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国外高超声速武器防御技术发展动向

发布于2019-01-14 10:14    文章来源:勤合科技

当前,世界军事强国在高超声速武器技术领域竞争愈加激烈,部分技术验证项目已转入武器研制阶段,近期将陆续投入使用。与此同时,对高超声速武器的防御技术将迅速发展,美国和俄罗斯已在高超声速武器防御拦截武器技术、预警探测技术和网络化指挥控制技术等方面开展了先期的概念研究和技术探索。由于高超声速武器的速度优势、难以拦截的特点和强大的打击能力,未来围绕高超声速武器的攻防对抗将对军事行动、地区安全稳定乃至世界战略平衡产生重要影响。

 

一、高超声速武器近期发展概况

 

高超声速武器主要是指飞行速度大于马赫数5、飞行高度小于90千米、携带强大毁伤战斗部的飞行器。美国和俄罗斯基于高超声速技术发展的武器主要是高超声速导弹。一种是助推滑翔式导弹,用多级火箭发动机将飞行器推升至大气层上层,随后飞行器快速下降,在穿过大气层时跳跃飞行,维持高超声速飞行直到最终完成对目标的攻击。另一种是超燃冲压发动机推进,先以火箭发动机将飞行器加速至高超声速,随后切换到吸气式超燃冲压发动机,以维持高超声速飞行,该方法多用于高超声速巡航导弹。

 

(一)美国高超声速武器项目

 

目前,美军在研高超声速武器项目涉及陆、海、空三军和DARPA等。美军正在调整高超声速武器研制布局,陆续将DARPA和国防部长办公室主导开展的、以技术集成演示验证为目标的预先研究项目转入由空军、海军等军种,开展以形成作战能力为目标的型号研制。

 

技术路线方面,美国高超声速导弹正由助推滑翔与巡航两条技术路线并行开展预研,转变为助推滑翔导弹先行转入型号研制,巡航导弹继续开展技术攻关。

 

(二)俄罗斯高超声速武器项目

 

俄罗斯在多个高超声速技术攻关领域有所突破、形成了较为完善的技术体系。2018年3月1日,在2018年度国情咨文中首次展示了“先锋”高超声速助推滑翔弹头。

 

采用乘波体外形的“先锋”高超声速助推滑翔弹头能够在洲际范围内以马赫数20的高超声速在稠密大气层中飞行,目前已经完成试验,进入系列批产阶段,将于2019年服役。俄罗斯在2018—2027年国家装备计划中发展安装“先锋”弹头的“萨尔马特”导弹,射程可达15000千米。

 

俄罗斯“先锋”弹头动画图像

 

俄罗斯2017年试射的“锆石”高超声速巡航导弹重约5吨,射程约400千米,试验最大速度达到马赫数8。导弹拥有一个雷达导引头和一个能够跟踪和探测目标的光电复合导引头。导弹可以从陆地、海上和水下发射,两分半钟内就能飞行250千米,整个打击过程只需240秒,未来配装平台包括“亚森”级核潜艇、“哈斯基”级核潜艇、“彼得大帝”号核动力巡洋舰以及飞机等。

 

俄罗斯“锆石”高超声速巡航导弹示意图

 

俄印合作研制的“布拉莫斯-2”高超声速巡航导弹最大速度达马赫数7,射程大约600千米,可以从水面舰艇、潜艇、飞机和地面平台发射。预计2020年进入测试阶段。
 

“布拉莫斯-2”高超声速巡航导弹

 

(三)日本高超声速武器项目

 

日本防卫省在2018财年首次启动高超声速助推滑翔弹研究项目,2019财年预算计划投入约8.4亿元人民币,参照美空军的渐进升级发展思路,分批次发展助推滑翔弹头,早期采用圆锥形或双锥形弹头,后续改用升阻比更高的弹头。此外,日本防卫省2018年9月宣布将开发5倍声速以上高超声速巡航导弹,2023—2025年间进行风洞试验。

 

二、高超声速武器防御难点

 

高超声速武器出现,对传统防空反导系统构成新的挑战,防御难点表现在4个方面。

 

(一)难以探测

 

高超声速巡航导弹速度通常在马赫数5~8,超燃冲压发动机工作高度通常在20~35千米,使传统防御武器探测距离大大缩短,武器系统反应时间也相应缩短。助推滑翔弹头释放初期的速度达20马赫,主要滑翔飞行段高度在35~75千米,滑翔速度也多在马赫数12~15以上。与弹道导弹相比,其飞行高度更低,打击同一目标飞行路更短,使得防御系统的探测装备难以对其进行远距离探测。

 

(二)难以跟踪

 

高超声速武器作战空域属临近空间,目标与环境特性复杂。等离子鞘套现象造成目标雷达截面值的变化和起伏。目标自身红外特性也极为复杂,某些波段的辐射强度会减弱,出现红外吸收峰。此外,高超声速巡航导弹高温尾迹和超燃冲压发动机的喷焰等还会对瞄准点选择产生不利影响。由于目标与环境特性复杂,且目标高速机动飞行,大气密度变化剧烈,致使对其进行稳定探测跟踪难。

 

(三)难以预测弹道

 

高超声速飞行器借助临近空间实施突防,纵向采用非弹道机动飞行,横向具有大范围机动能力,相比弹道导弹,轨迹不易预测,传统基于反导的惯性飞行力学的跟踪滤波和弹道预测方法难以对其进行高精度弹道预报。

 

(四)难以拦截

 

高超声速武器主要飞行设计在现有防御系统的主要防区外,加之长时间大机动能力增加了拦截难度,导致现有防空反导拦截武器均不具备拦截高超声速武器能力,且在末段拦截作战效能很低。

 

三、高超声速武器防御技术发展

 

当前,美国极其关注并引领世界高超声速武器防御技术发展。除利用现有弹道导弹防御系统外,自2018财年开始美导弹防御局将“高超声速研究”项目列入预算开展研究。在2019财年预算中,导弹防御局提出未来6年投入7.32亿美元发展高超声速防御能力。

 

(一)防御系统研究

 

美国从体系作战到拦截武器对高超声速武器的防御概念进行全面探索研究,研究工作由导弹防御局牵头开展。2018年9月26日,导弹防御局授出21份合同,开展“高超声速武器防御系统概念定义”研究,每份合同经费为100万美元,合同期为一年。合同涉及方案包括动能/非动能拦截(包括激光、电磁等武器),陆基/空基/天基拦截概念方案,助推段/末段拦截概念方案等。

 

表2 导弹防御局授出“高超声速防御武器系统概念定义”合同概况

 

注:*动能杀伤武器;**一种带冲压动力的炮弹;***推测是电磁导轨炮。

 

导弹防御局对发展高超声速防御能力非常重视和急迫,但拦截武器方案仍处于早期探索阶段,最终可能会从这些方案中选出多个方案,从而针对高超声速导弹构建多重拦截的防御体系。从技术方案看,导弹防御局将通过发展高超声速防御“杀伤链”寻求先进防御技术,包括早期识别技术,持续传感器技术,低延迟通信和处理技术以及支持未来武器系统组件的先进技术等。从时间安排看,2023年相关组件和子系统的技术成熟度达到5级以上,做好集成至高超声速防御系统架构的准备。

 

(二)预警探测技术

 

在依赖现有导弹防御系统预警探测系统特别是地基雷达探测的基础上,美国正在布局发展多平台预警探测技术,整合陆、海、空天等多源探测信息,实现对高超声速武器的尽早尽远发现。2017年3月,导弹防御局发布了可跟踪高超声速滑翔弹头的“天基躲开探测器”项目招标公告,提出利用2颗粒低轨微卫星组成“双星系统”,演示验证用于跟踪高超声速滑翔弹头的探测器、光学组件、通信、精确指向等关键技术,为未来发展覆盖全球的高超声速弹头武器天基预警与跟踪系统提供技术支撑。导弹防御局考虑未来利用多颗搭载“天基躲开探测器”的微卫星,组成新型探测卫星星座,填补现有天基预警系统能力空白。该星座首先覆盖美国关注的热点区域,然后通过增加星座内卫星的数量,实现全球覆盖。

 

(三)网络化指挥控制技术

 

未来高超声速武器防御作战要求指挥控制系统能实现陆、海、空天基传感器实时动态接入和多源信息融合处理。同时对高速目标的拦截作战更加注重信息传输和处理的实现性,重点解决时空一致性、系统误差补偿等关键技术。未来网络化指挥控制系统将具备快速反应、抗干扰、生存力强等特征。

 

(四)拦截武器技术

 

在拦截武器技术发展方面,美国和俄罗斯一方面改进现有防空反导系统,实现对高超声速武器拦截。如美国洛·马公司提出改进“萨德”系统,利用两级火箭推进的“萨德”增程型实现对高超声速武器的拦截;俄罗斯提出将防御高超声速武器纳入S-500系统作战任务。

 

另一方面美国大力推动技术创新,力求在新型高超声速武器拦截器技术方面取得突破。DARPA开展了“滑翔破坏者”拦截器项目研究,研究一个或多个防御系统所需的各种“组件技术”,从根本上降低硬杀伤系统的开发和集成风险。2018年9月5~7日首次展示了“滑翔破坏者”拦截器的概念图,11月6日DARPA战术技术办公室公开发布了“滑翔破坏者”项目招标文件,要求12月21日前提交竞标方案书。8月24日,导弹防御局发布了“高过载气动控制”项目广泛机构公告,寻求应用于高超声速拦截弹的高过载机动气动控制技术,最大限度提高拦截弹机动性和动能损失,使拦截弹在高超声速飞行状态下实现受控飞行。


四、结束语

 

美、俄一方面加速发展高超声速武器,另一方面开展高超声速武器防御概念研究和技术探索,在临近空间全面形成高超声速武器的攻防能力,力求形成新的军事优势。特别是美国,针对俄罗斯高超声速武器在速度、作战空域和打击能力方面的优势,积极推进先进防御技术创新发展,促进预警探测、拦截武器技术的发展,发挥体系作战优势,形成高超声速武器防御新的作战概念和防御技术。