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李航宇 徐培高敏畯李信淦朱永皓（上海機電工程研究所，上海 201109）
摘 要
隨著前沿顛覆性技術(shù)和“黑科技”在軍事攻防領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，針對未來防御體系的發(fā)展形勢與需求，深入開展戰(zhàn)略研究與剖析，歸納出體系級、平臺級、武器級、技術(shù)級四類典型威脅目標特征，并通過對防空反導領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進行梳理，分析了常規(guī)防空反導技術(shù)及人工智能、量子信息等新型前沿技術(shù)的應用形式。遵循技術(shù)發(fā)展影響武器裝備變革的原則，對該領(lǐng)域裝備和技術(shù)提出相關(guān)啟示與建議，為后續(xù)防御體系建設(shè)提供參考。
關(guān)鍵詞
防空反導；作戰(zhàn)體系；裝備體系；人工智能；量子信息；智能隱身；制導控制
1 引 言
防空反導作為世界各國戰(zhàn)術(shù)防御的重要環(huán)節(jié)，在國防領(lǐng)域一直以來都占有重要地位。作為一個涵蓋武器系統(tǒng)、氣動、結(jié)構(gòu)、發(fā)射、動力等方向的總體研究領(lǐng)域，防空反導相關(guān)技術(shù)展現(xiàn)出較高的全面性和拓展性。近年來，隨著科學技術(shù)發(fā)展迅猛，傳統(tǒng)技術(shù)朝著更快、更高、更遠等方向發(fā)展，與此同時，以人工智能與量子信息技術(shù)為代表的新技術(shù)和新業(yè)態(tài)層出不窮，為防空反導技術(shù)的發(fā)展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。
2 防空反導典型威脅分析
隨著當今世界軍事強國對近地軌道的探索頻繁，作戰(zhàn)體系的日趨完善，賽博空間的對抗加劇，精打武器的改良和臨近空間的利用，以及大數(shù)據(jù)、量子定位、智能隱身等技術(shù)的突破創(chuàng)新，空天防御任務愈發(fā)艱巨繁重。綜合來看，防空反導體系將面臨體系級、平臺級、武器級、技術(shù)級的全方位威脅，如表1所示。
▼ 表1 典型威脅分類表
▼ Table 1 Typical threat categorization
2.1 體系級威脅
作戰(zhàn)體系的構(gòu)建自頂層決定戰(zhàn)法的運用并引導戰(zhàn)役的走向（圖1）。美軍的多域戰(zhàn)、馬賽克戰(zhàn)、決策中心戰(zhàn)、聯(lián)合全域作戰(zhàn)分別由其陸軍、海軍、空軍和國防部提出，構(gòu)成體系級威脅，多域戰(zhàn)的核心在于將傳統(tǒng)的地面作戰(zhàn)域拓展到海、空、天、網(wǎng)等空間；馬賽克戰(zhàn)注重靈活便捷搭配，形成分布式、自適應的有人、無人協(xié)同作戰(zhàn)力量組合；決策中心戰(zhàn)則基于水面作戰(zhàn)，依托智能化輔助決策手段，開展情報和反情報行動，以剝奪敵方的情報信息優(yōu)勢；聯(lián)合全域作戰(zhàn)由多域戰(zhàn)發(fā)展而來，加強陸、海、空、天、網(wǎng)、電等全領(lǐng)域的多域協(xié)同與跨域融合，建立己方?jīng)Q策優(yōu)勢，在認知域制勝。因此在未來作戰(zhàn)中，作戰(zhàn)體系的應用將發(fā)揮重要作用。
▲ 圖1 體系級作戰(zhàn)概念威脅
▲ Fig.1 System-level threat of combat
賽博空間是全球信息環(huán)境領(lǐng)域中，作為海、陸、空、天等領(lǐng)域的延伸，包含通信、雷達、導航等多種電磁信號以及相關(guān)的電磁設(shè)備和系統(tǒng)，“無網(wǎng)不在”“無網(wǎng)不勝”“逢戰(zhàn)必電”等概念已成為信息化空天戰(zhàn)場的顯著時代特征。針對電磁頻譜控制權(quán)的奪取，電子戰(zhàn)作戰(zhàn)體系強調(diào)電子戰(zhàn)裝備的一體化與通用化，從態(tài)勢感知、電子攻擊、電子防護三方面穩(wěn)固制電磁權(quán)。因此，賽博空間的博弈對抗將成為未來信息化戰(zhàn)爭的主戰(zhàn)場。
2.2 平臺級威脅
高性能隱身飛機、陸基/?；l(fā)射平臺、航空母艦、潛艇、地面站、浮空器、無人機等作為常規(guī)海陸空平臺，其具有的優(yōu)勢已被廣泛驗證［1］。在此基礎(chǔ)上，臨近空間、地外空間的開發(fā)利用逐漸被重視，新型武器平臺正不斷投入作戰(zhàn)使用，以融合智能技術(shù)、無人化技術(shù)等為代表的打擊平臺日趨成熟。同時，依附眾多創(chuàng)新手段的嶄新空襲體系裝備或平臺，也將為未來空襲作戰(zhàn)提出更多樣化的方式。
航天空間作為軍事領(lǐng)域的空間“制高點”，正通過航天器平臺構(gòu)建空襲體系來提高作戰(zhàn)效能，這也成為各國爭相探索的重點。目前，各軍事強國著力發(fā)展的偵察、預警、導航等各類衛(wèi)星，為指揮控制、態(tài)勢感知、精確打擊、反導防御和戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測等提供重要支撐［2］。截至2023年初，全球在軌衛(wèi)星總數(shù)為7218顆，其中美國占比65.5%，各國對航天空間資源的開發(fā)力度可見一斑。天基平臺的武器具備打擊范圍廣、反應速度快、生存能力強等特點，能夠彌補其他平臺的短板，且發(fā)射不受領(lǐng)空領(lǐng)土限制，可實施全球性攻擊，極具威脅性［3］。未來，基于海、陸、空、天的武器平臺的威懾和打擊能力將不斷加強，極大程度拓展了作戰(zhàn)區(qū)域的空間維度與復合作戰(zhàn)能力，將對空天防御體系提出更深層的挑戰(zhàn)。
2.3 武器級威脅
武器級目標是空襲體系中最為直接的殺傷性載體，其威脅主要來自彈道導彈、臨近空間高超聲速飛行器、定向能與高功率微波等新式武器，預計未來將誕生更多更為先進的毀傷武器。
遠程精打武器方面，彈道導彈擁有射程遠、速度快、突防能力強、命中精度高和大規(guī)模殺傷等能力，且具備突然性、隱蔽性、多平臺發(fā)射、多方向發(fā)射等特點［5］，可根據(jù)作戰(zhàn)需求搭載多種不同彈頭，被視為最具威脅的進攻性武器之一。而臨近空間高超聲速飛行器作為關(guān)鍵威脅點，正在朝著協(xié)同化、遠航程、隱身化等方向拓展［6］，可從防區(qū)外打擊敵縱深目標，是一種極具戰(zhàn)術(shù)威脅的武器系統(tǒng)，各軍事強國正為建立“全球一小時抵達”而加快發(fā)展步伐［7］。新式概念武器方面，高能激光和高功率微波武器也將威脅到現(xiàn)有防空體系，前者擁有光束作戰(zhàn)特有的迅捷反應及“外科手術(shù)式”的精確打擊能力，兼具可控性、連發(fā)性、殺傷性于一體，后者對信息化武器裝備和系統(tǒng)的破壞機理極具普適性［8］。隨著彈道導彈機動性能不斷加強，臨近空間高超飛行器的實戰(zhàn)化，定向能、高功率微波武器的戰(zhàn)場應用，未來空天襲擊樣式與能力將大幅豐富，其各自特長以及在奪取戰(zhàn)場優(yōu)勢的發(fā)揮和融合，對傳統(tǒng)防空體系而言將是極為嚴峻的挑戰(zhàn)。
2.4 技術(shù)級威脅
除實際的打擊平臺與武器外，紛繁的新興技術(shù)誕生與崛起也存在難以預測的隱性威脅，如智能化隱身、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展與擴散等。智能隱身技術(shù)可自主感知、識別目標周圍環(huán)境變化，自適應調(diào)控自身光電特性，實現(xiàn)智能化可見光、紅外、雷達隱身。伴隨著隱身飛行器的常態(tài)化部署態(tài)勢，隱身技術(shù)的應用將在未來延伸至更多武器平臺或武器本身［9］。大數(shù)據(jù)技術(shù)憑借其超海量性、強領(lǐng)域性、泛多樣性、廣時空性及高演化性等特征，提供了認識軍事復雜系統(tǒng)的新模式、新方法和新手段，而區(qū)塊鏈則可實現(xiàn)武器信息系統(tǒng)的去中心化和后勤保證能力水平的極大提升，更好地保障數(shù)據(jù)安全，實現(xiàn)裝備管理的全程化，同樣將在空天打擊中發(fā)揮不俗的潛在表現(xiàn)［10-11］?？傮w而言，極富創(chuàng)造力的新興技術(shù)的快速崛起在給未來空襲體系帶來高價值的同時，對防空反導的威脅性不容小覷。
3 國外防空反導技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
3.1 常規(guī)防空反導技術(shù)
伴隨如今日益先進與復雜的空天威脅，世界防空反導技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)穩(wěn)步推進態(tài)勢。美國依靠“愛國者”“標準”系列等防空導彈武器系統(tǒng)形成了從高空遠程到超低空近程的火力配系網(wǎng)絡，具備了較強的對空防御能力，初步實現(xiàn)防空反導一體化。俄羅斯則繼承了蘇聯(lián)先進的導彈技術(shù)，憑借S-300、S-400［12］等經(jīng)典型號，在射程及速度上相比美國具有較大優(yōu)勢，以抗衡美在空天領(lǐng)域的領(lǐng)先地位（表2）。隨著俄烏沖突爆發(fā)，為打破多重制裁導致的地緣政治圍堵和發(fā)展困局，力求掌握戰(zhàn)略主動，俄羅斯加快發(fā)展和列裝S-500新一代防空反導系統(tǒng)，具備遠程防空、非戰(zhàn)略反導、戰(zhàn)略反導、反高超聲速目標、反低軌航天目標等空天一體防御作戰(zhàn)能力。
▼ 表2 美、俄典型防空裝備及其主要導彈性能參數(shù)表
▼ Table 2 Typical air and missile defense equipment and performance parameters of America and Russia
通過對美、俄等國防空反導的發(fā)展脈絡分析，國外防空反導技術(shù)遵循基本型系列化的發(fā)展思路，并不斷深入防空導彈涉及的常規(guī)技術(shù)提升其作戰(zhàn)效能，其常規(guī)關(guān)鍵技術(shù)如下。
3.1.1 先進的導彈總體技術(shù)
成熟的導彈總體技術(shù)能夠衡量防空導彈綜合指標水平?！皹藴省毕盗袑椧酝ㄓ没骷壴黾又破鞯男问綄崿F(xiàn)射程的提升，憑借彈上設(shè)備升級實現(xiàn)多任務作戰(zhàn)能力?！皭蹏摺毕盗袑椧云渫晟频目傮w布局，并通過彈上設(shè)備升級實現(xiàn)武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的提升，兼具防空反導一體化作戰(zhàn)能力［13］。S-500則依托通用化、模塊化的頂層設(shè)計技術(shù)，逐漸提高導彈的性能參數(shù)和作戰(zhàn)空域，實現(xiàn)導彈的快速更新，簇化發(fā)展。
3.1.2 精確的探測制導技術(shù)
高精度的探測制導能力驅(qū)使導彈對目標精準攔截?，F(xiàn)役武器裝備的主流單體制末制導技術(shù)包括主動雷達、半主動雷達、被動紅外等，而多體制復合制導是提升制導精度的主要方式?！皭蹏摺毕盗蟹揽諏椀牡^程都伴隨著導引頭精度及探測能力的提升，“標準”系列導彈的多用途作戰(zhàn)能力實現(xiàn)也依賴于探測元器件性能的增強，支撐實現(xiàn)武器系統(tǒng)的精確制導。
3.1.3 高效的氣動設(shè)計技術(shù)
優(yōu)秀的氣動設(shè)計提升防空導彈飛行性能。S-400防空導彈采用無翼尾舵式氣動布局，滿足較優(yōu)的升阻比和高速飛行特性，并利用大攻角飛行技術(shù)加強導彈的過載能力?！白显贰?導彈（ASTER）主級外形采用平直彈翼+尾舵控制的正常式氣動布局，直接力裝置采取縫隙噴管，同時將其與彈翼共形設(shè)計，有效減少側(cè)噴干擾效應對彈體的作用。常規(guī)氣動布局包括正常式、無翼式、鴨式、旋轉(zhuǎn)彈翼式以及無尾式，各布局有利有弊，根據(jù)實際作戰(zhàn)條件設(shè)計其外形尤為重要。
3.1.4 快捷的動力控制技術(shù)
防空導彈的強機動離不開動力技術(shù)的發(fā)展。在直氣復合控制技術(shù)方面，“埃林特”動能殺傷增程攔截彈（ERINT）配置脈沖式姿控動力系統(tǒng)，接近目標一定距離時，通過氣動力/直接力復合控制，實現(xiàn)導彈快速轉(zhuǎn)向，降低脫靶量。在擺動噴管助推器技術(shù)方面，ASTER導彈助推器采用雙擺動噴管助推器，相較于傳統(tǒng)燃氣舵控制，具有更少的推力損失與更高的控制效率。2022年7月，美國提出開發(fā)以旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機（RDE）為動力的高超聲速武器項目，爆震動力較爆燃動力而言，具有更強勁的性能，應用前景廣泛。
3.2 新型重點前沿技術(shù)
如今軍事技術(shù)不斷發(fā)展，導彈武器的作戰(zhàn)能力日益提升，攻防對抗日趨激烈。為應對不斷發(fā)展的新型威脅，世界軍事強國在鞏固傳統(tǒng)防空反導關(guān)鍵技術(shù)的同時，仍然高度重視顛覆性技術(shù)發(fā)展及作戰(zhàn)概念創(chuàng)新，企圖獲得克敵制勝的作戰(zhàn)優(yōu)勢，改變未來攻防非對稱性。聚焦攻防對抗方面，人工智能技術(shù)與量子信息技術(shù)的發(fā)展正展現(xiàn)出深遠的應用前景，將對防空反導體系發(fā)展產(chǎn)生顛覆性影響。
3.2.1 人工智能技術(shù)
人工智能技術(shù)作為目前最尖端的科技成果之一，涉及大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、自然語言處理等多個子領(lǐng)域［14］。基于大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建的防空反導軍事系統(tǒng)可全面收集武器裝備、人員素質(zhì)、訓練水平的海量數(shù)據(jù)，為作戰(zhàn)提供及時有效的數(shù)據(jù)情報。2016年，DARPA開展了8個大數(shù)據(jù)建設(shè)項目，包含多尺度異常檢測、洞察力項目、心靈之眼項目等，謀求以“數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)”為目標的快速轉(zhuǎn)型［15］。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種不可篡改、去中心化的數(shù)字賬本，可在賽博空間對抗中有效保護關(guān)鍵武器系統(tǒng)，以及驗證戰(zhàn)場命令和信息［16］。2017年，洛馬公司開展項目旨在將區(qū)塊鏈技術(shù)應用于國防供應鏈風險管理中，預防關(guān)鍵網(wǎng)絡系統(tǒng)被入侵。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過對各種傳感器的動態(tài)管理可協(xié)助作戰(zhàn)人員快速調(diào)用防空反導裝備采取相應的防御任務。2018年8月，美陸軍提出“戰(zhàn)場物聯(lián)網(wǎng)”概念，將戰(zhàn)場資源互聯(lián)互通。云計算技術(shù)通過整合多臺機器的存儲資源和預算能力，適配分布式算法，將明顯縮短防空反導指揮鏈路決策時間。2019年，美陸軍設(shè)立企業(yè)云管理辦公室開展“陸軍云”（cArmy）等云基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將云計算融入指揮所計算環(huán)境的開發(fā)試驗。自然語言處理類技術(shù)是美軍聯(lián)合全域指揮與控制（JADC2）概念中重點研發(fā)的技術(shù)，可輔助分析人員快速生成戰(zhàn)場態(tài)勢分析報告，加速部隊間情報信息共享，以及獨立開展信息戰(zhàn)行動等，具有重要應用前景。2022年，美國OpenAI公司發(fā)布一種基于自然語言處理技術(shù)的語言模型ChatGPT，其具有強大的文本生成能力和及時對話能力。
3.2.2 量子信息技術(shù)
量子信息技術(shù)包含量子通信、量子計算、量子定位、量子遙感等，以量子衛(wèi)星、量子雷達、量子計算機、量子定位系統(tǒng)為載體［17］。量子雷達電磁泄弱、功耗低、體積小、成像能力強，較傳統(tǒng)雷達更具反隱身能力［18］。2012年，美國羅切斯特大學成功開發(fā)出首款抗干擾的量子雷達，利用光子對目標成像；2019年5月，奧地利科學技術(shù)研究所利用糾纏微波創(chuàng)建了量子雷達原型，該設(shè)備利用少量照片來檢測周圍環(huán)境中的物體，并僅發(fā)出微量的電磁輻射，掩蓋了其背景噪聲的特征，使其極難檢測。量子定位系統(tǒng)可無需外部信號輸入即可實現(xiàn)高精度導航，極大程度提升導彈隱身性能。2016年，英國皇家海軍在測試潛艇的量子導航系統(tǒng)精度可達24 h內(nèi)定位誤差僅1 m。量子計算機具有高性能、算力強等特點，可加速防空反導攻防系統(tǒng)、武器裝備設(shè)計試驗進程，提升研發(fā)研制效率。2019年10月，美國谷歌公司成功運用一個包含53個有效量子比特的處理器完成當時最強傳統(tǒng)計算機需1萬年的計算量。在防空反導作戰(zhàn)場景中，量子通信可保證指控通信鏈路安全性，降低被竊聽、破解的概率。2022年5月，美國空軍提出開發(fā)首個基于無人機的移動量子通信網(wǎng)絡，使無人機能夠自由穿行在惡劣的環(huán)境。不難看出，國外防空反導技術(shù)基于“觀察-判斷-決策-行動”（Observe-Orient-Decide-Act， OODA）環(huán)的技術(shù)發(fā)展態(tài)勢愈發(fā)迅猛和全面，傳統(tǒng)防御體系的概念和現(xiàn)狀已不能適應未來空天防御的形勢。面對裝備革新形式和技術(shù)拓展趨勢，防空反導體系積極調(diào)整應對策略，針對性地梳理發(fā)展需求。
4 防空反導技術(shù)需求分析
4.1 強化作戰(zhàn)體系研究，促進裝備體系化發(fā)展
隨著基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)成為信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)的基本形態(tài)，建設(shè)適應新形勢的空天防御作戰(zhàn)體系、發(fā)展相應的武器裝備體系已經(jīng)成為未來體系對抗作戰(zhàn)的重要因素［19］。必須順應裝備發(fā)展客觀規(guī)律，著力在基于信息系統(tǒng)的多系統(tǒng)、多平臺裝備體系聯(lián)合試驗上實現(xiàn)突破，這就要求不僅要系統(tǒng)檢驗復雜環(huán)境條件下裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，還要對裝備的體系作戰(zhàn)效能、貢獻率、適應性、兼容性、協(xié)調(diào)性等進行科學、全面考核評估。
4.2 加強全域化、高速化的導彈總體技術(shù)研究
隨著彈道導彈技術(shù)的擴散和高超聲速飛行器的迅猛發(fā)展，跨越大氣層的跨空域目標成為防御面臨的重要威脅，對現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)理論、作戰(zhàn)方式產(chǎn)生深遠的影響。近年來，機動式彈道導彈、高超聲速飛行器受到了世界各國特別是軍事強國的高度重視，并采取各類機動措施增強突防能力，這也對防空反導導彈的全域、高速、大機動攔截能力提出了更高的要求。
4.3 開展協(xié)同化、智能化的制導控制技術(shù)研究
隨著極低隱身、巡航/反艦導彈飽和攻擊、有人/無人協(xié)同、無人機蜂群等為代表的新型作戰(zhàn)樣式出現(xiàn)，防空反導作戰(zhàn)面臨更加復雜、多樣、智能的威脅［20］。因此，制導技術(shù)將向探測空中隱身目標、空間弱小目標、群目標等方向發(fā)展，并趨向于反隱身、多任務、智能化等方向，導彈武器飛行控制技術(shù)也將朝著高空高速穩(wěn)定控制、高機動快響應、智能協(xié)同等方向拓展與攻關(guān)。
4.4 開展人工智能、量子科學等前沿技術(shù)探索
伴隨著人工智能、量子科學等技術(shù)的不斷更迭與發(fā)展，空天融合、智能無人、高速隱身等新型裝備層出不窮，裝備領(lǐng)域的新技術(shù)和新應用模式更呈現(xiàn)出迭代創(chuàng)新、交叉融合、群體躍進之勢。其中，美國極力推動的以智能化武器裝備為核心的“第三次抵消戰(zhàn)略”，旨在將新技術(shù)變革與新作戰(zhàn)概念作為實現(xiàn)效能躍遷的“倍增器”。因此，防空反導領(lǐng)域的裝備發(fā)展需要及時順應前沿技術(shù)發(fā)展趨勢，快速實現(xiàn)工程應用和賦能轉(zhuǎn)化，具備在智能化、無人化等未來新型戰(zhàn)場上的高效應用能力。
5 結(jié)束語
面對復雜多變的國際形勢和飛速變革的技術(shù)發(fā)展，防空反導技術(shù)需要重點關(guān)注現(xiàn)有“存量”技術(shù)的迭代創(chuàng)新和未來“增量”技術(shù)的發(fā)掘探索。面向世界科技革命和軍事革命的發(fā)展形勢，需要緊扣未來防空反導作戰(zhàn)能力需求，把握武器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展方向，推動前沿技術(shù)探索和系統(tǒng)創(chuàng)新，著力突破一批核心關(guān)鍵技術(shù)，加大基礎(chǔ)技術(shù)的跟蹤研究力度，以技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新鞏固防御力量，為遠期國防軍事力量發(fā)展提供強有力的支撐。
本文來源：《戰(zhàn)術(shù)導彈技術(shù)》2023年第6期
審核編輯：黃飛
工商網(wǎng)監(jiān)
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