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網(wǎng)紅打卡地:冷戰(zhàn)遺跡

2021-01-10 23:31希弦
兵器知識 2021年12期
關鍵詞:阿拉斯加愛麗絲天線

希弦

近年來海外視頻平臺上探險博主、風光攝影博主經(jīng)常光臨的景點,它們或位于美國阿拉斯加冰雪覆蓋的北極圈荒原,或位于意大利某處山巔之上,或是在俄羅斯杳無人煙的荒野中。雖然鏡頭中這些建筑有著地理環(huán)境、國別上的差異,但又都有一致性:都是在壯麗的自然景色中,突?!瓣J入”的冷戰(zhàn)時期的軍事建筑,如今都已無人把守、廢棄傾圮,都有著鋼架結構支撐起的尺寸巨大的碟形或廣告牌狀天線。

也許你會覺得它們是遠程預警雷達的巨型天線,但它們不是,它們是散射通信天線。

大自然風景和人類的鋼筋水泥建筑、巨大的鋼架天線,一起構筑起別樣的視覺奇觀

從技術角度看,散射通信的確與雷達有一定關聯(lián),屬于早期雷達技術的一個分支,它應用了雷達技術的最基本原理,向大氣層對流層中發(fā)射無線電波并接收回波,從而實現(xiàn)超長距離的通信。除了可進行遠達上千千米的通信外,散射通信的先天優(yōu)勢還有抗干擾能力強、傳輸可靠度高、通信容量大等。

散射通信無疑是上世紀60年代通信領域中的熱門技術,作為戰(zhàn)略通信手段,美蘇陣營都進行了大規(guī)模散射通信網(wǎng)絡的建設

如今這些冷戰(zhàn)遺跡成為荒野上殘存的人工建筑,也成了網(wǎng)紅打卡地

如今這些冷戰(zhàn)遺跡成為荒野上殘存的人工建筑,也成了網(wǎng)紅打卡地

今日來訪者所造訪的廢棄散射通信站,可見巨型天線、營房建筑,以及昔日站內(nèi)的人員休息起居處

由于散射通信通常采用大口徑拋物面天線,發(fā)射出的無線電波束較窄、方向性較強,因此散射通信的信號很難被偵聽截獲或干擾。散射通信主要依賴的對流層,是大氣層的最底層,包含了大量不均勻介質,如空氣渦流、云團和水汽等。那么對比依賴電離層的短波通信來說,在冷戰(zhàn)時期雙方時刻擔心的核戰(zhàn)爭想定下,只要散射通信的設備本身沒有損壞,即便發(fā)生核爆也不會影響散射通信的通信質量,反倒是核爆所引發(fā)的大氣湍流和氣旋等會變得更活躍,更有利于對流層散射通信。而且,太陽黑子、極光、磁暴和雷電等自然現(xiàn)象對散射通信的影響也不大。這正是散射通信的獨有優(yōu)勢,即抗毀性極強、傳輸?shù)目煽慷葮O高、支持常年不間斷使用。

散射通信的另一優(yōu)勢在于通信容量大。在通信容量上,散射通信雖然比微波通信、衛(wèi)星通信小,但比短波通信要大,達到了十幾兆比特/秒,既可傳送海量語音信號,又可傳送高速數(shù)據(jù)和電視信號。還有,散射通信距離一般約300千米,最遠可達上千千米,距離上完全可以跨越高山、湖泊、沙漠、海島等地理屏障。特別是采用多站接力的方式,散射通信的傳輸距離更可達數(shù)千千米。

但散射通信最大的不足,在于其信號衰減和傳輸損耗太大,當無線電波返回地面被接收到時,其能量已經(jīng)連“上天”前的萬分之一都不到了。所以散射通信系統(tǒng)不得不采用千瓦級別的大功率發(fā)射機、大口面高增益的天線、高靈敏度接收機、多副發(fā)射和接收天線等。這給散射通信設備的小型化帶來很大的技術挑戰(zhàn),特別是在早期,受技術水平的制約,散射通信的設備體積和功率、通信站的規(guī)模都很“壯觀”,也由此留下了今天照片中的景象。

冷戰(zhàn)時期,由一個個散射通信站構筑起的遠程骨干戰(zhàn)略通信網(wǎng)絡,一是用于連接國土防空中的遠程預警雷達站,完成預警信息的傳遞,比如美國阿拉斯加的“白愛麗絲”、北美3條雷達預警線間的通信網(wǎng)。另一方面是作為各指揮控制機構之間的廣域戰(zhàn)略通信網(wǎng),代表性的是北約的ACEHigh通信系統(tǒng)和蘇聯(lián)的“北方”通信系統(tǒng)。

1955年,美國在阿拉斯加冰封的大地上開始了第一座散射通信站的建設。3年后,美國通過大大小小70余個通信站,建起了西起阿留申群島,途經(jīng)加拿大北海岸地區(qū)與美國本土相連的“白愛麗絲”散射通信網(wǎng)絡(White Alice Communications System,WACS),其總跨距達6400多千米(4000英里)?!鞍讗埯惤z”中的部分站點為短距通信的微波通信站,核心骨干是有著巨型天線特征的散射通信站?!鞍讗埯惤z”作為遠程通信手段,連接起了美國空軍在偏遠的阿拉斯加的空軍基地、遠程雷達預警系統(tǒng)與美國本土的指揮控制系統(tǒng)。

“白愛麗絲”系統(tǒng)中位于阿拉斯加楚加奇國家森林中的博斯韋爾灣散射通信站點,可見兩種不同外形的天線

一座典型的散射通信站一般都有4副巨型天線,每2副為一組,朝向相反的兩個方向

一座典型的散射通信站一般都有4副巨型天線,每2副為一組,朝向相反的兩個方向

散射通信站的建設,巨型天線、通信設備等的設備成本之和只占總成本的一半不到,更多成本花在了建設施工上,因為要在杳無人煙之地建立一個“自給自足”(自備發(fā)電)的站點,還要圍繞它修路甚至修上條飛機跑道。而后續(xù)使用中,極端惡劣的氣象條件無疑還會加速設備老化和增加故障率等,也使維護成本不斷攀升

越南戰(zhàn)爭期間,美軍在越南也建設了多處散射通信站,圖為位于芽莊市的一處

“白愛麗絲”散射通信系統(tǒng)由美國AT&T、西部電氣公司設計和建造,工作頻段在900MHz左右,可同時提供最大132路話音信道。一座典型的散射通信站一般部署有4副天線,每2副為一組,朝向相反的兩個方向。根據(jù)不同傳輸距離,天線尺寸規(guī)格上有所不同,發(fā)射功率上也有差異。多數(shù)情況下采用長寬為18.3米(60英尺)的廣告牌天線,發(fā)射功率為10千瓦。長距離則采用長寬為36.6米(120英尺)的廣告牌天線,發(fā)射功率50千瓦。近距離為直徑9米(30英尺)的碟形天線,發(fā)射功率為1千瓦。

“白愛麗絲”散射通信系統(tǒng),作為覆蓋整個阿拉斯加的大范圍通信網(wǎng)絡,不僅為當時的美國本土戰(zhàn)略預警提供了基本通信保障,也為阿拉斯加當?shù)卣兔耖g帶去了便利,讓當?shù)鼐用竦谝淮屋p松地撥通了長途電話,一改過去需要靠電報、狗拉雪橇送信的通信手段。也是在此過程中,散射通信系統(tǒng)的可靠性經(jīng)受住了考驗,令各方用戶十分滿意。

在衛(wèi)星通信出現(xiàn)后,“白愛麗絲”散射通信系統(tǒng)部分轉為民用,直至80年代中葉最后一座散射通信站的關停。90年代后,隨之而來的是這些站點的拆除問題。這些站點中大量使用的石棉、鉛、多氯聯(lián)苯、防凍液等材料,以及數(shù)十萬個生銹廢棄的燃料罐等,都給當?shù)貛砹藝乐丨h(huán)境污染,給后續(xù)的拆除和治理(比如被污染土壤的清運)造成了不小麻煩。

幾乎與“白愛麗絲”散射通信系統(tǒng)建設的同時,美國聯(lián)合加拿大在北美建設了3條針對蘇聯(lián)的雷達預警線,分別為近程預警線(Pinetree Line)、跨越北部區(qū)域的加拿大中部預警線(Mid-Canada Line)、遠程預警線(Distant Early Warning Line,DEW Line)。DEW預警線的規(guī)模最大,且服役時間較長,63個站點跨越大約1萬千米,成為北美防空聯(lián)合司令部(NORAD)洲際防空系統(tǒng)的基礎。而DEW預警線上這些預警雷達站的互連,就主要依靠站點內(nèi)同步建設的散射通信系統(tǒng),并最終在阿拉斯加北部與“白愛麗絲”系統(tǒng)交匯互連。

位于阿拉斯加波因特萊的DEW預警線站點,可見站點內(nèi)的散射通信天線。圓形雷達罩內(nèi)是AN/FPS-19遠程預警雷達。到80年代中后期、90年代初,部分DEW預警線站點升級成了AN/FPS-117無源相控陣雷達

沿著北極苔原建設的DEW預警線,從阿拉斯加穿過加拿大北部到達格陵蘭島。圖中可見它在阿拉斯加北部(圖中的左上角)與“白愛麗絲”散射通信系統(tǒng)相連

通過這張3條雷達預警線的粗略簡圖,不難想象昔日冷戰(zhàn)時期這些戰(zhàn)略級工程的浩大。幾十萬噸材料通過空運、陸運和水運等方式,運送到地球上最為偏遠的地區(qū),建設起探測蘇聯(lián)導彈、轟炸機的雷達圍欄和戰(zhàn)略通信網(wǎng)絡

冷戰(zhàn)時期,這樣的散射通信系統(tǒng),除了連接起遠程預警雷達系統(tǒng)和指揮控制系統(tǒng)外,也成為緊急情況下為北約首腦們、歐洲盟軍司令部提供遠程電話和電報聯(lián)絡的通信、控制指揮手段,這就是北約的ACEHigh通信系統(tǒng)。它沿著挪威、丹麥、西德、英國、荷蘭、法國、希臘和土耳其九國建設,從挪威北端,穿過中歐,經(jīng)意大利、希臘,一直延伸到土耳其東部邊境。

上圖,加拿大的北極圈之地,奔跑的兒童和遠處的巨型雷達天線陣列,這就是冷戰(zhàn)時期的常態(tài)性“和諧”畫面。下圖則為這些地處荒原、偏遠之境站點的冬日日常,惡劣天氣、零下幾十度的極寒,駐站人員要在這種荒涼隔絕中竭力對抗孤獨。當然,對于陣營另一端的蘇聯(lián)人員來說也是如此

ACEHigh在意大利阿爾卑斯山區(qū)的一處站點,其站點選址很有代表性:陡峭的山崖邊、高海拔帶來的好處是有效減小散射角、降低散射損耗;天線前方即為山谷,無任何遮擋,不用考慮地面反射對無線電波的影響,巨型天線無需架高、直接固定于地表即可

1956年左右ACE High通信系統(tǒng)投入使用,通信站點多達80余個,總跨度約1.34萬千米(8300英里)。其中一半站點為散射通信站,工作頻段同樣是900MHz左右,發(fā)射機的輸出功率在10~50千瓦之間,或碟形或廣告牌式通信天線在尺寸上有15、30、60和80英尺(1英尺約等于0.3米)之別。與“白愛麗絲”類似,隨著通信衛(wèi)星的發(fā)射升空,ACE High系統(tǒng)也是在80年代末期陸續(xù)退役,其中的某些線路轉為民用,繼續(xù)使用了幾十年,在1996年北約決定徹底停用。

北約ACE High通信系統(tǒng)的西線部分,法國和挪威通過兩條路線相連:一條是從法國、德國和丹麥進入挪威;另一條從巴黎到倫敦,然后向北穿過英國、設德蘭群島到達挪威。ACE High通信系統(tǒng)的主控制中心、最重要的節(jié)點,設在了“巴黎北站”

每個站點都要圍繞巨型天線建設電子設備機房、發(fā)電和冷卻設備,以及運行、維護、安保等設施,有的還會更進一步,有防空、防核打擊等加固設計

意大利撒丁島上的一座ACE High站點,可見建筑內(nèi)廢棄的各式電子設備機柜、柴油發(fā)電機組等。這也是今天這些廢棄散射通信站的普遍狀態(tài),成為了探險地、網(wǎng)紅打卡地

上世紀60~70年代同樣是蘇聯(lián)散射通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展和大規(guī)模建設時期,同樣是主要應用在早期的綜合預警系統(tǒng)和指揮控制系統(tǒng)中。這其中極具代表性的是“北方”系統(tǒng)(Север),又名“地平線”系統(tǒng)(оризонт)。該系統(tǒng)東起太平洋沿岸的楚科奇半島,沿著北極海岸一直延伸到與芬蘭接壤的克拉半島的摩爾曼斯克附近。

蘇聯(lián)“北方”c3724318ad06290c59c044729b8258b0通信系統(tǒng)同樣規(guī)模宏大、站點眾多,不難想象有著大批蘇軍人員在此度過服役生涯,時至今日他們還有相關專題網(wǎng)站和論壇來追憶往昔

?蘇聯(lián)“北方”通信系統(tǒng)的巨型天線陣,細節(jié)上來看其結構與西方的略有不同

蘇聯(lián)“北方”系統(tǒng)散射通信站點建設時的場景。要將這些重達近百噸的巨型天線架設起來并非易事,不論是前期的勘測,還是混凝土底座的澆筑,以及定位安裝等作業(yè)環(huán)節(jié),都是精細活

同時,“北方”通信系統(tǒng)還沿著歐亞大陸匯入北冰洋的河流,建有多個向南延伸的支線:沿鄂霍次克海岸與沿勒拿河的支線在東西伯利亞形成環(huán)路;沿葉尼塞河有一個支線;沿鄂畢河為另一支線。“北方”系統(tǒng)這條散射通信網(wǎng)絡,線路全長超過1.5萬千米,共有50多個散射通信站、中繼站點,覆蓋了蘇聯(lián)約60%的疆域,最后一個站點使用到2003年才關閉。

蘇聯(lián)“北方”系統(tǒng)上的這些站點,其最終命運與冷戰(zhàn)另一方的并無區(qū)別,今日都是這般廢墟景象

在1991年的“沙漠風暴”行動中,限于當時可供戰(zhàn)術使用的衛(wèi)星資源和地面終端寥寥無幾,美軍采用了100多套AN/TRC-170散射通信站,構建了由60多條鏈路組成的區(qū)域骨干通信網(wǎng)絡。時至今日,美軍依舊裝備著數(shù)百套AN/TRC-170,已歷經(jīng)幾代型號更新,依舊是美軍遠程通信資源的關鍵組成部分

如今各軍事強國裝備的散射通信設備,都已數(shù)字化、小型化、方艙化、機動化

頗為耐人尋味的一幕是,蘇聯(lián)的“北方”系統(tǒng)在北極地區(qū)與美加建設的DEW預警線隔北冰洋相望,互相防御著來自對方遠程轟炸機和導彈的威脅。在技術上,“北方”散射通信系統(tǒng)使用1GHz的頻段、2面廣告牌式天線以及10~50千瓦的發(fā)射機,這與同時期北約陣營的相似。其單個站點的通信傳輸距離數(shù)百千米,數(shù)十個站點以鏈狀連接為主,可以提供多路話音、電報等服務。

80年代以來,衛(wèi)星通信技術的日趨成熟,憑借通信距離遠、覆蓋范圍廣、通信容量大、傳輸質量好、可靠性高、設置機動靈活等多方面優(yōu)勢,迅速取代了散射通信的主導地位。雖然散射通信作為戰(zhàn)略通信的地位被衛(wèi)星通信取代,但在過去多次局部戰(zhàn)爭、地區(qū)沖突中,散射通信的戰(zhàn)場表現(xiàn)都表明,已實現(xiàn)設備小型方艙化、車載機動化的散射通信,在各軍事強國的軍隊中依舊是不可或缺的存在。特別是其超視距、大容量、低延遲的寬帶聯(lián)通能力,恰如其分地“解決”了衛(wèi)星通信的帶寬不足(或者說是對衛(wèi)星通信資源的節(jié)約)、保密性和抗干擾性不佳等問題。而且,今日的散射通信系統(tǒng)在海上鉆井平臺、島嶼、應急通信等民用通信領域依然發(fā)光發(fā)熱。

[編輯/山水]

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