國外高超聲速防御能力發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析

摘 要：隨著高超聲速武器快速發(fā)展并被應(yīng)用于實際戰(zhàn)場， 國外對高超聲速防御技術(shù)的需求也變得越發(fā)迫切。 由于高超聲速武器的目標(biāo)特性有別于傳統(tǒng)導(dǎo)彈， 現(xiàn)有導(dǎo)彈防御系統(tǒng)難以取得好的攔截效果， 需重新研發(fā)相關(guān)裝備與技術(shù)。 為梳理未來高超聲速防御技術(shù)需求方向， 本文從預(yù)警探測、 攔截打擊等方面對美國、 俄羅斯、 日本等國家的高超聲速防御能力現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)， 并對相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析， 提出未來高超聲速防御需重點關(guān)注攔截距離提高、 作戰(zhàn)成本降低和體系攻擊手段應(yīng)對等方面。

關(guān)鍵詞：高超聲速； 防御； 反臨； 攔截； 探測

中圖分類號：TJ760

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

文章編號：1673-5048（2024）04-0014-07

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2023.0223

0 引 言

高超聲速武器是指在大氣層內(nèi)的飛行速度超過馬赫數(shù)5的武器， 其具備速度快、 射程遠(yuǎn)、 機(jī)動能力強(qiáng)等特點。

高超聲速導(dǎo)彈防御有其獨有特點： 一是軌跡多變， 位置難以預(yù)測。 高超聲速導(dǎo)彈飛行于大氣層內(nèi)， 可利用氣動力改變飛行軌跡， 吸氣式高超聲速巡航導(dǎo)彈還可利用發(fā)動機(jī)進(jìn)行大范圍的橫向機(jī)動［1］， 傳統(tǒng)的依靠彈道計算來預(yù)測導(dǎo)彈軌跡的方法已不再適用， 只能靠持續(xù)地探測跟蹤確定其位置。 二是軌道高度低， 可探測距離近。 高超聲速導(dǎo)彈的軌道大大限制了地基雷達(dá)的探測距離， 國外現(xiàn)役戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)對高超聲速目標(biāo)的最大發(fā)現(xiàn)距離僅在1 000 km左右， 這只能提供約11 min的預(yù)警時間。 2022年3月， 俄羅斯首次在實戰(zhàn)中使用了高超聲速武器—— “匕首”導(dǎo)彈， 該彈在約10 min內(nèi)飛過900 km， 打擊了烏克蘭的一個地下彈藥庫， 其間烏克蘭反導(dǎo)攔截系統(tǒng)及美軍的戰(zhàn)場監(jiān)視飛機(jī)都未能捕獲該彈蹤跡［2］。 高超聲速武器與傳統(tǒng)彈道導(dǎo)彈也有一些共性， 美國國會在《美高超聲速武器及其替代方案》中指出， 在打擊末段， 高超聲速導(dǎo)彈并不比帶有機(jī)動彈頭的彈道導(dǎo)彈具備更強(qiáng)的生存能力， 二者都具備高速和高機(jī)動性。

上述原因?qū)е铝巳缦碌母叱曀俜烙F(xiàn)狀： 對于如“標(biāo)準(zhǔn)6”和“愛國者3”等末段導(dǎo)彈防御系統(tǒng)而言， 攔截高超聲速導(dǎo)彈和傳統(tǒng)彈道導(dǎo)彈的區(qū)別不大； 對于中段防御系統(tǒng)， 如“陸基攔截彈（GBI）”， 高超聲速導(dǎo)彈的防御難度要遠(yuǎn)高于彈道導(dǎo)彈。 由于導(dǎo)彈飛行末段時間窗口短， 一般只有一次末段攔截機(jī)會， 攔截成功率不高［3］， 且在國土面積遼闊的大國， 很難實現(xiàn)末段防御系統(tǒng)的全面覆蓋， 需通過中段防御系統(tǒng)對來襲導(dǎo)彈進(jìn)行盡可能廣泛的防御， 目前該思路不適用于高超聲速導(dǎo)彈。 為解決此問題， 需要發(fā)展高超聲速目標(biāo)遠(yuǎn)程預(yù)警跟蹤和攔截能力。 當(dāng)前關(guān)于高超聲速防御體系、 策略及特征趨勢的研究較多［4-7］， 本文主要概述了國外高超聲速防御的最新進(jìn)展以及現(xiàn)有裝備能力， 并對高超聲速防御關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 國外高超聲速防御現(xiàn)狀

1.1 美國高度重視， 發(fā)展領(lǐng)先

美國導(dǎo)彈防御局正在利用現(xiàn)有的防御系統(tǒng)來開發(fā)集成架構(gòu)和能力， 以對抗來自彈道導(dǎo)彈、 高超聲速導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈不斷發(fā)展的威脅， 其2024財年總預(yù)算為109億美元， 其中與高超聲速防御相關(guān)的項目主要包括： 5.542億美元改進(jìn)C2BMC系統(tǒng)， 正在部署的螺旋8.2-5可為高超聲速威脅提供初始態(tài)勢感知和跟蹤能力； 8.017億美元用于開發(fā)關(guān)島導(dǎo)彈防御體系架構(gòu)， 包括升級雷達(dá)、 開發(fā)關(guān)島“宙斯盾”系統(tǒng)、 開展防御技術(shù)測試、 改進(jìn)通信系統(tǒng)等； 2.09億美元用于繼續(xù)開發(fā)針對高超聲速武器的

“滑翔段攔截器”； 1.095億美元用于太空跟蹤傳感器、 天基殺傷評估系統(tǒng)； 另有超過32億美元用于“薩德”末段防御系統(tǒng)、 陸基中段防御系統(tǒng)、 下一代攔截器等導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的開發(fā)。 美國除導(dǎo)彈防御局外， 美國國防部另投資超過130億美元用于區(qū)域和戰(zhàn)略導(dǎo)彈防御能力升級， 包括美國空軍1.62億美元用于要地導(dǎo)彈防御和遠(yuǎn)程雷達(dá)改進(jìn)， 美國太空部隊40億美元用于彈道和高超聲速導(dǎo)彈紅外跟蹤技術(shù)開發(fā)、 升級預(yù)警雷達(dá)和延長傳統(tǒng)雷達(dá)壽命， 美國陸軍40億美元用于采購“愛國者3”攔截彈和其他區(qū)域防御系統(tǒng)， 美國海軍28億美元用于“宙斯盾”系統(tǒng)、 “標(biāo)準(zhǔn)”系列導(dǎo)彈等裝備的采購， 其他機(jī)構(gòu)21億美元用于導(dǎo)彈防御新技術(shù)的開發(fā)和演示。

美國太空發(fā)展局（SDA）開發(fā)了“擴(kuò)散作戰(zhàn)人員空間架構(gòu)（PWSA）”， 目標(biāo)是形成一個七層衛(wèi)星架構(gòu)， 分別為提供面向先進(jìn)導(dǎo)彈威脅（包括高超聲速目標(biāo)）的指示、 告警、 跟蹤和瞄準(zhǔn)的跟蹤層， 用于將跟蹤層連接到攔截器及其他地面系統(tǒng)的傳輸層、 支持移動地面資產(chǎn)定位的保管層， 提供天基指揮與控制的作戰(zhàn)管理層， 提供潛在GPS拒止環(huán)境下替代定位、 導(dǎo)航和定時的導(dǎo)航層， 用于探測深空潛在的敵對行動的威懾層和以方便其他衛(wèi)星運(yùn)用為目標(biāo)的支持層。 一旦完全投入使用， PWSA將包括550顆衛(wèi)星， 并提供全面的全球覆蓋。 該項目于2020年采購了0階段的28顆衛(wèi)星， 其中19顆為數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星， 8顆為配備寬視場的導(dǎo)彈預(yù)警/跟蹤衛(wèi)星， 1顆留在地面用于軟件調(diào)試， 2023年已完成了兩次發(fā)射， 分別在4月（10顆）和9月（13顆）， 兩組衛(wèi)星均工作于高度1 000 km左右的軌道， 預(yù)計年內(nèi)將再發(fā)射4顆。 太空發(fā)展局計劃于2024年開始發(fā)射1階段的172顆衛(wèi)星， 2026年開始實施2階段項目。

2019年， 美國開展了“高超聲速與彈道跟蹤太空傳感器（HBTSS）”項目， 計劃發(fā)射數(shù)百顆低地球軌道（LEO）衛(wèi)星， 對來襲的彈道導(dǎo)彈和高超聲速導(dǎo)彈進(jìn)行探測、 跟蹤和識別。 HBTSS的部分衛(wèi)星裝備用于弱小目標(biāo)檢測的高靈敏度多波長光學(xué)中視場傳感器， 可與具有寬視場傳感器的PWSA跟蹤層衛(wèi)星協(xié)同工作。 該項目暫由美國導(dǎo)彈防御局牽引（后期計劃移交給太空發(fā)展局）， 由哈里斯技術(shù)和諾格公司進(jìn)行衛(wèi)星研制， 計劃在2023年四季度發(fā)射2顆衛(wèi)星， 并參與2024年的導(dǎo)彈防御實驗。

2022年12月， 美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）發(fā)布了“星盾”計劃， 旨在將商業(yè)低軌衛(wèi)星技術(shù)提供給美國政府和軍方客戶， 其衛(wèi)星將具備通信、 遙感和載荷托管三項功能。

上述三個天基項目的發(fā)展將大大增強(qiáng)美國對高超聲速目標(biāo)的跟蹤探測能力。

美國主要投資的攔截彈項目為“滑翔段攔截器”和“滑翔破壞者”。 “滑翔段攔截器”由美國導(dǎo)彈防御局投資， 旨在采用動能毀傷的方式對處于滑翔段的高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈實施攔截， 該攔截彈將首先被集成到“宙斯盾”系統(tǒng)中用于海基高超聲速防御。 項目最初由雷神、 洛馬和諾格三家公司進(jìn)行競爭性開發(fā)， 其中雷神公司的方案于2022年9月完成原型系統(tǒng)需求評審， 2023年4月過渡到技術(shù)開發(fā)階段。 美國眾議院要求加快該項目的研究， 于2029年實現(xiàn)部署。 “滑翔破壞者”項目由美國國防高級研究計劃局牽引， 主要研究高空、 高速、 近距交會條件下攔截彈的姿軌可靠控制技術(shù)， 2018年由洛克達(dá)因和諾格公司進(jìn)行第一階段開發(fā)， 2023年9月開始由波音公司繼續(xù)進(jìn)行第二階段開發(fā)。

現(xiàn)階段美國可能用于高超聲速防御的預(yù)警探測裝備包括部分天基衛(wèi)星， 如“天基紅外系統(tǒng)（SBIRS）”； 陸基雷達(dá)系統(tǒng)， 如AN/TPY-2雷達(dá)、 遠(yuǎn)程識別雷達(dá)； 加裝紅外傳感器的無人機(jī)， 如“全球鷹”、 “捕食者”等。 打擊裝備主要有進(jìn)行了“聯(lián)合緊急作戰(zhàn)需求（JEON）”能力升級的“薩德”和“愛國者3”聯(lián)合防御系統(tǒng)， ?；皹?biāo)準(zhǔn)6”攔截彈。

1.2 俄羅斯初步驗證陸基高超聲速目標(biāo)探測和打擊能力

探測方面， 俄羅斯境內(nèi)已部署10部陸基戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)， 包括7部“沃羅涅日”和3部早期建設(shè)的雷達(dá)， 可基本實現(xiàn)所有導(dǎo)彈來襲方向的覆蓋。 其中“沃羅涅日”雷達(dá)為俄羅斯當(dāng)前最先進(jìn)的反導(dǎo)預(yù)警雷達(dá)， 2006年開始部署， 探測距離最遠(yuǎn)可達(dá)6 000 km［8］， 足以發(fā)現(xiàn)地球曲率視距內(nèi)的高超聲速目標(biāo)。 此外， 俄羅斯還計劃部署“集裝箱”天波超視距雷達(dá)， 該雷達(dá)可利用地球大氣電離層對部分頻段雷達(dá)波的反射效應(yīng)， 探測地平線以外的目標(biāo)， 對高超聲速導(dǎo)彈有較好的發(fā)現(xiàn)能力。 天基預(yù)警方面， 俄羅斯正在開發(fā) “穹頂”項目， 截至2022年底， 已發(fā)射了6顆“苔原”導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星， 計劃在2024年前完成全部10顆衛(wèi)星發(fā)射。 “苔原”衛(wèi)星裝備了紅外和光學(xué)探測器， 可監(jiān)視彈道導(dǎo)彈發(fā)射活動， 理論上也可探測到處于助推階段的高超聲速武器。 2021年2月， 俄羅斯無線電專家稱已通過實驗驗證了預(yù)警雷達(dá)對高超聲速目標(biāo)的探測能力。

打擊方面， 俄羅斯現(xiàn)已形成由 “鎧甲-SM”、 “山毛櫸”、 S-300、 S-400、 S-500防空反導(dǎo)系統(tǒng)形成的多層防空反導(dǎo)體系［9］。 其中S-500系統(tǒng)配備了多種雷達(dá)和攔截彈， 可用于反導(dǎo)和反低軌衛(wèi)星， 該系統(tǒng)于2002年開始研制， 2021年10月首批交付部隊， 隨后在當(dāng)年12月測試了其對高超聲速武器的攔截能力［10］。

1.3 日本在高超聲速防御領(lǐng)域積極尋求與美合作

日本正在計劃開發(fā)天基和空基高超聲速探測能力。 天基方面， 日本在2020年6月發(fā)布的《宇宙基本計劃》中提出， 將與美國合作開展小型衛(wèi)星星座研究， 探索其在空間預(yù)警方面的應(yīng)用 ［11］， 兩年后， 日本再次提到該計劃， 據(jù)日媒2022年11月報道， 日本防衛(wèi)省計劃部署由50顆低軌衛(wèi)星組成的星座， 用于對高超聲速導(dǎo)彈進(jìn)行跟蹤探測。 空基方面， 日本計劃給無人機(jī)配備紅外傳感器以探測高超聲速導(dǎo)彈， 截至2022年11月， 日本航空自衛(wèi)隊已經(jīng)訂購了3架美國 “全球鷹”Block 30型高空偵察無人機(jī)［12］。

開發(fā)新型攔截彈也被提上日程。 日本當(dāng)前擁有從美國購買的“標(biāo)準(zhǔn)3”和“愛國者3”等反導(dǎo)系統(tǒng)［13］， 具備一定的高超聲速目標(biāo)攔截能力。 2023年8月， 日本宣布和美國聯(lián)合開發(fā)“滑翔段攔截器”［14］。

1.4 其他國家的高超聲速防御方案

歐洲國家在高超聲速防御領(lǐng)域采取聯(lián)合發(fā)展的思路， 下述項目都由歐洲防務(wù)基金支持、 歐洲多國參與。 法國主導(dǎo)了“天基戰(zhàn)區(qū)監(jiān)視及時預(yù)警攔截（TWISTER）”計劃， 旨在開發(fā)一款多用途反導(dǎo)系統(tǒng)， 能夠探測、 跟蹤中程機(jī)動彈道導(dǎo)彈和高超聲速飛行器。 在該計劃的牽引下， 2022年歐洲先后公布了兩個攔截器項目， HYDIS2和HYDEF。 HYDIS2由歐洲導(dǎo)彈集團(tuán)（MBDA）領(lǐng)導(dǎo)， 發(fā)布了名為“天鷹座（Aquila）”的多級攔截器概念， 目前已提出三型方案， 一型裝備吸氣式?jīng)_壓發(fā)動機(jī)， 兩型裝備常規(guī)火箭動力， 計劃在2030年形成第一批原型彈。 HYDEF由西班牙塞納航空航天公司領(lǐng)導(dǎo)， 計劃在2035年前開發(fā)大氣層內(nèi)高超聲速攔截器。 此外， 德國主導(dǎo)了一個名為“奧丁之眼（Odin’s Eye）”的天基預(yù)警項目， 支持對彈道導(dǎo)彈和高超聲速目標(biāo)的早期預(yù)警， 該項目已經(jīng)完成了為期24個月的一期研究， 2023年7月又獲得歐盟9 000萬歐元經(jīng)費， 以進(jìn)行為期3年的二期開發(fā)。

以色列國防公司拉斐爾2023年6月公布了一款名為“天空聲速（Sky sonic）”的高超聲速攔截彈， 該攔截彈為兩級架構(gòu)， 二級為一個動力子彈形狀的殺傷彈頭， 可同時用于高超聲速滑翔導(dǎo)彈和吸氣式巡航導(dǎo)彈的攔截。

1.5 國外現(xiàn)狀分析

從當(dāng)前的世界形勢來看， 美國作為軍事力量優(yōu)勢國， 主要面臨的高超聲速威脅是戰(zhàn)時對其航母、 軍艦的打擊， 限于高超聲速武器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀， 其本土受到的威脅較小， 因此美國的高超聲速攔截彈技術(shù)發(fā)展首先著眼于海上。 基于其反導(dǎo)技術(shù)基礎(chǔ)， 美國當(dāng)前已具備一定的高超聲速末端防御能力， 未來預(yù)計將首先完成天基預(yù)警系統(tǒng)和指揮控制系統(tǒng)的升級開發(fā)， 于2029年完成攔截打擊裝備部署， 形成較為完備的高超聲速防御裝備體系， 同時進(jìn)一步提升美國對其他類型導(dǎo)彈、 飛行器的防御能力。 日本、 韓國等與美國交好的國家可能以聯(lián)合開發(fā)或裝備購買的方式受益于美國在高超聲速防御領(lǐng)域的發(fā)展。 俄羅斯作為當(dāng)前高超聲速武器技術(shù)最成熟的國家， 在高超聲速攔截彈的開發(fā)和驗證方面具備較大優(yōu)勢。

2 高超聲速防御關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 高空大功率探測平臺技術(shù)

大功率地基雷達(dá)對高超聲速飛行器的探測距離受地球曲率限制較大。 地球曲率影響下的雷達(dá)視距計算式為

L≈4.12×（H1+H2） （1）

式中： L為雷達(dá)視距（km）； H1為雷達(dá)陣面高度（m）； H2為目標(biāo)高度（m）。 取H1=10 m， H2在0到100 km內(nèi)變化， 可得地基雷達(dá)視距與目標(biāo)高度的關(guān)系如圖1所示， 當(dāng)高超聲速目標(biāo)飛行高度為25 km時， 雷達(dá)視距為664 km。

如預(yù)警機(jī)等空基雷達(dá)平臺目前受功率和天線尺寸限制， 探測距離較近， 在百公里量級。

為進(jìn)一步提升雷達(dá)對高超聲速目標(biāo)的探測距離， 可考慮將大功率雷達(dá)搬到高空， 較具前景的有高空球載雷達(dá)方案。 美國的超長時氣球工程已做到將載荷2 268 kg的氣球在33.5 km高空懸浮46天［15］。 當(dāng)前球載雷達(dá)需解決長時大功率工作問題， 可考慮發(fā)展針對高空氣球的空中加油技術(shù)或遠(yuǎn)距激光輸電技術(shù)， 前者目前少有研究， 后者正蓬勃發(fā)展， 激光輸電技術(shù)目前主要應(yīng)用于小型無人機(jī)等近距小功率設(shè)備， 技術(shù)成熟度有待提升［16］。

2.2 等離子效應(yīng)影響下的探測技術(shù)

速度超過馬赫數(shù)10的大氣層內(nèi)飛行器會形成表面等離子體鞘套和較長的等離子體尾流， 該效應(yīng)對雷達(dá)探測的影響有兩面性： 一方面等離子體尾流對于3～30 MHz頻段的電磁波散射較強(qiáng)， 其RCS甚至強(qiáng)于飛行器本體， 采用工作于該頻段的天波超視距雷達(dá)可增大對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離［17］； 另一方面， 該尾流將導(dǎo)致雷達(dá)對目標(biāo)本體的定位精度降低， 這對于使用雷達(dá)導(dǎo)引頭的攔截彈而言是致命的， 為避免此問題， 可采用多模復(fù)合探測技術(shù)， 如雷達(dá)/紅外復(fù)合探測。 此外， 等離子體鞘套對電磁波的反射、 折射和吸收會使電磁波產(chǎn)生幅度調(diào)制和相位時變， 造成逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）距離像散焦問題， 文獻(xiàn)［18］采用基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方法實現(xiàn)等離子體速度估計， 并據(jù)此構(gòu)建相位補(bǔ)償因子， 提高了ISAR成像質(zhì)量。

2.3 高機(jī)動目標(biāo)跟蹤探測技術(shù)

高超聲速目標(biāo)的高機(jī)動性降低了雷達(dá)對其的跟蹤能力。 一方面， 高速和高機(jī)動性將帶來“跨波束”、 “跨距離單元”、 “跨多普勒單元”的問題； 另一方面， 在無法預(yù)測目標(biāo)軌跡的情況下， 較大的橫向機(jī)動范圍使得雷達(dá)搜索方位角較大， 搜索周期長， 目標(biāo)位置更新間隔久。 解決上述問題的關(guān)鍵是找到高效的高超聲速機(jī)動目標(biāo)跟蹤探測方法， 相關(guān)研究包括多模型交互式目標(biāo)跟蹤算法［19］， 基于Keystone變換方法的凝視相參積累技術(shù)［20］， 基于狀態(tài)濾波、 知識輔助和非線性回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的軌跡預(yù)測技術(shù)等［21］。 在減少目標(biāo)位置更新時間方面， 可采用多雷達(dá)協(xié)同搜索和陸、 空、 天多域聯(lián)合感知技術(shù)［22-23］。

2.4 紅外衛(wèi)星抗干擾技術(shù)

高超聲速目標(biāo)表面溫度較高， 易被紅外探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。 研究表明， 高軌衛(wèi)星可以探測到處于助推階段和飛行末期的高超聲速目標(biāo)［24］， 高度低于2 000 km的低軌紅外衛(wèi)星可探測到高超聲速目標(biāo)所有飛行階段［25-26］。 地基和空基紅外探測系統(tǒng)由于大氣透過率低、 地平線遮擋等原因， 探測距離稍弱［27］， 且難以全球部署。 因此裝備紅外傳感器的低軌衛(wèi)星是當(dāng)下較為理想的高超聲速預(yù)警探測平臺。 但由于衛(wèi)星是從太空向地面探測， 存在著較嚴(yán)重的環(huán)境雜波和可能的人為干擾， 需開展紅外抗干擾和虛警抑制技術(shù)研究， 相關(guān)在研技術(shù)有紅外成像噪聲抑制與圖像背景抑制技術(shù)， 多維度、 高分辨率探測技術(shù)， 基于人工智能的目標(biāo)識別技術(shù)等［28-29］。

2.5 高超聲速彈頭降溫技術(shù)

由于高超聲速目標(biāo)紅外特性明顯， 使用紅外導(dǎo)引頭可增大攔截彈的截獲距離， 還能避免目標(biāo)表面等離子體效應(yīng)的干擾。 但在高空高速飛行的攔截彈上， 需克服彈頭高溫對紅外導(dǎo)引系統(tǒng)的影響。 相關(guān)在研降溫技術(shù)有能量點源沉積、 邊界層控制、 表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計、 逆向等離子體噴流等［30-31］。 能量點源沉積法利用激光、 微波等在飛行器前方區(qū)域注入能量， 改變飛行器頭部流場結(jié)構(gòu)， 降低波阻從而降低熱流， 目前該技術(shù)待解決的問題較多， 離實用尚有距離； 邊界層控制技術(shù)即在飛行器表面貼附電極， 產(chǎn)生強(qiáng)度變化的等離子體層， 控制邊界層湍流渦系， 從而降低摩擦生熱， 應(yīng)用該技術(shù)需考慮電極片對紅外導(dǎo)引頭頭罩透光率、 均勻性的影響； 表面微結(jié)構(gòu)技術(shù)源于對鯊魚皮減阻機(jī)理的研究， 即在飛行器上設(shè)計一定形狀的微型凹凸結(jié)構(gòu)， 穩(wěn)定邊界層以達(dá)到減阻降溫效果， 相關(guān)研究表明其降溫能力較弱， 降溫率僅在百分之十以內(nèi)［30］； 逆向噴流技術(shù)利用特定裝置向來流方向噴射等離子體， 以將激波推離飛行器表面， 相關(guān)仿真研究表明， 采用七角星形噴流孔可獲得較好減阻降溫效果， 最大熱流相比于無噴流方案降低60.6%［32］。

2.6 多攔截彈協(xié)同控制技術(shù)

由于高超聲速導(dǎo)彈具備高速、 高機(jī)動性， 處于初步發(fā)展階段的攔截系統(tǒng)可能有較高的單次失敗率， 需考慮多彈協(xié)同攔截技術(shù)。 多彈協(xié)同形式從時間上可分為分時協(xié)同和同時協(xié)同， 分時協(xié)同令多彈在較短的時間間隔內(nèi)先后對目標(biāo)實施攔截， 主要關(guān)注前后彈間信息傳遞和協(xié)同濾波模型的建立［33］。 同時協(xié)同令多彈同時到達(dá)目標(biāo)， 關(guān)注多彈攻擊的時間和空間約束［34］： 時間約束即讓多彈在飛行過程中保持相同的剩余時間， 相應(yīng)制導(dǎo)律有開、 閉環(huán)控制兩種， 區(qū)別為開環(huán)控制完全依靠發(fā)射前設(shè)定的算法運(yùn)行， 而閉環(huán)控制需要引入彈間信息鏈， 發(fā)射后根據(jù)他彈傳遞來的剩余時間等信息進(jìn)行相應(yīng)控制調(diào)整； 空間約束主要指角度約束， 即讓多彈分別以特定角度飛向目標(biāo)以降低其逃逸概率［35］， 另外還有學(xué)者探討了多彈散布覆蓋目標(biāo)可達(dá)區(qū)的空間協(xié)同策略［36］。 文獻(xiàn)［37］提出了基于分割逼近的多彈同時協(xié)同區(qū)域覆蓋優(yōu)化算法和基于差商逼近的多彈分時協(xié)同時空覆蓋優(yōu)化算法， 可用于計算攔截所需導(dǎo)彈數(shù)量及各彈間的時間/空間間隔， 實現(xiàn)在目標(biāo)位置信息誤差較大條件下的高成功率攔截。 在高超聲速攔截控制律方面， 當(dāng)前研究多采用積分滑?？刂?、 最優(yōu)控制理論和改進(jìn)的比例導(dǎo)引法［38-39］。

2.7 高效毀傷戰(zhàn)斗部技術(shù)

為保證毀傷效果和降低戰(zhàn)斗部重量， 常規(guī)反導(dǎo)導(dǎo)彈多采用動能碰撞式戰(zhàn)斗部， 附加系留式或單、 多環(huán)等殺傷增強(qiáng)裝置來增大毀傷范圍， 當(dāng)前美國的動能攔截技術(shù)最為先進(jìn)， 其擁有多型裝備動能戰(zhàn)斗部的反導(dǎo)導(dǎo)彈［40-41］。 動能攔截技術(shù)的應(yīng)用需要攔截彈具備足夠高的制導(dǎo)精度， 而由于高超聲速目標(biāo)具備強(qiáng)機(jī)動性， 攔截彈的脫靶量和引信工作時機(jī)誤差可能遠(yuǎn)大于常規(guī)反導(dǎo)場景。 為解決此問題， 可考慮進(jìn)一步增大戰(zhàn)斗部毀傷范圍， 相關(guān)學(xué)者提出了定向增強(qiáng)爆破、 活性破片和分散陣列爆炸技術(shù)［42-43］。 美國戰(zhàn)略與國際研究中心發(fā)布的報告《復(fù)雜的防空： 反制高音速導(dǎo)彈威脅》中還提出了粉塵彈、 微波彈和模塊化彈頭等形式的反高超戰(zhàn)斗部。

2.8 側(cè)向直接力發(fā)動機(jī)技術(shù)

高超聲速攔截彈的動力系統(tǒng)設(shè)計需要保證其具備足夠的速度、 過載以及姿態(tài)控制能力， 多級發(fā)動機(jī)是一種較好的解決方案， 其既可以保證充足的助推段動力， 又可減輕末段重量以提高過載［44］。 由于交戰(zhàn)域位于空氣稀薄的臨近空間， 空氣動力較小， 往往需裝備側(cè)向直接力發(fā)動機(jī)來增強(qiáng)攔截彈末段的姿軌控制能力［45］， 美國的一些反導(dǎo)導(dǎo)彈， 如“標(biāo)準(zhǔn)3”、 “薩德”等都采用了該技術(shù)。 側(cè)向直接力發(fā)動機(jī)按燃料種類可分為固體和液體型， 其中固體型由于具備能量體積比高、 安全可靠、 儲存維護(hù)簡單等優(yōu)點， 被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈上。 相比于常規(guī)固體火箭發(fā)動機(jī)， 側(cè)向直接力發(fā)動機(jī)需要多次啟停， 控制機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜， 相關(guān)控制閥門也需具備較強(qiáng)的耐高溫能力［46］。 目前該種發(fā)動機(jī)的小型化、 高可靠性技術(shù)需要進(jìn)一步研究。

3 高超聲速防御技術(shù)發(fā)展展望

3.1 遠(yuǎn)距探測平臺與攔截彈技術(shù)

發(fā)展面向高超聲速導(dǎo)彈的遠(yuǎn)距攔截能力是實現(xiàn)大范圍國土防御和提高防御系統(tǒng)可靠性的重要途徑， 其重點在于新型探測系統(tǒng)和攔截彈的開發(fā)。 裝備紅外和雷達(dá)傳感器的低軌衛(wèi)星組網(wǎng)可解決對高超聲速目標(biāo)的早期預(yù)警和跟蹤探測問題， 高空氣球雷達(dá)平臺也可以克服地球曲率帶來的探測距離限制， 這兩類探測平臺未來可能迎來快速發(fā)展。 攔截彈方面， 需進(jìn)一步提高現(xiàn)有裝備的射程和速度， 由于遠(yuǎn)程攔截彈和高超聲速武器有很多可共用的關(guān)鍵技術(shù)， 如動力、 防熱、 導(dǎo)引、 控制等， 美國、 俄羅斯等國都具有足夠的技術(shù)實力進(jìn)行該類裝備開發(fā)。

3.2 裝備低成本化

成本對于高超聲速防御甚至整個國家的作戰(zhàn)能力都至關(guān)重要。 隨著高科技裝備的發(fā)展， 現(xiàn)代戰(zhàn)爭成本越來越高， 長久的戰(zhàn)爭很容易拖垮一國經(jīng)濟(jì)。 降低高超聲速目標(biāo)防御的探測、 指控、 打擊等各環(huán)節(jié)的成本， 才能采取更多增大攔截成功率的措施， 如布置更多的探測器、 采用多彈協(xié)同攔截戰(zhàn)術(shù)等。 裝備低成本化主要從以下幾個角度考慮， 一是裝備可回收技術(shù)， 如運(yùn)載火箭、 多級導(dǎo)彈助推器的回收， 降低裝備使用成本； 二是數(shù)字工程技術(shù)， 降低裝備從設(shè)計論證到列裝、 退役全生命周期的成本； 三是先進(jìn)制造技術(shù)， 如低成本、 高質(zhì)量增材制造， 降低裝備生產(chǎn)的時間和人力成本； 四是新型材料/設(shè)計技術(shù)， 降低現(xiàn)代化裝備中高價電子器件的成本。

3.3 體系作戰(zhàn)技術(shù)

在戰(zhàn)場復(fù)雜度越來越高的今天， 體系作戰(zhàn)思想變得非常重要。 美國空軍在2015年發(fā)布的報告《空軍未來作戰(zhàn)概念》中已提出了在使用高超武器的同時， 利用大規(guī)模無人機(jī)誘餌來飽和對手防御系統(tǒng)的設(shè)想。 因此， 未來的高超聲速武器大概率不會被單獨應(yīng)用， 相關(guān)防御技術(shù)研究也需要更多的從全局出發(fā)， 考慮到對手的各類協(xié)同攻擊手段， 這需要持續(xù)開展外軍裝備情報調(diào)研、 高超聲速目標(biāo)突防策略探索、 復(fù)雜戰(zhàn)場下的體系效能評估技術(shù)研究、 先進(jìn)精細(xì)化作戰(zhàn)仿真推演技術(shù)研究等工作。

4 結(jié) 束 語

雖然高超聲速武器具有獨特優(yōu)勢， 但防御并非不可實現(xiàn)。 從美國國防預(yù)算可以看出， 當(dāng)前其最大防御重心仍在彈道導(dǎo)彈上， 一方面因為高超聲速導(dǎo)彈技術(shù)成熟度稍弱， 尚未對其本土構(gòu)成嚴(yán)重的“當(dāng)下威脅”， 另一方面高超聲速武器大多不被作為洲際戰(zhàn)略武器使用。 盡管如此， 高超聲速防御仍然值得重視， 其是未來戰(zhàn)爭中極為重要的一環(huán)， 開發(fā)高超聲速防御系統(tǒng)也是對現(xiàn)有導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的升級。

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Analysis of the Development and Key Technologies of

Hypersonic Defense Capability in Foreign Countries

Wang Enliang1， 2， Yuan Cheng1， 2*， Zhao Yujie1， 2， Gao Shuliang1， 2

（1. Chinese Aeronautical Establishment， Beijing 100029， China；

2. China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China）

Abstract： With the rapid development and application in practical battlefields of hypersonic weapons， the demand for hypersonic defense technologies has become increasingly urgent in various countries. Due to the different target characteristics of hypersonic weapons from traditional missiles， existing missile defense systems are difficult to achieve good interception effects， and related equipment and technologies need to be redeveloped. In order to sort out the future demand directions of hypersonic defense technologies， this paper summarized the current status of hypersonic defense capabilities in countries such as the United States， Russia， and Japan from the aspects of early warning detection， interception and strike and so on， and analyzed relevant key technologies. It is proposed that future hypersonic defense should focus on increasing interception distance， reducing combat costs， and dealing with system attack.

Key words： hypersonic； defense； anti near space； interception； detection