赵启明关于日军无线电测向技术的警告，像一颗冰冷的石子投入瓦窑堡看似平静的湖面，在指挥部和技术部门核心人员心中激起了层层涟漪。林烽立即组织通讯科、技术科和作战部门开了个紧急会议，商讨反制措施。初步结论是：短期内全面升级无线电设备不现实，只能先从通讯纪律入手，严格限制非必要通讯，推广简易密语和短促发射，同时着手研究土法“跳频”或干扰的可能性。
然而，敌人显然不打算给瓦窑堡慢慢适应的时间。或许是基于无线电测向的模糊定位，或许是通过其他情报渠道，日军华北方面军终于将目光聚焦到了这个给他们制造了无数麻烦的“八路军兵工心脏”上。大规模地面扫荡风险高、代价大，那么，来自空中的打击便成了首选。
三天后的清晨，天色刚蒙蒙亮，瓦窑堡上空还飘着一层薄雾。兵工厂的早班工人刚接替了夜班的同志，高炉和锻锤的轰鸣声如同往常一样响起。突然，设在附近山顶上的防空观察哨的手摇警报器发出了凄厉刺耳的尖啸！紧接着，三发表示“敌机临空”的红色信号弹拖着尾烟蹿上天空！
“空袭！鬼子飞机！所有人进防空洞！防空阵地就位！”各级指挥员的吼声瞬间压过了机器的噪音。
尖锐的哨音和呼喊声响彻整个山谷。工人们训练有素地熄灭炉火、关闭主要机器电源，在干部和民兵的指挥下，迅速而有序地向各处山体开挖的防空洞疏散。几乎与此同时，设置在瓦窑堡周围几个关键制高点上的防空阵地，掀开了精心伪装的防护网。
负责瓦窑堡区域防空的是军区直属防空营的一个高炮连，连长陆大山是个从苏联学习过防空作战的老兵。他按照林烽和杨勇之前反复推敲确定的“立体分层拦截”方案，早已将手头的家底布置到位：
· 核心阵地（兵工厂上空）： 四门经过改造的20毫米“蜂鸟”式高射炮（以缴获的日式九八式20毫米高射机关炮为基础，改进了供弹和瞄准具）。这种炮射速快、火力密集，负责中高空（2000米以下）区域的拦阻射击和精准点射。
· 外围及低空阵地（山谷入口及重要设施周边）： 十二挺12.7毫米“铁扫帚”高射机枪（主要是改造的德什卡重机枪和苏式郭留诺夫重机枪）。这些机枪负责低空（1000米以下）和俯冲敌机的扫射，并填补高射炮的火力间隙。
· 观察与指挥： 利用山顶观察哨、简易测高机和电话网络，构成基本的防空预警和火力指挥体系。
此刻，陆大山站在隐蔽的主观测所里，举着望远镜，看着东方天空渐渐变亮的云层中出现的十几个黑点，越来越清晰——那是日军机群！从引擎声和轮廓判断，主要是九七式重型轰炸机，可能还有几架九九式轻型轰炸机护航或侦察。
“十二架！高度约2500米，航向正西，直冲咱们核心区！”观察员大声报告。
“狗日的，还真看得起咱们！”陆大山啐了一口，对着电话吼道：“全连注意！听我命令！高炮负责编队核心，拦阻射击！高射机枪盯住可能俯冲的单机！没有命令，不许开火，放近了打！”
日军机群显然有备而来，飞得颇有章法，试图保持编队以增加投弹密度。它们似乎没料到瓦窑堡会有像样的防空火力，径直飞临厂区上空，准备进入投弹航线。
“开火！”当领头的轰炸机进入最佳射程时，陆大山狠狠一挥手下令。
“咚咚咚咚咚……！”
四门20毫米高射炮率先发出沉闷而急促的怒吼！炮口喷吐出长长的火焰，一连串的炮弹拖着光痕，在空中交织成一片火网，直扑日军编队！几乎同时，外围的12.7毫米高射机枪也“哒哒哒哒”地咆哮起来，密集的弹雨形成了一道道低空的火鞭，封锁敌机可能的俯冲路径。
突如其来的猛烈防空火力，让日军飞行员大吃一惊！他们慌忙进行规避机动，编队瞬间被打乱。炮弹和子弹在机群中穿梭爆炸，形成一团团黑色的烟云。
“轰！”一架冲得太靠前的九七式轰炸机被数发20毫米炮弹连续命中右翼，机翼断裂，冒着浓烟和火焰，歪歪斜斜地向山谷外栽去！
“打中了！一架！”高炮阵地上传来战士们兴奋的吼声。
紧接着，另一架试图降低高度规避的轰炸机，被侧翼的高射机枪抓住，子弹横扫过机身和引擎，引擎冒出黑烟，飞机失去控制，旋转着坠向远处的山梁。
日军机群遭到迎头痛击，投弹节奏完全被打乱。一些炸弹盲目地投下，大多落在了厂区外围的山坡、河滩空地上，炸起一团团泥土烟柱，但核心车间受损轻微。敌机慌乱地爬升、转向，试图脱离防空火力圈。
但陆大山指挥的防空网发挥了作用。高射炮持续对企图爬升的敌机进行追射，高射机枪则重点“照顾”那些惊慌失措、试图低空逃窜或再次进入攻击位置的敌机。又一架轰炸机在试图转向时，被交叉的高射机枪火力击中要害，凌空爆炸，化作一团火球！
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