滑翔變軌飛行彈道導彈突防問題思考

陳方予,陳　晗,張東俊,郭冬子,鐘世勇,薛曉強

(1.北京機電工程總體設計部，北京 100854； 2.北京華航無線電測量研究所，北京 100013)

0　引言

隨著反導武器的出現(xiàn)，彈道導彈突防技術從20世紀90年代開始得到快速發(fā)展，針對的主要突防對象是美國和俄羅斯的幾型現(xiàn)役反導武器。

前期彈道導彈突防采取的主要措施是針對反導武器系統(tǒng)中的反導雷達，采用彈載雷達干擾裝置壓制反導雷達，使其不能生成攔截窗口，同時使用雷達誘餌和紅外誘餌，干擾反導雷達和攔截彈對導彈目標的探測，加強干擾效果。前期有些彈道導彈出于其它用途，設計了小范圍的拉起、平飛和俯沖等變軌飛行動作[1]，但這些動作設計的初衷不是用于突防，而且這些動作只在導彈飛行過程中某一時段內實施，將其作為整個導彈飛行過程中完整的突防措施是不夠的。這一時期彈道導彈突防主要使用的是雷達干擾技術和攔截彈導引頭示假技術。

隨著滑翔彈道導彈研究的興起，許多彈道導彈突防技術研究人員開始關注并研究在大氣層內滑翔變軌飛行的彈道導彈突防能力，有些研究人員認為大氣層內滑翔變軌飛行是當前彈道導彈突防的一個重要發(fā)展方向[2]。

目前彈道導彈突防技術表現(xiàn)出兩個不同發(fā)展方向，一個是基于干擾反導雷達和攔截彈導引頭的干擾技術，另一個是基于變軌飛行擺脫攔截的飛行技術。了解這兩種突防技術的作用機理，對認識這兩種突防技術在今后彈道導彈突防技術發(fā)展中的作用是有益的。

壓制和干擾雷達探測目標的雷達干擾技術經過數(shù)十年的發(fā)展，干擾機理清楚，干擾結果明確，在國外多次戰(zhàn)爭實際對抗中已得到驗證。彈道導彈使用干擾技術干擾反導武器系統(tǒng)中的目標探測系統(tǒng)，可以說是彈道導彈突防的一種有效手段。

目前一些滑翔變軌飛行彈道導彈研究人員認為，大氣層內滑翔變軌飛行的彈道導彈具有較強突防能力，主要理由包括：一是大氣層內滑翔變軌飛行的彈道飛行高度在大氣層內，攔截低界高于大氣層高度的攔截彈(如SM-3)不能對其攔截，另外較低的飛行高度能夠減小地(海)面反導雷達對其探測的通視距離(通視距離受地球曲率半徑影響)；二是認為現(xiàn)有的反導武器作戰(zhàn)對象是針對慣性彈道的彈道導彈，對大氣層內滑翔變軌飛行的彈道導彈攔截存在不適應性。前一個理由顯而易見，但不能作為滑翔變軌飛行彈道導彈突防可依賴的保證；后一個理由實際上也需要仔細分析。本文針對彈道導彈滑翔變軌飛行對現(xiàn)有反導武器作戰(zhàn)可能產生的影響，試探性地作一些探討，希望能為滑翔變軌飛行彈道導彈突防設計人員提供一些參考借鑒。

1　彈道導彈滑翔變軌飛行

反導武器的出現(xiàn)，使發(fā)展日趨成熟的慣性彈道導彈受到被攔截的威脅，彈道導彈設計者一方面研究增強慣性彈道導彈的突防能力；另一方面，從彈道導彈飛行彈道入手，研究大氣層內滑翔變軌飛行彈道導彈的突防能力。

早在20世紀30年代，德國科學家Saenger 提出助推+跳躍滑翔飛行超遠程飛行器概念后[3]，人們就一直沒有放棄在大氣層內利用空氣動力增加飛行距離的想法，包括后期的助推+滑翔機動高速運輸系統(tǒng)和近期的臨近空間高速飛行器，其設計的初衷都是利用空氣動力增加飛行器的飛行距離。

如圖1所示，助推+滑翔變軌飛行彈道導彈彈道由主動段、慣性段、滑翔段、俯沖段組成。主動段、慣性段和俯沖段均相對較短，滑翔段相對較長，在俯仰向有起伏。

這種滑翔彈道的主要特點是：整個彈道在大氣層外時間較短，在100 km高度以下臨近空間和大氣空間內時間較長，導彈滑翔飛行速度較高，Ma數(shù)可達10以上。

圖1　助推+滑翔變軌飛行彈道導彈彈道示意

2　滑翔變軌飛行彈道對目前反導武器作戰(zhàn)的影響

目前滑翔變軌飛行的彈道導彈設計的主要對象還是飛行距離，多數(shù)并不針對特定的反導武器，只是認為導彈滑翔變軌飛行對目前在役的反導武器具有廣泛的突防作用。

目前在役的反導武器攔截彈道導彈作戰(zhàn)時，作戰(zhàn)過程大致分為目標截獲、攔截窗口生成、發(fā)射攔截彈并指令制導攔截彈，攔截彈由指令制導轉自主制導，攔截彈自主跟蹤并殺傷目標等環(huán)節(jié)。下面試探討彈道導彈滑翔變軌飛行對這些作戰(zhàn)環(huán)節(jié)可能產生的影響。

2.1　對反導雷達截獲目標的影響

滑翔導彈長時間在大氣層內高速飛行，氣動加熱可能產生高溫尾跡，高溫尾跡中可能存在高溫造成的空氣分子離解、電離形成的等離子鞘套，等離子鞘套具有特殊的電磁特性與光電特征，可能會導致滑翔導彈雷達目標特征和紅外目標特征延展。相關研究結果表明，等離子鞘套對于雷達目標探測，一般表現(xiàn)為目標RCS增大，特殊情況下，等離子體厚度和濃度處于某個特定值時，對于某個特定頻率的雷達探測信號，等離子鞘套具有發(fā)散和吸收照射電磁信號的作用，此時目標RCS會減小[4-5]，需要說明的是，這種RCS減小現(xiàn)象是在一些特定條件下出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象，不能作為導彈突防設計時目標RCS值可靠的設計輸入，因為很多情況下，滑翔導彈飛行時RCS具有增大特征。

雷達發(fā)現(xiàn)目標主要依據(jù)目標回波信號的信噪比，目標RCS一定情況下，當目標作臨近飛行時，在某一距離上，目標回波信號功率滿足一定信噪比要求時，雷達就會發(fā)現(xiàn)目標[6]。滑翔導彈的變軌飛行不會對反導雷達發(fā)現(xiàn)目標產生特別影響。

雷達跟蹤目標是基于對目標運動軌跡的預測，通過對測量目標運動參數(shù)的濾波，得到目標運動軌跡。用于目標運動軌跡濾波的濾波器傳輸函數(shù)模型的建立是基于對目標運動模型的掌握。雷達觀測空中目標時，常使用卡爾曼濾波技術[7]。

滑翔變軌飛行彈道導彈的飛行彈道，在俯仰向會呈現(xiàn)起伏狀態(tài)，這種多次起伏軌跡可看成是由多段近似平衡滑翔段組成，每一個近似平衡滑翔段中，導彈受力狀態(tài)是確定的，導彈的飛行軌跡符合一定運動學規(guī)律[8]，這個規(guī)律如同慣性彈道規(guī)律一樣，可用于雷達目標飛行軌跡濾波器的設計輸入。

針對平衡滑翔和跳躍滑翔彈道導彈飛行彈道的雷達目標跟蹤技術目前已有較多研究成果，許多研究論文提出或分析了雷達對跳躍滑翔彈道導彈目標的跟蹤方法[9]，有理由相信，反導雷達在跟蹤滑翔變軌飛行彈道導彈方面，理論上沒有不可逾越的障礙。另外，觀察以往慣性彈道導彈飛行試驗時，地面雷達一般均能完整跟蹤導彈的再入過程，包括彈道末段的導彈俯沖過程，這說明雷達能夠跟蹤導彈的變軌飛行，可以推斷，導彈滑翔變軌飛行對反導雷達的目標截獲不會產生難以克服的困難。

2.2　對攔截窗口的影響

目前反導武器多采用逆軌前置法攔截彈道導彈，攔截時先在目標飛行軌跡前方預設一個交會區(qū)域，即生成一個攔截窗口，然后發(fā)射攔截彈在攔截窗口內攔截目標。

反導武器生成攔截窗口是基于對導彈目標運動軌跡的預測和攔截彈的作戰(zhàn)能力。反導武器通過對目標運動參數(shù)測量，預測目標后續(xù)運動軌跡，然后根據(jù)攔截彈作戰(zhàn)能力，確定出攔截窗口。

攔截彈作戰(zhàn)能力包括攔截高界、低界、遠界、近界，飛行速度，可用過載，攔截交會角、殺傷半徑等。一般而言，攔截彈作戰(zhàn)能力越強，反導武器攔截區(qū)域就越大，過載能力越強，越有利于攔截機動目標。

雷達對目標軌跡的預測是基于對目標的跟蹤和對目標運動規(guī)律的掌握，對于沿慣性彈道飛行的導彈，反導武器截獲目標后，根據(jù)慣性彈道特點，即可實現(xiàn)對目標運動軌跡預測。

彈道導彈滑翔變軌飛行，其運動規(guī)律呈現(xiàn)分段變化狀況，這種分段變化狀況對目前反導武器通過測量前面一段飛行軌跡去推算后續(xù)飛行軌跡生成攔截窗口的作法將產生影響。這一影響根據(jù)滑翔導彈變軌飛行程度不同而不同，如果滑翔導彈采取頻繁、快速、大幅度上下機動變軌飛行，則可能使反導武器預測的攔截交會點位置不適合攔截彈攔截，即生成不了攔截窗口；如果反導武器對滑翔導彈的變軌飛行規(guī)律沒有相應的認識和利用措施，那么即使已經生成了攔截窗口，攔截窗口也會受滑翔導彈變軌飛行影響，產生變化，給攔截彈攔截造成困難，甚至有可能失去攔截窗口。這些現(xiàn)象都與滑翔導彈的機動變軌飛行狀況緊密相關，如果滑翔導彈機動飛行動作慢、強度弱，反導武器容易適應，則有可能通過本身的動目標適應能力即可將其產生的影響消除；如果滑翔導彈機動飛行動作快、幅度大，超出反導武器的適應能力，則滑翔導彈可能成功突防。

滑翔導彈彈道預測是目前反導武器實現(xiàn)對其攔截首先需要解決的問題，對滑翔導彈飛行能力(射程)的了解，前段飛行軌跡和飛行速度的測量，攻擊目標位置的估計，以及導彈飛行前方航路下面地理情況的了解，均有利于預測滑翔導彈的彈道軌跡。

有針對性地選擇中制導律和提高攔截彈作戰(zhàn)能力有利于減少滑翔導彈變軌飛行對反導武器攔截窗口的影響。

2.3　對末制導的影響

滑翔導彈在大氣層內高速飛行，產生的等離子鞘套可能使滑翔導彈的雷達目標特性和紅外目標特征發(fā)生延展，影響攔截彈導引頭對打擊瞄準點位置的選擇。對此攔截彈雷達導引頭可采取發(fā)射寬帶探測信號，對目標進行一維距離成像，在逆軌攔截狀態(tài)下，選擇前部點作為瞄準點；對于紅外導引頭，可采取焦平面成像技術，通過分析目標圖像溫度梯度特性，選擇彈頭高溫駐點作為打擊瞄準點。

攔截彈處于末制導狀態(tài)時，滑翔導彈快速大曲率半徑的變軌飛行理論上有可能導致目標在導引頭視窗內產生穿窗現(xiàn)象，以及攔截彈脫靶現(xiàn)象，出現(xiàn)這些情況的根本原因是攔截彈的過載能力不夠。

目標機動變軌飛行使攔截彈脫靶，在飛機對抗空空導彈和地空導彈攔截時，被認為是一種可用的手段，尤其對于機動性能較好的“蘇-27”、“蘇-30”、“蘇-35”等戰(zhàn)機[10]，雖然這些戰(zhàn)機的高機動性能設計最初是用來在空中格斗時搶占有利位置的，但俄羅斯人認為，戰(zhàn)機的高機動性能，還可用來擺脫攔截彈跟蹤。文獻[11]研究了戰(zhàn)機在攔截末段，使用機動性能擺脫攔截的方法，研究結果指出，戰(zhàn)機的起始機動距離、機動方向和機動速度是影響攔截彈脫靶量的主要因素，只有當這三者均處在一個合理的區(qū)間范圍時，才能使攔截彈脫靶。相比之下，如果滑翔導彈使用這種擺脫攔截技術，對照影響擺脫效果的三個因素，可以看到，目前滑翔導彈難以預警攔截彈，機動起始距離難以控制，機動方向同樣也難以確定，使用起來缺少必要條件支持。目前攔截彈道導彈多采取逆軌攔截方式，且有交會角限制，滑翔導彈盡量大角度地橫向機動飛行可能有利于擺脫攔截。

3　相關思考及總結

彈道導彈滑翔變軌飛行對目前使用逆軌前置法攔截的反導武器的攔截窗口會產生影響，對因攔截窗口位置變化而引入的攔截彈飛行控制會產生影響，對反導武器的目標探測、目標跟蹤、制導指令傳輸影響不大。

滑翔導彈變軌飛行突防針對的主要對象應該是攔截彈，滑翔導彈本身的目標特性可能不是突防設計的重點。

滑翔導彈變軌飛行突防設計的核心指標應該是適用對象、變軌時機、變軌曲率半徑、變軌持續(xù)時間、 變軌次數(shù)等主要指標。變軌時機的選擇需要對攔截彈預警的支持，目前滑翔導彈較難實現(xiàn)對攔截彈預警。

滑翔導彈機動變軌飛行能力及其合理使用是決定滑翔導彈能否利用機動變軌飛行進行突防的關鍵。在滑翔導彈機動變軌飛行設計和使用時，還應注意到，滑翔導彈變軌飛行曲率半徑、持續(xù)時間、變軌次數(shù)不但涉及滑翔導彈的突防能力還涉及滑翔導彈的最大射程，合理的設計可使滑翔導彈取得最大射程，而過多的變軌飛行次數(shù)將影響滑翔導彈的射程，其原因在于每次變軌飛行都會使滑翔導彈飛行速度降低，這是滑翔導彈突防設計時不能忽略的。

目前在役反導武器攔截滑翔變軌飛行彈道導彈時，可能存在能力不足問題，主要表現(xiàn)為攔截彈飛控能力和對機動彈道預測能力不足，主要問題可能還是攔截彈飛控能力問題。

4　結束語

彈道導彈突防與飛機反空空導彈和空地導彈攔截有相似之處，飛機反導彈攔截除使用硬殺傷手段打擊攔截武器外，還使用掛載干擾吊艙、釋放拖曳式誘餌以及機動飛行規(guī)避攔截等手段，其中針對攔截武器目標探測和跟蹤系統(tǒng)的干擾技術和誘餌示假技術被當前慣性彈道導彈突防設計所借鑒和參考。

目前滑翔變軌飛行彈道導彈試圖采用機動變軌飛行技術，規(guī)避攔截彈攔截，這與飛機機動飛行擺脫攔截彈攔截的作法相似?？墒褂玫淖鞣ㄊ牵寒敾枳冘夛w行彈道導彈能夠確定反導武器布設位置時，可使用彈道規(guī)劃技術，實現(xiàn)大范圍的側向彈道躲避；當滑翔變軌飛行彈道導彈能夠預警攔截彈發(fā)射，甚至能夠測量攔截彈的來襲方向和飛行軌跡時，可采取快速、小范圍的機動躲避。前一個作法需要情報信息支持和導彈射程余量支持，后一個作法需要彈載攔截彈告警和探測技術支持。

當前滑翔變軌飛行彈道導彈突防正處于開創(chuàng)性的發(fā)展階段，滑翔變軌飛行彈道導彈在彈道預測方面給目前反導武器帶來困難，其突防問題主要是針對攔截彈的躲避問題，隨著攔截彈在臨近空間飛行能力的提升，對滑翔變軌飛行彈道導彈的威脅將不斷增加，滑翔變軌飛行彈道導彈需要進一步提升突防能力，后續(xù)還將有大量的研究工作?！?/p>