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网红打卡地:冷战遗迹

2021-01-10希弦

兵器知识 2021年12期
关键词:阿拉斯加爱丽丝天线

希弦

近年来海外视频平台上探险博主、风光摄影博主经常光临的景点,它们或位于美国阿拉斯加冰雪覆盖的北极圈荒原,或位于意大利某处山巅之上,或是在俄罗斯杳无人烟的荒野中。虽然镜头中这些建筑有着地理环境、国别上的差异,但又都有一致性:都是在壮丽的自然景色中,突兀“闯入”的冷战时期的军事建筑,如今都已无人把守、废弃倾圮,都有着钢架结构支撑起的尺寸巨大的碟形或广告牌状天线。

也许你会觉得它们是远程预警雷达的巨型天线,但它们不是,它们是散射通信天线。

大自然风景和人类的钢筋水泥建筑、巨大的钢架天线,一起构筑起别样的视觉奇观

从技术角度看,散射通信的确与雷达有一定关联,属于早期雷达技术的一个分支,它应用了雷达技术的最基本原理,向大气层对流层中发射无线电波并接收回波,从而实现超长距离的通信。除了可进行远达上千千米的通信外,散射通信的先天优势还有抗干扰能力强、传输可靠度高、通信容量大等。

散射通信无疑是上世纪60年代通信领域中的热门技术,作为战略通信手段,美苏阵营都进行了大规模散射通信网络的建设

如今这些冷战遗迹成为荒野上残存的人工建筑,也成了网红打卡地

如今这些冷战遗迹成为荒野上残存的人工建筑,也成了网红打卡地

今日来访者所造访的废弃散射通信站,可见巨型天线、营房建筑,以及昔日站内的人员休息起居处

由于散射通信通常采用大口径抛物面天线,发射出的无线电波束较窄、方向性较强,因此散射通信的信号很难被侦听截获或干扰。散射通信主要依赖的对流层,是大气层的最底层,包含了大量不均匀介质,如空气涡流、云团和水汽等。那么对比依赖电离层的短波通信来说,在冷战时期双方时刻担心的核战争想定下,只要散射通信的设备本身没有损坏,即便发生核爆也不会影响散射通信的通信质量,反倒是核爆所引发的大气湍流和气旋等会变得更活跃,更有利于对流层散射通信。而且,太阳黑子、极光、磁暴和雷电等自然现象对散射通信的影响也不大。这正是散射通信的独有优势,即抗毁性极强、传输的可靠度极高、支持常年不間断使用。

散射通信的另一优势在于通信容量大。在通信容量上,散射通信虽然比微波通信、卫星通信小,但比短波通信要大,达到了十几兆比特/秒,既可传送海量语音信号,又可传送高速数据和电视信号。还有,散射通信距离一般约300千米,最远可达上千千米,距离上完全可以跨越高山、湖泊、沙漠、海岛等地理屏障。特别是采用多站接力的方式,散射通信的传输距离更可达数千千米。

但散射通信最大的不足,在于其信号衰减和传输损耗太大,当无线电波返回地面被接收到时,其能量已经连“上天”前的万分之一都不到了。所以散射通信系统不得不采用千瓦级别的大功率发射机、大口面高增益的天线、高灵敏度接收机、多副发射和接收天线等。这给散射通信设备的小型化带来很大的技术挑战,特别是在早期,受技术水平的制约,散射通信的设备体积和功率、通信站的规模都很“壮观”,也由此留下了今天照片中的景象。

冷战时期,由一个个散射通信站构筑起的远程骨干战略通信网络,一是用于连接国土防空中的远程预警雷达站,完成预警信息的传递,比如美国阿拉斯加的“白爱丽丝”、北美3条雷达预警线间的通信网。另一方面是作为各指挥控制机构之间的广域战略通信网,代表性的是北约的ACEHigh通信系统和苏联的“北方”通信系统。

1955年,美国在阿拉斯加冰封的大地上开始了第一座散射通信站的建设。3年后,美国通过大大小小70余个通信站,建起了西起阿留申群岛,途经加拿大北海岸地区与美国本土相连的“白爱丽丝”散射通信网络(White Alice Communications System,WACS),其总跨距达6400多千米(4000英里)。“白爱丽丝”中的部分站点为短距通信的微波通信站,核心骨干是有着巨型天线特征的散射通信站。“白爱丽丝”作为远程通信手段,连接起了美国空军在偏远的阿拉斯加的空军基地、远程雷达预警系统与美国本土的指挥控制系统。

“白爱丽丝”系统中位于阿拉斯加楚加奇国家森林中的博斯韦尔湾散射通信站点,可见两种不同外形的天线

一座典型的散射通信站一般都有4副巨型天线,每2副为一组,朝向相反的两个方向

一座典型的散射通信站一般都有4副巨型天线,每2副为一组,朝向相反的两个方向

散射通信站的建设,巨型天线、通信设备等的设备成本之和只占总成本的一半不到,更多成本花在了建设施工上,因为要在杳无人烟之地建立一个“自给自足”(自备发电)的站点,还要围绕它修路甚至修上条飞机跑道。而后续使用中,极端恶劣的气象条件无疑还会加速设备老化和增加故障率等,也使维护成本不断攀升

越南战争期间,美军在越南也建设了多处散射通信站,图为位于芽庄市的一处

“白爱丽丝”散射通信系统由美国AT&T、西部电气公司设计和建造,工作频段在900MHz左右,可同时提供最大132路话音信道。一座典型的散射通信站一般部署有4副天线,每2副为一组,朝向相反的两个方向。根据不同传输距离,天线尺寸规格上有所不同,发射功率上也有差异。多数情况下采用长宽为18.3米(60英尺)的广告牌天线,发射功率为10千瓦。长距离则采用长宽为36.6米(120英尺)的广告牌天线,发射功率50千瓦。近距离为直径9米(30英尺)的碟形天线,发射功率为1千瓦。

“白爱丽丝”散射通信系统,作为覆盖整个阿拉斯加的大范围通信网络,不仅为当时的美国本土战略预警提供了基本通信保障,也为阿拉斯加当地政府和民间带去了便利,让当地居民第一次轻松地拨通了长途电话,一改过去需要靠电报、狗拉雪橇送信的通信手段。也是在此过程中,散射通信系统的可靠性经受住了考验,令各方用户十分满意。

在卫星通信出现后,“白爱丽丝”散射通信系统部分转为民用,直至80年代中叶最后一座散射通信站的关停。90年代后,随之而来的是这些站点的拆除问题。这些站点中大量使用的石棉、铅、多氯联苯、防冻液等材料,以及数十万个生锈废弃的燃料罐等,都给当地带来了严重环境污染,给后续的拆除和治理(比如被污染土壤的清运)造成了不小麻烦。

几乎与“白爱丽丝”散射通信系统建设的同时,美国联合加拿大在北美建设了3条针对苏联的雷达预警线,分别为近程预警线(Pinetree Line)、跨越北部区域的加拿大中部预警线(Mid-Canada Line)、远程预警线(Distant Early Warning Line,DEW Line)。DEW预警线的规模最大,且服役时间较长,63个站点跨越大约1万千米,成为北美防空联合司令部(NORAD)洲际防空系统的基础。而DEW预警线上这些预警雷达站的互连,就主要依靠站点内同步建设的散射通信系统,并最终在阿拉斯加北部与“白爱丽丝”系统交汇互连。

位于阿拉斯加波因特莱的DEW预警线站点,可见站点内的散射通信天线。圆形雷达罩内是AN/FPS-19远程预警雷达。到80年代中后期、90年代初,部分DEW预警线站点升级成了AN/FPS-117无源相控阵雷达

沿着北极苔原建设的DEW预警线,从阿拉斯加穿过加拿大北部到达格陵兰岛。图中可见它在阿拉斯加北部(图中的左上角)與“白爱丽丝”散射通信系统相连

通过这张3条雷达预警线的粗略简图,不难想象昔日冷战时期这些战略级工程的浩大。几十万吨材料通过空运、陆运和水运等方式,运送到地球上最为偏远的地区,建设起探测苏联导弹、轰炸机的雷达围栏和战略通信网络

冷战时期,这样的散射通信系统,除了连接起远程预警雷达系统和指挥控制系统外,也成为紧急情况下为北约首脑们、欧洲盟军司令部提供远程电话和电报联络的通信、控制指挥手段,这就是北约的ACEHigh通信系统。它沿着挪威、丹麦、西德、英国、荷兰、法国、希腊和土耳其九国建设,从挪威北端,穿过中欧,经意大利、希腊,一直延伸到土耳其东部边境。

上图,加拿大的北极圈之地,奔跑的儿童和远处的巨型雷达天线阵列,这就是冷战时期的常态性“和谐”画面。下图则为这些地处荒原、偏远之境站点的冬日日常,恶劣天气、零下几十度的极寒,驻站人员要在这种荒凉隔绝中竭力对抗孤独。当然,对于阵营另一端的苏联人员来说也是如此

ACEHigh在意大利阿尔卑斯山区的一处站点,其站点选址很有代表性:陡峭的山崖边、高海拔带来的好处是有效减小散射角、降低散射损耗;天线前方即为山谷,无任何遮挡,不用考虑地面反射对无线电波的影响,巨型天线无需架高、直接固定于地表即可

1956年左右ACE High通信系统投入使用,通信站点多达80余个,总跨度约1.34万千米(8300英里)。其中一半站点为散射通信站,工作频段同样是900MHz左右,发射机的输出功率在10~50千瓦之间,或碟形或广告牌式通信天线在尺寸上有15、30、60和80英尺(1英尺约等于0.3米)之别。与“白爱丽丝”类似,随着通信卫星的发射升空,ACE High系统也是在80年代末期陆续退役,其中的某些线路转为民用,继续使用了几十年,在1996年北约决定彻底停用。

北约ACE High通信系统的西线部分,法国和挪威通过两条路线相连:一条是从法国、德国和丹麦进入挪威;另一条从巴黎到伦敦,然后向北穿过英国、设德兰群岛到达挪威。ACE High通信系统的主控制中心、最重要的节点,设在了“巴黎北站”

每个站点都要围绕巨型天线建设电子设备机房、发电和冷却设备,以及运行、维护、安保等设施,有的还会更进一步,有防空、防核打击等加固设计

意大利撒丁岛上的一座ACE High站点,可见建筑内废弃的各式电子设备机柜、柴油发电机组等。这也是今天这些废弃散射通信站的普遍状态,成为了探险地、网红打卡地

上世纪60~70年代同样是苏联散射通信系统的迅速发展和大规模建设时期,同样是主要应用在早期的综合预警系统和指挥控制系统中。这其中极具代表性的是“北方”系统(Север),又名“地平线”系统(оризонт)。该系统东起太平洋沿岸的楚科奇半岛,沿着北极海岸一直延伸到与芬兰接壤的克拉半岛的摩尔曼斯克附近。

蘇联“北方”c3724318ad06290c59c044729b8258b0通信系统同样规模宏大、站点众多,不难想象有着大批苏军人员在此度过服役生涯,时至今日他们还有相关专题网站和论坛来追忆往昔

 苏联“北方”通信系统的巨型天线阵,细节上来看其结构与西方的略有不同

苏联“北方”系统散射通信站点建设时的场景。要将这些重达近百吨的巨型天线架设起来并非易事,不论是前期的勘测,还是混凝土底座的浇筑,以及定位安装等作业环节,都是精细活

同时,“北方”通信系统还沿着欧亚大陆汇入北冰洋的河流,建有多个向南延伸的支线:沿鄂霍次克海岸与沿勒拿河的支线在东西伯利亚形成环路;沿叶尼塞河有一个支线;沿鄂毕河为另一支线。“北方”系统这条散射通信网络,线路全长超过1.5万千米,共有50多个散射通信站、中继站点,覆盖了苏联约60%的疆域,最后一个站点使用到2003年才关闭。

苏联“北方”系统上的这些站点,其最终命运与冷战另一方的并无区别,今日都是这般废墟景象

在1991年的“沙漠风暴”行动中,限于当时可供战术使用的卫星资源和地面终端寥寥无几,美军采用了100多套AN/TRC-170散射通信站,构建了由60多条链路组成的区域骨干通信网络。时至今日,美军依旧装备着数百套AN/TRC-170,已历经几代型号更新,依旧是美军远程通信资源的关键组成部分

如今各军事强国装备的散射通信设备,都已数字化、小型化、方舱化、机动化

颇为耐人寻味的一幕是,苏联的“北方”系统在北极地区与美加建设的DEW预警线隔北冰洋相望,互相防御着来自对方远程轰炸机和导弹的威胁。在技术上,“北方”散射通信系统使用1GHz的频段、2面广告牌式天线以及10~50千瓦的发射机,这与同时期北约阵营的相似。其单个站点的通信传输距离数百千米,数十个站点以链状连接为主,可以提供多路话音、电报等服务。

80年代以来,卫星通信技术的日趋成熟,凭借通信距离远、覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、可靠性高、设置机动灵活等多方面优势,迅速取代了散射通信的主导地位。虽然散射通信作为战略通信的地位被卫星通信取代,但在过去多次局部战争、地区冲突中,散射通信的战场表现都表明,已实现设备小型方舱化、车载机动化的散射通信,在各军事强国的军队中依旧是不可或缺的存在。特别是其超视距、大容量、低延迟的宽带联通能力,恰如其分地“解决”了卫星通信的带宽不足(或者说是对卫星通信资源的节约)、保密性和抗干扰性不佳等问题。而且,今日的散射通信系统在海上钻井平台、岛屿、应急通信等民用通信领域依然发光发热。

[编辑/山水]

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