美國(guó)宙斯盾中段反導(dǎo)攔截彈SM-3發(fā)展歷程研究

臧月進(jìn)，劉 博，周藜莎，周新耀，王 皓

（上海機(jī)電工程研究所，上海，201109）

0 引 言

美國(guó)于2018年1月29日利用位于夏威夷考愛島的太平洋導(dǎo)彈靶場(chǎng)陸基宙斯盾系統(tǒng)試射了一枚SM-3 Block IIA，但該導(dǎo)彈未能成功攔截目標(biāo)，這是繼2017年6月21日因作戰(zhàn)指令輸入錯(cuò)誤導(dǎo)致未能命中目標(biāo)以來的連續(xù)兩次發(fā)射失利。為了保證該型導(dǎo)彈的如期列裝，美導(dǎo)彈防御局計(jì)劃于2018年12月底再次進(jìn)行攔截試驗(yàn)。

相比于美國(guó)末段高層防御系統(tǒng)THAAD、地基中段防御系統(tǒng)GBI和末段低層防御系統(tǒng)PAC-3，宙斯盾導(dǎo)彈防御系統(tǒng)SM-3可謂是明星攔截彈，以其極高的攔截成功率成為美及其盟國(guó)優(yōu)先發(fā)展的反導(dǎo)裝備，之前攔截成功率更是高達(dá)75%以上。

1 SM-3概況

SM-3導(dǎo)彈是美國(guó)研制的主要用于大氣層外攔截來襲的近程和中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的導(dǎo)彈，是美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御海基中段防御系統(tǒng)的攔截彈，它是以大氣層內(nèi)防御使用的兩級(jí)SM-2 Block IVA導(dǎo)彈為基礎(chǔ)，改進(jìn)成四級(jí)大氣層外使用的攔截彈［1］，其中第四級(jí)為直接碰撞動(dòng)能殺傷器MK142，是由LEAP動(dòng)能殺傷器技術(shù)發(fā)展而來。用動(dòng)能攔截彈頭取代SM-2的高爆戰(zhàn)斗部是SM-3系列相比前代最大的差別。SM-3攔截彈組成如圖1所示。

SM-3通過不斷吸收之前的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，在提升作戰(zhàn)能力的同時(shí)降低了研制成本，縮短了交付時(shí)間。SM-3導(dǎo)彈的研制工作分兩個(gè)階段實(shí)施［2］：第一階段，由美國(guó)海軍負(fù)責(zé)研制并部署具有有限目標(biāo)識(shí)別能力的用于攔截近程至中程彈道導(dǎo)彈的SM-3 Block IA和SM Block IB導(dǎo)彈；第二階段，美日合作研制并部署目標(biāo)識(shí)別能力更強(qiáng)的用于攔截中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的SM-3 Block II導(dǎo)彈。

圖1 SM-3攔截彈組成Fig.1 Composition of Standard Missile-3 interceptor

2 發(fā)展歷程

目前SM-3系列共有5個(gè)型號(hào)：1個(gè)測(cè)試型號(hào)SM-3 Block I、2個(gè)裝備型號(hào)SM-3 Block IA／B、1個(gè)在研型號(hào) SM-3 Block IIA 和1個(gè)下馬型號(hào) SM-3 Block IIB。SM-3導(dǎo)彈發(fā)展示意如圖2所示。

2.1 SM-3 Block I

SM-3 BlockI型導(dǎo)彈是以SM-2 ER Block IVA 導(dǎo)彈為基礎(chǔ)發(fā)展而來的，它采用了SM-2 ER Block IVA型導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)（第一級(jí)采用MK72助推器，第二級(jí)采用MK104雙推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)），增加了第三級(jí)MK136雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。裝備了一個(gè)在GPS／INS制導(dǎo)段接收空中預(yù)警指示平臺(tái)提供修正指令的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，一個(gè)LEAP動(dòng)能殺傷戰(zhàn)斗部。動(dòng)能彈頭采用單色長(zhǎng)波紅外導(dǎo)引頭和固體SDACS推進(jìn)系統(tǒng)，具備目標(biāo)識(shí)別能力［3］。Block I型導(dǎo)彈雖然具備一定的實(shí)戰(zhàn)能力，但其主要用于試驗(yàn)。

SM-3 Block IA型導(dǎo)彈只是在 Block I型導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上改進(jìn)了某些部件。Block IA型導(dǎo)彈仍然采用單色導(dǎo)引頭，其動(dòng)能彈頭采用了全反射光學(xué)系統(tǒng)和先進(jìn)的信號(hào)處理器。Block IA型導(dǎo)彈為預(yù)生產(chǎn)型和有限作戰(zhàn)能力型，其可靠性和可用性得到進(jìn)一步改善，制造成本也有所降低，Block IA現(xiàn)已裝備美國(guó)海軍。

圖2 SM-3導(dǎo)彈發(fā)展示意Fig.2 Development of Standard Missile-3 interceptor

SM-3 Block IB型導(dǎo)彈在保持Block IA改型可靠性的基礎(chǔ)上，換裝了新的動(dòng)能彈頭——鎢棒動(dòng)能殺傷器，殺傷器裝配了雙色紅外導(dǎo)引頭和一套節(jié)流姿軌控系統(tǒng)。雙色紅外導(dǎo)引頭采用先進(jìn)的全反射光學(xué)系統(tǒng)，提高了對(duì)彈頭、碎片和誘餌的識(shí)別能力，并配置了具有抗電子欺騙功能模塊的GPS軟件；節(jié)流姿軌控系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整彈體的推力和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，并提供更大的推力，使系統(tǒng)應(yīng)對(duì)不同威脅的能力更強(qiáng)，改善了接近目標(biāo)時(shí)的機(jī)動(dòng)性能。SM-3 Block IA／IB對(duì)比如圖3所示。

圖3 SM-3 Block IA／IB比較Fig.3 Comparison of SM-3 Block IA ＆Block IB interceptors

2.2 SM-3 Block II

針對(duì)宙斯盾BMD系統(tǒng)存在的真假目標(biāo)識(shí)別難題，以及SM-3 Block I型（IA和IB）攔截彈只能用于攔截近程和中程彈道導(dǎo)彈而不能防御遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的能力問題，美決定進(jìn)一步升級(jí)SM-3攔截彈，研發(fā)能力更強(qiáng)的SM-3 Block II攔截彈，以顯著拓展其作戰(zhàn)空間［4］。SM-3 Block II型導(dǎo)彈是在 Block I的基礎(chǔ)上研制的，它采用SM-3 Block IB型導(dǎo)彈的雙色紅外導(dǎo)引頭，但改進(jìn)了信號(hào)處理器，視場(chǎng)內(nèi)識(shí)別的目標(biāo)數(shù)量得到增加；增加了第二級(jí)和第三級(jí)助推級(jí)直徑，其加速度、平均速度、末速與有效覆蓋范圍都大幅提升。

SM-3 Block IIA型導(dǎo)彈采用先進(jìn)的全反射光學(xué)系統(tǒng)以及更大口徑的雙色紅外成像導(dǎo)引頭，提高導(dǎo)引頭性能，并具備從彈片和突防裝置中識(shí)別指定目標(biāo)的能力，同時(shí)也增強(qiáng)識(shí)別真假目標(biāo)的能力；彈頭是改進(jìn)型的更大的動(dòng)能彈頭，采用更加先進(jìn)的姿軌控系統(tǒng)，從而具備更大的加速度，并有能力在末端更快地調(diào)整修正消除零控脫靶量偏差，增加攔截概率。通過加粗第二和第三級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)直徑，相比Block I系列導(dǎo)彈，SM-3 Block II／IIA關(guān)機(jī)速度提高45%～60%，作戰(zhàn)空域有了很大程度的提升，射程有了進(jìn)一步的提高，具備攔截洲際彈道導(dǎo)彈的能力，還具備目標(biāo)識(shí)別能力和機(jī)動(dòng)能力，可以應(yīng)對(duì)以“高彈道軌道”發(fā)射的較難攔截的導(dǎo)彈［5］。SM-3 Block IIA導(dǎo)彈示意圖見圖4。

SM-3 Block IIB型導(dǎo)彈一級(jí)采用所有SM-3導(dǎo)彈使用的 MK72助推器，二級(jí)采用與SM-3 Block IIA相同的推進(jìn)系統(tǒng)，三級(jí)則采用性能更高的推進(jìn)系統(tǒng)。SM-3 Block IIB原計(jì)劃采用改進(jìn)型動(dòng)能殺傷戰(zhàn)斗部，改進(jìn)先進(jìn)焦平面陣列的成品率以降低高性能導(dǎo)引頭的成本，加大助推器口徑，改進(jìn)火箭推進(jìn)，采用單片環(huán)形激光陀螺通用慣性測(cè)量單元，并開發(fā)更輕的結(jié)構(gòu)和材料以降低慣量并提高導(dǎo)彈速度。SM-3 Block IIB導(dǎo)彈能夠防御中東來襲的洲際彈道導(dǎo)彈，具有比SM-3 Block IIA更高的性能。由于 SM-3 Block IIB具有更高的末速、更大的變向能力，因而有望具備對(duì)遠(yuǎn)程導(dǎo)彈進(jìn)行早期攔截的能力。由于技術(shù)、經(jīng)費(fèi)和外交等原因，SM-3 Block IIB 已于 2013 年 取 消 研發(fā)［6］。SM-3系列導(dǎo)彈性能指標(biāo)對(duì)比如表1所示。SM-3系列導(dǎo)彈射程能力對(duì)比如圖5所示，攔截空域?qū)Ρ热鐖D6所示。

圖4 SM-3 Block IIA導(dǎo)彈Fig.4 SM-3 Block IIA interceptor

表1 SM-3系列導(dǎo)彈性能指標(biāo)對(duì)比Tab.1 Comparison of performance of SM-3series interceptors

圖5 SM-3系列導(dǎo)彈射程能力對(duì)比Fig.5 Comparison of ranges of SM-3 series interceptors

圖6 SM-3系列導(dǎo)彈攔截區(qū)域?qū)Ρ菷ig.6 Intercept regions of SM-3 series interceptors

綜上所述，從SM-3發(fā)展歷程可見：從射程角度，SM-3 Block I解決了宙斯盾系統(tǒng)反導(dǎo)能力的有無問題，SM-3 Block IA 具備了對(duì)中近程彈道導(dǎo)彈防御能力，SM-3 Block IB具備了有限的遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈防御能力，SM-3 Block IIA具備了洲際彈道導(dǎo)彈防御能力；從性能角度，攔截彈姿軌控從固定推力向節(jié)流式可調(diào)推力發(fā)展，助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)從單脈沖向多脈沖發(fā)展，整流罩從普通式向蚌式發(fā)展，動(dòng)能彈頭的目標(biāo)識(shí)別與信號(hào)處理能力逐步提高。

3 試驗(yàn)情況

美國(guó)國(guó)防部導(dǎo)彈防御局定期舉行攔截飛行試驗(yàn)，以試驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)建立模型和開展仿真，并用于檢驗(yàn)和確認(rèn)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的性能［7］。歷數(shù)SM-3的攔截記錄，自2002年1月25日首次全面飛行測(cè)試FM-2試驗(yàn)以來，累計(jì)已達(dá)38次攔截試驗(yàn)（含綜合飛行試驗(yàn)），共出現(xiàn)10次攔截失?。ㄆ渲?次攔截彈未發(fā)射），成功率達(dá)74%。

2011年4月15日美軍在太平洋上空首次使用SM-3導(dǎo)彈成功攔截一枚射程超過3 000 km的中程彈道導(dǎo)彈，完成了就當(dāng)時(shí)來說“最具挑戰(zhàn)性”的反導(dǎo)試驗(yàn)。SM-3歷次攔截試驗(yàn)記錄如表2所示。

表2 SM-3歷次攔截試驗(yàn)記錄Tab.2 Previous intercept tests of SM-3

表中，√表示命中目標(biāo)，×表示未命中目標(biāo)。其中，SM-3試驗(yàn)中有兩次齊射，分別為 FTM-13和FTM-21試驗(yàn)。

攔截試驗(yàn)失敗原因列舉如下：

1）FM-5：故障原因系攔截彈姿軌控系統(tǒng)出現(xiàn)故障；

2）FTM-11：故障原因系操作人員失誤引起火控系統(tǒng)故障，彈未發(fā)射；

3）Pacific Blitz：故障原因系超期服役紅外導(dǎo)引頭故障導(dǎo)致一個(gè)靶標(biāo)被攔截、另一個(gè)脫靶；

4）JFTM-2：故障原因系攔截彈方向偏移和高度控制設(shè)備故障；

5）FTM-16 E2：故障原因系第三級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)失效；

6）FTI-01：故障原因系彈上使用的內(nèi)存芯片未進(jìn)行篩選；

7）FTO-02E2a：故障待查明和評(píng)估；

8）SFTM-02：故障原因系作戰(zhàn)指令錯(cuò)誤遭遇前自毀；

9）FTM-29：故障原因系慣性測(cè)量裝置故障；

10）其中FTO-02E1和FTO-02E2因靶標(biāo)飛行異常，彈未發(fā)射。

上述攔截試驗(yàn)中具有典型性和標(biāo)志性的試驗(yàn)如表3～6所示。

表3 SM-3Block IA攔截試驗(yàn)標(biāo)志事件一覽Tab.3 Landmark events of SM-3Block IA intercept tests

表4 SM-3Block IB攔截試驗(yàn)標(biāo)志事件一覽Tab.4 Landmark events of SM-3Block IB intercept test

表5 SM-3Block IIA歷次飛行／攔截試驗(yàn)一覽Tab.5 Previous flight／intercept tests of SM-3Block IIA

隨著2018年1月29日FTM-29試驗(yàn)的失敗，原先規(guī)劃的三次實(shí)戰(zhàn)條件下的測(cè)試（FTO-3E1、2、3）有可能延遲或取消，在SM-3 Block IIA正式列裝前估計(jì)還會(huì)有幾次攔截試驗(yàn)。

截止目前，美軍共進(jìn)行過6次作戰(zhàn)性綜合飛行試驗(yàn)，主要驗(yàn)證在復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境中由宙斯盾BMD系統(tǒng)、末段高層區(qū)域防御（THAAD）和愛國(guó)者PAC-3系統(tǒng)組成的區(qū)域反導(dǎo)體系的分層防御能力［8］，其中2次因靶標(biāo)故障未發(fā)射SM-3攔截彈。

表6 SM-3作戰(zhàn)性綜合飛行試驗(yàn)一覽Tab.6 Previous operational fight tests of SM-3

美日將繼續(xù)推進(jìn)SM-3 Block IIA攔截彈的聯(lián)合開發(fā)和攔截／作戰(zhàn)性綜合飛行試驗(yàn)，同時(shí)美國(guó)正重構(gòu)SM-3 Block IIB型攔截彈項(xiàng)目計(jì)劃，轉(zhuǎn)為一個(gè)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，將原用于該計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)轉(zhuǎn)用于采購更多的攔截彈和發(fā)展先進(jìn)殺傷器技術(shù)——通用殺傷器和多目標(biāo)殺傷器，從而提高SM-3攔截彈性能。

4 裝備與部署情況

美國(guó)為SM-3系列導(dǎo)彈發(fā)展海陸通用型攔截彈，并在歐洲分三個(gè)階段部署［9］：第一階段（截止2011年），在2011年利用美國(guó)現(xiàn)有導(dǎo)彈防御系統(tǒng)歐洲部分的探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)、海基宙斯盾系統(tǒng)和現(xiàn)有能力的SM-3 Block IA完成部署以應(yīng)對(duì)歐洲面臨的近程導(dǎo)彈威脅；第二階段（截止2015年），在2015年部署完成經(jīng)過改良、在陸海皆可發(fā)射和擴(kuò)大防御范圍的SM-3 Block IB導(dǎo)彈，以擴(kuò)大對(duì)歐洲的保衛(wèi)范圍；第三階段（截止2018年），在2018年完成部署經(jīng)過改裝的性能更好、可攔截遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的SM-3 Block IIA攔截彈。

SM-3導(dǎo)彈于1999年首次交付美國(guó)海軍使用，SM-3 Block I共生產(chǎn)了11枚且4枚用于測(cè)試；Block IA于2011年列裝，是該系列第一個(gè)批量生產(chǎn)列裝型號(hào)；Block IB于2014年4月首次部署，截止2017年底美國(guó)海軍累計(jì)采購247枚SM-3 Block IB型攔截彈，實(shí)際累計(jì)交付146枚SM-3 Block IB型攔截彈。SM-3導(dǎo)彈目前只裝備在具有彈道導(dǎo)彈防御能力的宙斯盾系統(tǒng)中，美國(guó)已具備了攔截采用簡(jiǎn)單突防措施的近程和中程彈道導(dǎo)彈的能力。

2013年10月，美國(guó)首次在羅馬尼亞部署宙斯盾岸上系統(tǒng)，可發(fā)射 SM-3 Block IA、Block IB和 Block IIA；2015年底裝載有SM-3 Block IB型攔截彈的4艘宙斯盾導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的驅(qū)逐艦已部署于西班牙諾?？塑姼酆兔凡ㄌ馗邸?/p>

Block IIA攔截彈可以陸基部署，也可以海基部署，而地基攔截彈GBI海基部署的可能性很小，同時(shí)由于Block IIB的下馬，Block IIA將成為未來一段時(shí)間宙斯盾反導(dǎo)系統(tǒng)的“終極”殺招。因此，從各種分析來看，美軍將會(huì)大量部署B(yǎng)lock IIA攔截彈，來提升其本土防御能力和戰(zhàn)區(qū)防御能力。到2030年后期，美國(guó)可能部署有350～650枚Block IIA攔截彈。根據(jù)美海軍規(guī)劃，到2040年美海軍具備宙斯盾反導(dǎo)能力的艦艇數(shù)量將達(dá)到77艘，Block IIA型攔截彈的部署數(shù)量將達(dá)到500～600枚，每艘宙斯盾驅(qū)逐艦最大能夠裝備96枚Block IIA型攔截彈。

日本是除美國(guó)外第一個(gè)裝備SM-3導(dǎo)彈的國(guó)家［10］，SM-3 Block2A 導(dǎo)彈預(yù)計(jì)將于2019年前后研發(fā)完畢，幾年后將在日本海上自衛(wèi)隊(duì)艦船上部署。

5 結(jié)束語

SM-3導(dǎo)彈是美國(guó)武器系統(tǒng)螺旋式漸進(jìn)升級(jí)開發(fā)的典范［11］，發(fā)展至今對(duì)于中近距彈道導(dǎo)彈已經(jīng)具備了相當(dāng)高概率的攔截能力。SM-3導(dǎo)彈及?；鶎?dǎo)彈防御系統(tǒng)是美國(guó)反導(dǎo)系統(tǒng)中在可靠性和高性能平衡方面最為出色的系統(tǒng)，通過發(fā)展SM-3系統(tǒng)使其成為美國(guó)本土陸基中段反導(dǎo)能力的補(bǔ)充，更使美國(guó)在動(dòng)能攔截反導(dǎo)體系建設(shè)上堅(jiān)定了步伐。