美軍高超聲速防御體系發(fā)展研究 *

鐘忠

（空軍裝備部駐北京地區(qū)第一軍事代表室，北京 100854）

0 引言

在 “大國競爭”的國家安全戰(zhàn)略背景下，美國2022 年新版《導(dǎo)彈防御評估》報(bào)告［1］強(qiáng)調(diào)“必須尋求新技術(shù)以抵消競爭對手持續(xù)發(fā)展的導(dǎo)彈武器和新興能力”。隨著中俄等競爭對手高超聲速武器的成功研制和列裝，尤其是俄烏戰(zhàn)爭中，俄羅斯“匕首”等高超聲導(dǎo)彈武器的使用，凸顯了高超聲速導(dǎo)彈防御的威懾和實(shí)戰(zhàn)價值，美國已在高超聲速導(dǎo)彈預(yù)警探測、網(wǎng)絡(luò)化指揮控制和防御攔截等技術(shù)方面開展了大量概念研究、技術(shù)探索和研制工作，計(jì)劃在2034 年形成戰(zhàn)區(qū)級高超聲速防御能力。

1 典型作戰(zhàn)構(gòu)想

2021 年6 月，美國導(dǎo)彈防御局公布了以保護(hù)航母等高價值裝備為目標(biāo)的“滑翔段+末段”分層高超聲速防御作戰(zhàn)構(gòu)想，該構(gòu)想利用“過頂持續(xù)紅外”傳感器、“ 高超聲速和彈道空間跟蹤傳感器”（hypersonic and ballistic tracking space sensor，HBTSS）、“宙斯盾”驅(qū)逐艦、“滑翔段攔截彈”和“標(biāo)準(zhǔn)”-6 導(dǎo)彈等典型裝備，應(yīng)對接連來襲的4 枚高超聲速滑翔武器?？偣部紤]4 種想定模式：①滑翔段攔截-遠(yuǎn)程交戰(zhàn)模式；②滑翔段攔截-遠(yuǎn)程發(fā)射模式；③滑翔段攔截-協(xié)同交戰(zhàn)模式；④末段攔截-協(xié)同交戰(zhàn)模式。

2 體系組成和特點(diǎn)

與傳統(tǒng)彈道導(dǎo)彈相比，高超聲速武器飛行高度較低（如圖1 所示），速度快，這使得其防御難度較大。預(yù)警探測方面，由于高超聲速武器飛行過程中目標(biāo)特性復(fù)雜，再加上地球曲率限制，美國現(xiàn)有的天基和陸基傳感器難以對其進(jìn)行探測預(yù)警和穩(wěn)定跟蹤［2］；指揮控制方面，由于高超防御攔截窗口短，美軍現(xiàn)有的指控系統(tǒng)難以滿足攔截過程中的數(shù)據(jù)傳輸速度；攔截武器方面，由于高超聲速武器速度快、機(jī)動能力強(qiáng)，軌跡不易預(yù)測，美軍現(xiàn)有的反導(dǎo)攔截武器難以有效攔截。

2.1 傳感器層——構(gòu)建以天基為主、地基傳感器為輔的多平臺預(yù)警探測體系

針對美軍現(xiàn)有高超聲速預(yù)警探測能力不足等問題，美軍正構(gòu)建以天基傳感器為主，陸基雷達(dá)為輔的多平臺預(yù)警探測體系以實(shí)現(xiàn)從高超聲速武器的發(fā)射階段開始對其進(jìn)行識別和跟蹤，直至攔截。一是天基傳感器，主要指美太空發(fā)展局主導(dǎo)的“擴(kuò)散作戰(zhàn)人員太空架構(gòu)”（proliferated warfighter space architecture，PWSA）［3］（原名“下一代太空架構(gòu)”［4］），該架構(gòu)由傳輸層、監(jiān)視層、跟蹤層、威懾層、導(dǎo)航層、戰(zhàn)斗管理層和支持層組成，計(jì)劃在2030 年前后形成全球持續(xù)覆蓋的高超聲速探測跟蹤能力［5］。其中，PWSA 跟蹤層由用于高超聲速武器預(yù)警的“過頂持續(xù)紅外”寬視場傳感器，以及用于連續(xù)跟蹤的HBTSS 中視場傳感器兩部分組成。寬視場傳感器獲取高超聲速武器的發(fā)射數(shù)據(jù)后傳輸至中視場傳感器，可實(shí)現(xiàn)對高超聲速武器從發(fā)射到攔截的探測跟蹤，為導(dǎo)彈防御系統(tǒng)提供低延遲、高精度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。二是陸?；走_(dá)，“低層防空反導(dǎo)傳感器”雷達(dá)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程雷達(dá)AN/TPY-5（V）1 已完成研制工作，部署于阿拉斯加的遠(yuǎn)程目標(biāo)識別雷達(dá)即將正式使用，未來將與天基傳感器協(xié)調(diào)工作以提供更精準(zhǔn)的火控?cái)?shù)據(jù)。三是空基傳感器，利用長航時高空無人機(jī)搭載傳感器對高超聲速武器的被動探測和主動跟蹤，能夠有效補(bǔ)充對高超聲速武器的預(yù)警探測能力并為其飛行軌跡提供交叉驗(yàn)證數(shù)據(jù)［6］。

2.2 指揮控制——構(gòu)建實(shí)時傳輸、天地聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制系統(tǒng)

美國導(dǎo)彈防御局?jǐn)M在現(xiàn)有彈道導(dǎo)彈防御體系架構(gòu)基礎(chǔ)上，增加高超防御能力，實(shí)現(xiàn)一體化反導(dǎo)反高超的防御體系。高超聲速武器大幅度壓縮了導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)時間，為與高超防御武器“同頻同步”，美軍更加注重信息傳輸和處理的實(shí)時性，要求指揮系統(tǒng)能夠接收陸海空傳感器實(shí)時動態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行多源信息融合處理。美軍在指揮控制、作戰(zhàn)管理與通信（command and control、battle management and communications，C2BMC）系統(tǒng)“螺旋”8.2-5 版本上進(jìn)行改進(jìn)，升級后的“螺旋”8.2-7 版本具備通過Link-16 數(shù)據(jù)鏈路網(wǎng)絡(luò)報(bào)告高超聲速威脅活動，并能夠關(guān)聯(lián)和融合各類傳感器實(shí)現(xiàn)與作戰(zhàn)指揮官共享戰(zhàn)場畫面。同時，美太空發(fā)展局正在建設(shè)的PWSA傳輸層衛(wèi)星星座旨在將C2BMC 與傳感器系統(tǒng)、攔截系統(tǒng)連接起來，為高超聲速武器預(yù)警、探測、跟蹤、攔截等各階段的數(shù)據(jù)提供可靠、無縫、彈性、低延遲的傳輸連接保障。

以滑翔段攔截為例說明高超防御指控流程：在對手高超聲速導(dǎo)彈發(fā)射后，美軍“過頂持續(xù)紅外”傳感器首先截獲導(dǎo)彈信息，并通過傳輸層衛(wèi)星將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至C2BMC。C2BMC 對導(dǎo)彈軌跡進(jìn)行初步識別，確認(rèn)目標(biāo)為高超聲速威脅后，將數(shù)據(jù)傳輸至HBTSS，指令其對來襲目標(biāo)進(jìn)行高精度連續(xù)跟蹤。來襲高超聲速武器進(jìn)入滑翔段后，美軍利用HBTSS、“宙斯盾”艦載雷達(dá)、無人機(jī)載紅外系統(tǒng)等目標(biāo)進(jìn)行多域探測和交叉定位，實(shí)現(xiàn)持續(xù)彈道跟蹤，并判斷來襲規(guī)模，形成落點(diǎn)預(yù)報(bào)。傳感器通過Link-16 數(shù)據(jù)鏈路將探測信息傳至海軍一體化火控系統(tǒng)，火控中心智能融合探測信息，自主生成攔截方案，預(yù)先發(fā)射攔截彈。

2.3 攔截武器——構(gòu)建以滑翔段攔截和末段攔截為主，多種攔截方式并存的攔截系統(tǒng)

2020 年，美導(dǎo)彈防御局公布了高超聲速防御概念，計(jì)劃構(gòu)建以?；瓒螖r截和末段攔截段為主的高超聲速分層防御體系，該體系的關(guān)鍵裝備如表1所示。其中末段攔截主要是對現(xiàn)有反導(dǎo)系統(tǒng)能力的改進(jìn)，美軍正在研發(fā)“標(biāo)準(zhǔn)”-6 Block IB 導(dǎo)彈以攔截處于飛行末段的高超聲速武器，相關(guān)工作包括重新設(shè)計(jì)彈體和火箭發(fā)動機(jī)。預(yù)計(jì)到2027 年，部署30 枚“標(biāo)準(zhǔn)”-6 Block IB 導(dǎo)彈?；瓒螖r截主要是研制新型攔截彈，重點(diǎn)發(fā)展“滑翔段攔截彈”和“滑翔破壞者”2 個項(xiàng)目［7］。其中，“滑翔段攔截彈”項(xiàng)目于2023年3 月進(jìn)入技術(shù)開發(fā)階段，計(jì)劃于2028 財(cái)年演示高超聲速飛行器滑翔段的攔截能力?！盎瓒螖r截彈”采用?；l(fā)射方式，可與“宙斯盾”彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的MK-41 垂直發(fā)射系統(tǒng)相集成，發(fā)射后借助“宙斯盾”彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的雷達(dá)和低地球軌道衛(wèi)星系統(tǒng)提供的信息發(fā)現(xiàn)并鎖定目標(biāo)，在大氣層內(nèi)采用動能攔截方式對高超聲速武器進(jìn)行硬殺傷。“滑翔破壞者”項(xiàng)目于2018 年啟動，旨在研發(fā)用于遠(yuǎn)距離攔截高超聲速威脅的輕質(zhì)飛行器的關(guān)鍵技術(shù)，該項(xiàng)目于2022 年4 月進(jìn)入第2 階段工作，旨在通過風(fēng)洞和飛行試驗(yàn)收集大氣層內(nèi)效應(yīng)的數(shù)據(jù)，研究轉(zhuǎn)向和姿態(tài)控制系統(tǒng)與高超聲速橫流之間的氣流相互作用的影響等。

表1 關(guān)鍵裝備及主要作用Table 1 Key equipment and main functions

3 最新發(fā)展

2022 年10 月，美國防部發(fā)布新版《導(dǎo)彈防御評估》報(bào)告，強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)區(qū)域?qū)椃烙芰ㄔO(shè)是其導(dǎo)彈防御的四項(xiàng)重點(diǎn)工作之一，這其中包括發(fā)展高超聲速主被動防御技術(shù)。

3.1 從預(yù)算文件看——美軍高超防御的首要任務(wù)是“滑翔段攔截彈”

2017 年，美國防部發(fā)布的2018 財(cái)年國防預(yù)算申請中，美導(dǎo)彈防御局首次將“高超聲速防御”專項(xiàng)列入預(yù)算，為其申請7 530 萬美元［8］，標(biāo)志著美軍正式全面開展高超聲速防御能力的探索。根據(jù)近3 年預(yù)算文件，2021 財(cái)年“高超聲速防御”專項(xiàng)預(yù)算為2.07億 美 元［9］；2022 財(cái) 年 預(yù) 算 申 請 為2.48 億 美 元［10］；2023 財(cái)年，國會將“高超聲速防御”專項(xiàng)預(yù)算從2.93億美元增加至5.18 億美元，增加部分用于“滑翔段攔截彈”項(xiàng)目［11］。近幾年“高超聲速防御”專項(xiàng)預(yù)算變化不大（如表2 所示），但是“滑翔段攔截彈”項(xiàng)目的預(yù)算比例不斷增大。2024 財(cái)年，美導(dǎo)彈防御局為“高超聲速防御”專項(xiàng)申請2.09 億美元，該筆資金全部用于“滑翔段攔截彈”項(xiàng)目［12］，標(biāo)志著美軍已明確將“滑翔段攔截彈”作為其高超聲速防御的首要任務(wù)。根據(jù)美國防部2024 財(cái)年國防預(yù)算文件，高超聲速防御體系初步設(shè)計(jì)審查計(jì)劃在2029 財(cái)年進(jìn)行，關(guān)鍵設(shè)計(jì)審查在2032 財(cái)年進(jìn)行，并在2034 財(cái)年交付，形成戰(zhàn)區(qū)級高超聲速防御能力。

表2 “高超聲速防御”專項(xiàng)和“滑翔段攔截彈”項(xiàng)目預(yù)算Table 2 Budget for the “Hypersonic Defense” project and the “Glide Interceptor” project億美元

3.2 從技術(shù)發(fā)展看——積極研究新興技術(shù)在高超聲速防御中的應(yīng)用

3.2.1 研究以天基為主的新興高超聲速導(dǎo)彈預(yù)警探測技術(shù)

為應(yīng)對高超聲速武器這種新型威脅，美軍不斷引入新技術(shù)。一是開發(fā)算法優(yōu)化傳感器探測預(yù)警能力，美太空發(fā)展局與導(dǎo)彈防御局聯(lián)合開展“紅外有效載荷原型”試驗(yàn)，旨在收集圖像以創(chuàng)建低地球軌道紅外雜波背景數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫將用于導(dǎo)彈檢測和跟蹤算法的開發(fā)和驗(yàn)證。二是探索光學(xué)星間鏈路技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星聯(lián)通，美導(dǎo)彈防御局開展“立方星網(wǎng)絡(luò)通信試驗(yàn)”項(xiàng)目在低軌道以驗(yàn)證星間通信技術(shù)可行性。2022 年6 月，導(dǎo)彈防御局發(fā)射2 顆“立方體”衛(wèi)星以測試新型軟件無線電，并演示支持天基高可靠性互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議加密技術(shù)。三是利用人工智能技術(shù)為高超聲速導(dǎo)彈進(jìn)行軌跡建模。美國防創(chuàng)新小組和美導(dǎo)彈防御局合作，基于現(xiàn)有物理模型，引入人工智能技術(shù)在幾分鐘內(nèi)生成并分析數(shù)萬條導(dǎo)彈軌跡，這使美軍能快速評估高超聲速武器打擊意圖，從而進(jìn)行攔截。

3.2.2 發(fā)展定向能高超聲速導(dǎo)彈攔截技術(shù)

目前，除傳統(tǒng)攔截器之外，美軍還在發(fā)展定向能武器來攔截高超聲速武器，以增加攔截方式選擇性和成功率。早在2019 年，美導(dǎo)彈防御局就選擇雷聲公司研究“用于高超聲速防御的非動力學(xué)概念”項(xiàng)目，該項(xiàng)目致力于開發(fā)包括高能激光、高功率武器微波在內(nèi)的定向能武器系統(tǒng)。目前，美軍已研制出功率為300 kW 級的高能激光器，而防御高超聲速武器的功率在兆瓦級左右。美導(dǎo)彈防御局在2023財(cái)年為高功率微波武器的高增益天線、電源及脈沖機(jī)制研究提交了2 850 萬美元的資金需求，預(yù)計(jì)將于2023 年9 月前對“高功率微波技術(shù)試驗(yàn)臺”系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)計(jì)審查，2024 年2 月前開始建造“高功率微波技術(shù)試驗(yàn)臺”天線。

依據(jù)美國會即將通過的《2023 財(cái)年國防政策法案》規(guī)定，美國導(dǎo)彈防御局應(yīng)制定一項(xiàng)計(jì)劃，并在2024 至2028 財(cái)年提供該局所需資金，用于研發(fā)定向能武器和網(wǎng)絡(luò)武器，以應(yīng)對高超聲速威脅。

3.2.3 探索“基于失效模式”的高超聲速導(dǎo)彈攔截防御新概念

2022 年，美國戰(zhàn)略與國際研究中心發(fā)布《復(fù)雜防空——應(yīng)對高超聲速導(dǎo)彈威脅》［13］報(bào)告，提出“基于失效模式”的防御理念，發(fā)展“顆粒彈頭”和模塊化荷載等新質(zhì)局部殺傷攔截手段?！邦w粒彈頭”是指導(dǎo)彈或機(jī)載平臺通過釋放顆粒物質(zhì)來干擾或毀傷高超聲速武器。模塊化載荷是指能夠容納多種有效載荷類型的平臺，如破片殺傷、顆粒分散、碰撞殺傷、定向能或電磁系統(tǒng)（如圖2 所示）。

圖2 模塊化有效載荷概念Fig.2 Modular payload concept

3.3 從實(shí)施方式看——積極與盟國合作應(yīng)對高超聲速導(dǎo)彈威脅

為加快發(fā)展高超聲速武器防御技術(shù)，美軍對外積極與日本合作。2022 年9 月，日本與美軍就擴(kuò)大高超聲速防御系統(tǒng)合作達(dá)成共識，將共同開發(fā)對抗高超聲速武器的裝備與技術(shù)。日本將在2023 財(cái)年開始設(shè)計(jì)攔截彈的大型火箭發(fā)動機(jī)及其他零部件，要求能滿足攔截高超聲速武器遠(yuǎn)距離飛行的需要，并能夠?qū)Ω叱曀倩栉淦鞯能壽E變化作出反應(yīng)。2023 年3 月，美導(dǎo)彈防御局局長喬恩·希爾表示，美軍正考慮與日本共同研發(fā)“滑翔段攔截彈”導(dǎo)引頭等技術(shù)［14］。

4 結(jié)束語

針對競爭對手高超聲速武器迅速發(fā)展、列裝的現(xiàn)實(shí)，美軍拓展導(dǎo)彈防御對象，在現(xiàn)有彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)基礎(chǔ)上新研、升級和改進(jìn)，對預(yù)警探測系統(tǒng)補(bǔ)盲、指控系統(tǒng)流程加速、攔截武器能力拓展，并研制新型攔截能力，逐步構(gòu)建具備對高超聲速武器的探測、跟蹤和攔截的高超聲速防御能力。傳感器方面，通過天基預(yù)警探測衛(wèi)星和空/陸基雷達(dá)的密切協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對高超聲速武器預(yù)警、探測和跟蹤。指控系統(tǒng)方面，通過升級現(xiàn)有C2BMC 傳輸鏈路，引入人工智能技術(shù)并搭配傳輸層衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)實(shí)時指揮、快速決策。攔截武器方面，綜合運(yùn)用射前打擊和動能、非動能等主被動防御手段，重點(diǎn)發(fā)展滑翔段和末段攔截，構(gòu)建分層防御，有效增加攔截成功率。