高超聲速武器具備打擊速度快、攻擊范圍廣、突防能力強以及毀傷效果高的特點,被軍事專家稱為繼螺旋槳、噴氣推進器之后航空史上的第三次革命性成果,是各大軍事強國競相發展的武器之一。近年來,美加大高超聲速武器研發力度,強化現役導彈防御系統攔截高超聲速武器的能力。那么,高超聲速武器防御的難點有哪些呢,美高超聲速武器防御體系建設又有哪些體現呢?
高超聲速武器是指大部分時段處于馬赫數5以上高超聲速狀態的各類武器,作為新型威脅,其突防能力和打擊能力遠超傳統的彈道導彈,對現有防空體系構成極大威脅。美國擁有世界上最先進的一體化彈道導彈防御系統,但在應對高超聲速威脅時,仍有些力不從心。現有防空體系對高超聲速武器的防御難點主要體現在以下幾個方面:
1.預警探測系統能力不足
高超聲速武器的飛行速度極快,飛行高度較低,現有預警探測系統很難發現。高超聲速武器助推段紅外特性類似于彈道導彈,現役天基預警系統能夠探測導彈發射,但無法持續跟蹤目標,而且天基預警衛星探測到高超聲速武器的亮度比普通導彈目標暗10到20倍;而具有較高探測精度的陸/海基預警雷達受地球曲率影響,一般只有其飛行末端才能探測到目標;來襲的高超聲速武器一般會采取必要的雷達隱身措施來提高突防能力,大大降低防御系統發現的概率。這要求預警探測系統需要盡可能早的發現高超聲速目標,才能為攔截系統提供足夠的反應時間。
2.防御系統制導控制能力不足
高超聲速武器飛行速度快、反射面積較小,常規防空系統的制導雷達和導引頭很難對其穩定跟蹤。臨近空間空氣稀薄,攔截器高速飛行時伴隨著復雜的氣動光學效應,這將影響光學設備對目標的探測和識別,而且高超聲速武器與攔截彈彈體周圍均會形成等離子體鞘套影響電磁波傳播,從而影響正常通信,增大攔截彈的控制難度與目標探測難度。其中的誤差使得主要以動能形式攔截的攔截彈很難擊中高超聲速目標。
3.現有攔截彈能力能力不足
高超聲速武器在40~100千米之間的臨近空間機動滑翔,現有攔截彈的攔截速度和攔截高度很難將其攔截高,而且高超聲速武器一般采用高升阻比的升力體氣動布局,具有較大的氣動力機動過載能力,可在滑翔段機動飛行。現有防御系統很難對其飛行運行軌跡進行預測,基于預測制導的攔截彈難以有效攔截,若采用追蹤目標制導的攔截彈攔截,則攔截彈的機動過載能力要達到目標的3倍,而現有攔截彈很難達到這一目標。
為保持在全球的軍事戰略優勢,美國在不影響高超聲速武器研發速度的基礎上,加速推進美高超聲速武器防御體系建設,尤其從2018年以來,在大量經費的支持下,美高超聲速武器防御體系發展迅速。美高超聲速防御體系建設將主要以現有彈道導彈防御體系為基礎,通過改進和新研的方式在預警探測、指揮控制、攔截打擊等多個維度推動高超聲速防御能力發展,最終形成對高超聲速威脅和彈道導彈威脅的一體化防御能力。
1.預警探測系統
美國認為,對高超聲速威脅的探測與跟蹤是實現有效防御的前提和基礎。因此,將形成針對高超聲速武器的預警探測與跟蹤識別能力作為防御裝備體系構建的第一步,尤其是將提高天基預警探測能力作為優先發展目標。
(1)天基預警探測系統
天基紅外系統(SBIRS)衛星與空間跟蹤和監視系統(STSS)是美國現役的導彈預警衛星,但能力有限,無法對高超聲速武器進行全程跟蹤。現階段美國正在發展的天基預警系統主要包括:下一代“過頂持續紅外”(OPIR)系統、高超聲速與彈道導彈跟蹤傳感器(HBTSS)、擴散作戰人員空間架構(PWSA)跟蹤層衛星星座和天基殺傷評估系統(SKA)。下一代OPIR處在高軌道,主要負責高超聲速武器的助推段預警,并在中段引導低軌衛星對高超聲速武器進行探測跟蹤,預計2029年能實現系統運行;HBTSS將是由多個低軌衛星組成的衛星星座,能更精準的探測跟蹤高超聲速武器,其獲取的目標數據可引導攔截彈攔截高超聲速武器,預計2025年能實現部署運行;PWSA跟蹤層衛星星座相較于HBTSS有更寬的視場,能更早的發現目標,可以與HBTSS一起協同工作,預計在2030完成三個階段的部署并具備作戰能力;SKA主要觀測攔截過程,評估殺傷效果,輔助二次攔截決策,現已具備作戰能力。
(2)空基預警探測系統
受搭載空間和駐空時間的限制,空基預警能力相對薄弱,主要通過改進升級大型偵察機獲得一定的高超聲速武器預警能力。美軍計劃對MQ-9A察打一體無人機和RC-135S戰略偵察機進行升級改造,并搭載先進的光電/紅外傳感器,作為天基預警探測的補充手段,探測助推段的高超聲速武器。采用這種可快速部署、機動性好、生存能力強的探測手段,可以有效提升美軍導彈防御系統遠程發射作戰能力。
(3)陸基預警探測系統
美國主要通過升級現有雷達和研發新的雷達來提升陸基預警探測能力,并將預警雷達進行前沿部署和組網,提升雷達系統間的信息交互能力。AN/TPY-2固態有源相控陣雷達探測距離遠、分辨率高,可通過公路機動或用大型運輸機空運至防御前沿,戰術戰略機動性好。2017年4月,美國導彈防御局與雷神公司簽署了價值1000萬美元的合約,用于升級AN/TPY-2雷達系統的軟件和硬件,使其具備對高超聲速威脅的探測跟蹤能力。遠程識別雷達是美陸基固態S波段預警雷達,部署于美阿拉斯加州克利爾空軍基地,是美國導彈防御局分層防御戰略的關鍵傳感器,具備極強的探測能力和精確跟蹤能力,能滿足探測高超聲速時敏目標要求。遠程識別雷達于2021年12月初完成初始部署,計劃2023年12月完成軟件升級并用于遠程識別,升級后的遠程識別雷達能夠更準確檢測和跟蹤來襲的敵方導彈。
2.指揮控制系統
高超聲速武器的飛行彈道低,需要高覆蓋率的天基預警衛星首先發現目標,并將目標信息通過指揮控制系統傳輸給地面各防御系統,地基組網的大型預警雷達依據得到的目標信息搜索和識別目標,這些雷達搜索到的海量信息也需要實時的傳輸到指揮控制系統進行分析處理。相比于彈道導彈防御,指揮控制系統在高超聲速防御中發揮的“神經中樞”作用更加明顯。美正在不斷擴大C2BMC系統集成范圍、推進基線升級工作,開發基于聯合戰術信息分發系統的高超聲速威脅航跡數據轉發能力,提高數據分發、傳輸的能力,提升指揮控制效率,滿足應對高超聲速威脅對指控、管理與通信的要求。同時,正在發展建設的PWSA傳輸層衛星星座旨在將指揮和控制系統與傳感器系統、攔截系統等連接起來,為高超聲速武器預警、探測、跟蹤、攔截等防御各階段的數據傳輸、信息通信、作戰管理和指揮控制提供可靠、無縫、彈性、低延遲的傳輸連接保障。
3.攔截打擊系統
(1)提升現有反導系統能力
美導彈防御局希望升級末段防御系統,形成區域性的高超聲速武器防御能力。美計劃對“薩德”系統的攔截彈進行升級,將原有單級助推改為兩級助推,以獲得更大的攔截距離和更高的燃盡速度,升級后的“薩德”系統攔截距離可拓展至660km,攔截高度有望增至450km。根據美導彈防御局公布的高超聲速防御作戰構想,SM-6導彈將作為末段攔截武器應對高超助推滑翔飛行器威脅,保護航母等高價值目標。對SM-6導彈的升級主要體現在采用先進的AIM-120中程空空導彈主動雷達導引頭和533毫米發動機。
(2)研發新的高超聲速防御武器
美啟動了多個高超聲速防御武器項目,但最具發展潛力是滑翔破壞者(Glide Breaker)項目和滑翔段攔截彈(GPI)項目。Glide Breaker主要開發高超聲速攔截器的關鍵組件技術,降低攔截器研發風險,是攻防兼備的研發項目,其發展迅速,但短時間內無法形成作戰能力。預計GPI將采用動能毀傷方式攔截滑翔段的高超聲速目標,并被集成到宙斯盾艦上,為海基武器平臺增加新型能力。2022年9月,GPI項目已經選出了成熟的武器構想方案,并進入了下一發展階段。
通過對美高超防御裝備體系建設的梳理可以看到,美立足于現有裝備能力發展,以現有彈道導彈防御和防空能力為基礎,針對高超武器特點和防御難點,首先解決高超聲速防御能力有無的問題,同時美致力于防御裝備和相應技術研發,加快關鍵技術攻關,探索、研發高超聲速防御武器裝備,再解決高超聲速防御能力強弱的問題,其建設思路和相應措施有著很好的啟示和借鑒作用。
審核編輯 :李倩
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原文標題:淺析美高超聲速武器防御體系
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