【无线电史话】冷战时期利用长波段LF和VLF信号，通过地面和电离层波导实现超远距离传输

奥斯卡-零导弹警报设施 分钟人洲际弹道导弹发射控制中心（维基共享资源）

冷战时期可生存低频通信系统（SLFCS）

衷心感谢SWLing Post供稿人Dennis Dura分享以下关于冷战时期低频通信的文章，原文来自Hackaday：

冷战期间，美国研发了可生存低频通信系统（SLFCS）——该无线电网络专为核打击后仍能运作而设计。该系统利用长波段的LF和VLF信号，通过地面和电离层波导实现超远距离传输，在所有通信手段失效时仍能传递紧急发射指令。系统中巨大的塔楼和埋入地下的环形天线，映射出那个时代对可靠性的极致追求——即便在核爆环境下亦是如此。

无线电末日：可生存的低频通信系统

作者：丹·马洛尼

在全球核边缘政策博弈中，机密就是通行货币。冷战时期尤为如此，双方派遣间谍大军探查敌方动向、实力底细，以及战时部署方案。尽管耗费大量人力物力且令人不齿，但至少成功遏制了末日浩劫。

然而机密有时会适得其反，尤其当威慑成为目标时。相互确保摧毁（MAD）理论的核心在于：任何核先发制人的企图都将招致即刻报复。这意味着双方必须确信对方的杀伤力——不仅体现在弹头与运载平台上，更在于控制与指挥系统的可靠性。发射命令传输系统中任何微小漏洞，都可能决定是走向核毁灭还是至少维持表面和平。

冷战高峰期，恰如其名的“可生存低频通信系统”成为美国核威慑体系的关键环节。与GWEN、HFGCS和ERCS系统并列，SLFCS构成了确保核弹必将投下的无线电系统体系——这些代号如同字母汤般复杂。

跳过跳频

为科学而轰炸大气层。海星计划试验证明，剥夺敌方电离层通信能力何其容易。来源：美国空军第1352摄影中队，公有领域。

业余无线电爱好者常言：“万般手段失效时，业余无线电永不落空。”此言不虚，但存在重大局限——业余无线电依赖电离层反射高频信号实现全球通信。若失去这层带电粒子层，信号将直冲太空而非环绕地球传播。

总体而言，电离层是业余无线电长距离通信网络的可靠伙伴，其可靠性甚至促使冷战时期的军事规划者将高频链路纳入核通信系统。但自1958年“阿格斯行动”和“哈特克行动”核试验以来，美国便已知晓高空核爆对电离层的影响。1962年“海星计划”的进一步实验揭示：电离层对直接攻击极为脆弱，高频通信网络极易被破坏。

在最终催生SLFCS系统的初期设计会议上，美国空军指挥官们始终将电离层的脆弱性铭记于心。他们构想的系统基于电磁频谱中低频段（低频LF与甚低频VLF）的传播特性。高频段波长通常以米为单位，而低频与甚低频波长则更适宜以公里计，范围介于1至100公里之间。

在这些波长下，无线电的传播特性与高频段截然不同。对于LF信号（30至300千赫），主要传播方式是地面波——信号在地球表面感应电流，这些电流紧贴地表传播，随地表曲率弯曲并实现远距离传输。对于VLF信号（3至30千赫），地球-电离层波导传播占据主导地位。由于其波长极大（与电离层最低层D层的典型高度相当），这些波将地面与电离层之间的空间视为波导，形成低损耗路径，高效地引导信号环绕地球传播。

对SLFCS生存能力至关重要的是，这两种传播模式均能有效抵御核爆引发的电离层效应。即使看似依赖完整电离层形成波导“穹顶”的VLF信号亦是如此——因核爆造成的扰动远小于其波长，电离层变化对其传播几乎不可察觉。

大棒

尽管低频（LF）和甚低频（VLF）传播模式对设计用于核战争后生存的通信系统有利，但这些长波长也带来了一些挑战。首要挑战在于实现这些波长所需天线的物理尺寸。通常天线尺寸与波长成正比，这使得LF和VLF天线体积庞大——至少在发射端如此。SLFCS系统采用两处发射站点：一处位于内布拉斯加州银溪，另一处坐落于加利福尼亚州莫哈韦沙漠腹地的霍斯镇。由于地面波传播需要垂直极化信号，每个站点都架设了1226英尺（373米）高的拉线式桅杆辐射天线。

尽管桅杆和拉线系统已尽可能加固，但此类结构抵御核爆的能力终究有限。尽管如此，这些设施仍被评定为能在半径10英里（16公里）范围内承受“中等强度”核爆。这似乎与系统“可生存性”的目标相悖——毕竟早在1960年代末SLFCS投入使用时，苏联洲际弹道导弹的精度已完全在该安全范围内。但矛盾之处在于：SLFCS本就仅作为向洲际弹道导弹发射基地传递发射指令的备用手段，旨在初始核打击摧毁其他更重要目标（如导弹发射井本身）并使电离层严重受损后，发动反击。

低频/甚低频通信的另一挑战在于其固有的低数据传输速率。LF和VLF信号的可用带宽仅为千赫兹级甚至低至赫兹级，意味着其数据编码速率仅能达到每秒数十比特。如此低的速率只能支持最基础的调制方式，如频移键控（FSK）及其频谱效率更高的变体——最小移键调制（MSK）。SLFCS发射机还支持传统连续波（CW）调制，使操作员能在紧急情况下快速发送摩尔斯电码。当所有手段失效时，这确实是最后的手段。

无论采用何种调制方式，SLFCS的设计理念都是在极端恶劣条件下以牺牲通信速度和信息密度为代价，换取绝对可靠性。为此，SLFCS仅用于传输紧急行动指令（EAM）——这些简短的字母数字串为地下发射设施中的导弹指挥官编码了具体操作指令。

地下环路

在罗纳德·里根民兵导弹州立历史遗址的奥斯卡-零发射控制中心，SLFCS接收设备散发着《辐射》游戏般的末日氛围。

SLFCS系统中，发射端看似矛盾地脆弱，接收端却坚不可摧。这些散布于中西部上部的导弹警戒设施（MAFs）由十座地下发射井组成，每座井内仅部署一枚民兵III型洲际弹道导弹，并配有一座地下发射控制中心（LCC）。地面上的LCC配备着覆盖几乎整个射频频谱的天线阵列，地下还埋藏着几处惊喜——例如酷炫的高频天线控制系统（HFGCS）天线井，能在LCC遭遇核打击后，通过爆炸装置从地下弹出六根单极天线中的任意一根接收紧急行动指令。

LCC地下还隐藏着另一处无线电惊喜：埋藏的SLFCS天线。这种埋设天线利用地面波传播中感应的地球电流，尽管低频天线通常体积庞大，但实际结构相当紧凑。天线采用磁环设计，数英里长的导线缠绕在直径约1.5米的圆形半刚性框架上。每座天线由两个正交安装的环形结构组成，整体呈现类球体外观。每圈天线均涂覆树脂以增强防水性并强化其柔软结构，随后埋入LCC围栏内的坑道中。由于SLFCS系统于1980年代中期退役时多数天线原地废弃，如今地面上仅存寥寥数例。不过近期有一座天线被发掘出来，现陈列于亚利桑那州的泰坦导弹博物馆。

时代印记

与许多冷战项目相似，SLFCS的最初规划从未完全实现。最初计划部署约20个收发站，配备拖曳长达一英里以上天线的飞机，并在美国及盟国境内设立300余个纯接收站点。但待计划完成采购流程时，技术已取得足够进步，军事规划者确信现有通信模式组合足以胜任任务。最终仅内布拉斯加州与加利福尼亚州的收发站点投入使用，而空中发射器的构想也因拖曳线过长导致空气阻力过大而搁置。尽管如此，SLFCS的塔楼与埋地环形天线持续服役至1980年代中期，而将低频与甚低频作为战略通信可靠后备的理念，至今仍通过空军的“最低限度应急通信网络”延续着生命力。

source: hackaday.com