不久前,中国在境内成功进行了陆基中段反导拦截技术试验。这一事件让“反导”迅速成为热词。当今世界,反导系统已成为强国的标志性武器。那么,反导技术发展到了哪个层次,朝哪个方向发展?
从“最终反导”到“初始反导”:拦截范围不断扩大
在说反导之前,我们需要了解反导系统的基本分类。根据弹道导弹被拦截时所处的位置不同,目前的反导系统分为初始反导系统、中程反导系统和末级反导系统。对此没有异议。但是,国内媒体对于弹道导弹飞行的初、中、末阶段的划分存在普遍的误解。一个典型的观点是,导弹从发射台发射到飞出大气层之前,这个阶段称为初始阶段;导弹飞出大气层,飞向大气层外的目标,此阶段为中飞阶段;重新进入大气层后,导弹到达目标区域,然后击中目标。这个阶段称为再入阶段或终末阶段。
事实上,出现和出现在大气层中并不是划分弹道导弹飞行阶段的标准。大气层本身就是一个连续的介质,那么什么是飞出大气层的呢?我一般人为地将100公里卡门线定义为太空和航天的分界线,一般认为超过100公里就被认为是“飞出大气层”(美国国防情报局的一份报告将这个标准定为120公里) )。但是,不同射程的弹道导弹的弹道顶点高度差异很大。一些短程弹道导弹,如早期的 V2 弹道导弹,弹道顶点约为 90 公里,而民兵 3 洲际弹道导弹的弹道顶点为 700 英里(1126 公里)。
事实上,弹道导弹飞行阶段的划分与最终发动机的停机高度密切相关。初始阶段,也称为助推阶段,从导弹发射到最后推力发动机关闭。弹道导弹射程越远,高度越高。有的弹道导弹峰值不到100公里,洲际弹道导弹飞出大气层后还需要助推一段时间,助推级高于大气层。中段是助推段结束和再入段之间的飞行阶段。那么重入呢?学术上是根据末级发动机的停机高度来计算的,即弹头下降到这个高度后直到命中,就是再入级。那是,
图注:美国现役和正在研制的初、中、末期反导系统。
使用常规弹头的反导系统是从末端反导系统开始的。该型反导系统源自美国的“爱国者”系列和俄罗斯的S-300系列等传统远程防空系统。它们主要针对战术弹道导弹的末段拦截,最大拦截高度约为30公里。射程在40公里以内。在反导系统中,难度相对较低。之后,反导系统不断扩大拦截空域,发展了终端区反导系统和中段反导系统。比如俄罗斯的S-500、A235系统,美国的“萨德”和“陆基中段防御”系统等型号。其中,拦截40至180公里高度的“萨德”系统,实际上贯穿了战术弹道导弹的末段和中段。之所以称之为“终端高空防御”系统,根据笔者的“脑补”,大概是为了减少“改名”给项目带来的不便。该项目原名为“战区高海拔地区防御”(Theater High Altitude Area Defense),后来改为终端高海拔地区防御(Terminal High Altitude Area Defense),“萨德”简称可以保持不变。实际上贯穿战术弹道导弹的末段和中段。之所以称之为“终端高空防御”系统,根据笔者的“脑补”,大概是为了减少“改名”给项目带来的不便。该项目原名为“战区高海拔地区防御”(Theater High Altitude Area Defense),后来改为终端高海拔地区防御(Terminal High Altitude Area Defense),“萨德”简称可以保持不变。实际上贯穿战术弹道导弹的末段和中段。之所以称之为“终端高空防御”系统,根据笔者的“脑补”,大概是为了减少“改名”给项目带来的不便。该项目原名为“战区高海拔地区防御”(Theater High Altitude Area Defense),后来改为终端高海拔地区防御(Terminal High Altitude Area Defense),“萨德”简称可以保持不变。
说明文字:美国“地基中段防御”系统的地基拦截器头部整流罩有大气层外杀手
尽管末级和中级反导系统层出不穷,但一级反导系统却“拖后腿”。一个重要原因是初期拦截导弹,响应时间太短,如果平台距离对手太近,自身安全难以保证。最成功的第一级反导系统是美国的“天基激光”(ABL)。该系统是一架改装的波音 747,配备大型化学激光器,使用类似于火箭推进剂的化学燃料产生高功率激光器,在飞行的早期阶段拦截战术弹道导弹。
该系统经过多次测试,成功摧毁了液体燃料弹道导弹目标和固体燃料弹道导弹目标。但该项目最终被拆除。一个重要原因是当时的化学激光不足以远距离摧毁弹道导弹。美国国防部长盖茨曾表示,“现实情况是,你现在需要一种比飞机中的化学激光强 20 到 30 倍的激光,才能在距离发射场很远的地方进行射击……所以,现在ABL 必须在伊朗境内飞行,以尝试在助推阶段使用激光击落导弹。”
虽然初期反导“屡战屡败”,但美国仍在探索助推拦截的新手段。一个重要的方向是利用无人机等空中平台,携带红外传感器和拦截器进行空中拦截。美国先后发展了多个天基拦截弹的概念,就是“有日期就先打一炮”。
从“一对一”到“一对多”:多目标能力持续增长
目前所有的反导系统都是一对一拦截,即发射导弹,拦截来袭导弹或弹头。然后问题来了。首先是拦截成本高。比如一个萨德拦截器就超过1000万美元,一个爱国者3拦截器也超过400万美元,而地基中段系统的地基拦截器就更贵了。成本高时中国的反导弹拦截系统,采购量有限。美国仅部署了 44 架“陆基拦截器”(GBI)。这样的数量使得难以应对大规模的攻击。先进的远程弹道导弹和洲际弹道导弹一般采用分体制导的多弹头,弹头从3枚到11枚不等。释放虚假目标也成为先进弹道导弹的标准。这些虚假目标在中途更难识别,为了安全起见,必须对其进行攻击。在这种情况下,一个乐观的估计是,目前的拦截水平对于“小打小闹”来说是可以接受的,但不足以应对大国的核打击力量。美国物理学家今年对美国导弹防御系统进行的一项新研究发现,经过 70 年和约 3500 亿美元的投资,迄今为止开发的系统都没有“被证明对现实世界的洲际弹道导弹威胁有效”。一个乐观的估计是,目前的拦截水平对于“小打小闹”来说是可以接受的,但不足以应对大国的核打击力量。美国物理学家今年对美国导弹防御系统进行的一项新研究发现,经过 70 年和约 3500 亿美元的投资,迄今为止开发的系统都没有“被证明对现实世界的洲际弹道导弹威胁有效”。一个乐观的估计是,目前的拦截水平对于“小打小闹”来说是可以接受的,但不足以应对大国的核打击力量。美国物理学家今年对美国导弹防御系统进行的一项新研究发现,经过 70 年和约 3500 亿美元的投资,迄今为止开发的系统都没有“被证明对现实世界的洲际弹道导弹威胁有效”。
大气层外拦截器使用的EKV
为了提高拦截能力,美国改进了传感器识别真假弹头的性能。美国人打算让一个拦截器携带多个弹头。美国“陆基中段防御”系统目前使用的“陆基拦截器”(GBI)携带“大气层外杀手”(EKV)。飞行轨迹修正工作,其重量为 64 kg,速度约为 10 m/s,以直接冲击动能杀死目标。但一次只能拦截一个目标。为此,美国首先提出了“多重杀手”(MKV)计划。2004 年初,导弹防御局授予洛克希德马丁公司一份系统开发合同。悬停试验于 2008 年 12 月在加利福尼亚州爱德华兹空军基地的国家悬停试验设施进行,但于 2009 年 4 月被国防部长盖茨终止。然后在2015年换了马甲,推出了“多目标杀手”(MOKV)计划。为什么要改名?这至少部分是美军“政治”的体现。上一个项目的领导被拒绝了。你能把它按原样拿出来吗?这种情况并不少见。为什么要改名?这至少部分是美军“政治”的体现。上一个项目的领导被拒绝了。你能把它按原样拿出来吗?这种情况并不少见。为什么要改名?这至少部分是美军“政治”的体现。上一个项目的领导被拒绝了。你能把它按原样拿出来吗?这种情况并不少见。
“多目标杀手”的每个杀手都有自己的传感器和控制引擎,多目标杀手之间将能够相互通信以进行协同攻击。设想一个反导拦截器将携带六个“多目标杀手”。拦截器在大气层边缘释放它们,击中各自的目标。
多目标杀手形象
此外,美军原本计划研制“改进型杀手拦截器(RKV)”中国的反导弹拦截系统,并准备将该项目交给波音公司,与雷神公司合作研制。然而,2019年8月,由于该项目的设计缺陷,国防部公布了该项目。取消。尽管如此,美国导弹防御局已经启动了下一代拦截器(NGI)计划(注意拦截器和杀手之间的区别)。MDA 打算用 21 个 NGI 补充(而不是替换) 目前有 44 个陆基拦截器,另外 10 个正在建造用于测试。下一代拦截器的具体性能要求尚未公布,但多目标拦截能力可能是方向之一。
根据美国物理学会的一项新研究,由于物理定律,需要许多天基拦截器来击中来袭的弹道导弹。“至少400个轨道拦截平台”来对抗液体燃料导弹。
从反导向到“反优”延伸:目标类型不断扩大
当用先进的突防方式拦截弹道导弹的问题还没有完全解决时,又出现了另一个更狠的角色——高超音速导弹。高超音速导弹除了速度快之外,还具有飞行路径灵活的特点,不像弹道导弹具有明显的抛物线轨迹。第一种服役的高超音速导弹是与弹道导弹具有相同机身的助推滑翔高超音速导弹。
现有的反导系统很难拦截此类导弹。除了弹道导弹的高速优势,高超音速导弹还需要另外两个“杀手锏”。一是飞行高度低,通常在大气层或大气层边缘飞行,大大降低了地面雷达的精确跟踪距离。地基雷达难以进行远距离快速预警、跟踪和识别。二是机动性好,可以瞄准A打B。拦截弹发射后,跑到计算好的遭遇点,但来袭导弹掉头追不上。
因此,要有效拦截高超音速导弹,首先要解决远距离精确探测和跟踪问题。为此,美国提出了“高超音速和弹道导弹跟踪空间传感器”(HBTSS)卫星星座计划。该星座能够始终保持对导弹从活动飞行段到滑翔段的高精度跟踪。重要的是,它可以提供以前预警卫星无法达到的火控级精度。以前的导弹预警卫星通常只粗略给出导弹在助推器段的位置,由地面远程预警雷达进一步探测跟踪,再由更精确的雷达识别,并给出火力控制级精度数据。
增程 THAAD-ER 拦截器。
在拦截阶段,美方计划是利用“宙斯盾”舰搭载专用的“滑翔段拦截器”(GPI)布网大范围拦截。这种拦截器可以克服高超音速导弹的速度和机动性。目前的计划是在 2020 年代后期部署 GPI 拦截器。同时,美国也希望利用改进后的Standard-6导弹在导弹末端拦截来袭的高超音速导弹。这种导弹可能是Standard-6 Block IB的放大版,它本身可以达到高超音速。美国弹道导弹防御局正在考虑在 2024 财年使用 SM-6 击落助推滑翔高超音速导弹。此外,美国此前还计划改进 THAAD-ER 反导系统,使用这种拦截器在末端拦截高超音速导弹。据说俄罗斯的S-500也有一定的拦截高超音速导弹的能力。S-500的拦截器本身体积较大,发动机总冲量较高,适合大规模机动。与此同时,主要国家也在考虑使用激光等定向能武器拦截高超音速导弹。
当然,高超音速导弹的拦截技术也可以“反馈”到弹道导弹防御,进一步提高弹道导弹的防御水平。
俄罗斯S-500防空导弹防御系统示意图
俄罗斯S-500系统发射拦截导弹。
THAAD 拦截器需要能量管理机动来拦截大气层较低层的目标。