美國“薩德”反導系統發展溯源與技術解析

薩特

無論“薩德”系統的部署牽扯著怎樣的政治神經，作為一種由科學理論支撐、由技術構建的武器系統，其本身都不應被蒙上任何形式的神秘主義色彩。當然，由于技術層面的高度復雜性，要將其基本脈絡梳理開來并不容易。但只有透過“迷霧”，我們才有可能將“薩德”系統的技術與政治屬性間的辯證關系弄清。至于這一點的重要性則毋需多言……

早期技術鋪墊

“薩德”系統是一種高度復雜的武器系統，其出現不會是憑空而起，也不可能是一蹴而蹴，必然有一個漫長的技術演化過程。事實也的確如此。在冷戰中的50年代后半期，人們似乎有理由設想，技術的高速發展依其本性將損害世界軍事格局的穩定。急劇的技術突破在當時成了常規事態，而非例外現象。緊隨遠程轟炸機來了高精度遠程雷達，然后是原子彈、氫彈、人造地球衛星、洲際彈道導彈等等。只要大量資源被用于研究和開發，似乎就沒有理由認為發展速度會慢下來。

不僅如此，在技術發展背后，似乎有一種攻防競賽模式。隨著新的進攻手段被發現，人們就做出巨大的努力去發展出反制手段，這反過來又刺激了進攻手段的創新。因此，雖然美蘇雙方在整個50年代都做出了重大努力去增強對遠程轟炸機的防御，可是遠程導彈正處于其研制的最后幾個階段，而預料到這一新挑戰，反彈道導彈的研制工作業已開始。美國人是這樣想的也是這樣作的。1956年，在艾森豪威爾政府的主導下，美國陸軍和空軍分別推出了用于在末段高空攔截洲際彈道導彈的“奈基—宙斯”區域反導項目和用于在中段攔截洲際彈道導彈的“向導”廣域反導項目，兩種反導方案均以核彈頭來彌補精度的不足。

在對技術現狀進行評估后，美國陸軍的“奈基—宙斯”系統被獲準進一步發展。該系統后來經過一系列技術升級，采用大氣層內外高低兩層攔截體制，被改稱“奈基”X系統，并在1975年10月1日作為“衛兵”項目的實質內容被部署于北達科他州大福克斯反導防區。雖然由于復雜的原因，“奈基”X系統部署不到一年就被拆除。但作為“薩德”系統的前身，“奈基”X為日后掌握更為高效可靠的高空未段反導能力，進行了大量的技術鋪墊和經驗積累。

由SDI到“薩德”系統

“奈基”X系統雖然被拆除，但由美國陸軍主導的末段高空反導系統在技術上卻并沒有停止研發。而且，1981年隨著里根總統的上臺又一次贏來了發展的契機。1983年3月23日，時任美國總統里根提出了戰略防御倡議（SDI），俗稱“星球大戰”計劃。該計劃試圖通過天基和地基系統來防御蘇聯洲際導彈的攻擊，從而改變同歸于盡的核平衡態勢。末段反導系統很自然地被作為組成部分之一融入了“星球大戰”計劃。

SDI要求防御系統能在彈道導彈飛行的4個階段，即助推段、助推后段、中段和末段的全程進行防御。其反導手段包括核殺傷和非核殺傷兩大部分，非核傷殺由動能和定向能兩大類型的技術手段構成。這樣，SDI就形成了多層次、多種殺傷手段、天地基并舉的反導體系。由于定向能武器在技術上尚未達到實用階段，而美國政府又明確指出“重點放在非核殺傷的各種技術上”，所以在SDI的分階段部署中，繼續由美國陸軍主導的末段反導系統，不但重要性較之以往有所提高，而且技術門檻也較之“奈基”X時代有了巨大提高——由核殺傷到非核殺傷的技術路線牽移決定了這一點。此外，由于沒有因前一發攔截彈的核殺傷戰斗部引爆對后續攔截彈的后效影響，在對付集束或是分導式彈頭的飽和攻擊方面，非核殺傷要比核殺傷手段的效率更高。

SDI計劃的最初目的是為了建立一個能夠極大抵消蘇聯核攻擊手段的大型系統，但是后來蘇聯方面的威脅越來越小（冷戰后期的美蘇雙方對抗的緩解），項目重點開始逐漸轉向防御有限的進攻和意外事件（目標從超級大國轉向中等強國）。據此在1987年，SDI計劃開始出現了瓦解的跡象，戰略防御計劃局提出了國家導彈防御計劃（NMD），美國陸軍空間與戰略防御司令部則提出了戰區彈道導彈防御的高空防御技術開發計劃。這實際上意味著高空末段反導系統開始從“星球大戰”計劃中剝離出來，再次出現成為一個獨立項目的趨勢。

1989年，美國防部正式公開此項計劃。1990年，當時的戰略防御計劃局（即現在的彈道導彈防御局）對合同進行公開招標。到了1991年，隨著美國總統老布什將SDI的工作重點從防御針對北美大陸的大規模攻擊調整為突出戰區導彈防御，SDI計劃下馬的可能性進一步增大，而戰區彈道導彈防御的高空防御技術開發計劃的重要性則在不斷上升。也正因為如此，1992年9月，洛克希德·馬丁公司贏得了演示/驗證合同，目標是對大氣層內/外戰區彈道導彈防御系統所需全部技術進行集成。到了1993年10月，克林頓政府在正式取消“星球大戰”計劃的同時，進一步明確了陸基攔截彈的技術指標和戰區防御規模。美國國防部據此將“戰區彈道導彈防御的高空防御技術開發計劃”升格為戰區高空區域防御系統，即“薩德”系統。在克林頓之后的小布什時代，“薩德”系統正式納入戰區導彈防御系統（TMD）的框架內，與地基中段防御計劃（GMD）成為一個互相補充的反導防御體系，統稱導彈防御系統（MD）。

“薩德”系統在1999年8月前共進行了11次飛行試驗，其中前3次為非攔截試驗，2次成功、1次失敗；后8次為攔截試驗， 6次失敗、 2次成功。 1999年8月2日進行最后一次攔截試驗，也以失敗告終。遭受重大挫折的戰區高空區域防御系統在此后五年多時間里再沒有進行攔截試驗。美國陸軍于2004年對該系統進行重新設計，并重新命名為“末段高空區域防御系統”。由于“戰區”和“末段”的英文單詞都是以“T”開頭，所以縮寫仍為“薩德”系統。

從此，“薩德”系統進入了一個新的發展階段。調整后的“薩德”系統于2005年11月恢復飛行試驗，部署前共計劃進行14次試驗。2006年10月，“薩德”系統從白沙導彈靶場移至位于夏威夷考艾島的太平洋導彈靶場。2007年1月，“薩德”系統首次在太平洋導彈靶場進行飛行試驗。2007年4月，“薩德”系統進行同樣的試驗，再次成功。2007年6月，“薩德”系統攔截彈成功完成低空飛行試驗。2007年10月，“薩德”系統在太平洋導彈靶場成功完成大氣層外的攔截試驗。至此，從早期的“奈基”X系統技術再發展，到“星球大戰”計劃的組成部分，再到納入TMD的框架中來，“薩德”系統經過近40多年的發展，終于進入了技術成熟階段，邁入了可供實戰部署的門檻。

技術難點與性能考量

作為美國反導體系的重要一環，“薩德”系統究竟在其中扮演著一個什么樣的角色是很多人關心的問題。美軍現在的反導體系共分三層五級，即助推段、上升段（也叫助推后階段）、中段、高空末段與低空末段（統稱為再入段）。每一個層級都有一套對應的反導系統，如此層層相接、環環相扣，構成一個嚴謹的體系。助推段和上升段主要依靠前置部署的無人機（助推段）、天基（助推段）或是空基（上升段）高能激光武器系統，中段所對應的GMD系統依靠的是GBI陸基攔截彈（脫胎于“民兵”洲際導彈）和“標準”3BlockIA陸基/海基攔截彈（實質就是陸基和海基兩個版本的“宙斯盾”系統），末端攔截所對應的TMD系統則主要由負責在40千米以上的超高空和大氣層外攔截的“薩德”系統和在大氣層內40千米以下高度攔截的“愛國者”-3防空導彈系統構成。如此一來，“薩德”系統在整個美國反導體系中的位置也就清楚了——它是處于“愛國者”-3防空導彈系統與“宙斯盾”系統之間的一個反導層級。不過，高空末段反導究竟意味著什么呢？事實上，作為一個層級嚴密、結構嚴謹的反導體系中的關鍵一環，若要了解“薩德”系統的作戰效能考量與技術難點，那么就必須對高空末段反導的一些特性有所了解。

首先來講，高空末段反導在整個彈道導彈防御過程中，并非是一個很好的時機。正如前文所述，彈道導彈的飛行分助推段、中途段和再入段。最理想的攔截應該在助推段，核爆炸和核污染效應基本上都被發射國吸收，能夠做到可靠的上升段攔截的話，自然達到最大限度地威懾。中途段攔截會造成空間核爆炸，反導威懾作用要低很多，但對目標國的危害仍然較小。但再入段攔截卻由于誘發核爆炸和隨后的核污染都要由目標國吸收，成了最后沒有辦法的辦法。

不過，雖然高空末段反導在整個彈道導彈防御過程中不是一個好時機，但其技術難度卻依然極為復雜。有一種觀點認為，再入段攔截由于射程和反應時間要求最低，反導系統可以部署在目標周圍守株待兔，并且有時間進行兩次甚至三次攔截，攔截手段在技術難度上相對助推段和中途段較低，這其實是不對的，特別是對于高空末段來講尤為如此。在40千米以上高度的高空末段，不但洲際導彈的分導式子彈頭已經依次釋放，需要攔截的目標眾多，反導防區面積因此較之低空末段反導成指數倍擴大。而且，由于彈道導彈進入大氣層前已經開始俯沖階段，彈頭軌跡傾角大，不斷增加的加速度也使得數量眾多的子彈頭成為馬赫數7倍以上的高超音速目標，識別、分辨、捕捉都非常困難。再考慮到子彈頭本身經過了加固，各種突防裝置的普遍采用，這就對高空末段反導手段的探測、跟蹤、制導火控系統以及攔截彈本身提出了很高的技術性能要求。

另外，由于高空末段攔截域本身處于大氣層邊緣，空氣稠密程度差別很大，即需要在大氣層內（40～100千米高度）以氣動控制，也需要在大氣層外（100～150千米高度）以非氣動控制的方法，進行直接碰撞式的動能攔截。再加上分導彈頭很可能在末段采用了對抗性的機動變軌設計，脫靶量又要小于0.3米，而攔截彈與目標的相對空間位置變化率大，系統應具有極高的目標數率和快速自適應能力。這就使其戰斗部動能殺傷攔截器（KKV）的制導律問題變得空前復雜起來，必須采用以留美的蘇聯科學家庫特金于1960年代初提出的滑模變結構控制理論為基礎的自適應滑模制導律才能解決。

變結構控制是一類特殊的非線性控制系統。它在動態控制過程中，系統的控制器結構可以根據系統當時的狀態偏差及其各階導數值（或者是根據某些外界擾動的影響），有目的地以躍變的方式按設定規律作相應改變，從而獲得所期忘的狀態軌變。滑模控制就是其中一種，它是預先在狀態空間中設定一個特殊的超越曲面，由不連續的控制規律，不斷變換控制系統結構，使其沿著這個特定的超越面向平橫點作滑動，最后漸近穩定至平橫點。其物理意義在于：當在大氣層邊緣作戰的動能殺傷攔截器與目標的相對距離較大時，適當放慢趨近滑模的速率；當動能殺傷攔截器與目標的相對距離趨于零時，則使趨近速率迅速增加，確保視線角速度不發散，從而令導彈在整個攔截域都有很高的命中精度……雖然滑模變結構控制理論于60年代初就已經被提出，但時至今日對其數學模型的優化仍是極為前沿的理論科學。

更何況，從理論到工程實踐有著不小的距離，如何將自適應滑模制導律用于攔截器的姿控系統設計，在實用層面上滿足動能攔截器高精度、快響應的要求，將紅外成像、動力直接碰撞、能量管理控制機動、氣動光學和推力矢量、氣動力/直接力復合控制等先進技術進行高度集成，同樣是一個復雜程度不亞于理論層面的工程問題。這就是為什么業內人士普遍認為“薩德”系統這類高空末段反導系統的技術難度要高過中段反導的原因所在，也可以解釋了為什么在1999年8月前，“薩德”系統的試驗接連遭遇重大挫折，以至在此后五年多時間里再沒有進行攔截試驗，項目幾乎下馬。

不過，正所謂“挑戰越大，回報越高”。高空末段反導技術門檻過高的特性，同樣可以解釋了為什么一旦“薩德”系統的關鍵技術獲得突破，很快就身價倍增，以至于成為了一項政治籌碼的原因所在——美國人掌握了一項人無我有的技術，而且由于技術門檻的限制，在可預見的時間內具有排他性。當然不可否認，作為美國反導系統的重要組成部分，作為戰區導彈防御的基石，“薩德”系統的技術門檻最終在戰術性能指標上的反映也的確是十分高效的。

“薩德”系統最小攔截高度15～40千米，最大攔截高度150千米，最大攔截距離200千米，攔截彈主動段飛行時間16～27秒。事實上，“薩德”系統最大亮點在于它的作戰高度，它既可在大氣層內40千米以上的高空，又可在大氣層外150千米以下的高度攔截來襲的彈道導彈，號稱“全球唯一能在大氣層內外攔截彈道導彈的陸基反導系統”，而這個高度正好是射程在3500千米以上遠程和洲際導彈的末段和射程3500千米以下中近程導彈的中段。此外，還需要指出的是，“薩德”系統不但能夠在攔截窗口中擁有2～3次攔截機會，而且能夠實施齊射，這實際上意味著一種有效的抗飽和攻擊能力。

架構與作戰流程

“薩德”系統系統由攜帶8枚攔截彈的發射裝置、AN/TPY-2型X波段雷達、火控通信系統（TFCC）及作戰管理系統組成。洛克希德·馬丁空間防務、卡特彼勒防務和噴氣飛機公司是該系統發射裝置及攔截彈的主承包商，雷聲公司是AN/TPY-2雷達的主承包商，波音、霍尼韋爾和洛克達電子則作為管理與指揮系統的承包商。“薩德”系統的8聯裝導彈發射裝置安裝在一輛奧什科什公司的10×10重型擴展機動戰術卡車上，該車裝有自動裝彈系統。雖然該系統的很多組件都可以用一架C-130運輸機空運，但由于尺寸問題，其發射裝置卻需要使用C-17運輸機或C-5運輸機空運，這在一定程度上削弱了“薩德”系統的戰術布署能力。

該系統的攔截彈由一級固體助推火箭和作為彈頭的動能殺傷攔截器組成。全彈長6.17米，起飛重量約 600千克。動能殺傷攔截器主要由用于捕獲和跟蹤目標的中波紅外導引頭、信號處理機、數字處理機、采用激光陀螺的慣性測量裝置和用于機動飛行的軌控與姿控推進系統等組成。紅外導引頭通過向彈載計算機傳輸目標導彈戰斗部的紅外成像進行制導。整個動能殺傷攔截器（包括保護罩）長2.325米，底部直徑370毫米，重量約60千克，飛行速度為2000米/秒。具有很高的毀傷動能。

動能殺傷攔截器裝在一個雙錐體結構內，前錐體前有一個保護罩，在大氣層內飛行期間，何護罩可減小氣動阻力，保護導引頭窗口不受氣動加熱影響，在導引頭即將捕獲目標前拋掉。導引頭為側窗式結構，采用全反射科斯克光學系統和256×256中波紅外凝視焦平面陣列。該焦平面陣列很可能是一種銻化銦多色焦平面陣列，其技術細節至今仍是美國的頭等機密，詳細情況外界幾乎一無所知。動能殺傷攔截器的姿軌控系統是普惠洛克達因公司生產的液體二元推進劑姿軌控系統，用于攔截器姿態控制和機動飛行。可在要求較高的溫度、沖擊和振動飛行環境下工作。

“薩德”系統的標準雷達配置是1臺AN/TPY-2 X波段固體有源多功能相控陣雷達，這是世界上性能最強的陸基機動反導探測雷達之一。一部雷達就可完成探測、搜索、跟蹤和目標識別等多項任務。該雷達警戒距離遠，兼顧戰略與戰術，天線陣面積為9.2平方米，安裝有30464個天線單元，方位角機械轉動范圍-178°～+178°，俯仰角機械轉動范圍0°～90°，但天線的電掃范圍、俯仰角及方位角均為0～50°。該雷達對反射面積（RCS）為1平方米（典型彈道導彈彈頭的反射面積）的目標的最大探測距離約1200千米。

AN/TPY-2 X波段固體有源多功能相控陣雷達采用模塊化設計，有很強的地面機動性，可采用艦船、火車或拖車進行點對點運輸，還可根據作戰需要由C-5或C-17運輸機空運至指定地點。AN/TPY-2 X波段固體有源多功能相控陣雷達的任務是，對自身所能控制的區域進行目標搜索，一旦獲取目標之后就自動轉入跟蹤狀態，那么相應的狀態評估體系就此建立，相應的一系列目標數據分析就此產生，從而做出首次攔截殺傷評估以及是否進行二次攔截等的綜合評估。

至于“薩德”系統的作戰管理/指揮、控制、通信、情報（BM/ C3I）系統由一個戰術操作站（TOS）和一個發射車控制站（LCS）組成。發射車控制站也即通信中繼車。TOS與LCS都是由“悍馬”高機動多用途車搭載的機動模塊，由安裝在拖車上的15千瓦電源供電。兩者采用相同的環境控制單元和氣體顆粒過濾單元，用于提供對核生化武器的防護。為確保與陸軍和聯合部隊相互配合作戰的能力，BM/C3I系統能夠支持各類通信協議。BM/C3I網絡各組成部分之間的主要通信線路是“聯合戰術信息分發系統”。

在這個網絡上，探測器與BM/C3I系統各組成部分能夠相互報告跟蹤數據和其他關鍵的戰場信息，也能向其他防空系統報告跟蹤數據和其他重要的戰場信息。其負責全面的任務規劃，協調并執行攔截來襲的彈道導彈，并與其他防空系統接口，以便實施聯合作戰。具體來說，即實現導彈連自身的作戰協調、執行導彈連的發射技術流程，與特遣部隊、鄰近的高層和低層單元以及外部系統的協同。此外，還包括管理建制雷達和遠程雷達，以便完成偵察、任務控制、作戰控制等功能。

隨著關鍵技術門檻的突破，2007年1月，“薩德”系統進入生產與部署階段。2008年5月28日，首批末段高空區域防御系統正式裝備美國陸軍，部署在陸軍防空反導司令部第11防空炮兵旅第4炮兵團A連。截止到2016年年底，共有5個裝備“薩德”系統的反導防空炮兵連完成組建。一個完整的“薩德”系統作戰建制（即美國陸軍第11防空炮兵旅第4防空炮兵團阿爾法連那樣的反導防空炮兵連），包括24枚攔截彈、3輛發射車、1套火控系統和1部AN/TPY-2雷達。

作為戰區導彈防御系統的基石，“薩德”系統的典型作戰流程如下：AN/TPY-2雷達在對目標進行截獲、分析并制定攔截方案后，作戰管理/指揮、控制系統開始協調發射單元進行發射準備。此后，根據AN/TPY-2雷達的火控數據，作戰管理/指揮、控制系統進行射擊諸元裝定，先發射1枚攔截彈攔截敵方來襲目標，如果攔截失敗，將再發射1枚攔截彈進行2次攔截。2次攔截失敗，那么將把來襲目標轉交給PAC-3系統進行第3次攔截處理。

值得注意的是，作為一種開放式系統，如果將“薩德”系統放到整個反導系統的“大環境”中，那么依托上層系統的資源支撐，其作戰效能還將產生增益效應，實際的效能邊界具有延展性、模糊性和不確定性。以2013年9月“薩德”系統與海基“宙斯盾”的聯合反導試驗為例。2013年9月10 日，美國導彈防御局、彈道導彈防御系統作戰試驗局、太平洋司令部、陸軍和海軍等部門在西太平洋夸賈林環礁的里根試驗靶場開展代號為FTO-01 的導彈防御系統實戰攔截試驗，以試驗反導系統在面臨多枚導彈打擊情況下的應對能力。試驗中，負責中段的“宙斯盾”系統和負責末段高空區域攔截的“薩德”系統聯機協同，成功攔截了2枚空射中程彈道導彈靶彈。

試驗按實際作戰彈道由C-17運輸機發射了2枚空射中程彈道導彈靶彈，預定打擊區域為夸賈林附近。在接到天基預警衛星信息后，前沿部署模式的AN/TPY-2 X波段雷達探測到靶彈，并將跟蹤信息中繼給指揮、控制、作戰管理和通信（C2BMC）系統。“阿利·伯克”級“宙斯盾”驅逐艦上的AN/SPY-1 雷達探測并跟蹤到第1枚靶彈。“宙斯盾”系統制定火控方案，發射“標準”3Block1A 攔截彈，成功攔截了第一枚靶彈。“薩德”系統末段部署模式的AN/TPY-2 X 波段雷達同時也探測并跟蹤到了第2枚中程靶彈。“薩德”系統在制定火控方案后，發射1枚攔截彈，成功擊毀第2枚靶彈。此外，為防止“宙斯盾”系統對第一枚靶彈攔截失敗，還對其發射了1 枚“薩德”系統攔截彈作為備份手段。“薩德”系統的效能邊界究竟在哪里？這次試驗無疑問以最直觀的方式向我們展現了其延展性、模糊性和不確定性。

結語

高空末段反導的技術門檻較高，但跨越門檻的收益卻十分巨大。事實上，正是由于獨特的大氣層內外反導能力，“薩德”系統填補了僅用于大氣層內防御的“愛國者”和僅用于大氣層外防御的“宙斯盾”導彈防御系統之間的空白，使美國擁有了從中段到末段的嚴密反導能力。在正在構筑的美國全球反導體系中，其地位不可取消、不可替代，十分關鍵。

同時需要看到的是，“薩德”系統的關鍵技術在10年以前就已經接近成熟，而美國軍工科研與采購體系又一向有著邊生產邊技術升級改進的傳統。這意味著目前部署的“薩德”系統與10年前的“薩德”系統決不可能是同一個版本。事實也的確如此，舉例來講，據公開渠道的信息顯示，在2014年年底，美國國防部就計劃提高“薩德”系統攔截彈的射程。為此，美國導彈防御局與洛·馬公司就研制增程型末段高空區域攔截彈進行了多次秘密磋商。

洛·馬公司防空反導事業發展部負責人于2015年1月7日對新聞界公開表示，新的增程型攔截彈將使用和原有攔截彈相同的發射裝置和動能殺傷攔截器。但不同于原有的攔截彈的單級設計，增程型攔截彈將采用兩級發動機設計和更大的助推器，以縮短動能殺傷攔截器在被釋放前與目標的距離，從而加大與“宙斯質”中段反導系統的攔截域重疊范圍，拉長攔截射擊“窗口”，為提供更多的攔截機會創造可能。