淺析高超聲速導(dǎo)彈的防御

1、高超音速武器的前世今生

“天下武功，惟快不破”。高 超音速武器，一般指飛行速度大于 馬赫數(shù)5（約1600米/秒）的作戰(zhàn)飛 行器，具有高速度、高機(jī)動、高射程、高毀傷的突防優(yōu)勢，可對現(xiàn)役 的防御體系帶來致命打擊，已是各 國爭相發(fā)展的“殺手锏”武器。目前，高超音速武器主要有兩條技術(shù)路線：一種是吸氣巡航式飛行器， 如美國的X-51、俄羅斯的鋯石，另一種是助推滑翔式飛行器，如美國的AHW、HTV-2，俄羅斯的匕首、先鋒等。

美國早在20世紀(jì)60年代就開始了高超音速飛行相關(guān)技術(shù)的研究與探索，并且提出了一系列的高超音速飛行器發(fā)展計劃。如美國海軍和國防部高級研究計劃局（DARPA）聯(lián)合開展的高超音速研究計劃—TAT TLRS（高速打擊）計劃；美國空軍的X-51A飛行演示驗(yàn)證計劃，以及和DARPA 開展的獵鷹計劃；美國陸軍的先進(jìn)高超音速武器計劃。蘇聯(lián)也是世界上最早研發(fā)高超音速武器的國家之一，在高超音速技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位。早在20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)就開始進(jìn)行了銀鳥高超音速飛行器的風(fēng)洞試驗(yàn)，積累了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；60年代，米高揚(yáng)設(shè)計局設(shè)計了兩級結(jié)構(gòu)的助推滑翔飛行器MIG-105，第一級為可重復(fù)使用高超音速飛機(jī)，第二級為升力體飛行器。盡管世界范圍內(nèi)掀起高超音速技術(shù)及武器的研究熱潮已經(jīng)幾十年，但是高超音速武器的發(fā)展道路并不平坦，很多關(guān)鍵技術(shù)仍處于試驗(yàn)或探討階段，眾多項(xiàng)目也是一波三折。如美國的HTV-2項(xiàng)目因兩次實(shí)驗(yàn)失敗而告終，俄羅斯的“冷”“鷹”計劃（又稱“針”計劃、IGLA計劃）因財力不支而停止。直到近期俄宣布匕首高超音速導(dǎo)彈進(jìn)入試驗(yàn)性戰(zhàn)斗值勤，高超音速武器得以具備實(shí)戰(zhàn)能力。

2、高超音速武器的作戰(zhàn)優(yōu)勢

高超音速武器匯集了高速、高毀傷、高突防的諸多優(yōu)勢，對未來戰(zhàn)爭的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義，不僅在打擊效果、作戰(zhàn)運(yùn)用層面具有巨大價值，對未來戰(zhàn)爭態(tài)勢的改變也具有不可估量的潛力。高超音速武器相對現(xiàn)役武器的最大優(yōu)勢就是快速打擊，憑借較高的速度與動能，能夠極大提高戰(zhàn)斗部的毀傷效能，同時具備了較強(qiáng)的突防能力，可以輕易突破現(xiàn)役的防御體系。在“攻”“破”兼?zhèn)涞膬?yōu)勢下，高超音速武器具備“一招制勝”的打擊能力，作戰(zhàn)優(yōu)勢將向高超音速武器呈現(xiàn)“一邊倒”的趨勢。作為“一小時打遍全球”的作戰(zhàn)平臺，高超音速武器可攜帶常規(guī)或核戰(zhàn)斗部以超高速度（馬赫數(shù)為5～25）在臨近空間飛行，具備“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的瞬時打擊能力，具有先發(fā)制人的戰(zhàn)略優(yōu)勢。高超音速武器不僅能作為核威懾力量動搖對方的戰(zhàn)略決心，在宏觀上取得戰(zhàn)略主動，還可以作為常規(guī)武器充分發(fā)揮“非對稱”作戰(zhàn)的優(yōu)勢，在實(shí)際作戰(zhàn)中具有更高的利用價值。未來戰(zhàn)爭具有高科 技、多維度、非對稱的特點(diǎn)，隨著一系列新技術(shù)、新模式的發(fā)展和應(yīng)用，未來戰(zhàn)場也將走向更深遠(yuǎn)、更廣闊的領(lǐng)域。臨近空間作為連接近地大氣層和外太空的必經(jīng)之路，已經(jīng)成為各國必爭的戰(zhàn)略要地，高超音速武器能夠快速控制臨近空間，具備高 空高速打擊、長航時駐留的先天優(yōu)勢，在未來戰(zhàn)爭的發(fā)展中必將占有 一席之地。

隨著高超音速武器逐步走向戰(zhàn)場，對現(xiàn)有防御體系提出了新的難題，未來的防御體系將向更高預(yù)警維度、更快反應(yīng)速度、更大打擊力度的“空天海地”聯(lián)合防御發(fā)展。高超音速導(dǎo)彈的防御中的技術(shù)難點(diǎn)包括高超音速武器跟蹤難、可探測并持續(xù)跟蹤高超音速武器等技術(shù)難點(diǎn)。

3、高超音速武器跟蹤難

高超音速導(dǎo)彈一般分為兩類，即高超音速滑翔導(dǎo)彈（HGV）和高超音速巡航導(dǎo)彈（HCM）。HGV由火箭運(yùn)載，在離地球40~50千米的地方釋放。高超音速巡航導(dǎo)彈上裝有發(fā)動機(jī)，在離地面20~30千米處釋放。高超音速導(dǎo)彈的飛行速度是音速的5倍以上，可以在飛行中逃避雷達(dá)的探測，故很難發(fā)射攔截器將其摧毀。雖然目前的洲際彈道導(dǎo)彈和其它導(dǎo)彈，對防御

一方仍然存在反應(yīng)時間上的挑戰(zhàn)，但防御一方能發(fā)現(xiàn)這些武器。例如，洲際彈道導(dǎo)彈需要大約20分鐘才能穿越太空，這為防御一方發(fā)射陸基或?；鶖r截彈留出足夠的時間。高超音速從根本上改變了這種局面。華盛頓特區(qū)的目標(biāo)、地面機(jī)械化裝甲縱隊(duì)和重要地點(diǎn)，都可能在幾分鐘內(nèi)被5倍音速的高超音速武器摧毀。這些武器在飛行中也會機(jī)動，有時會沿著地球

大氣層的邊緣，以壓倒性的高速度攻擊目標(biāo)?，F(xiàn)在五角大樓想用新的空間傳感器層技術(shù)來發(fā)現(xiàn)它們，只有這樣，才有可能將高超音速導(dǎo)彈直接從空中擊落。目前，彈道導(dǎo)彈防御局授予L3 Harris、雷錫恩、諾斯羅普·格魯曼和萊多斯公司“高超音速彈道導(dǎo)彈跟蹤空間傳感器”（HBTSS）的二期開發(fā)項(xiàng)目合同。諾格公司正在研究一種高性能、廉價、可生存和可擴(kuò)展的天基傳感解決方案。該公司在高超音速和彈道導(dǎo)彈防御方面用的端到端、多領(lǐng)域的方法，涵蓋了從海上到太空，以及電磁和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等多個作戰(zhàn)領(lǐng)域的技術(shù)。

4、可探測并持續(xù)跟蹤高超音速武器

HBTSS的設(shè)計目的是用一個傳感器的有效載荷探測并持續(xù)跟蹤高超音速威脅，以便給地面軍事指揮官贏得時間以采取反制措施摧毀空中導(dǎo)彈。由于高超音速飛行器速度快、脫離單顆衛(wèi)星探測范圍時間快，所以如果想要對其進(jìn)行監(jiān)測和跟蹤，必須要通過一整套通信效率非常高的衛(wèi)星鏈才能實(shí)現(xiàn)，最簡單也要有好幾顆衛(wèi)星協(xié)同工作，才能實(shí)現(xiàn)這種有效監(jiān)測。彈道導(dǎo)彈防御局現(xiàn)在運(yùn)行“天基跟蹤和監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS，2001年天基紅外系統(tǒng)的低軌道星座部分從美國空軍轉(zhuǎn)交給彈道導(dǎo)彈防御局，并改名STSS），該系統(tǒng)的核心是兩顆軌道高度1 350千米、

傾角為58度、軌道周期為120分鐘的衛(wèi)星。STSS裝有能夠探測可見光和紅外光的傳感器，并作為彈道導(dǎo)彈防御的試驗(yàn)性空間跟蹤器系統(tǒng)。但STSS無法有效跟蹤高超音速武器。據(jù)彈道導(dǎo)彈防御局發(fā)言人瑪麗亞·恩約庫稱，HBTSS將與美國國家航天防御體系（National Space Defense Architecture）集成，后者在不同軌道部 署不同系統(tǒng)，以探測和跟蹤常規(guī)彈道導(dǎo)彈以及洲際彈道導(dǎo)彈等其它威脅。根據(jù)目前五角大樓和工業(yè)界的說法，HBTSS使防御高超音速成為可能。HBTSS將是一個由環(huán)繞地球軌道的衛(wèi)星群上的傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)，可全球監(jiān)測。

HBTSS采用特殊的設(shè)計理念，將使用持久紅外傳感器跟蹤高超音速武器從發(fā)射到發(fā)生作用的全部軌跡。美軍目前的感知系統(tǒng)沒有能力全程跟蹤高超音速武器，因?yàn)槠滠壍牢恢瞄_始時非常高，但隨后會下降到很低，使目前的傳感器看不到它。彈道導(dǎo)彈防御局正在與空間發(fā)展局、DARPA和美國空軍合作研制HBTSS。

5、“星鏈”對高超音速導(dǎo)彈的預(yù)警反導(dǎo)的影響

高超聲速導(dǎo)彈的快速發(fā)展和實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用，給導(dǎo)彈防御系統(tǒng)帶來了前所未有的壓力。然而，“星鏈”的出現(xiàn)填補(bǔ)了導(dǎo)彈預(yù)警體系中針對高超聲速武器的防御漏洞。低軌衛(wèi)星可以通過“接力”的方式，實(shí)現(xiàn)全球范圍的覆蓋，特別是可兼顧到高緯度區(qū)域。此外，“星鏈”擁有發(fā)射全向波束的能力，可以對導(dǎo)彈和航天器進(jìn)行遙測、跟蹤和控制，進(jìn)而提高對敵方運(yùn)載火箭、導(dǎo)

彈軌道的高精度預(yù)測和預(yù)警能力，為后續(xù)的攔截提供信息支持。美國的“黑杰克”項(xiàng)目和下一代國防太空 架 構(gòu) ，都 與“星 鏈”項(xiàng) 目 緊 密 結(jié) 合 。美 太 空 發(fā) 展 局（SDA）提出的下一代國防太空架構(gòu)，分為7個層次，每個層次都有其功能，包括數(shù)據(jù)傳輸與通信，目標(biāo)探測、預(yù)警、跟蹤和指示，監(jiān)控時敏目標(biāo)，導(dǎo)航，戰(zhàn)場管理和地面支持等。下一代國防太空架構(gòu)不是短期內(nèi)能夠建成的，因此，美軍必須利用商用低軌衛(wèi)星星座，“星鏈”無疑是首選。

美太空軍計劃在其未來的導(dǎo)彈預(yù)警體系中，將取消地球同步軌道，以及大型、昂貴的衛(wèi)星，重點(diǎn)發(fā)展低地球軌道上的衛(wèi)星?？梢姡婪磳?dǎo)預(yù)警發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)已經(jīng)完全指向低軌衛(wèi)星，通過低軌衛(wèi)星靈活、彈性的太空架構(gòu)，依靠傳感器數(shù)量上的優(yōu)勢來獲取大量的目標(biāo)信息與

數(shù)據(jù)，達(dá)到有效對抗高超聲速導(dǎo)彈的目的?！靶擎湣钡臄?shù)量和規(guī)模完全打破了已有的太空力

量平衡，龐大的數(shù)量使得采用動能型武器對其進(jìn)行的殺傷變得失去意義，就算少數(shù)衛(wèi)星受到攻擊，通過快速增補(bǔ)衛(wèi)星或者通過軟件調(diào)整調(diào)用其他衛(wèi)星的載荷使其替代受損衛(wèi)星，衛(wèi)星星座整體功能不受影響，充分體現(xiàn)出高彈性衛(wèi)星的強(qiáng)壯性。如果“星鏈”同時搭載了光學(xué)觀測載荷，結(jié)合其重訪率高的優(yōu)勢，對于全球主要地區(qū)，讓每個時間段天頂方向都有幾顆衛(wèi)星飛過，可實(shí)現(xiàn)24 h不間斷光學(xué)監(jiān)控，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動識別、分類跟蹤和圖像識別系統(tǒng)，主要地區(qū)和重點(diǎn)目標(biāo)，甚至包括動目標(biāo)的活動情況盡在美軍掌握之中。

6、高超音速飛行器弱點(diǎn)

先進(jìn)的高超聲速導(dǎo)彈有一些相同特性，這為防御者提供了機(jī)會。持續(xù)高超聲速飛行，這種物理現(xiàn)象為高超聲速防御設(shè)計提供了可以利用的信息。根據(jù)定義，高超聲速飛行是大氣飛行。因此，高超聲速防御可以更好地理解為一種復(fù)雜的防空形式。為了預(yù)測和應(yīng)對“進(jìn)入或 穿過大氣層”的日益多樣化的威脅，有必要將其定義為這樣的威脅。高超聲速武器經(jīng)歷了有挑戰(zhàn)的氣熱條件，后者限制了當(dāng)前的制導(dǎo)、控制和材料技術(shù)。在以大約馬赫數(shù)20的速度重新進(jìn)入大氣層后，洲際范圍的高超聲速滑翔器經(jīng)歷了極端的壓力和振動模式，以及超過4000華氏度的溫度。在這種環(huán)境中，飛行器周圍的大氣分解成等離子體，與機(jī)身表面劇烈反應(yīng)。彈道再入飛行器在大氣再入過程中會經(jīng)歷數(shù)十秒的類似情況，而高超聲速武器必須在類似條件下忍受數(shù)分鐘。在這種環(huán)境下，要確保性能可靠，通常需要特殊的材料和高度集成的設(shè)計，尤其對于更高的速度來說更是如此。雖然商用飛機(jī)子系統(tǒng)通?？梢詥为?dú)設(shè)計并在以后集成，但高超聲速導(dǎo)彈機(jī)身結(jié)構(gòu)、航空電子設(shè)備或隔熱材料的變化可能改變其他每個子系統(tǒng)的設(shè)計考慮因素。例如，高超聲速飛行器機(jī)身基本形狀或重量分布的微小變化，可能對熱和推進(jìn)系統(tǒng)性能以及精度產(chǎn)生下游影響。為了確保升力、阻力或穩(wěn)定性特性，我們的設(shè)計可能要選擇更重的隔熱層或不同形狀的進(jìn)氣口，而這些反過來會影響機(jī)身形狀、成本、質(zhì)量和控制系統(tǒng)決策。

預(yù)測高超聲速系統(tǒng)性能很困難，這些問題因此更加復(fù)雜。各種物理現(xiàn)象以非線性方式相互作用，從而加熱高超聲速飛行器和破壞其穩(wěn)定性，或破壞超燃沖壓發(fā)動機(jī)的性能。邊界層過渡建模很困難（飛行器周圍突然形成的高溫湍流氣流），這阻礙了早期掌握高超聲速飛行的努力。預(yù)測邊界層過渡，這需要設(shè)計師對大量變量建模，包括飛行器形狀和周圍氣流、表面紋理，以及在高超聲速情況下和在高超聲速發(fā)動機(jī)內(nèi)，過熱氣體等離子體和飛行器表面之間的化學(xué)相互作用，這些相互作用隨著表面侵蝕而隨時間變化。

7、高超音速導(dǎo)彈的防御方法

高超聲速防御的一個最重要的計劃要素是一個具有彈性和持久性的空間傳感器層，以便觀察、分類和跟蹤所有類型、方位角和軌跡的導(dǎo)彈威脅。第二個最重要的計劃要素是滑翔段攔截彈。到目前為止，高超聲速防御投資并不多，只是高超聲速打擊投資的一小部分。按照目前的速度，滑翔段攔截彈可能要到21世紀(jì)30年代才能部署，但這一速度也可能會加快。即使沒有空間傳感器層和滑翔段攔截彈，防御設(shè)計也可以使用現(xiàn)有傳感器和替代效應(yīng)器，以限制高超聲速導(dǎo)彈的機(jī)動預(yù)算，引導(dǎo)威脅，并以有利于防御者的方式增加其他成本。使高超聲速武器具有吸引力的相同特征，為防御者提供了新的失效模式。包括使用區(qū)域效應(yīng)器、 補(bǔ)充“命中殺傷（hit-to-kill）攔截，高功率微波系統(tǒng)、21世紀(jì)版本的高射炮彈、其他針對高超聲速飛行體制弱點(diǎn)的手段。

防御全譜高超聲速導(dǎo)彈威脅，不會由單一的、萬能方案來解決。為利用高超聲速飛行的關(guān)鍵漏洞，我們進(jìn)行了大量努力，高超聲速防御因此會更加容易。

高超聲速武器具有彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈所沒有的局限性。除了上述設(shè)計挑戰(zhàn)外，在惡劣的高超聲速環(huán)境中，部署誘餌和對抗措施也要困難得多。高超聲速防御不需要在冷真空的太空中將彈頭與其他物體區(qū)分開來，從而免除了彈道導(dǎo)彈防御中最棘手的挑戰(zhàn)之一。高超聲速武器受到空氣阻力阻礙，其飛行時間可能比穿越相同距離的彈道導(dǎo)彈長。最后，雖然高超聲速、亞聲速和超聲速巡航導(dǎo)彈可以機(jī)動，但高超聲速武器可能呈現(xiàn)更亮的紅外特征，在更高、更可探測的高度飛行，并且可能不會頻繁或急劇機(jī)動。高超聲速飛行挑戰(zhàn)特殊，防御者可能另辟蹊徑。根據(jù)定義，高超聲速滑翔器在機(jī)動時會消耗能量。

防御設(shè)計中，我們可利用這些行動，迫使高超聲速滑翔器早期和經(jīng)常機(jī)動。此外，高超聲速飛行的惡劣條件（邊界層過渡的風(fēng)險、沖擊波管理的需要），形成了一些漏洞，而不同殺傷機(jī)制可以利用它們。對結(jié)構(gòu)或周圍氣流的較小沖擊或擾動，就可能干擾高超聲速武器。

高超聲速武器的每一個優(yōu)勢特征都意味著成本增加。在大氣層中長時間飛行，它們可能出現(xiàn)新的故障。它們的機(jī)動能力以消耗能量和射程為代價。正如彈道導(dǎo)彈防御以彈道的可預(yù)測性為導(dǎo)向，根據(jù)高超聲速飛行狀態(tài)的脆弱性，高超聲速防御也可調(diào)整。與彈道再入飛行器相比，在擊潰高超聲速武器機(jī)身方面，“命中殺傷”的含義可能有所不同。

高超聲速系統(tǒng)的設(shè)計和制造難度是另一個弱點(diǎn)。采用多種擊潰機(jī)制、動能效應(yīng)器、電子戰(zhàn)和各種類型的定向能系統(tǒng)的防御體系結(jié)構(gòu)，將給高超聲速武器設(shè)計師帶來重重難題，他們必須針對更廣泛的影響優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計性能裕度很小的武器，很容易受到防御系統(tǒng)特性邊際

變化的影響。為了克服這些不確定性，對手可能被迫采用更保守、能力更弱的武器設(shè)計。這些動態(tài)反過來影響了發(fā)展高超聲速武器的成本以及更廣泛的攻防關(guān)系。高超聲速防御設(shè)計要利用這些“嚴(yán)格公差…和高超聲速武器必須克服的獨(dú)特敏使用分布式和高架傳感器平臺和前

方警戒線，可探測從高超聲速到亞聲速的較低飛行威脅。我們可能還需要一種不同的持久方法，并在整個聯(lián)合部隊(duì)中使用非專用要素。高超聲速防御絕非易事，但也并非不可能。高超聲速導(dǎo)彈不是最佳方案，也可以阻擋。通過系統(tǒng)對系統(tǒng)的方法，部署空間傳感器和改進(jìn)的攔截器，并采用其他富有想象力的方式，瞄準(zhǔn)高超聲速飛行的獨(dú)特特性，高超聲速防御問題將被視為一種復(fù)雜、但更容易處理的防空形式。

碳復(fù)合材料再入飛行器的前端受損情況

參考文獻(xiàn)：

[1]俄羅斯高超音速武器展露鋒芒【J】?張斌;許凱;徐博婷;馬建光?2018?(15)

[2]王全平，劉欣，衣春輪，等. 國外新型低軌衛(wèi)星星座發(fā)展及其 潛 在 軍 事 應(yīng) 用 研 究[J]. 戰(zhàn) 術(shù) 導(dǎo) 彈 技 術(shù) ，2021（3）：67-74.

[3]汪立萍，趙霜，蔣長菊，等. 國外高超聲速武器發(fā)展動態(tài)［J］. 航天電子對抗，2020，36（5）：61-64.

[4]［3］ 王迪，駱盛 ，毛錦，等 . Starlink 衛(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)概要［J］. 航天電子對抗，2020，36（5）：51-55.

編輯：黃飛