對抗高超聲速武器的防御策略研究?

李志淮 鄭建成 朱 剛 常春賀 劉 華

（1.空軍預警學院雷達士官學校 武漢 430300）（2.空軍預警學院三系 武漢 430019）

1 引言

近年來，由于航空航天技術特別是高超聲速飛行器技術的不斷突破，高超聲速武器在軍事上的價值日益凸顯，已經(jīng)成為美俄等軍事大國相互爭奪的戰(zhàn)略高地。高超聲速武器具有飛行速度快、機動性強、軌跡難以預測等特點，且如圖1 所示，其主要飛行高度處于日常防空和太空之間的“高超聲速空域［1］”，突防能力強，給現(xiàn)有的防御體系帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。“匕首”高超聲速導彈在俄烏沖突中的首次實戰(zhàn)運用［2］，以及美國高超聲速武器連續(xù)試飛成功［3］和《國家高超聲速倡議2.0》［4］頂層戰(zhàn)略的提出，表明高超聲速武器角逐日益加劇，對其防御問題顯得越來越緊迫。

圖1 高超聲速與高度包線

2 高超聲速武器特點

高超聲速武器可分為兩類［5］：高超聲速巡航導彈（Hypersonic Cruise Missile，HCM）和高超聲速滑翔飛行器（Hypersonic Gliding Vehicle，HGV）。HCM和HGV 的典型飛行軌跡如圖2 所示，HCM 與典型的亞音速和超音速巡航導彈類似，使用吸氣式發(fā)動機為動力源進行巡航飛行，但飛行速度更快。HGV使用助推器加速到極高的速度，然后無動力滑翔穿過高層大氣，在大氣層內可像“打水漂”一樣跳躍滑翔到目標。

圖2 高超聲速武器典型飛行軌跡

2.1 目標特性

從目標特性上來看，高超聲速武器既區(qū)別于彈道導彈、巡航導彈和航空武器等飛行器，又同時兼具彈道導彈的高速、巡航導彈的低空飛行剖面和航空器的高機動性等特點。綜合國內外高超聲速武器的發(fā)展情況、學術文獻及學界專家的廣泛認知，通常認為其具有以下特點［6～8］：

一是飛行速度快、機動性強。飛行速度在5Ma～20Ma 之間，且借助大氣提供的升力具備較強的機動能力。

二是飛行彈道低、軌跡難以預測。全程飛行彈道位于20km～100km 高度范圍，遠低于常規(guī)彈道導彈的飛行彈道，并可實現(xiàn)縱向跳躍、橫向大范圍繞飛或擺動飛行，軌跡預測難度大，突防能力強。

三是電磁散射特性復雜。目標幾何尺寸小（約為1m～20m），且受到等離子體包覆的影響，目標電磁特性復雜，屬于隱身類目標，通常可以認為其RCS為0.01m2～0.1m2。

2.2 作戰(zhàn)樣式

從作戰(zhàn)樣式上來看，美軍正極力發(fā)展多元平臺發(fā)射、多種射程覆蓋、攻擊方式靈活的系列化高超聲速武器。

一是發(fā)射方式的多樣性。美軍在形成覆蓋遠、中、近多種射程的高超聲速系列化武器的同時，也在積極開發(fā)多樣化的發(fā)射平臺，如常規(guī)地基發(fā)射平臺、空射平臺和潛射平臺等，進而催生了相應的多樣性部署方案，如地基部署方案是采用火箭或洲際彈道導彈等發(fā)射系統(tǒng)從本土發(fā)射的方案，空基部署方案是采用軍用飛機發(fā)射平臺從空中進行發(fā)射的方案，海基部署方案是指從潛艇、驅逐艦等海基平臺進行發(fā)射的方案。

二是打擊目標的多元化。美軍對高超聲速武器的軍事定位是扮演“踢門尖兵”的角色，為低速飛行平臺開辟道路；對敵方縱深目標實施常規(guī)快速遠程打擊［9］。用于對多種高價值軍事目標進行打擊，包括敵方防空系統(tǒng)、敵方指揮控制系統(tǒng)、反衛(wèi)星武器、戰(zhàn)略核武器設施和大規(guī)模殺傷武器以及時敏高價值軍事目標等，達到突襲破壞、先發(fā)制人的軍事目的［10］。

三是聯(lián)合攻擊的多樣性。高超聲速武器可以采用時間協(xié)同、隊形協(xié)同的聯(lián)合攻擊樣式，實現(xiàn)對目標的飽和攻擊［11］。時間協(xié)同是指多個高超聲速武器從相同或不同的位置發(fā)射、沿著不同的飛行彈道同時到達攻擊點；隊形協(xié)同是指多個高超聲速武器在飛行過程中保持著一定的隊形，且同時到達攻擊點。

3 國外高超聲速武器防御體系發(fā)展現(xiàn)狀

美國在加快推進高超聲速武器發(fā)展進程的同時，也在密切關注俄羅斯、中國等國高超聲速武器的研發(fā)和試驗情況，并積極構建高超聲速導彈防御體系［12］。從2018 財年首次將高超聲速防御列入預算開始，投入逐年增加，2023 財年已達到2.255 億美元預算［13］。美國的高超聲速武器防御體系建設采取改進與新研相結合的方式，通過提升現(xiàn)有彈道導彈防御體系能力，以及研制專門針對該類目標的攔截武器和天基傳感器網(wǎng)絡等方式建設防御體系［14］。基于反導反臨一體建設思路，美國把多項高超聲速武器防御建設要素融入到彈道導彈防御的建設發(fā)展中，例如通過改進反導預警系統(tǒng)的地基雷達和指揮控制系統(tǒng)，使其具備一定的高超聲速武器探測和指揮控制能力。

3.1 整體規(guī)劃已然形成

美國已對高超聲速武器防御體系規(guī)劃進行了設計，開發(fā)形成了一整套體系級防御方案，主要包括防御體系的系統(tǒng)工程需求分析，以及武器概念和關鍵技術的論證評估，并開展了系列技術演示實驗。如圖3所示［15］，2020年美導彈防御局公布的導彈防御體系架構2.0 給出了體系建設的遠期規(guī)劃，重點開展以下工作：一是系統(tǒng)工程，主要包括體系分析、技術優(yōu)先級劃分、需求開發(fā)、集成規(guī)劃、試驗規(guī)劃及殺傷力評估等；二是升級現(xiàn)有導彈防御系統(tǒng)的探測器和指揮控制、作戰(zhàn)管理與通信（C2BMC）系統(tǒng)以應對高超聲速威脅；三是高超聲速防御武器系統(tǒng)技術研發(fā)，包括動能和非動能等手段；四是先進的探測器和指控技術研發(fā)，包括地基、空基和天基技術等。

圖3 美國導彈防御體系架構2.0

3.2 預警系統(tǒng)多樣開發(fā)

在高超聲速武器預警探測方面，通過改進現(xiàn)有預警裝備和研發(fā)新型天基傳感器，進而實現(xiàn)對高超聲速武器的全程預警探測和跟蹤。主要包括研發(fā)和改進遠程識別雷達和AN/TPY-2 雷達，將高超聲速防御能力嵌入其中，使其具備高超聲速武器飛行末段的跟蹤和報告能力；發(fā)展如圖4 所示的高超聲速和導彈跟蹤空間傳感器（Hypersonic and Ballistic Tracking Space Sensor，HBTSS）并與“宙斯盾”系統(tǒng)的SPY-6海上雷達協(xié)同工作來防御高超聲速導彈；配備新一代高空持久紅外探測系統(tǒng)（Next Generation Overhead Persistent Infrared System）新衛(wèi)星，可在導彈發(fā)射時探測到其紅外羽流，然后將坐標傳送給其他衛(wèi)星和地面站等［16］。

圖4 HBTSS與宙斯盾協(xié)同防御HGV

3.3 武器系統(tǒng)并進研制

導彈防御局（Missile Defense Agency，MDA）于2018年9月公布“高超聲速防御武器系統(tǒng)”項目，從項目合同可以看出，美國的攔截武器由硬摧毀向多手段并進，有代表性的硬摧毀攔截武器項目主要有“滑翔破壞者”（Glide breaker）和滑翔段攔截器（Glide Phase Interceptor，GPI），其中，GPI 聲稱具備“超越高超聲速威脅的速度和敏捷性”；非動能手段主要有激光、微波及無線電波等定向能武器，這類武器系統(tǒng)具有反應快、成本低、運用靈活、打擊精確不受電磁干擾、瞬時功率高等優(yōu)點。

3.4 指控系統(tǒng)同步升級

在指控系統(tǒng)方面上，美軍對現(xiàn)有指控（C2BMC）系統(tǒng)進行改造升級，使其具備對高超聲速武器的指揮控制、作戰(zhàn)管理與通信能力。2021 年8 月10 日，MDA 授予洛·馬公司價值1.57 億美元的合同，為美陸基中段防御系統(tǒng)（GMD）提供指揮、控制、作戰(zhàn)管理與通信（C2BMC）支持能力，提高對遠程彈道導彈的防御能力［17］。此次升級旨在通過融合衛(wèi)星、地面和艦載雷達在內的多種傳感器數(shù)據(jù)，為GMD 提供跟蹤威脅系統(tǒng)的單一實時合成圖像，并使C2BMC 能夠向Link-16 數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡報告高超聲速威脅。C2BMC 的下一次升級稱為Spiral 8.2-7，將通過關聯(lián)和融合來自更廣泛的傳感器（包括衛(wèi)星、地面和艦載傳感器）的數(shù)據(jù)，為GMD 提供單一、實時、合成的威脅系統(tǒng)軌跡圖。

此外，俄羅斯已對高超聲速武器防御中的預警探測、攔截打擊和指揮控制等技術開展了先期概念研究和技術探索。短期來看，主要采用S-500 防空反導系統(tǒng)與沃羅涅日戰(zhàn)略預警雷達相結合的方式，具備一定高超聲速武器末端預警攔截能力；遠期來看，將高超聲速武器防御納入空天防御系統(tǒng)，并對防空反導系統(tǒng)進行升級改造，使其具備對高超聲速武器的防御能力。

4 高超聲速武器防御體系發(fā)展策略

4.1 構建一體化的全程防御預警系統(tǒng)

由于高超聲速武器具有“高飛行速度”“高巡航高度”“高突防能力”等特點，預警探測系統(tǒng)僅靠單一平臺或者單一探測手段難以及時發(fā)現(xiàn)。如圖5所示，防御系統(tǒng)應該綜合運用各種預警手段，充分利用天基、臨空基、陸基以及海基等各類平臺搭載雷達、紅外和光電等多型傳感器，將不同體制的預警裝備合理配系，在固定傳感器優(yōu)化部署的基礎上合理配置陸基機動雷達、艦載多功能相控陣雷達等機動傳感器對預警探測網(wǎng)進行補漏和加強，多手段感知、多渠道驗證，構成多平臺、多手段聯(lián)合預警的反臨預警探測網(wǎng)絡體系，提供全面詳細的高超聲速武器預警信息，確保對高超聲速武器能夠全流程預警、全方位跟蹤、全飛行剖面定位，從而有力滿足未來反臨預警作戰(zhàn)需要。

圖5 高超聲速武器一體化防御概念圖

具體來講，應遵循天地一體、層層部署的原則謀劃高超聲速武器預警系統(tǒng)建設。第一層配置寬視場地球同步軌道預警衛(wèi)星，如美國天基紅外預警衛(wèi)星（SBIRS），確保在目標發(fā)射的數(shù)秒內就可探測到其火箭助推器發(fā)出的高輻射強度紅外信號，從而對目標飛行軌跡進行預測，并通過通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈路將預警信息實時傳送至指控中心。第二層配置分辨率更高的中視場中低軌探測器，用于對目標進一步跟蹤和識別，辨識其飛行姿態(tài)、來襲樣式并預測其有可能攻擊的關鍵資產，為攔截彈提供關鍵的目標信息。第三層是配置更低軌道或臨空基光學紅外探測器、天波超視距雷達和其它地基、海基等低平臺高度的傳感器，主要是根據(jù)前兩層預警平臺提供的引導信息對高超聲速目標進行更為準確的識別、跟蹤和探測，進一步為攔截彈提供攔截引導信息。

4.2 發(fā)展分段大機動的防御攔截系統(tǒng)

高超聲速武器速度快，極大地壓縮了作戰(zhàn)時間軸；傳統(tǒng)的導彈攔截一般是基于彈道預測攔截點，而高超聲速武器的軌跡不確定性和機動性極大地增加了攔截點的估計難度和有效性，增加了攔截困難。這就要求我們針對高超聲速武器的飛行特性，采取分段攔截策略，并采用大機動攔截武器進行防御攔截，以確保對高超聲速目標的攔截打擊。

一方面，雖然高超聲速武器助推段紅外輻射信號明顯，但由于地理位置和反介入/區(qū)域拒止（Anti Access/Area Denial，A2/AD）戰(zhàn)略的影響，防御方無法以地面形式尋求助推段攔截。因而可采用如圖6 所示［18］，基于高超聲速武器不同飛行階段，在其滑翔/巡航段、末段和再入滑翔段三個階段組合采用不同攔截策略進行多次攔截，提高攔截成功率。一是采用末段攔截策略，即在高超聲速武器開始俯沖到爆炸之前這段時間進行攔截，此階段攔截響應時間有限，采用動能攔截彈一般只有一次攔截機會，且攔截成功率較低。因此，末段攔截還應考慮采用其它如電磁輻射、電磁軌道炮、破壞攻方的通信和控制系統(tǒng)等非動能手段進行攔截。二是采用滑翔/巡航段+末段攔截策略，主要是在高超聲速武器平穩(wěn)飛行之后對其進行攔截。該階段目標飛行狀態(tài)趨于平穩(wěn)，雖然目標雷達截面積小，但大氣層內高速飛行會使其紅外特征明顯，長時間的大氣層內飛行可使動能攔截器有足夠的響應時間，同時可采用非動能攔截手段爭取多次攔截機會。三是采用再入滑翔+滑翔/巡航段+末段攔截策略，該策略在目標進入再入滑翔段時即對其展開攔截，若攔截失敗，還可在平穩(wěn)滑翔段和末段實施攔截，由此形成多層多次攔截策略。

圖6 高超聲速武器分段攔截策略

另一方面，針對高超聲速武器的高速、強機動過載特性，可采用多級助推的高速大機動攔截器進行防御。多級助推形式可減輕攔截器自身質量，使攔截器具備高超飛行速度的同時獲得大機動過載能力和軌跡靈活修正特性，以有效應對可快速變軌機動的高超聲速目標。同時可運用靈活多樣的制導控制方式，以滿足攔截器應對不同高超聲速武器時對其機動過載能力的作戰(zhàn)使用需求。

4.3 融合升級高效的防御指控系統(tǒng)

防御高超聲速武器是一項重大的地理和科技挑戰(zhàn)，將給指揮、控制、通信帶來巨大壓力。這一挑戰(zhàn)也不是孤立的，它與彈道導彈防御和其他形式的防空系統(tǒng)所遇到的困難息息相關。高超聲速防御指控系統(tǒng)應與現(xiàn)有指控系統(tǒng)結合并利用大數(shù)據(jù)技術進行改進升級，研制高超聲速武器威脅初始態(tài)勢感知和跟蹤系統(tǒng)并整合遠程探測雷達，從高超聲速飛行測試和工作模型中收集數(shù)據(jù)來增強系統(tǒng)分析的準確性和有效性，建立有效的高超聲速武器探測和預警應急能力。借鑒美國聯(lián)合全域指揮與控制（JADC2）計劃將各作戰(zhàn)單元所收集到的雷達數(shù)據(jù)、飛行測試數(shù)據(jù)或共享情報數(shù)據(jù)進行有效處理，通過多條情報流提前數(shù)天監(jiān)測導彈發(fā)射準備活動并發(fā)出預警。同時，通過技術研發(fā)融合地理空間和天氣信息，結合高超聲速飛行模型和其他數(shù)據(jù)流軟件，為傳感器和攔截器的研制部署以及多種與高超聲速防御相關問題提供解決方案。

另外，高超聲速武器是典型的時敏目標，其攻擊的突然性及超快的飛行速度，導致指控系統(tǒng)反應時間窗口和攔截武器發(fā)射時間窗口大大縮短。對此，在建立“制時間權”新型作戰(zhàn)理念和“讀秒”作戰(zhàn)基礎上，需采取更加有力措施使作戰(zhàn)指揮效率進一步提升，實現(xiàn)預警探測與火力打擊的一體化，形成有效應對空天快打武器打擊的整體作戰(zhàn)能力。

5 結語

隨著“匕首”高超聲速導彈在俄烏沖突中的使用，標志著高超聲速武器進入到實戰(zhàn)階段。美俄正在競相開發(fā)高超聲速武器用的超燃沖壓發(fā)動機和沖壓發(fā)動機，用這些發(fā)動機可以制造出更小、更機動、更難以探測的高超聲速武器。面對與日俱增的高超聲速武器威脅，只有積極發(fā)展一體化的高超聲速預警體系、多樣化的防御攔截武器和高效敏捷的指控系統(tǒng)，科學推進高超聲速武器防御問題研究和體系化建設，才能形成有效的對抗能力。