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美国弹道导弹防御武器系统研究

分类:科技论文 时间:2020-01-10

  美国弹道导弹防御系统(BMDS)是一种全球部署的对各种射程弹道导弹在各飞行阶段实施拦截的防御体系,目前是全球最为完善,且能力强大的导弹防御体系。BMDS主要包括导弹预警,指挥、控制、作战管理与通信(C2BMC)系统,以及各类武器系统三大部分。

美国弹道导弹防御武器系统研究

  BMDS武器可实现“三段四层”拦截,即上升段拦截,典型装备有空军的机载激光器(ABL)、海军的“宙斯盾”及动能拦截器(KEI);中段拦截,典型装备主要是“宙斯盾”、陆军的陆基中段防御(GMD);末段分为高层拦截的末端高空区域防御(THAAD)、“箭”-3,低层拦截的“爱国者”、“箭”-2,后来又发展了中程扩展防空系统(MEADS)。

  一典型武器系统概况

  当前BMDS的典型武器系统可分为已终止但有重要意义的系统、已部署的系统、联合研制的系统3类。

  1已终止但有重要意义的系统

  主要有ABL和KEI。其曾是BMDS的重要组成部分,后因技术、实际需求等诸多原因而终止,但它们对BMDS的发展具有重要影响。

  ABL用于助推/上升段防御,载机为改装的波音747-400F,包括激光武器系统,激光燃料储藏箱,机载传感器,战斗管理指挥、控制、通信、计算机与情报(BMC4I),以及光束控制/火控系统(BC/FC)。感知与作战装备包括红外搜索跟踪器(IRST),低功率CO2激光主动测距系统(ARS),低功率固体跟踪照射激光器(TILL),低功率固体信标照射激光器(BILL),高能激光器(HEL)。ABL利用高能激光加热弹体使其过压而解体,但因未能实现300~500km的杀伤距离等技术原因而终止。可以预见,随着未来高能激光技术的发展,类似项目有可能重启,当前进行的基于无人机平台的激光武器项目正是ABL的延伸;而且ABL的成果在其他领域已得到新的发展,比如已多次试验的海军激光武器。

  KEI是一种上升段动能拦截器,包括发射平台、拦截弹和战斗管理系统。拦截弹采用三级推进,集装箱式结构;“杀伤器采用标准”-3(SM-3)寻的器和“大气层外杀伤器”(EKV)的液体转向高度控制系统。可陆基机动部署,或部署于“宙斯盾”巡洋舰、弹道导弹潜艇和巡航导弹潜艇,紧急情况下甚至可以通过集装箱船发射。与“宙斯盾”等其他拦截系统相比,KEI具有更快的反应速度;但在发展顺利的情况下终止,主要在于用KEI替换现已大量部署的“宙斯盾”“爱国者”并不划算等经济原因。不过,其追求上升段动能拦截的思想影响着BMDS的后续发展,目前的“岸基宙斯盾”很可能吸收KEI的成果,或者可以看作是KEI思想的延续。

  2已部署的系统

  主要包括“地基中段防御”(GMD)、“宙斯盾”BMD、THAAD及“爱国者”PAC-3系统,它们是当前美国BMDS武器系统的主干,经过不断改进升级,性能日趋完善。

  GMD通过碰撞杀伤方式在中段拦截来袭的洲际弹道导弹,是当今世界唯一实战部署的具备洲际弹道导弹中段拦截能力的反导系统。GMD相关作战组件包括:地基拦截器(GBI)、GMD火控/通信(GFC/C)设施与数据链、飞行中拦截弹通讯系统(IFICS)、GMD通讯网络(GCN),以及海基X波段雷达(SBX)、升级的预警雷达(UEWR)和天基预警卫星。另外,“宙斯盾”BMD的AN/SPY-1雷达、AN/TPY-2雷达、ABL可通过C2BMC为GMD提供信息支持。GBI由多级火箭助推器和EKV组成。2004年开始在阿拉斯加州的格里利堡空军基地和加利福尼亚州的范登堡空军基地部署。

  “宙斯盾”BMD使用碰撞杀伤技术拦截近程、中程、中远程弹道导弹,目前已经具备拦截中程弹道导弹的实战能力,未来将考虑对抗洲际弹道导弹,分为海基型和岸基型。海基型部署在提康德罗加级巡洋舰和阿里博克级驱逐舰上,已经从第一代自主作战能力向具有远程发射和远程交战能力的第三代发展。其系统组成包括AN/SPY-1雷达、SM-3导弹及MK41发射单元、“宙斯盾”指控系统(软件系统)。其中SM-3有1A、1B、2A、2B四个生产型号,已装备1A、1B型号,后续将发展2A、2B,值得关注的是日本也参与了SM-3的研制。岸基型已在罗马尼亚部署,并计划于2018年在波兰部署。

  THAAD是一种陆基机动末端高层导弹防御系统,用于在大气层内外拦截近程和中程弹道导弹。由拦截弹、发射车、AN/TPY-2雷达和THAAD火控与通信(TFCC)构成。其中AN/TPY-2雷达除了可以为拦截弹提供目标指示外,还可单独部署,用于目标的探测、跟踪及识别,支持BMDS体系作战。THAAD及AN/TPY-2雷达已于2008年开始在美国、中东、亚太陆续部署,2017年在韩国完成部署。

  “爱国者”PAC-3是一种陆基机动的末端低层防御系统。防御对象包括战区和战术弹道导弹、巡航导弹、战术空地导弹(包括反辐射导弹)、在杂波或密集电子对抗环境下的低RCS飞机。“爱国者”PAC-3包括拦截器、AN/MPQ-53雷达或AN/MPQ-65雷达(AN/MPQ-53雷达升级版),以及战斗管理/指控(BMC2)(含信息与协调中心控制单元/交战控制站)。PAC-3能够同时与多个威胁交战,可以与其他单元(如THAAD、“箭”、“宙斯盾”)联合作战。PAC-3于2003年正式交付美国陆军,并出售给世界多个国家。

  3联合研制的系统

  除上述自行研制的武器系统外,美国还与其他国家联合研制反导系统,典型的有“箭”武器系统(AWS)、MEADS。

  AWS是美国和以色列合作开发的陆基机动导弹防御系统,用于末段的多目标拦截。AWS由拦截器、机动发射架、火控雷达、火控中心,以及发射架控制中心构成,分为“箭”-2和“箭”-3两型,分别用于大气层内和大气层外拦截。“箭”-2拦截器的战斗部采用聚焦爆破碎片杀伤,带有红外和雷达双模导引头。“箭”-3的战斗部为动能杀伤,采用红外和可见光导引头。“箭”-2于2000年开始部署,“箭”-3于2017年1月18日首批交付以色列空军,2018年2月19日美以再次成功测试“箭”-3。

  相关期刊推荐:《中国航天》AerospaceChina(月刊)曾用刊名:世界导弹与航天,1978年创刊,国内外公开发行专业性情报期刊,每月19日出版。侧重于宣传中国航天事业所取得的成就;跟踪报道世界各国航天与导弹技术的最新发展动态。主要读者为各部门(包括部队)和企业业单位的决策人员、管理人员、工程技术人员、高校师生和航天爱好者。

  MEADS是美国、德国、意大利合作开发的陆基机动地空导弹防御系统,具备近程、中程威胁目标的360°拦截能力,包括飞行末段的弹道导弹和空气动力威胁。MEADS火力单元由6个发射器和3个装载器、2个战术作战中心、1部监视雷达、2部多功能火控雷达、2辆装甲安全车及PAC-3导弹构成。MEADS为网络化、分布式体系结构,战斗单元能够共享来自网内MEADS传感器的信息,可以将自己的发射架和导弹的指控移交邻近的战斗单元。MEADS于2014年完成了全面系统验证测试,2015年德国决定采购8~10套MEADS以代替“爱国者”系统,2017年1月MEADS供货商向波兰国防部提交了以MEADS为基础的波兰中程防空方案。

  二BMDS武器系统的发展特点

  BMDS经历数十年的发展,终成上述各武器系统,总结其发展过程,主要展现出以下特点。

  1探索形成了由单装形成体系,再通过体系引领单装的体系演进模式

  上述装备中,ABL正式开始于1996年,“宙斯盾”BMD开始于“小猎犬”轻型大气层外导弹项目在1992-1995年间进行的4次飞行试验,“爱国者”系统于1983年既已装备陆军,THAAD开始于20世纪90年代;而GMD则是脱胎于国家导弹防御(NMD),随着战区弹道导弹防御(TMD)和NMD整合为BMDS,形成当前较为完善的弹道导弹防御体系框架。BMDS依据体系作战能力需求,明确了各装备的发展目标,同时出于加强上升段拦截的体系需求,开始研制KEI。随着各装备不断迭代发展,BMDS体系能力进一步增强。这样,通过“边研制、边试验、边改进”的“螺旋式”发展模式,不但促使各个武器系统的技术不断成熟,拦截能力不断提升,而且通过综合集成,建成了当今全球能力最强、要素最全、兼具战略威慑和战术防御能力的BMDS体系,通过实践形成了一条装备体系演进之路。

  2建立了实际需求为牵引、战略储备与技术推动相互促进的机制

  根据作战需求及BMDS发展目标,美军各型反导武器紧贴实战,逐步引入新技术稳步升级发展,其各型反导武器无不渗透并推动着当今最先进的技术。虽然ABL由于技术原因予以终止并封存,但激光武器本身的先进性不言而喻,这种封存兼顾了一定的技术储备和新技术需求。目前美国海军激光武器的顺利发展,以及高功率固体激光器的研制,均与ABL密切相关。当前基于无人机平台的激光武器项目,更是集无人机技术、人工智能技术、激光技术等先进技术于一身的新式机载激光武器。KEI的试验虽然很顺利,但一方面鉴于经济上的风险,另一方面新型的SM-3、“岸基宙斯盾”的发展及基于BMDS体系的上升段拦截已具备一定基础,在充分考虑这些实际情况下予以终止,更反映出美军注重实际情况的特点。其他装备采用的动能拦截、多模制导等技术,均是当今极为先进的技术。BMDS随着实际的需求、技术的进步,正在不断储备能力,不断从实验走向实战。

  3通过寻求国际合作实现以美国为核心向全球重点区域的拓展

  弹道导弹防御体系的大纵深防御本性决定了其全球部署特点。为此,美国以保护盟友、保护海外驻军为由,在加强BMDS自身建设的同时,通过联合研制、共同防御及信息共享等方式和手段不断加强与盟友的合作,推行BMDS的全球部署。通过AWS、MEADS、SM-3的对外合作,保护盟友及海外驻军的借口,推行欧洲分阶段管理方案(EPAA),以及在亚太等敏感地区的部署,目前已基本形成在欧洲、中东、亚太等全球重点地区逐步推进部署的态势,初步形成以美国为核心的覆盖全球重点区域的BMDS体系框架。通过BMDS的全球化拓展向世界展示着其“三位一体”战略中“盾”的实力,达成不战而屈人之兵的战略目的。

  三BMDS武器系统发展趋势分析

  当前美国已基本建立了“三段四层”的弹道导弹防御体系框架,为使其更加完善以应对未来的新威胁,BMDS的发展将呈现出如下趋势。

  1巩固末段,加强中段,发展上升段

  目前的BMDS武器中,末段拦截能力最为成熟,中段拦截能力较弱,上升段拦截能力几乎为零。因此对于已部署的末段拦截装备,未来将逐步引入新技术加以提升巩固,如提升其对机动目标的拦截能力等。而以GMD为代表的中段拦截装备能力相对较弱,未来需要加强目标识别和拦截弹对抗能力。从国家安全和反制的角度考虑,上升段拦截为最佳之选,因此ABL、KEI的终止并非意味着真正停止,未来随着技术的成熟和进步,上升段拦截武器必将会得到新发展。当前美军采用AN/TPY-2与“宙斯盾”系统的联合反导试验、AN/TPY-2的前置部署及“岸基宙斯盾”BMD的部署,都为上升段拦截提供了基础。

  2进一步整合资源向以反导为衔接的空天防御体系发展

  虽然美军已经初步建立了一体化的BMDS,但是其体系作战能力还不能满足“三段四层”的联合防御作战需求,跨陆海空三军的GMD作战能力还相对较弱,需要大纵深的BMDS还没有实现对全球作战资源的最优化管理,因此未来的BMDS将伴随着美军的组织机构调整面临着一个整合完善阶段。同时,当前的反导武器系统脱胎于防空系统,低层的反导武器同样具备防空能力,而高层、中段反导系统还具备反卫作战能力,在联合作战思想主导下,美军未来将进一步整合资源,建设一个资源共享、按需配置,以反导为衔接的一体化防空反导反卫体系,形成以反导为衔接的三军一体、军民一体、同盟一体的面向全球的大空天防御作战体系格局。

  3实施同盟战略进一步推进BMDS的全球部署

  美国的全球战略思想和BMDS的大纵深防御本性决定了其全球部署的本质。通过与日本、澳大利亚、欧洲及以色列等国家建立牢固的盟友关系,美国利用各种借口,以及联合研制、技术支持等方式,目前已经在全球重点、热点地区实现了BMDS的部署,并正在逐步编织其覆盖全球的防御网。欧洲的EPAA计划,与日本、以色列、德国、意大利等国的联合研制,不仅巩固了与盟友的协同关系,分散了研制成本与风险;同时也达到了保护美国本土和海外驻军,以及在亚太、中东、欧洲建立第一道防线的战略目的,使其全球化得以逐步完善。随着“岸基宙斯盾”系统的不断成熟,在亚洲部署该系统终将成为必然。

  4临近空间对抗将有可能成为BMDS的新内涵,赛博对抗将与BMDS深度融合

  威胁的变化推动着防御体系从防空演进到反导,未来随着临近空间飞行器的发展,相应的对抗手段也将应运而生。由于BMDS具备拦截临近空间飞行器的能力,随着技术的进步和BMDS的不断演进,未来临近空间的对抗极可能成为BMDS的新内涵。同时,在第五维空间的赛博空间领域,赛博对抗作为多域战的重要组成部分,战略地位日益凸显,BMDS的未来发展也必将会实现与赛博对抗的深度融合。

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