高超聲速巡航導彈的潛在用途與作戰概念設想*

葉喜發,張歐亞,李新其,邱艷粉,張飛翔

(1.火箭軍工程大學 研究生院，陜西高校青年創新團隊，陜西 西安 710025；2.火箭軍工程大學 初級指揮系,陜西 西安 710025；3.國防大學聯合作戰學院/火箭軍工程大學初級指揮系,陜西高校青年創新團隊，北京 100091/陜西 西安 710025；4.中國人民解放軍69006部隊，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引言

高超聲速巡航導彈是指飛行Ma在5以上、在20～40 km臨近空間巡航飛行的飛行器。目前，研究相對較為成熟的是美國和俄羅斯，隨著高超聲速巡航導彈的強勁發展，其關鍵技術的不斷發展，實戰化進程即將來臨，如俄羅斯“鋯石”巡航導彈已于2017年首次海上試射，并將于2020年列裝，掀開了高超聲速武器實戰化帷幕[1]。其飛行速度快、突防能力高、侵徹能力強、機動性能好等特點，將成為未來戰場中快速、有力、精準的打擊武器，重要性日益增加，如何發揮其最大作戰效能是目前乃至以后需要研究解決的[1-2]。

1 高超聲速巡航導彈作戰特點

高超聲速巡航導彈可采用空基、陸基、海基等發射方式，其飛行過程可分為助推段、巡航段和俯沖段，如圖1所示。在助推段，陸、海基發射采取火箭助推器和超燃沖壓發動機組合推進系統，首先火箭發動機將其加速至3Ma時自行脫落(空基發射時載機加速至3Ma時釋放)，超燃沖壓發動機開始工作，將高超聲速巡航導彈推進至25 km的高空；在巡航段，在超燃沖壓發動機的作用下，采取定高巡航或者周期巡航的方式在大氣層內實施高空巡航飛行，并可以實施橫向機動；在俯沖段，發動機關機，導彈在重力的作用下對目標實施打擊[3-6]。

根據美國X-51A(5Ma飛行)和俄羅斯“鋯石”(8Ma飛行)(圖2，表1)試驗結果來看：已經實現在5Ma以上、25 km的高空進行高速巡航飛行，未來高超聲速巡航導彈將具備快速度、高突防、強侵徹的特點。由于其極快的速度和較好的橫向機動能力，可以對時間敏感目標進行精確打擊；同時也大大壓縮了敵方探測、預警反應的時間，目前最先進的防空反導系統難以實現在25 km的高空實施攔截，因此其可以突破任何的防空系統，具有較高的突防能力。試驗表明，飛行在6Ma的彈頭，對鋼筋混凝土、地表面的侵徹深度分別為6～11 m和30～40 m，而高超聲速巡航導彈在末端的打擊速度Ma可達十幾以上，具有較強的侵徹能力，可以對深層堅固地下的高價值軍事目標實施“點穴式”打擊[5,7-8]。

圖1 高超聲速巡航導彈飛行示意圖Fig.1 Schematic diagram of hypersonic cruise missile flight

圖2 美國高超聲速巡航導彈發展路線Fig.2 Development route of the US hypersonic cruise missile

表1 俄羅斯高超聲速巡航導彈發展概況Table 1 Development of Russian hypersonic cruise missile

2 高超聲速巡航導彈潛在用途

未來戰爭中對時間敏感的高價值目標，如短暫停留的軍政首腦、機動導彈發射車、間歇開機雷達、臨時集結(轉運)的部隊、臨時浮出的潛艇等將會日益增多。如何實現在有限的打擊窗口內對“時敏目標”實施打擊摧毀，將是未來戰爭重難點問題[9]。目前，對目標的遠程打擊主要由常規彈道導彈和亞聲速巡航導彈完成，但是彈道導彈的彈道相對較為固定，機動變軌能力較弱，適用于對固定目標的打擊，對于“時敏目標”打擊能力較弱；亞聲速巡航導彈雖機動性能較強，鑒于其飛行速度較慢、打擊時間較長、突防能力較弱的特點，也很難實現對“時敏目標”的有效打擊。未來戰場中，高超聲速巡航導彈將成為一種全新的打擊武器，將成為現有打擊方式的有益補充。由于其飛行速度快，可以短時間內對目標進行打擊摧毀；突防能力強，突防的能力和概率得到了極大的增強；橫向機動能力強，可以在線變軌，具備臨時改變打擊目標能力，將成為對“時敏目標”有效的打擊方式[10]。同時，高超聲速巡航導彈也能產生戰略威懾作用，由于其可在極短時間內對全球任何一個地方實施精確打擊，對手幾乎沒有回旋余地，“來不及防、無處可藏、無處可躲”，相比核威懾戰略而言，其使用門檻低、打擊范圍可控，只對目標本身進行摧毀打擊，實戰化的可信度更高，更能產生現實戰略威懾作用[4]。高超聲速導彈可采用全自主、可遙控2種攻擊模式，本文主要研究可遙控的高超聲速巡航導彈的作戰概念設想[11-15]。

3 可遙控高超聲速巡航導彈可能作戰概念

3.1 可遙控高超聲速巡航導彈武器系統的組成

地面機動發射的可遙控型高超聲速巡航導彈武器系統，可由六大部分組成：導彈、機動發射系統、任務規劃系統、技術支援系統、地面監控系統和機動指揮系統，如圖3所示。技術支援系統將針對整裝彈體、全備彈測試和發射筒內測試，對技術準備流程和工位配置進行簡化，整合測試設備；任務規劃系統主要由綜合調度管理、數據管理、彈道規劃預處理、攻擊可能性檢查、戰場環境量化、彈道規劃與檢驗、彈道走廊方案評估、打擊方案擬制、火力計劃擬制和推演評估等組成；機動指揮系統用以完成導彈旅與上級指揮機關，以及本級的通信聯絡和作戰信息數據的傳輸，實現武器系統機動作戰的自動化指揮；地面監控系統是為實現導彈飛行監控和“人在回路(MITL)”制導方式不可缺少的系統，是導彈武器系統新增的重要組成部分。

圖3 高超聲速巡航導彈武器系統構成及其關系示意圖Fig.3 Schematic diagram of the structure and relationship of hypersonic cruise missile weapon system

3.2 地面監控系統的組成及部署

3.2.1 地面監控系統的組成及其功能

地面監控系統主要由指揮調度分系統、飛行監控作業分系統、衛星地面收發站和通信保障分系統組成。指揮調度分系統負責分析并執行導彈作戰集團指揮系統下達的作戰任務，完成對飛行監控作業分系統和衛星地面收發站的任務分配和狀態管理；監控作業分系統執行飛行監控操作，從衛星地面收發站接收高超聲速巡航導彈彈頭彈載測控設備、遙外測系統的壓縮數據，進行解壓縮，分離回傳圖像、跟蹤監視導彈飛行狀態、戰場偵察和遙測數據信息；衛星地面收發站負責與中繼衛星通信，接收中繼衛星傳回的返向數據信息，并將飛行監控作業分系統的前向指令向中繼衛星發送，進而傳輸給飛行中的導彈。

3.2.2 地面監控系統的部署

地面監控系統分為固定式和機動式2種，二者主要功能相同、接口一致、互為備份、軟硬件互換。固定式地面監控系統的指揮調度分系統、飛行監控作業分系統、衛星地面收發站室內設備部分都放置在室內，衛星地面收發站的天伺饋部分安裝在室外；機動式地面監控系統設計成車載形式、增加方艙車及附屬設備，實現地面監控系統的機動使用要求，主要由指揮調度車、飛行監控作業車和衛星地面車(天線車)組成。

在機動式地面監控系統中，高超聲速導彈彈頭將偵獲的目標信息反饋至中繼衛星，中繼衛星將信息傳輸給衛星地面車，在轉入地面監控車(方艙)內，用于指揮員做出決策。同時，指揮員發出了指令信號按照相反的順序傳達至彈頭，引導和控制彈頭對目標實施打擊。如圖4所示。

3.3 可遙控高超聲速巡航導彈作戰概念圖

地面監控系統利用中繼衛星通信鏈路，與數據鏈彈載終端配合，對導彈進行“人在回路中”制導(參見圖5)。通過實時接收并顯示導彈獲取發回的目標區信息及數據信息，指揮員分析、研判并作出決策，生成并發送前向監控指令等信息，控制導彈完成對目標的捕獲。地面監控系統還能夠完成戰場偵察、毀傷評估、安控指令的轉發等任務。監控人員通過觀察導彈發回的目標區信息，還可以評估出先前攻擊的目標毀傷情況，確定是否需要引導尚處于飛行中的導彈繼續攻擊目標；通過觀察導彈接近目標的方式和碰撞前的最后畫面，可判斷目標命中情況。

圖4 地面監控系統的部署示意圖Fig.4 Schematic diagram of the deployment of the ground monitoring system

3.4 可遙控高超聲速巡航導彈的作戰體系結構

可遙控高超聲速巡航導彈依賴衛星通信數據鏈進行“地面-中繼衛星-導彈”大閉環遙控攻擊，作戰指揮控制需要緊密閉合并快速聯動“偵察、控制、抗干擾、打擊”信息閉環，是典型的基于信息系統的作戰體系，如圖6所示。

圖5 高超聲速巡航導彈的作戰概念圖Fig.5 Operational concept of hypersonic cruise missile

圖6 基于信息系統的高超聲速巡航導彈作戰體系概覽Fig.6 Overview of hypersonic cruise missile combat system based on information system

主要采用UML(統一建模語言)，對可遙控高超聲速巡航導彈作戰體系進行建模描述，其靜態結構模型，如圖7所示。該圖還顯示了指揮系統的3個子類，以及任務規劃系統的2個子類。類的內部操作表示該角色的職責的高級抽象。類之間的關聯主要通過系統之間傳輸的“消息類”及其語義聯系和導航性來描述。

3.5 可遙控高超聲速巡航導彈作戰指揮信息流程

基于UML順序圖，建立可遙控高超聲速巡航導彈武器系統的動態行為模型。不考慮導彈發射前指揮/地面監控系統與上級指揮及任務規劃系統之間的交互，僅對指揮/地面監控系統、導彈發控單元和導彈之間的順序圖，如圖8所示，主要描述導彈與其武器控制系統之間交互的消息類型及其時序等。

地面監控系統、發射控制單元和導彈之間的UML活動圖(描述其從活動到活動的控制流程，用帶有泳道的活動圖描述分系統之間的并發行為和同步要求)如圖9所示，主要關注單枚導彈從發射準備到飛行終止的活動。

圖7 可遙控高超聲速巡航導彈作戰體系的頂層類圖Fig.7 Top-level class diagram of remotely controlled hypersonic cruise missile combat system

圖9 導彈發射及飛行監控過程的活動圖Fig.9 Activity map of missile launch and flight monitoring process

4 結束語

本文主要基于實現對“時敏目標”摧毀打擊，提出了一種可遙控高超聲速巡航導彈未來作戰樣式。通過對其作戰特點和潛在價值分析，探索了基于可遙控的高超聲速巡航導彈的作戰樣式，重點研究了可遙控高超聲速巡航導彈武器系統的組成、地面監控系統的組成及部署、未來作戰概念、作戰體系結構、作戰指揮信息流程。通過分析研究得出，對高超聲速巡航導彈采用低速率遙控制導+彈上自主制導是可行的，能夠增強對高超聲速巡航導彈的控制和導航，提高其對“時敏目標”的打擊效能，將成為未來戰爭一種全新的打擊方式[10]。