高超聲速巡航導(dǎo)彈的潛在用途與作戰(zhàn)概念設(shè)想*

葉喜發(fā),張歐亞,李新其,邱艷粉,張飛翔

(1.火箭軍工程大學(xué) 研究生院，陜西高校青年創(chuàng)新團(tuán)隊，陜西 西安 710025；2.火箭軍工程大學(xué) 初級指揮系,陜西 西安 710025；3.國防大學(xué)聯(lián)合作戰(zhàn)學(xué)院/火箭軍工程大學(xué)初級指揮系,陜西高校青年創(chuàng)新團(tuán)隊，北京 100091/陜西 西安 710025；4.中國人民解放軍69006部隊，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引言

高超聲速巡航導(dǎo)彈是指飛行Ma在5以上、在20～40 km臨近空間巡航飛行的飛行器。目前，研究相對較為成熟的是美國和俄羅斯，隨著高超聲速巡航導(dǎo)彈的強(qiáng)勁發(fā)展，其關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展，實戰(zhàn)化進(jìn)程即將來臨，如俄羅斯“鋯石”巡航導(dǎo)彈已于2017年首次海上試射，并將于2020年列裝，掀開了高超聲速武器實戰(zhàn)化帷幕[1]。其飛行速度快、突防能力高、侵徹能力強(qiáng)、機(jī)動性能好等特點，將成為未來戰(zhàn)場中快速、有力、精準(zhǔn)的打擊武器，重要性日益增加，如何發(fā)揮其最大作戰(zhàn)效能是目前乃至以后需要研究解決的[1-2]。

1 高超聲速巡航導(dǎo)彈作戰(zhàn)特點

高超聲速巡航導(dǎo)彈可采用空基、陸基、?；劝l(fā)射方式，其飛行過程可分為助推段、巡航段和俯沖段，如圖1所示。在助推段，陸、?；l(fā)射采取火箭助推器和超燃沖壓發(fā)動機(jī)組合推進(jìn)系統(tǒng)，首先火箭發(fā)動機(jī)將其加速至3Ma時自行脫落(空基發(fā)射時載機(jī)加速至3Ma時釋放)，超燃沖壓發(fā)動機(jī)開始工作，將高超聲速巡航導(dǎo)彈推進(jìn)至25 km的高空；在巡航段，在超燃沖壓發(fā)動機(jī)的作用下，采取定高巡航或者周期巡航的方式在大氣層內(nèi)實施高空巡航飛行，并可以實施橫向機(jī)動；在俯沖段，發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，導(dǎo)彈在重力的作用下對目標(biāo)實施打擊[3-6]。

根據(jù)美國X-51A(5Ma飛行)和俄羅斯“鋯石”(8Ma飛行)(圖2，表1)試驗結(jié)果來看：已經(jīng)實現(xiàn)在5Ma以上、25 km的高空進(jìn)行高速巡航飛行，未來高超聲速巡航導(dǎo)彈將具備快速度、高突防、強(qiáng)侵徹的特點。由于其極快的速度和較好的橫向機(jī)動能力，可以對時間敏感目標(biāo)進(jìn)行精確打擊；同時也大大壓縮了敵方探測、預(yù)警反應(yīng)的時間，目前最先進(jìn)的防空反導(dǎo)系統(tǒng)難以實現(xiàn)在25 km的高空實施攔截，因此其可以突破任何的防空系統(tǒng)，具有較高的突防能力。試驗表明，飛行在6Ma的彈頭，對鋼筋混凝土、地表面的侵徹深度分別為6～11 m和30～40 m，而高超聲速巡航導(dǎo)彈在末端的打擊速度Ma可達(dá)十幾以上，具有較強(qiáng)的侵徹能力，可以對深層堅固地下的高價值軍事目標(biāo)實施“點穴式”打擊[5,7-8]。

圖1 高超聲速巡航導(dǎo)彈飛行示意圖Fig.1 Schematic diagram of hypersonic cruise missile flight

圖2 美國高超聲速巡航導(dǎo)彈發(fā)展路線Fig.2 Development route of the US hypersonic cruise missile

表1 俄羅斯高超聲速巡航導(dǎo)彈發(fā)展概況Table 1 Development of Russian hypersonic cruise missile

2 高超聲速巡航導(dǎo)彈潛在用途

未來戰(zhàn)爭中對時間敏感的高價值目標(biāo)，如短暫停留的軍政首腦、機(jī)動導(dǎo)彈發(fā)射車、間歇開機(jī)雷達(dá)、臨時集結(jié)(轉(zhuǎn)運)的部隊、臨時浮出的潛艇等將會日益增多。如何實現(xiàn)在有限的打擊窗口內(nèi)對“時敏目標(biāo)”實施打擊摧毀，將是未來戰(zhàn)爭重難點問題[9]。目前，對目標(biāo)的遠(yuǎn)程打擊主要由常規(guī)彈道導(dǎo)彈和亞聲速巡航導(dǎo)彈完成，但是彈道導(dǎo)彈的彈道相對較為固定，機(jī)動變軌能力較弱，適用于對固定目標(biāo)的打擊，對于“時敏目標(biāo)”打擊能力較弱；亞聲速巡航導(dǎo)彈雖機(jī)動性能較強(qiáng)，鑒于其飛行速度較慢、打擊時間較長、突防能力較弱的特點，也很難實現(xiàn)對“時敏目標(biāo)”的有效打擊。未來戰(zhàn)場中，高超聲速巡航導(dǎo)彈將成為一種全新的打擊武器，將成為現(xiàn)有打擊方式的有益補(bǔ)充。由于其飛行速度快，可以短時間內(nèi)對目標(biāo)進(jìn)行打擊摧毀；突防能力強(qiáng)，突防的能力和概率得到了極大的增強(qiáng)；橫向機(jī)動能力強(qiáng)，可以在線變軌，具備臨時改變打擊目標(biāo)能力，將成為對“時敏目標(biāo)”有效的打擊方式[10]。同時，高超聲速巡航導(dǎo)彈也能產(chǎn)生戰(zhàn)略威懾作用，由于其可在極短時間內(nèi)對全球任何一個地方實施精確打擊，對手幾乎沒有回旋余地，“來不及防、無處可藏、無處可躲”，相比核威懾戰(zhàn)略而言，其使用門檻低、打擊范圍可控，只對目標(biāo)本身進(jìn)行摧毀打擊，實戰(zhàn)化的可信度更高，更能產(chǎn)生現(xiàn)實戰(zhàn)略威懾作用[4]。高超聲速導(dǎo)彈可采用全自主、可遙控2種攻擊模式，本文主要研究可遙控的高超聲速巡航導(dǎo)彈的作戰(zhàn)概念設(shè)想[11-15]。

3 可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈可能作戰(zhàn)概念

3.1 可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的組成

地面機(jī)動發(fā)射的可遙控型高超聲速巡航導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，可由六大部分組成：導(dǎo)彈、機(jī)動發(fā)射系統(tǒng)、任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)、技術(shù)支援系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)和機(jī)動指揮系統(tǒng)，如圖3所示。技術(shù)支援系統(tǒng)將針對整裝彈體、全備彈測試和發(fā)射筒內(nèi)測試，對技術(shù)準(zhǔn)備流程和工位配置進(jìn)行簡化，整合測試設(shè)備；任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)主要由綜合調(diào)度管理、數(shù)據(jù)管理、彈道規(guī)劃預(yù)處理、攻擊可能性檢查、戰(zhàn)場環(huán)境量化、彈道規(guī)劃與檢驗、彈道走廊方案評估、打擊方案擬制、火力計劃擬制和推演評估等組成；機(jī)動指揮系統(tǒng)用以完成導(dǎo)彈旅與上級指揮機(jī)關(guān)，以及本級的通信聯(lián)絡(luò)和作戰(zhàn)信息數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)武器系統(tǒng)機(jī)動作戰(zhàn)的自動化指揮；地面監(jiān)控系統(tǒng)是為實現(xiàn)導(dǎo)彈飛行監(jiān)控和“人在回路(MITL)”制導(dǎo)方式不可缺少的系統(tǒng)，是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)新增的重要組成部分。

圖3 高超聲速巡航導(dǎo)彈武器系統(tǒng)構(gòu)成及其關(guān)系示意圖Fig.3 Schematic diagram of the structure and relationship of hypersonic cruise missile weapon system

3.2 地面監(jiān)控系統(tǒng)的組成及部署

3.2.1 地面監(jiān)控系統(tǒng)的組成及其功能

地面監(jiān)控系統(tǒng)主要由指揮調(diào)度分系統(tǒng)、飛行監(jiān)控作業(yè)分系統(tǒng)、衛(wèi)星地面收發(fā)站和通信保障分系統(tǒng)組成。指揮調(diào)度分系統(tǒng)負(fù)責(zé)分析并執(zhí)行導(dǎo)彈作戰(zhàn)集團(tuán)指揮系統(tǒng)下達(dá)的作戰(zhàn)任務(wù)，完成對飛行監(jiān)控作業(yè)分系統(tǒng)和衛(wèi)星地面收發(fā)站的任務(wù)分配和狀態(tài)管理；監(jiān)控作業(yè)分系統(tǒng)執(zhí)行飛行監(jiān)控操作，從衛(wèi)星地面收發(fā)站接收高超聲速巡航導(dǎo)彈彈頭彈載測控設(shè)備、遙外測系統(tǒng)的壓縮數(shù)據(jù)，進(jìn)行解壓縮，分離回傳圖像、跟蹤監(jiān)視導(dǎo)彈飛行狀態(tài)、戰(zhàn)場偵察和遙測數(shù)據(jù)信息；衛(wèi)星地面收發(fā)站負(fù)責(zé)與中繼衛(wèi)星通信，接收中繼衛(wèi)星傳回的返向數(shù)據(jù)信息，并將飛行監(jiān)控作業(yè)分系統(tǒng)的前向指令向中繼衛(wèi)星發(fā)送，進(jìn)而傳輸給飛行中的導(dǎo)彈。

3.2.2 地面監(jiān)控系統(tǒng)的部署

地面監(jiān)控系統(tǒng)分為固定式和機(jī)動式2種，二者主要功能相同、接口一致、互為備份、軟硬件互換。固定式地面監(jiān)控系統(tǒng)的指揮調(diào)度分系統(tǒng)、飛行監(jiān)控作業(yè)分系統(tǒng)、衛(wèi)星地面收發(fā)站室內(nèi)設(shè)備部分都放置在室內(nèi)，衛(wèi)星地面收發(fā)站的天伺饋部分安裝在室外；機(jī)動式地面監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計成車載形式、增加方艙車及附屬設(shè)備，實現(xiàn)地面監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)動使用要求，主要由指揮調(diào)度車、飛行監(jiān)控作業(yè)車和衛(wèi)星地面車(天線車)組成。

在機(jī)動式地面監(jiān)控系統(tǒng)中，高超聲速導(dǎo)彈彈頭將偵獲的目標(biāo)信息反饋至中繼衛(wèi)星，中繼衛(wèi)星將信息傳輸給衛(wèi)星地面車，在轉(zhuǎn)入地面監(jiān)控車(方艙)內(nèi)，用于指揮員做出決策。同時，指揮員發(fā)出了指令信號按照相反的順序傳達(dá)至彈頭，引導(dǎo)和控制彈頭對目標(biāo)實施打擊。如圖4所示。

3.3 可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈作戰(zhàn)概念圖

地面監(jiān)控系統(tǒng)利用中繼衛(wèi)星通信鏈路，與數(shù)據(jù)鏈彈載終端配合，對導(dǎo)彈進(jìn)行“人在回路中”制導(dǎo)(參見圖5)。通過實時接收并顯示導(dǎo)彈獲取發(fā)回的目標(biāo)區(qū)信息及數(shù)據(jù)信息，指揮員分析、研判并作出決策，生成并發(fā)送前向監(jiān)控指令等信息，控制導(dǎo)彈完成對目標(biāo)的捕獲。地面監(jiān)控系統(tǒng)還能夠完成戰(zhàn)場偵察、毀傷評估、安控指令的轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)。監(jiān)控人員通過觀察導(dǎo)彈發(fā)回的目標(biāo)區(qū)信息，還可以評估出先前攻擊的目標(biāo)毀傷情況，確定是否需要引導(dǎo)尚處于飛行中的導(dǎo)彈繼續(xù)攻擊目標(biāo)；通過觀察導(dǎo)彈接近目標(biāo)的方式和碰撞前的最后畫面，可判斷目標(biāo)命中情況。

圖4 地面監(jiān)控系統(tǒng)的部署示意圖Fig.4 Schematic diagram of the deployment of the ground monitoring system

3.4 可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈的作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)

可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈依賴衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行“地面-中繼衛(wèi)星-導(dǎo)彈”大閉環(huán)遙控攻擊，作戰(zhàn)指揮控制需要緊密閉合并快速聯(lián)動“偵察、控制、抗干擾、打擊”信息閉環(huán)，是典型的基于信息系統(tǒng)的作戰(zhàn)體系，如圖6所示。

圖5 高超聲速巡航導(dǎo)彈的作戰(zhàn)概念圖Fig.5 Operational concept of hypersonic cruise missile

圖6 基于信息系統(tǒng)的高超聲速巡航導(dǎo)彈作戰(zhàn)體系概覽Fig.6 Overview of hypersonic cruise missile combat system based on information system

主要采用UML(統(tǒng)一建模語言)，對可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈作戰(zhàn)體系進(jìn)行建模描述，其靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型，如圖7所示。該圖還顯示了指揮系統(tǒng)的3個子類，以及任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的2個子類。類的內(nèi)部操作表示該角色的職責(zé)的高級抽象。類之間的關(guān)聯(lián)主要通過系統(tǒng)之間傳輸?shù)摹跋㈩悺奔捌湔Z義聯(lián)系和導(dǎo)航性來描述。

3.5 可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈作戰(zhàn)指揮信息流程

基于UML順序圖，建立可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的動態(tài)行為模型。不考慮導(dǎo)彈發(fā)射前指揮/地面監(jiān)控系統(tǒng)與上級指揮及任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)之間的交互，僅對指揮/地面監(jiān)控系統(tǒng)、導(dǎo)彈發(fā)控單元和導(dǎo)彈之間的順序圖，如圖8所示，主要描述導(dǎo)彈與其武器控制系統(tǒng)之間交互的消息類型及其時序等。

地面監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)射控制單元和導(dǎo)彈之間的UML活動圖(描述其從活動到活動的控制流程，用帶有泳道的活動圖描述分系統(tǒng)之間的并發(fā)行為和同步要求)如圖9所示，主要關(guān)注單枚導(dǎo)彈從發(fā)射準(zhǔn)備到飛行終止的活動。

圖7 可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈作戰(zhàn)體系的頂層類圖Fig.7 Top-level class diagram of remotely controlled hypersonic cruise missile combat system

圖9 導(dǎo)彈發(fā)射及飛行監(jiān)控過程的活動圖Fig.9 Activity map of missile launch and flight monitoring process

4 結(jié)束語

本文主要基于實現(xiàn)對“時敏目標(biāo)”摧毀打擊，提出了一種可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈未來作戰(zhàn)樣式。通過對其作戰(zhàn)特點和潛在價值分析，探索了基于可遙控的高超聲速巡航導(dǎo)彈的作戰(zhàn)樣式，重點研究了可遙控高超聲速巡航導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的組成、地面監(jiān)控系統(tǒng)的組成及部署、未來作戰(zhàn)概念、作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)、作戰(zhàn)指揮信息流程。通過分析研究得出，對高超聲速巡航導(dǎo)彈采用低速率遙控制導(dǎo)+彈上自主制導(dǎo)是可行的，能夠增強(qiáng)對高超聲速巡航導(dǎo)彈的控制和導(dǎo)航，提高其對“時敏目標(biāo)”的打擊效能，將成為未來戰(zhàn)爭一種全新的打擊方式[10]。