骸在博物館展出
四、「以其人之道,還治其人之身」
1964年11月26日,U-2飛機再次入侵。
我們的地空飛彈部隊一直在等待它。 U-2飛機一進入伏擊圈,便立即按照先前的戰術發射了三枚飛彈。
這時,奇怪的事情出現了:從雷達屏幕看,敵機的信號竟然是棗核的形狀。突然之間,棗仁的形狀出現了縫隙。飛彈穿過間隙,U-2飛機首先下降到一定高度後,迅速拉升逃離。事後檢查,戰鬥準備,武器操作和各項保障任務都沒有問題。
這一幕發生了好幾次。飛彈部隊意識到美國人升級了U2偵察機的電子幹擾設備,因此他們向上級尋求幫助。
王諍找到張履謙:「研究室的主要工作是進行研究。軍隊是我們研究成果的實際運作單位。因此,我們的研究必須與軍隊結合起來。必須解決這個問題。」
經過詳盡的分析,張履謙得出結論,美國科學家已經為U-2飛機裝載了新的電子幹擾系統。飛彈制導雷達在最大回波定位的同時,採用了掃描跟蹤雷達系統。新的電子幹擾系統可以接收飛彈制導雷達的發射信號,並添加偏置的幹擾信號調製,然後以與雷達相同的頻率轉發回去,以欺騙飛彈制導雷達。用外行的話來說,這就像是魔術的眼罩,眼見為實。
後來,針對這一問題,上級部門召開了專門的對策研究會議。會上,張履謙詳細解釋了這種幹擾的原理以及他自己的反幹擾對策。提出只要將飛彈制導雷達的發射信號改變為連續照明信號,電子幹擾系統就會失效。
每個人都一致肯定了這一舉動。王諍說:「好辦法,以其人之道,還治其人之身。」
紅旗2地空飛彈制導雷達站
張路謙去了相關工廠,與製造商的技術人員一起修改了飛彈制導雷達的發射和接收系統,並迅速開發了一種抗幹擾裝置。這項改進措施很快生效。 1965年1月10日,第四架U-2飛機在內蒙古被擊落。
技術人員從U-2飛機的殘骸中找到了他們先前猜想的電子幹擾系統。
接下來,張履謙將前線反饋回來的抗幹擾措施,應用到紅旗2地空飛彈制導雷達站的設計中,大幅度提升了抗幹擾性能。
1967年7月,紅旗2號的設計完成。 9月8日,「紅旗2」飛彈在浙江嘉興一舉擊落了第五架U-2飛機。這場戰鬥的細節仍然是國家機密。目前已知的是,「紅旗2」飛彈制導雷達經受住了電子幹擾的考驗,國產的電子作戰設備已經超過了美國的產品。 U-2高空偵察機於60多年前問世,世界上只有7架被擊落,其中蘇聯擊落2架,其餘5架被張履謙擊落。美國頂級科學家曾多次與張履謙進行鬥法,但遭慘敗。
後來,張履謙主持了反導系統雷達的總體設計,突破了相控陣雷達的許多關鍵技術,研製了飛彈精確跟蹤雷達和衛星超遠程制導雷達。他擔任首席設計師,負責開發統一的微波測控系統,該系統克服了多個副載波,多種調製,精確角度測量,速度測量和距離測量以及遠程遙控技術,並完成了中國第一個發射和固定地球同步通信衛星。
他還參與了中國載人航天,空間站和月球探索項目的示範和高層規劃,提出使用陸地站建設,遠洋艦船,節點監測,中繼衛星和國際上兼容的測控網絡解決方案,參與了測控設備的技術研究;參與了月球探測項目的總體設計,研究了月球和月球的信息傳遞,對月地返回技術進行了風險評估,為月球探測項目做了大量工作。參與中國國防專項計劃的設計和審查,並進行信息傳輸反黑障研究。
1995年,張履謙當選為中國工程院院士。
2010年,現年84歲的張履謙被聘為「神舟八號」飛船和「天宮一號」目標飛機交會對接測控工作隊的首席專家。
2020年10月23日,在紀念中國人民志願軍出國對抗美國和援助朝鮮70周年的會議上,張履謙也是志願人員代表之一,並受到了歡迎。
張履謙和第一批太空人在回收艙前合影
如今,這位中國雷達技術,電子對策和航空航天業的先驅之一已有94歲的高齡,但他仍然堅守在自己的工作崗位。他關注國際學術趨勢,與同行分享和交流。每天瀏覽各種新聞應用程式;在88歲學習使用微信之後,他還在朋友圈中發帖並與朋友互動...
這是張履謙說的「我一生都在與藍田打交道,只做過兩件事,學習和實踐,學習後的實踐和實踐中學習。」