彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)對(duì)抗技術(shù)研究

高勇

（海軍駐航天科技集團(tuán)公司第一研究院軍事代表室，北京 100076）

彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)對(duì)抗技術(shù)研究

高勇

（海軍駐航天科技集團(tuán)公司第一研究院軍事代表室，北京 100076）

介紹了國外導(dǎo)彈防御系統(tǒng)研制和部署過程中所考慮的進(jìn)攻方可能采取的幾種典型對(duì)抗措施，研究分析了對(duì)抗導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的基本方法、技術(shù)和策略。通過使用大量誘餌或假目標(biāo)、減弱彈頭的雷達(dá)信號(hào)特征或紅外特征、隱藏彈頭的真實(shí)位置，以及進(jìn)行彈頭機(jī)動(dòng)等一種或多種組合的對(duì)抗措施，可以有效對(duì)付那些使用外大氣層碰撞殺傷攔截器的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)。

彈道導(dǎo)彈，防御系統(tǒng)，對(duì)抗策略，攔截

0 引言

彈道導(dǎo)彈的彈道可以分成3個(gè)階段：主動(dòng)段（助推段）、中段（自由飛行段）和末段（再入段）。導(dǎo)彈在主動(dòng)段時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)和制導(dǎo)系統(tǒng)都處于工作狀態(tài)。中段主要是在大氣層外，導(dǎo)彈彈道為理想彈道。在彈道末段，彈頭再入大氣層。一般來講，導(dǎo)彈防御系統(tǒng)分為三類（主動(dòng)段防御系統(tǒng)、中段防御系統(tǒng)和末段防御系統(tǒng)），其分類標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)它被設(shè)計(jì)為在進(jìn)攻導(dǎo)彈的飛行彈道的那一段攔截目標(biāo)。這3種類型的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)每種都有其優(yōu)缺點(diǎn)，但由于它們的技術(shù)要求各不相同，每一種防御系統(tǒng)只適用于特定區(qū)段的攔截，一般不能用于其他區(qū)段。更大型的、多層攔截系統(tǒng)也可能包括3種類型中的一種以上［1］。例如，美國國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)計(jì)劃只具有中段攔截能力。本文將介紹國外在彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)研發(fā)和部署過程中所考慮的進(jìn)攻方可能采取的幾種典型對(duì)抗措施。

1 誘餌

使用大量的誘餌或假目標(biāo)，使防御系統(tǒng)的探測(cè)器不能識(shí)別出真彈頭，是一種非常重要的對(duì)抗措施。防御系統(tǒng)必須擊中所有的目標(biāo)，以避免核彈頭輕易突防。但是，只要進(jìn)攻方使用足夠多的誘餌，那么有限防御系統(tǒng)就會(huì)因攔截彈數(shù)量不足而失效。

用誘餌來對(duì)付大氣層防御系統(tǒng)是一種有效手段。使用誘餌來對(duì)付大氣層防御系統(tǒng)，利用了在真空環(huán)境下沒有大氣阻力的特點(diǎn)，質(zhì)量較小的物體飛行彈道與質(zhì)量較大的彈頭的彈道相同。由于誘餌可以做得很輕，進(jìn)攻方能夠大量使用它們。因?yàn)閷?dǎo)彈的尺寸和射程與有效負(fù)載的質(zhì)量有關(guān)，通過限制有效載荷的質(zhì)量可以增大導(dǎo)彈的射程，或者減小導(dǎo)彈的總體尺寸［2］。

一般而言，誘餌越重，它可被識(shí)別的高度越低。識(shí)別高度隨誘餌的彈道系數(shù)β=W/(CDA)而變化，W表示誘餌的重量、CD表示阻力系數(shù)、A表示橫截面積。另外，如果防御系統(tǒng)必須在大氣層內(nèi)高層，而不是大氣層外攔截來襲導(dǎo)彈，那么，防御方在發(fā)射其他攔截彈之前，就沒有時(shí)間來評(píng)估首發(fā)攔截彈是否命中目標(biāo)。此時(shí)，“射擊－觀測(cè)－再射擊”的策略不能發(fā)揮作用。

1.1 電子誘餌

在彈頭上加裝電子雷達(dá)信號(hào)源，以淹沒彈頭的雷達(dá)反射信號(hào)，這種技術(shù)即“干擾技術(shù)”。沒有彈頭的誘餌就是簡(jiǎn)單的電子雷達(dá)干擾機(jī)。因此，干擾機(jī)不但可以偽裝成目標(biāo)，還可以隱藏彈頭。

現(xiàn)代的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)雷達(dá)，例如X波段雷達(dá)，可以工作于很寬頻率范圍內(nèi)的任何頻點(diǎn)，并且可以迅速轉(zhuǎn)換頻率。如果使用一個(gè)簡(jiǎn)單的寬帶干擾機(jī)，要想干擾各種可能的工作頻率下的雷達(dá)信號(hào)，需要特別大的功率。例如，對(duì)于工作頻率范圍是1 GHz的雷達(dá)，干擾機(jī)應(yīng)該在整個(gè)頻帶散布能量。對(duì)于長(zhǎng)度為1 μs的雷達(dá)脈沖，帶寬為1 MHz，干擾機(jī)只有0.1%的能量處于這個(gè)頻帶內(nèi)?；谶@一原因，進(jìn)攻方趨向于選用電子誘餌，處于返回相同頻率的雷達(dá)信號(hào)，且所需的功率最低。

低功率干擾機(jī)的技術(shù)已經(jīng)能夠很容易地獲得，電子雷達(dá)干擾機(jī)可使用異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)來制作，這種干擾機(jī)從彈頭或誘餌返回同樣的信號(hào)。彈頭前錐和誘餌上的小型天線接收到防御系統(tǒng)雷達(dá)發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)，該信號(hào)通過多種方式被迅速放大，并且持續(xù)一段比信號(hào)直接從彈頭反射所需時(shí)間稍長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間，然后使其返回雷達(dá)。防御系統(tǒng)的雷達(dá)將接收到彈頭或誘餌上的異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)（即干擾機(jī)）發(fā)射回來的相同的回波信號(hào)，這些信號(hào)淹沒了從彈頭和誘餌本身返回的較弱的信號(hào)。進(jìn)攻方還能利用信號(hào)特征差異讓每個(gè)異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)發(fā)射不同頻率的信號(hào)，使得每個(gè)目標(biāo)都表現(xiàn)不同的特征，從而避免防御系統(tǒng)從很多具有相似特征的目標(biāo)中識(shí)別出僅有微小差異的一個(gè)目標(biāo)。

由于天線和放大器具有很寬的響應(yīng)頻率，進(jìn)攻方不需要準(zhǔn)確了解防御系統(tǒng)的雷達(dá)頻率，而且防御方雷達(dá)在工作頻率范圍內(nèi)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換也不能夠分辨出彈頭和誘餌。另外，進(jìn)攻方所需的天線類型，通常是螺旋型天線，可以做得很小，直徑可以達(dá)到厘米級(jí)。輕型電子誘餌的重量只有幾公斤，它可以采用這種天線，另外再加輕型放大器和電源制成。這樣，進(jìn)攻方就可以隨彈頭部署大量的此類誘餌。由于電子裝置體積小巧，可以把誘餌作為圓錐型。這樣電子誘餌能夠比其他類型的輕型誘餌更深地穿入大氣層。

由于天線在很大的角度范圍內(nèi)具有基本上各向同性的響應(yīng)，進(jìn)攻方可以阻止異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)產(chǎn)生可探測(cè)的信號(hào)變化，這種變化是由于彈頭和誘餌沿旋轉(zhuǎn)軸的任何章動(dòng)或其他運(yùn)動(dòng)引起的。而且，采用隨時(shí)間變化的放大率，異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)也可以用電子方式模擬這種章動(dòng)。此外，由于現(xiàn)代雷達(dá)可以存儲(chǔ)和分析信號(hào)序列，因此，為了隱藏連續(xù)回波信號(hào)之間任何可能的關(guān)聯(lián)，異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)可以發(fā)送與每個(gè)雷達(dá)脈沖都不同的回波信號(hào)。

2 減小目標(biāo)的雷達(dá)特征信號(hào)

通過減小目標(biāo)的雷達(dá)特征信號(hào)，進(jìn)攻方可以縮短目標(biāo)被防御系統(tǒng)雷達(dá)探測(cè)到的距離，從而縮短防御系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。這使得防御系統(tǒng)的工作更加困難，另外還能使其他對(duì)抗措施發(fā)揮更大的效率。例如，在進(jìn)攻方使用箔條隱蔽彈頭的時(shí)候，必定需要減小和彈頭的雷達(dá)反射截面［3］。

進(jìn)攻方通過改變?cè)偃腼w行器的形狀（或者用覆蓋物包裹再入飛行器），使雷達(dá)反射回波達(dá)到最小，或者在再入飛行器的表面或覆蓋物的表面使用雷達(dá)吸波材料，從而減小核彈頭的雷達(dá)反射截面。如果不易通過改變彈頭形狀來減小雷達(dá)反射截面，那么進(jìn)攻方還可以使用覆蓋物。例如，進(jìn)攻方將彈頭制成前面為尖錐體，后部為球形（圓錐-球型），與圓錐-平底型結(jié)構(gòu)相比，可以使前錐正面的X波段雷達(dá)的反射截面減小到1／10 000，約為0.000 1 m2。如果雷達(dá)探測(cè)的是這種彈頭的前錐正面，那么，彈頭的雷達(dá)反射截面將最小，并且在圍繞前錐的一定范圍的角度（約±60°）內(nèi)，雷達(dá)反射截面都會(huì)很小。因此，進(jìn)攻方需要在一定角度內(nèi)進(jìn)行方向控制，保持彈頭的前錐段基本對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)，這一方法是可行的。

改變?cè)偃腼w行器的形狀，對(duì)早期預(yù)警系統(tǒng)不是十分有效，因?yàn)樵缙陬A(yù)警系統(tǒng)的波長(zhǎng)約為0.66 m，與彈頭的直徑相當(dāng)。不過，通過采用圓錐-球型的彈頭結(jié)構(gòu)，進(jìn)攻方可以使雷達(dá)反射截面減小到原來的1/10或更小，約為0.01 m2～0.1 m2。通過這種方式來減小彈頭的雷達(dá)反射截面，進(jìn)攻方可以明顯地縮短某些雷達(dá)的探測(cè)距離。根據(jù)彈頭的彈道不同，雷達(dá)的探測(cè)距離在更大程度上受水平視距的影響。對(duì)于某些彈道，彈頭在接近雷達(dá)之前不應(yīng)在雷達(dá)水平視線以上飛行，否則，即使是很小的雷達(dá)反射截面也能被雷達(dá)探測(cè)到。進(jìn)攻方通過減小彈頭和誘餌的雷達(dá)反射截面，削弱了X波段雷達(dá)識(shí)別不同物體的能力。另外，進(jìn)攻方通過減小彈頭的雷達(dá)反射截面可以使其他對(duì)抗措施發(fā)揮效力，例如箔條云團(tuán)。

3 通過紅外隱身躲避碰撞殺傷

通過減小核彈頭的紅外特征，進(jìn)攻方可以縮短低軌道紅外探測(cè)器以及殺傷飛行器紅外尋的頭的探測(cè)距離。即使彈頭的紅外特征能夠被明顯減小，仍然不一定能夠突破防御系統(tǒng)，因?yàn)閺楊^還可以被防御系統(tǒng)的雷達(dá)跟蹤。殺傷飛行器上的小型紅外探測(cè)器的探測(cè)距離沒有低軌道紅外探測(cè)器探測(cè)距離遠(yuǎn)，殺傷飛行器主要依靠足夠時(shí)間的機(jī)動(dòng)以及探測(cè)目標(biāo)的距離來完成任務(wù)，擊中目標(biāo)。通過減小彈頭的紅外特征，進(jìn)攻方可以縮短殺傷飛行器紅外尋的頭的探測(cè)距離，使得殺傷飛行器不能探測(cè)到彈頭，或者探測(cè)到彈頭后沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行機(jī)動(dòng)，不能擊中目標(biāo)。在這種情況下，即使防御方的雷達(dá)和低軌道紅外探測(cè)器能夠跟蹤到彈頭，它也將遭到災(zāi)難性的失?。?］。我們討論兩種進(jìn)攻方用來減小彈頭紅外特征的方法。

3.1 低輻射率涂層

彈頭的紅外特征是由它的溫度、輻射物質(zhì)和表面積決定的，因此，在彈頭上加蓋低輻射率涂層，是減小彈頭紅外特征的一個(gè)方法。采用碳基燒蝕涂層的彈頭的紅外輻射率約為0.9～0.95，粗金屬表面暴露在外面的彈頭的輻射率在0.4～0.8之間。如果在彈頭表面覆蓋薄層光滑的金鍍層（金的輻射率約為0.02），彈頭的輻射率將降低到1/20～1/40。

因?yàn)殄兘饛楊^，在陽光下會(huì)升至室溫，這種方法適合彈道完全或大部分處于地球陰影的彈頭使用。在夜間彈道上，重型彈頭逐漸冷卻，低于初始溫度（假設(shè)初始溫度為室溫300 K）。進(jìn)攻方可以采用另一種方法，把彈頭裝入涂有薄層金的氣球中，氣球可以隔離彈頭輻射的熱量，這樣也可以很大程度地減小彈頭的紅外特征。這樣的氣球能夠很快冷卻，達(dá)到夜間溫度，約為108 K。如果氣球達(dá)到200 K的溫度，那么與300 K溫度時(shí)的紅外輻射率相比，此時(shí)它的紅外輻射率可減小到1/10（相對(duì)8 μm～12 μm波段的紅外探測(cè)器）至1/200（相對(duì)3 μm～5 μm波段的探測(cè)器）。通過使用這種完全被動(dòng)的方法，進(jìn)攻方可以把彈頭的紅外特征減小到1/200～1/400（8μm～12μm波段）或者1/4 000～1/8 000（3 μm～ 5 μm波段）。從而使殺傷飛行器的探測(cè)距離縮短到1/14～1/20（8 μm～12 μm波段）或者1/60～1/90（3 μm～5 μm波段），明顯縮短殺傷飛行器可用來機(jī)動(dòng)的時(shí)間。

3.2 冷卻包絡(luò)層

使用低輻射率涂層或被動(dòng)冷卻可能不足以縮短彈頭可被探測(cè)到的距離，彈頭不能有效躲避防御系統(tǒng)殺傷飛行器的探測(cè)和跟蹤碰撞。進(jìn)攻方使用冷卻包絡(luò)層可以顯著縮短彈頭可被探測(cè)到的距離。這種覆蓋物與彈頭絕緣，利用少量液氮冷卻。液氮將彈頭冷卻至同等溫度（77 K），使彈頭的紅外特征與室溫時(shí)相比，減小到百萬分之一（對(duì)于工作波長(zhǎng)10 μm的紅外傳感器而言，紅外信號(hào)將減小到一百萬分之一；對(duì)于工作波長(zhǎng)5 μm的紅外傳感器而言，紅外信號(hào)將減小到一萬億分之一）。從而有效躲避殺傷飛行器的探測(cè)。在運(yùn)用這種方法時(shí)，進(jìn)攻方也需要避免殺傷飛行器探測(cè)到反射的紅外探測(cè)波。即使彈頭易被防御系統(tǒng)的雷達(dá)探測(cè)和跟蹤，這種對(duì)抗措施仍然有效，但是，冷卻包絡(luò)層仍需要設(shè)計(jì)成具有較小雷達(dá)反射截面的形狀，以對(duì)抗X波段雷達(dá)的探測(cè)。

4 通過隱藏彈頭躲避碰撞殺傷

其他一些對(duì)抗措施主要利用碰撞殺傷攔截器必須直接撞擊目標(biāo)才能將其摧毀的特點(diǎn)。例如，進(jìn)攻方可以將彈頭裝在大型金屬氣球中，氣球半徑約為5 m或更大。如果碰撞殺傷攔截器的殺傷半徑比氣球的半徑小得多，那么即使攔截器撞擊到氣球本身，也不可能撞擊到氣球內(nèi)部的彈頭。事實(shí)上，進(jìn)攻方可以通過增加氣球的半徑來使攔截器的殺傷概率變得很小。進(jìn)攻方考慮到氣球可能會(huì)被攔截器撞擊摧毀，從而會(huì)使彈頭暴露在第二枚攔截器面前。在這種情況下，進(jìn)攻方在彈頭周圍再增加一個(gè)氣球，當(dāng)一個(gè)氣球受撞擊毀壞時(shí)，另一個(gè)氣球隨即膨脹，將彈頭包起。

進(jìn)攻方可以采取的另一個(gè)方法是：不使用單個(gè)的大氣球，而使用集中在一起的很多小氣球，其中一個(gè)氣球中裝有彈頭。由于氣球之間的間隙很小，低軌道紅外探測(cè)器很難識(shí)別出彈頭，另外，如果需要，不帶彈頭的氣球可以使用加熱器模擬彈頭的熱量輻射。這樣，每個(gè)殺傷飛行器最多只能撞擊幾個(gè)氣球，摧毀彈頭的概率很小。

5 彈頭機(jī)動(dòng)

另外一個(gè)對(duì)抗措施是使彈頭進(jìn)行不能預(yù)測(cè)的機(jī)動(dòng)，迷惑攔截彈或者破壞殺傷飛行器的尋的過程。

在大氣層外進(jìn)行機(jī)動(dòng)，彈頭需要攜帶助推器。通過助推器不斷進(jìn)行機(jī)動(dòng)會(huì)消耗很多燃料，但是，執(zhí)行一次機(jī)動(dòng)或幾次預(yù)定機(jī)動(dòng)就可以突破防御系統(tǒng)。例如，進(jìn)攻方可以執(zhí)行一系列預(yù)先裝訂的機(jī)動(dòng)程序，進(jìn)行彈頭機(jī)動(dòng)，彌補(bǔ)因防御系統(tǒng)在一定高度下能夠識(shí)別出輕誘餌而帶來的損失。

6 結(jié)束語

彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)對(duì)抗措施多種多樣，上述介紹和分析只是一個(gè)概述，攻防技術(shù)的發(fā)展始終是一對(duì)矛盾，“魔高一尺、道高一丈”，隨著科技水平的不斷發(fā)展，“矛盾”之爭(zhēng)也會(huì)日趨激烈。

［1］吳文正.導(dǎo)彈引論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1990：41-46．

［2］侯世明，周木波.導(dǎo)彈與航天叢書——固體彈道導(dǎo)彈系列：導(dǎo)彈總體設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［M］.北京：宇航出版社，1996．

［3］穆立民，徐孝誠，蔡成鐘，等.導(dǎo)彈與航天叢書——固體彈道導(dǎo)彈系列：彈頭技術(shù)（中）［M］．北京：宇航出版社，1996．

［4］王國雄，曾慶湘，馬鵬飛，等.導(dǎo)彈與航天叢書——固體彈道導(dǎo)彈系列：彈頭技術(shù)（上）［M］.北京：宇航出版社，1996．

［5］王洪勝，禹大勇，曲延明.彈道導(dǎo)彈多層攔截方法及效能評(píng)估[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2014，35（6）：22-24．

Study on Counterplots of Ballistic Missile Defense System

GAO Yong
（Navy Representative Office in the China Academy of Launch Vehicle Technology，Beijing 100076，China）

A few typical counterplots that the attacker adapted are presented,which are took into account by the foreign Missile Defense System during development and deployment.The essential methods, technics and tactics are analysed.There counterplots include using a lot of baits or false tergets，weakening the radar signal characteristic or the infrared characteristic of the warhead，concealing thereal position of the warhead and carrying on maneuver of the warthead，etc.It can effectively deal with those Missile Defense System in use of Exoatmospheric Kill Vehicle（EKV），using a kind of counterplot or a variety combinations of counterplots.

ballistic missile，defense system，counterplot，interception

TJ761.3

A

1002-0640（2015）07-0177-03

2014-05-20

2014-07-07

高 勇（1974- ），男，天津人，工程師。研究方向：導(dǎo)彈總體技術(shù)研究和管理工作。