對抗高超聲速武器的防御策略研究?

李志淮 鄭建成 朱 剛 常春賀 劉 華

（1.空軍預(yù)警學(xué)院雷達(dá)士官學(xué)校 武漢 430300）（2.空軍預(yù)警學(xué)院三系 武漢 430019）

1 引言

近年來，由于航空航天技術(shù)特別是高超聲速飛行器技術(shù)的不斷突破，高超聲速武器在軍事上的價(jià)值日益凸顯，已經(jīng)成為美俄等軍事大國相互爭奪的戰(zhàn)略高地。高超聲速武器具有飛行速度快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、軌跡難以預(yù)測等特點(diǎn)，且如圖1 所示，其主要飛行高度處于日常防空和太空之間的“高超聲速空域［1］”，突防能力強(qiáng)，給現(xiàn)有的防御體系帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?！柏笆住备叱曀賹?dǎo)彈在俄烏沖突中的首次實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用［2］，以及美國高超聲速武器連續(xù)試飛成功［3］和《國家高超聲速倡議2.0》［4］頂層戰(zhàn)略的提出，表明高超聲速武器角逐日益加劇，對其防御問題顯得越來越緊迫。

圖1 高超聲速與高度包線

2 高超聲速武器特點(diǎn)

高超聲速武器可分為兩類［5］：高超聲速巡航導(dǎo)彈（Hypersonic Cruise Missile，HCM）和高超聲速滑翔飛行器（Hypersonic Gliding Vehicle，HGV）。HCM和HGV 的典型飛行軌跡如圖2 所示，HCM 與典型的亞音速和超音速巡航導(dǎo)彈類似，使用吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源進(jìn)行巡航飛行，但飛行速度更快。HGV使用助推器加速到極高的速度，然后無動(dòng)力滑翔穿過高層大氣，在大氣層內(nèi)可像“打水漂”一樣跳躍滑翔到目標(biāo)。

圖2 高超聲速武器典型飛行軌跡

2.1 目標(biāo)特性

從目標(biāo)特性上來看，高超聲速武器既區(qū)別于彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈和航空武器等飛行器，又同時(shí)兼具彈道導(dǎo)彈的高速、巡航導(dǎo)彈的低空飛行剖面和航空器的高機(jī)動(dòng)性等特點(diǎn)。綜合國內(nèi)外高超聲速武器的發(fā)展情況、學(xué)術(shù)文獻(xiàn)及學(xué)界專家的廣泛認(rèn)知，通常認(rèn)為其具有以下特點(diǎn)［6～8］：

一是飛行速度快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。飛行速度在5Ma～20Ma 之間，且借助大氣提供的升力具備較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)能力。

二是飛行彈道低、軌跡難以預(yù)測。全程飛行彈道位于20km～100km 高度范圍，遠(yuǎn)低于常規(guī)彈道導(dǎo)彈的飛行彈道，并可實(shí)現(xiàn)縱向跳躍、橫向大范圍繞飛或擺動(dòng)飛行，軌跡預(yù)測難度大，突防能力強(qiáng)。

三是電磁散射特性復(fù)雜。目標(biāo)幾何尺寸?。s為1m～20m），且受到等離子體包覆的影響，目標(biāo)電磁特性復(fù)雜，屬于隱身類目標(biāo)，通?？梢哉J(rèn)為其RCS為0.01m2～0.1m2。

2.2 作戰(zhàn)樣式

從作戰(zhàn)樣式上來看，美軍正極力發(fā)展多元平臺(tái)發(fā)射、多種射程覆蓋、攻擊方式靈活的系列化高超聲速武器。

一是發(fā)射方式的多樣性。美軍在形成覆蓋遠(yuǎn)、中、近多種射程的高超聲速系列化武器的同時(shí)，也在積極開發(fā)多樣化的發(fā)射平臺(tái)，如常規(guī)地基發(fā)射平臺(tái)、空射平臺(tái)和潛射平臺(tái)等，進(jìn)而催生了相應(yīng)的多樣性部署方案，如地基部署方案是采用火箭或洲際彈道導(dǎo)彈等發(fā)射系統(tǒng)從本土發(fā)射的方案，空基部署方案是采用軍用飛機(jī)發(fā)射平臺(tái)從空中進(jìn)行發(fā)射的方案，?；渴鸱桨甘侵笍臐撏?、驅(qū)逐艦等?；脚_(tái)進(jìn)行發(fā)射的方案。

二是打擊目標(biāo)的多元化。美軍對高超聲速武器的軍事定位是扮演“踢門尖兵”的角色，為低速飛行平臺(tái)開辟道路；對敵方縱深目標(biāo)實(shí)施常規(guī)快速遠(yuǎn)程打擊［9］。用于對多種高價(jià)值軍事目標(biāo)進(jìn)行打擊，包括敵方防空系統(tǒng)、敵方指揮控制系統(tǒng)、反衛(wèi)星武器、戰(zhàn)略核武器設(shè)施和大規(guī)模殺傷武器以及時(shí)敏高價(jià)值軍事目標(biāo)等，達(dá)到突襲破壞、先發(fā)制人的軍事目的［10］。

三是聯(lián)合攻擊的多樣性。高超聲速武器可以采用時(shí)間協(xié)同、隊(duì)形協(xié)同的聯(lián)合攻擊樣式，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的飽和攻擊［11］。時(shí)間協(xié)同是指多個(gè)高超聲速武器從相同或不同的位置發(fā)射、沿著不同的飛行彈道同時(shí)到達(dá)攻擊點(diǎn)；隊(duì)形協(xié)同是指多個(gè)高超聲速武器在飛行過程中保持著一定的隊(duì)形，且同時(shí)到達(dá)攻擊點(diǎn)。

3 國外高超聲速武器防御體系發(fā)展現(xiàn)狀

美國在加快推進(jìn)高超聲速武器發(fā)展進(jìn)程的同時(shí)，也在密切關(guān)注俄羅斯、中國等國高超聲速武器的研發(fā)和試驗(yàn)情況，并積極構(gòu)建高超聲速導(dǎo)彈防御體系［12］。從2018 財(cái)年首次將高超聲速防御列入預(yù)算開始，投入逐年增加，2023 財(cái)年已達(dá)到2.255 億美元預(yù)算［13］。美國的高超聲速武器防御體系建設(shè)采取改進(jìn)與新研相結(jié)合的方式，通過提升現(xiàn)有彈道導(dǎo)彈防御體系能力，以及研制專門針對該類目標(biāo)的攔截武器和天基傳感器網(wǎng)絡(luò)等方式建設(shè)防御體系［14］。基于反導(dǎo)反臨一體建設(shè)思路，美國把多項(xiàng)高超聲速武器防御建設(shè)要素融入到彈道導(dǎo)彈防御的建設(shè)發(fā)展中，例如通過改進(jìn)反導(dǎo)預(yù)警系統(tǒng)的地基雷達(dá)和指揮控制系統(tǒng)，使其具備一定的高超聲速武器探測和指揮控制能力。

3.1 整體規(guī)劃已然形成

美國已對高超聲速武器防御體系規(guī)劃進(jìn)行了設(shè)計(jì)，開發(fā)形成了一整套體系級防御方案，主要包括防御體系的系統(tǒng)工程需求分析，以及武器概念和關(guān)鍵技術(shù)的論證評估，并開展了系列技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)。如圖3所示［15］，2020年美導(dǎo)彈防御局公布的導(dǎo)彈防御體系架構(gòu)2.0 給出了體系建設(shè)的遠(yuǎn)期規(guī)劃，重點(diǎn)開展以下工作：一是系統(tǒng)工程，主要包括體系分析、技術(shù)優(yōu)先級劃分、需求開發(fā)、集成規(guī)劃、試驗(yàn)規(guī)劃及殺傷力評估等；二是升級現(xiàn)有導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的探測器和指揮控制、作戰(zhàn)管理與通信（C2BMC）系統(tǒng)以應(yīng)對高超聲速威脅；三是高超聲速防御武器系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)，包括動(dòng)能和非動(dòng)能等手段；四是先進(jìn)的探測器和指控技術(shù)研發(fā)，包括地基、空基和天基技術(shù)等。

圖3 美國導(dǎo)彈防御體系架構(gòu)2.0

3.2 預(yù)警系統(tǒng)多樣開發(fā)

在高超聲速武器預(yù)警探測方面，通過改進(jìn)現(xiàn)有預(yù)警裝備和研發(fā)新型天基傳感器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對高超聲速武器的全程預(yù)警探測和跟蹤。主要包括研發(fā)和改進(jìn)遠(yuǎn)程識(shí)別雷達(dá)和AN/TPY-2 雷達(dá)，將高超聲速防御能力嵌入其中，使其具備高超聲速武器飛行末段的跟蹤和報(bào)告能力；發(fā)展如圖4 所示的高超聲速和導(dǎo)彈跟蹤空間傳感器（Hypersonic and Ballistic Tracking Space Sensor，HBTSS）并與“宙斯盾”系統(tǒng)的SPY-6海上雷達(dá)協(xié)同工作來防御高超聲速導(dǎo)彈；配備新一代高空持久紅外探測系統(tǒng)（Next Generation Overhead Persistent Infrared System）新衛(wèi)星，可在導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)探測到其紅外羽流，然后將坐標(biāo)傳送給其他衛(wèi)星和地面站等［16］。

圖4 HBTSS與宙斯盾協(xié)同防御HGV

3.3 武器系統(tǒng)并進(jìn)研制

導(dǎo)彈防御局（Missile Defense Agency，MDA）于2018年9月公布“高超聲速防御武器系統(tǒng)”項(xiàng)目，從項(xiàng)目合同可以看出，美國的攔截武器由硬摧毀向多手段并進(jìn)，有代表性的硬摧毀攔截武器項(xiàng)目主要有“滑翔破壞者”（Glide breaker）和滑翔段攔截器（Glide Phase Interceptor，GPI），其中，GPI 聲稱具備“超越高超聲速威脅的速度和敏捷性”；非動(dòng)能手段主要有激光、微波及無線電波等定向能武器，這類武器系統(tǒng)具有反應(yīng)快、成本低、運(yùn)用靈活、打擊精確不受電磁干擾、瞬時(shí)功率高等優(yōu)點(diǎn)。

3.4 指控系統(tǒng)同步升級

在指控系統(tǒng)方面上，美軍對現(xiàn)有指控（C2BMC）系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，使其具備對高超聲速武器的指揮控制、作戰(zhàn)管理與通信能力。2021 年8 月10 日，MDA 授予洛·馬公司價(jià)值1.57 億美元的合同，為美陸基中段防御系統(tǒng)（GMD）提供指揮、控制、作戰(zhàn)管理與通信（C2BMC）支持能力，提高對遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的防御能力［17］。此次升級旨在通過融合衛(wèi)星、地面和艦載雷達(dá)在內(nèi)的多種傳感器數(shù)據(jù)，為GMD 提供跟蹤威脅系統(tǒng)的單一實(shí)時(shí)合成圖像，并使C2BMC 能夠向Link-16 數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)報(bào)告高超聲速威脅。C2BMC 的下一次升級稱為Spiral 8.2-7，將通過關(guān)聯(lián)和融合來自更廣泛的傳感器（包括衛(wèi)星、地面和艦載傳感器）的數(shù)據(jù)，為GMD 提供單一、實(shí)時(shí)、合成的威脅系統(tǒng)軌跡圖。

此外，俄羅斯已對高超聲速武器防御中的預(yù)警探測、攔截打擊和指揮控制等技術(shù)開展了先期概念研究和技術(shù)探索。短期來看，主要采用S-500 防空反導(dǎo)系統(tǒng)與沃羅涅日戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)相結(jié)合的方式，具備一定高超聲速武器末端預(yù)警攔截能力；遠(yuǎn)期來看，將高超聲速武器防御納入空天防御系統(tǒng)，并對防空反導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，使其具備對高超聲速武器的防御能力。

4 高超聲速武器防御體系發(fā)展策略

4.1 構(gòu)建一體化的全程防御預(yù)警系統(tǒng)

由于高超聲速武器具有“高飛行速度”“高巡航高度”“高突防能力”等特點(diǎn)，預(yù)警探測系統(tǒng)僅靠單一平臺(tái)或者單一探測手段難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。如圖5所示，防御系統(tǒng)應(yīng)該綜合運(yùn)用各種預(yù)警手段，充分利用天基、臨空基、陸基以及?；雀黝惼脚_(tái)搭載雷達(dá)、紅外和光電等多型傳感器，將不同體制的預(yù)警裝備合理配系，在固定傳感器優(yōu)化部署的基礎(chǔ)上合理配置陸基機(jī)動(dòng)雷達(dá)、艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)等機(jī)動(dòng)傳感器對預(yù)警探測網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)漏和加強(qiáng)，多手段感知、多渠道驗(yàn)證，構(gòu)成多平臺(tái)、多手段聯(lián)合預(yù)警的反臨預(yù)警探測網(wǎng)絡(luò)體系，提供全面詳細(xì)的高超聲速武器預(yù)警信息，確保對高超聲速武器能夠全流程預(yù)警、全方位跟蹤、全飛行剖面定位，從而有力滿足未來反臨預(yù)警作戰(zhàn)需要。

圖5 高超聲速武器一體化防御概念圖

具體來講，應(yīng)遵循天地一體、層層部署的原則謀劃高超聲速武器預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)。第一層配置寬視場地球同步軌道預(yù)警衛(wèi)星，如美國天基紅外預(yù)警衛(wèi)星（SBIRS），確保在目標(biāo)發(fā)射的數(shù)秒內(nèi)就可探測到其火箭助推器發(fā)出的高輻射強(qiáng)度紅外信號(hào)，從而對目標(biāo)飛行軌跡進(jìn)行預(yù)測，并通過通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈路將預(yù)警信息實(shí)時(shí)傳送至指控中心。第二層配置分辨率更高的中視場中低軌探測器，用于對目標(biāo)進(jìn)一步跟蹤和識(shí)別，辨識(shí)其飛行姿態(tài)、來襲樣式并預(yù)測其有可能攻擊的關(guān)鍵資產(chǎn)，為攔截彈提供關(guān)鍵的目標(biāo)信息。第三層是配置更低軌道或臨空基光學(xué)紅外探測器、天波超視距雷達(dá)和其它地基、?；鹊推脚_(tái)高度的傳感器，主要是根據(jù)前兩層預(yù)警平臺(tái)提供的引導(dǎo)信息對高超聲速目標(biāo)進(jìn)行更為準(zhǔn)確的識(shí)別、跟蹤和探測，進(jìn)一步為攔截彈提供攔截引導(dǎo)信息。

4.2 發(fā)展分段大機(jī)動(dòng)的防御攔截系統(tǒng)

高超聲速武器速度快，極大地壓縮了作戰(zhàn)時(shí)間軸；傳統(tǒng)的導(dǎo)彈攔截一般是基于彈道預(yù)測攔截點(diǎn)，而高超聲速武器的軌跡不確定性和機(jī)動(dòng)性極大地增加了攔截點(diǎn)的估計(jì)難度和有效性，增加了攔截困難。這就要求我們針對高超聲速武器的飛行特性，采取分段攔截策略，并采用大機(jī)動(dòng)攔截武器進(jìn)行防御攔截，以確保對高超聲速目標(biāo)的攔截打擊。

一方面，雖然高超聲速武器助推段紅外輻射信號(hào)明顯，但由于地理位置和反介入/區(qū)域拒止（Anti Access/Area Denial，A2/AD）戰(zhàn)略的影響，防御方無法以地面形式尋求助推段攔截。因而可采用如圖6 所示［18］，基于高超聲速武器不同飛行階段，在其滑翔/巡航段、末段和再入滑翔段三個(gè)階段組合采用不同攔截策略進(jìn)行多次攔截，提高攔截成功率。一是采用末段攔截策略，即在高超聲速武器開始俯沖到爆炸之前這段時(shí)間進(jìn)行攔截，此階段攔截響應(yīng)時(shí)間有限，采用動(dòng)能攔截彈一般只有一次攔截機(jī)會(huì)，且攔截成功率較低。因此，末段攔截還應(yīng)考慮采用其它如電磁輻射、電磁軌道炮、破壞攻方的通信和控制系統(tǒng)等非動(dòng)能手段進(jìn)行攔截。二是采用滑翔/巡航段+末段攔截策略，主要是在高超聲速武器平穩(wěn)飛行之后對其進(jìn)行攔截。該階段目標(biāo)飛行狀態(tài)趨于平穩(wěn)，雖然目標(biāo)雷達(dá)截面積小，但大氣層內(nèi)高速飛行會(huì)使其紅外特征明顯，長時(shí)間的大氣層內(nèi)飛行可使動(dòng)能攔截器有足夠的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)可采用非動(dòng)能攔截手段爭取多次攔截機(jī)會(huì)。三是采用再入滑翔+滑翔/巡航段+末段攔截策略，該策略在目標(biāo)進(jìn)入再入滑翔段時(shí)即對其展開攔截，若攔截失敗，還可在平穩(wěn)滑翔段和末段實(shí)施攔截，由此形成多層多次攔截策略。

圖6 高超聲速武器分段攔截策略

另一方面，針對高超聲速武器的高速、強(qiáng)機(jī)動(dòng)過載特性，可采用多級助推的高速大機(jī)動(dòng)攔截器進(jìn)行防御。多級助推形式可減輕攔截器自身質(zhì)量，使攔截器具備高超飛行速度的同時(shí)獲得大機(jī)動(dòng)過載能力和軌跡靈活修正特性，以有效應(yīng)對可快速變軌機(jī)動(dòng)的高超聲速目標(biāo)。同時(shí)可運(yùn)用靈活多樣的制導(dǎo)控制方式，以滿足攔截器應(yīng)對不同高超聲速武器時(shí)對其機(jī)動(dòng)過載能力的作戰(zhàn)使用需求。

4.3 融合升級高效的防御指控系統(tǒng)

防御高超聲速武器是一項(xiàng)重大的地理和科技挑戰(zhàn)，將給指揮、控制、通信帶來巨大壓力。這一挑戰(zhàn)也不是孤立的，它與彈道導(dǎo)彈防御和其他形式的防空系統(tǒng)所遇到的困難息息相關(guān)。高超聲速防御指控系統(tǒng)應(yīng)與現(xiàn)有指控系統(tǒng)結(jié)合并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)升級，研制高超聲速武器威脅初始態(tài)勢感知和跟蹤系統(tǒng)并整合遠(yuǎn)程探測雷達(dá)，從高超聲速飛行測試和工作模型中收集數(shù)據(jù)來增強(qiáng)系統(tǒng)分析的準(zhǔn)確性和有效性，建立有效的高超聲速武器探測和預(yù)警應(yīng)急能力。借鑒美國聯(lián)合全域指揮與控制（JADC2）計(jì)劃將各作戰(zhàn)單元所收集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行測試數(shù)據(jù)或共享情報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，通過多條情報(bào)流提前數(shù)天監(jiān)測導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備活動(dòng)并發(fā)出預(yù)警。同時(shí)，通過技術(shù)研發(fā)融合地理空間和天氣信息，結(jié)合高超聲速飛行模型和其他數(shù)據(jù)流軟件，為傳感器和攔截器的研制部署以及多種與高超聲速防御相關(guān)問題提供解決方案。

另外，高超聲速武器是典型的時(shí)敏目標(biāo)，其攻擊的突然性及超快的飛行速度，導(dǎo)致指控系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間窗口和攔截武器發(fā)射時(shí)間窗口大大縮短。對此，在建立“制時(shí)間權(quán)”新型作戰(zhàn)理念和“讀秒”作戰(zhàn)基礎(chǔ)上，需采取更加有力措施使作戰(zhàn)指揮效率進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)預(yù)警探測與火力打擊的一體化，形成有效應(yīng)對空天快打武器打擊的整體作戰(zhàn)能力。

5 結(jié)語

隨著“匕首”高超聲速導(dǎo)彈在俄烏沖突中的使用，標(biāo)志著高超聲速武器進(jìn)入到實(shí)戰(zhàn)階段。美俄正在競相開發(fā)高超聲速武器用的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，用這些發(fā)動(dòng)機(jī)可以制造出更小、更機(jī)動(dòng)、更難以探測的高超聲速武器。面對與日俱增的高超聲速武器威脅，只有積極發(fā)展一體化的高超聲速預(yù)警體系、多樣化的防御攔截武器和高效敏捷的指控系統(tǒng)，科學(xué)推進(jìn)高超聲速武器防御問題研究和體系化建設(shè)，才能形成有效的對抗能力。