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【军事文摘】美国导弹防御拦截系统的发展趋势分析


  拦截系统是美国全球一体化多层导弹防御系统的重要组成部分,也是导弹防御作战的最终执行者。未来美国将不断改进现役动能拦截系统,同时大力推进定向能拦截系统形成作战能力。在此基础上,美国不断创新一体化发展与运用手段,使所有拦截系统形成一个一体化、分布式的网络。该网络能够实现对各种具有隶属或非隶属关系的发射装置的控制,通过交战序列组合方法,实现对远、中、近程弹道导弹、乃至洲际弹道导弹的有效拦截。

  持续改进中段拦截系统

 提升陆基系统的识别能力、拦截能力和可靠性,扩大部署规模

2015年2月2日,美国导弹防御局(MDA)表示,计划在波音公司、洛克希德·马丁公司和雷声公司提交的3个概念的基础上,为陆基中段防御(GMD)系统的拦截弹(GBI)设计新型外大气层杀伤器(EKV),并为之申请了2.79亿美元的2016财年预算。预算文件称,MDA预计将在2016年进行一次非拦截的GMD飞行试验,以评估新型EKV的推进器和目标识别技术。同时,MDA也计划研究如何提高现役GMD系统的可靠性。2015年5月下旬,美国政府问责局(GAO)的最新报告指出,由于其基本设计十多年未做重大改进,现役GMD系统存在两个严重的技术缺陷,一是GBI拦截弹所搭载EKV的电子线路中的线束焊接材料存在问题,这种焊接材料易受地下发射井潮湿环境和霉变的腐蚀。腐蚀会带来严重后果,如影响EKV制导系统传输数据的性能;二是EKV的“轨控推进器”存在性能缺陷,但因保密原因,美国未公布具体细节。

  在改进性能的同时,美国将增加GMD系统的部署地点。2014年1月31日,美国国防部的一份声明表示,已经确定了第三个GBI拦截弹的候选部署地点,这四个候选部署地点为俄亥俄州的拉文纳营、密歇根州的卡斯特堡、纽约州的德拉姆堡以及缅因州的朴茨茅斯特种兵训练场。根据2014年3月6日美导弹防御局发布的2015财年预算,到2015年底,美国计划部署8枚GBI,其余6枚将在2017年之前完成部署,使GBI的部署数量达到47枚。


  推进海基和陆基系统的升级换代和全球部署

  根据美国海军于2015财年提出的“30年造舰计划”,未来30年,美国海军“宙斯盾”巡洋舰和驱逐舰的总数量将保持在80~90艘之间。除此之外,同时美军海基中段拦截系统将积极推进以下发展工作:

列装“标准-3”Block 1B和开发“标准-3”Block 2A拦截弹

  2013年6月,美国开始列装与日本联合开发的“标准-3”Block 1B拦截弹,截止至2015年7月,该弹尚未形成作战能力,美军和日军(包括美军驻欧洲部队)已装备的数量超过200枚。2014年2月,按照美国导弹防御系统“欧洲分阶段自适应途径”(EPAA)第二阶段计划,美国海军开始在西班牙罗塔海军基地部署第一艘“宙斯盾”驱逐舰“唐纳德·库克”号(计划在2015年前共部署4艘),该舰携载了“标准-3”Block 1B拦截弹。2015年2月24日,美国成功进行了该弹的一次模拟拦截试验。到2016年前,美军将完成该弹的采购与部署工作,该弹与“标准-3”Block 1A的总采购数量将达到249枚,其中小部分用于试验和研究。2015年3月11日,美国雷声公司表示,对“标准-3”Block 1B导弹进行了软件升级,使该弹可跟踪拦截更复杂、更致命的目标。

  同时,美日将继续推进“标准-3”Block 2A拦截弹的联合开发工作。主要内容包括采用复合材料的蚌式头锥、作用距离更远的双色红外导引头、先进的动能战斗部以及直径均为0.534米的第二级和第三级火箭发动机。该弹的开发成本约为21亿美元,其中日本负担约10亿美元。MDA计划于2015年开始进行首次飞行试验,2018左右装备美国和日本海军。2012年3月,雷声公司完成“标准-3”Block 2A导弹TDACS系统初始设计审查(PDR)。“标准-3”Block 2A完成部署后,其飞行速度将达到5~5.5千米/秒左右,具备拦截洲际弹道导弹的能力,还具备目标识别能力和机动能力。2015年6月7日,美日两国宣布其共同开发的海基“标准-3”Block 2A拦截弹在加利福尼亚州穆古角(Point Mugu)的首次试射获得成功。

  部署陆基“宙斯盾”系统

  根据EPAA第二阶段计划,美国将在2015年完成在罗马尼亚部署1部雷达系统和24枚陆基“标准-3”Block 1B拦截弹的工作。2014年3月,美国开始在罗马尼亚部署陆基“宙斯盾”系统。2014年5月21日,MDA和海军联合进行了陆基“宙斯盾”系统的首次非拦截飞行试验,成功试射了一枚“标准-3”Block 1B拦截弹。2015年6月上旬,MDA表示,将于2015年完成在罗马尼亚的地面系统部署。未来陆基“宙斯盾”系统将具备发射“标准-3” Block 1A、1B、2A导弹的能力。根据EPAA第三阶段计划,美国将于2018—2020年间在波兰部署陆基“标准-3”Block 1B和2A拦截弹。

  开发“通用杀伤器”和双色焦平阵列技术,提高识别和杀伤效果

  2013年,美国启动“通用杀伤器”(CKV)技术研究,可用于GBI和“标准-3”拦截弹,预计2020年前完成研制。该研究旨在降低GBI和“标准-3”拦截弹项目的风险和成本,重点开展推进系统和导引头等多种技术的研制和试验。其中导引头技术将集中攻克长期困扰美国的弹头与诱饵识别问题。该杀伤器可能重新采用2009年暂停研制的多杀伤器技术。MDA在今后5年为CKV技术申请了3.5亿美元经费。2014年6月中旬,MDA宣布向BAE系统公司授予940万美元的合同,设计和制造具有高分辨率、高帧速率和先进数字处理能力的、512×512像素双色高速数字焦平面阵列,以提高拦截弹探测、跟踪并摧毁来袭弹道导弹弹头的能力。BAE系统公司将向MDA提供5个基线开发运行数字焦平面阵列,3个基线工艺验证运行数字焦平面阵列。研发工作将于2017年1月完成。


  发展改进末段拦截系统

 推动“爱国者”PAC-3系统的持续改进和升级换代

  列装“爱国者”PAC-3 MSE拦截弹,提高其综合性能

  2014年3月28日,美国陆军授予洛克希德·马丁公司一份价值8.74亿美元的修订合同,用于生产首批90枚PAC-3 MSE导弹等装备。美国陆军计划将现有15个营的PAC-3系统逐步换装为该弹,并最终融入研制中的“中程增程防空系统”(MEADS)中。PAC-3 MSE拦截弹将主要改进发动机,射高和射程分别提高100%和50%,还采用新的气动设计和制导系统,机动性和敌我识别能力得到增强。2015年3月下旬,韩国授予雷声公司一份价值7.694亿美元的合同,用于升级韩国现役“爱国者”PAC-2防空反导系统,使其能支持PAC-3 MSE拦截弹。

  研制海基型“爱国者”PAC-3 MSE导弹,提高海上末段拦截能力

  目前,海基型PAC-3导弹已验证海上拦截能力,未来可能与“标准-2”Block 4导弹、“标准-6”导弹搭配使用,但需要解决导弹与舰载垂直发射系统的软硬件集成问题。

  采购“中程增程防空系统”(MEADS),实现升级换代

  MEADS系统是由美国、德国和意大利于1995年开始联合研制的一种高机动、中低空、全方位、大范围的防空反导系统,美国陆军先后于2013年10月和11月完成相关拦截试验。拦截弹采用PAC-3 MSE导弹,最大射程70千米,拦截高度10~25千米。美国可能在2015年左右列装一个MEADS导弹连。2015年2月24日,洛克希德·马丁公司表示将寻求出口MEADS系统。

  开发PAAC-4第四代“爱国者”系统,增强推力、机动性和经济可承受性

目前,以色列和美国正研究将“大卫投石索”导弹防御系统的“击昏者”拦截弹系统集成到“爱国者先进可承受能力-4”(PAAC-4)系统中。PAAC-4采用两级发动机和多模导引头,飞行速度达马赫数6,拦截高度40千米,其成本仅为PAC-3导弹(200万美元)的20%。

  聚焦高超声速目标开发增程型THAAD系统

  为了对付所谓的新型高超声速武器威胁,2013年下半年,美国开始开发增程型“末段高空区域防御系统”(THAAD);2015年1月7日,美国陆军正式授予洛克希德·马丁公司价值7800万美元的合同,为其升级“陆军战术导弹系统”(ATACMS)和开发增程型THAAD系统。该公司表示,正在研制一种软件,可以将从空间和地面收集的传感器数据(不论是红外数据还是无线电频率)融合,从而创造出一种专门应对高超声速武器威胁的更高精度的传感器。2015年6月,美国会众议院批准通过2016财年国防授权法案,要求国防部开展涉及高超声速武器系统的先进技术作战演习,并拨款2.91亿美元用于增程型THAAD系统。

  另外,为了优化资源配置,提高THAAD系统在其全球一体化导弹防御系统中的地位与作用,美国将不断扩大THAAD系统的部署规模与范围,这既包括在亚太和欧洲地区部署该系统的AN/TPY-2机动雷达,也包括部署其拦截系统。2015年4月中旬,美太平洋司令部司令塞缪尔·洛克利尔称,美国正在商讨向朝鲜半岛部署THAAD系统,以对抗朝鲜的核武与导弹威胁。

  瞄准网络化防空反导能力列装和改进“标准-6”系统

  “标准-6”拦截弹由雷声公司研制,于2013年12月首次列装,截至2015年5月,美海军已列装180多枚“标准-6”Block1拦截弹。2015年5月6日,雷声公司表示,“标准-6”导弹从低速率生产阶段进入全速率生产(批量生产)阶段。2015年6月10日,美海军和雷声公司首次使用“海军一体化防空火控”(NIFC-CA)系统和“标准-6”导弹成功拦截一个超视距的中程超声速目标,这表明该弹初步具备了网络化的、“基于远程传感器信息交战”(EoR)能力。

  目前,“标准-6”Block 1导弹主要用于拦截飞机和巡航导弹,2015年以后美海军将部署具备BMD能力的“标准-6”Block 2导弹,预计可用于对射程1000千米左右的弹道导弹进行末段防御。“标准-6”弹长6.58米,弹径0.343米,翼展1.08米,发射质量1080千克,最大作战距离370千米,射程320千米,射高33千米,飞行速度为马赫数3;制导体制为惯性+中段指令修正+末段主动雷达/半主动雷达寻的。“标准-6”拦截弹纳入“协同作战能力”(CEC)系统,可实现超视距拦截;同时采用先进自检测软件,降低全寿命周期成本。雷声公司表示,“标准-6”导弹是现役射程最远的一体化防空反导拦截弹。


  发展定向能拦截系统

美国正在发展的定向能拦截系统包括激光拦截系统和电磁轨道炮拦截系统两大类。作为新概念武器,这两种定向能拦截系统将成为美国导弹防御拦截系统的重要组成部分,并对未来防御和进攻性作战产生深远影响。

 激光拦截系统将逐步走向实战化

未来美军发展的激光拦截系统主要有固态激光武器(包括光纤激光器和盘形激光器)、自由电子激光武器、液态激光武器和混合激光器。其中固态激光武器进展最快,接近实战化水平。这些激光器可由海、陆、空多种平台携载,也可由舰载无人机携载。无人机将避免使用腐蚀性强的化学激光器,同时由于无人机的飞行高度将达到18000米,可减小大气扰动对激光武器的影响。

光纤激光器

  目前主要实施“激光武器系统”(LaWS)、“固态激光器技术成熟度”等项目。其中,美海军于2007年开始实施LaWS项目。该系统使用“光束耦合光纤激光器”,具有体积小、结构简单、高可靠性的突出优点。2010 年5 月,美国首次使用舰载LaWS系统击中了4 架飞行中的无人机。2014年9—11月,美海军将装备有30千瓦LaWs系统的“庞塞”号两栖运输舰部署在波斯湾海域,完成了击落无人机、摧毁集群攻击艇及其他小型目标的演示验证任务。30千瓦激光器是目前功率最高的激光器,标志着美国武器级激光系统的发展取得里程碑式的进展,未来可广泛用于陆、海、空军事平台。2015年2月,波音公司宣布与美海军签订价值2950万美元的合同,设计未来舰载高精度激光武器系统所使用的“高能光束控制子系统”(HP BCSS)。该子系统项目是美海军在2012年启动的“固态激光器技术成熟度”项目的组成部分。2014年9月上旬,美陆军和波音公司联合研制的10千瓦“高能激光机动演示验证机”(HEL MD)成功命中多种空中目标,验证了该激光系统在海上环境下的作战能力和有效性。2015年3月,洛克希德·马丁公司着手为美陆军开发60千瓦的车载光纤激光器模块,用于击落敌军的无人机、火箭弹、火炮和迫击炮。该激光器模块还将用于HEL MD项目。未来美海军需要逐步攻克光束质量和控制、热管理、能源管理、潮湿的海上环境对光束传输的干扰等关键技术问题,并计划在2016年将固态激光武器的能量水平从目前的30千瓦提高到150千瓦,还将在水面战舰上安装并试验拦截距离可达18千米的实战型激光系统,在2020年左右形成初始作战能力。同时,美陆军也计划将60千瓦级激光器升级为100千瓦级激光器,并升级其热管理子系统和电源子系统,以增强激光器的有效射程、减少激光命中目标的时间。

  盘形激光器

  主要有“海上激光演示验证”(MLD)等项目。2008年,美国海军开始实施MLD项目,目的是验证舰载激光武器防御小艇攻击的能力。2011年4月6日,美国海军成功进行了MLD项目的最终技术演示验证。MLD系统采用了诺斯罗普·格鲁曼公司在美国国防部“联合高能固态激光器”(JHPSSL)项目下研制的固态激光器及其为“战术高能激光器”(THEL)研制的精确跟踪系统,技术较成熟。诺·格公司称,此次试验结果表明,“实战型激光武器系统所需所有关键技术已足够成熟,可启动正式的武器系统研制项目。固态激光武器已做好上舰准备”。未来改进型MLD舰载激光器功率可达100千瓦,因此能够应对更多类型的威胁。另外,MLD采用了模块化体系结构,更容易进行子系统升级。2014年8月,美海军授予雷声公司1份25千瓦盘形战术激光武器开发合同,该战术激光武器将安装在未来“联合轻型战术车辆”(JLTV)上,以保护美海军陆战队免受无人机、巡航导弹以及其它不易被雷达探测的武器的袭击。

  自由电子激光器(FEL)

  20世纪80 年代,美国海军开始进行FEL的基础研究。进入21世纪以来,由于DDG-1000驱逐舰率先采用的“集成能量系统”(IPS)预示着全电动力架构将拥有光明的前景,高能传感器和武器可以充分利用舰船的装机功率,美国海军进一步加强了对FEL的研究。2009年4月,美国海军研究署分别授予波音公司和雷声公司一份价值692万美元、为期12个月的设计合同,用于支持100千瓦FEL装置的初步设计,并对可用于后续兆瓦级舰载FEL武器系统的技术进行演示。由于“该项目的风险太大”,2011年6月,美国参议院武装部队委员会决定取消美国海军FEL项目的2012财年预算申请。不过,目前相关研究工作仍在继续。美国海军计划于2015年左右进行样机试验,2018年初进行海上环境测试,2020年实现FEL的完全武器化。

  液态激光器

  主要项目为“高能液态激光区域防御系统”(HELLADS)项目,这是一项长期技术开发计划,旨在发展紧凑型150千瓦激光武器系统,并将利用多种技术,解决高功率密度、转换效率、高效热管理等方面的关键技术问题。美国国防高级研究计划局(DARPA)于2002财年启动由通用原子公司负责的HELLADS项目第一阶段研究。2011年6月21日,DARPA授予该公司HELLADS项目第四阶段合同,以研制一套完整的“激光武器演示系统”(DLWS)。2014年4月上旬,通用原子公司计划在“复仇者”无人机上集成HELLADS,用于摧毁“软性”及“半硬性”目标,如天线或“软性”地面车辆,以及来袭导弹。“复仇者”无人机除装备美空军外,也将用于海上任务,其海军型号被称为“海上复仇者”,是海军“舰载空中无人监视与打击系统”(UCLASS)项目的备选机型。通过无人机载激光武器,美海军将实现拦截助推段弹道导弹。2015年5月,作为HELLADS项目第4阶段的组成部分,DARPA与通用原子航空系统公司开发出基于化学激光技术和固体激光技术的150千瓦激光武器。

 电磁轨道炮拦截系统将首先实现海基作战能力

  电磁轨道炮的技术特点及功用

  美军电磁轨道炮拦截系统的发展始于2005年。当时美海军授权BAE系统公司开始实施海基电磁轨道炮项目。电磁轨道炮通过能量脉冲而不是爆炸材料发射弹药,被设想用于对抗大量目标,包括巡航导弹、弹道导弹、战舰等。电磁轨道炮的射程可超过160千米。弹药的飞行速度可达马赫数7.5,是一种高速动能弹头;其发射成本及后勤压力大大低于传统火炮,每发高速弹药的发射成本仅为2.5万美元。该轨道炮每分钟可发射10发高速制导动能弹。轨道炮的攻击目标包括敌方运输工具、巡航导弹、弹道导弹等,适用于导弹防御及其他各种水面战作战;可用作海基武器,未来也可能用作陆基武器。其当前配置的GPS技术可制导高速弹药打击固定或静止目标,未来也可装配打击移动目标的制导技术。


  美军对电磁轨道炮的能力要求

  一是能够在扩展的范围内追踪低雷达反射面积的隐身目标,二是电子扫描覆盖(视场)的方位角和仰角应大于90度,三是能够追踪并拦截大气层内的弹道导弹目标,四是杂波抑制(天气、水面、生物),五是用于防御弹道导弹、防空作战、水面交战,六是能够同时追踪来袭的和己方发射的超声速弹药等。

  美军电磁轨道炮的研究进展与展望

  在2014财年预算申请中,美国会提出加快发展用于战区导弹防御的电磁轨道炮计划。2014年4月中旬,美海军官员称,海军和陆军正共同研制一个系统模块,使得电磁轨道炮能同时适用于陆基和海基。2014年5月初,MDA表示,鉴于电磁轨道炮可能作为一种价格相对合理的反导技术,已选其作为“优先”技术用于应对战区弹道导弹威胁。2014年7月29日,美国海军海上系统司令部与K2能源公司签订价值8140万美元的合同。依照合同规定,K2能源公司将在2016年12月完成生产独立的自容式电池能量存储系统,为海军发展中的电磁轨道炮的电力电容器组供电。海军计划用功率64兆焦的电磁轨道炮装备未来的水面战舰,以8倍声速的速度(约9655.8千米/小时)发射弹药。2014年12月22日,美国海军表示,计划在2018年前研制出多任务轨道炮武器系统原型,并在2020—2025年间研制出可用于作战的武器。

  2015年4月14日,美国海军表示,将于2016年夏末进行首次电磁轨道炮海上测试,并考虑本世纪20年代中期在DDG 1000级驱逐舰的替代型上装备电磁轨道炮。目前,BAE系统公司正在“创新型海军原型”计划下,开始电磁轨道炮项目的第二阶段研究工作,演示电磁轨道炮持续发射或“重复率”(rep-rate)能力。美海军希望电磁轨道炮单发弹药的能量消耗低于64兆焦,射程达到约370千米(目前的射程为185千米)。美海军表示,将测试的轨道炮由五个部分组成,分别是发射器、能量储存系统、脉冲形成网络、高速弹药和炮架;其动力来源于舰载电力系统或大型蓄电池。


(来源:现代军事,作者:周伟)

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