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                    《兵器知識》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    以普及兵器科技知識,提高中國全民國防觀念,為實現國防現代化,特別是武器現代化服務為辦刊宗旨,面向中國廣大青少年軍事愛好者,廣泛宣傳兵器科技知識,大力普及軍事高新技術,介紹世界軍事科研生產情況,展示各國武器裝備風貌,宣傳中國兵器工業發展道路和成就。

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                    為什么是中段攔截?解讀中段反導攔截系統

                    2012-11-16 22:37:54


                     

                    2009111日,中國政府宣告,當日在境內進行了一次陸基中段反導攔截技術試驗,試驗達到了預期目的。這一試驗是防御性的,不針對任何國家。那么,什么是中段反導攔截?中段反導攔截的技術難點和優勢是什么?我國又為什么要發展反導攔截技術呢?

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                    什么是中段反導攔截?

                    根據彈道導彈飛行的不同階段,劃分反導攔截任務區間的做法最早源于美國。彈道導彈整個飛行彈道可以劃分為助推段、后助推段、中段和末段,其中前兩階段又稱為初始段或統稱為助推段,也稱為主動段。中段和末段往往被稱為被動段,其中末段在不嚴格的情況下也被稱為再入段。助推段是單級或多級火箭燃燒工作時段,導彈處于有動力飛行的加速階段。其后,導彈如同出膛的子彈完全依靠初始速度和積累的高度勢能完成后續飛行,如同拋擲出的物體,因此此后的飛行彈道和導彈要打擊的目標點是可以計算出來的。這就是現代反導攔截技術的理論基礎。對于射程2 000千米以上的彈道導彈而言,中段飛行的大部分時間是在大氣層外,而再入段的大部分時間是在大氣層內,其中中段飛行將達到彈道的最高點。

                    由于彈道導彈在各飛行段的高度、速度和姿態等目標特征有明顯差別,因此反導系統分成了助推段、中段和末段攔截系統三大類,這三類系統可以分層依次攔截,以提高攔截成功率。例如,美國國家導彈防御系統(NMD)中的空基激光攔截系統(ABL)即主要擔負助推段攔截任務,地基攔截彈(GBI)主要完成中段攔截任務,耳熟能詳的“愛國者”3 則主要執行末段攔截任務。

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                    中段攔截實際就是利用探測到的導彈火箭發動機關機點的最后方向和速度,計算出導彈以后的飛行彈道,然后在其進入再入階段前實施攔截。對于中程以上導彈的中段攔截,往往是在大氣層外空間發生的。

                    中段反導攔截系統一般由攔截導彈、雷達或衛星等傳感器和戰斗管理系統組成。攔截彈根據發射平臺可以分為陸基和?;鶅煞N,傳感器也可以根據架設平臺分為像“鋪路爪”這樣的陸基傳感器,“宙斯盾”這樣的?;鶄鞲衅?,以及“紅外預警衛星”這樣的天基傳感器。

                    中段反導攔截技術的發展現狀

                    中段反導攔截由來已久,它始終都是導彈防御系統發展的核心和最高技術系統,被明確提出來是在19833月美國總統里根提出的“戰略防御倡議”(SDI)即“星球大戰”計劃中。該計劃提出了建立四段三層攔截體系,四段是按照洲際彈道導彈的助推段、后助推段、中段和末段四個飛行階段而定的。前兩段構成第一層,后兩段分別為第二層和第三層。以后雖然經歷了老布什政府“有限導彈防御計劃”和克林頓政府NMDTMD階段,但中段反導攔截不但沒有放棄,還始終是系統發展的核心。而到布什政府則直接將反導系統按導彈彈道分為了助推段、中段和末段攔截系統,其中的中段攔截主要包括陸基中段、?;卸畏烙到y兩大類。

                    陸基中段防御系統   美國陸基中段導彈防御系統(GMD)的主要作戰目標是敵方遠程彈道導彈、洲際彈道導彈。該系統主要依靠龐大的陸基、?;吞旎A警雷達和衛星系統作為預警探測單元,其中包括國防支援衛星、天基紅外系統和?;?、陸基X波段雷達等,攔截導彈主要是用“民兵”導彈和商用火箭發展而來的GBI攔截彈(題圖為其發射井)。美國目前擁有30枚地基攔截導彈,首枚導彈于2004 7 月部署。

                    ?;卸畏烙到y   目前只有美國在發展?;卸螖r截系統,該系統是美國海軍在“海軍區域防御”(NAD)系統的基礎上,通過改造與新研制相結合而形成的,其攔截彈為“標準”3SM-3)。?;卸螖r截系統的初始預警信息來源與地基攔截系統一樣,在接到天基或陸基預警系統的告警信息后,“宙斯盾”艦上的SPY-1雷達探測、跟蹤來襲的彈道導彈目標,并下達發射攔截彈指令。

                    其它系統   有消息稱,俄羅斯已經將核攔截的“橡皮套鞋”系統改造為動能攔截的雙層中段系統。20071月和10月,俄航天部隊從哈薩克斯坦境內成功試射了53T6攔截導彈,主要是為了測試導彈是否需要延長現有反導系統中導彈部件的維護期。同年8月,俄首個S-400導彈營開始在莫斯科擔負戰備值班,俄還在研制S-500系統,這兩種系統都具備對中近程導彈的中段攔截能力。

                    印度也在積極發展一定的陸、海中段攔截能力。印度分別在2006 11 月和2009 3 月進行了PAD 導彈的攔截試驗。PAD導彈防御系統是高層攔截彈,是在印度“大地”2地地彈道導彈基礎上發展起來的。該導彈最大攔截高度可以達到80千米,攔截范圍超過100千米。據稱PAD能夠攔截速度為馬赫數5、射程為300 2 000千米級的彈道導彈。印度還在發展“長弓”彈道導彈,很可能被改裝為?;卸螖r截彈。

                    中段反導攔截的技術難點

                    中段反導攔截技術之所以被稱為反導技術皇冠上的寶石,是因為它在各種反導攔截技術中技術要求最高,主要體現在以下幾個方面。

                    探測難   反導系統工作過程中越早探測發現目標,留給反導攔截彈的工作時間就越充裕,攔截可能就越大。例如,固體燃料導彈的助推段時間一般為170秒,液體燃料導彈的助推段時間一般為240秒。俄羅斯液體的SS-18導彈助推段工作時間為300秒,美國固體的MX導彈助推段工作時間為180秒。也就是說,天基紅外系統必須利用這一短暫時間發現導彈尾焰信號,發出警報。

                    美國中段攔截的預警探測系統是這樣的:駐留在赤道附近的DSP衛星紅外傳感器首先發現導彈尾焰紅外信號,然后發出導彈發射警報,將信號傳遞給戰區內的聯合戰術地面站(JTAGS)、澳大利亞的海外地面站和美國本土夏延山的北美防空防天司令部、美國航天司令部預警中心,進行數據融合與處理,得出導彈大致的飛行方向,判定導彈的大致發射點與落點,然后北美防空防天司令部將初步信息傳達到相應方向的地基和?;?span lang="EN-US">X波段雷達和彈道下方海域的執勤“宙斯盾”艦,接力探測彈頭,從而繪出三維空間飛行軌跡,并將這些導彈信息傳送給阿拉斯加格里利堡和加利福尼亞范登堡空軍基地的地基攔截彈火控系統,或“宙斯盾”艦的“標準”3火控系統。

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                    跟蹤難   這包括三個方面。一是攔截彈飛行速度要足夠快,因為中段攔截系統的攔截點將在大氣層外數十到數百千米的范圍內,而反導系統的探測、信息傳輸處理及指令下達就需要耗費數十秒的時間。而且在進入中段后,彈道導彈已經完成助推段的加速。此時攔截彈發射后需要與目標彈搶時間,因此攔截彈需要有足夠高的初始速度,以保證在大氣層外相遇。關機速度成為衡量攔截導彈攔截能力的重要指標,關機速度越高,導彈攔截能力越強。例如,美國?;卸蔚摹皹藴省?span lang="EN-US">3 Block1導彈關機速度為2.5 3.3千米/秒,其攔截高度達到160千米。改進后的“標準”3 Block2關機速度達到5 5.5千米/秒,攔截高度將達到500千米。部署在美國本土的三級GBI攔截導彈的關機速度超過7千米/秒。作為高空區域攔截導彈的THAAD導彈的關機速度只有2.8千米/秒,這使其攔截高度也只有150千米,但已經能夠在中段攔截射程2 000千米以下的導彈。美國正在開發的地基動能攔截彈KEI的關機速度也達到6千米/秒,因此我們說它具備中段攔截能力。而高速火箭發動機是這一問題的關鍵,這需要解決高燃燒值燃料的生產、特殊火藥柱型的設計和耐高溫燃燒室的材料等一系列問題。

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                    二是攔截彈頭要足夠靈活。在接近目標導彈后,導彈彈頭要足夠靈活,機動到與目標彈道的交會點。此時導彈已經飛出大氣層,防空導彈中的空氣機動方式已經無效,只能設計專門的姿態控制火箭發動機,這需要掌握先進的空間矢量火箭技術。

                    三是導引頭反應速度要足夠快。目前中段反導攔截大多使用紅外或雷達導引頭。由于攔截彈頭要在太空中很短的時間內發現、跟蹤和鎖定目標彈頭,因此導引頭一方面需要較大的視場,在遠處可以發現目標,并將快速移動的目標納入視場,另一方面需要導引頭鎖定目標信號,并快速跟蹤目標。

                    美國反導系統的工作是這樣的:陸基攔截彈(GBI)發射升空后,遠程跟蹤雷達不斷保持對敵方彈頭和己方攔截彈的跟蹤,并引導己方攔截彈進行攔截;陸基攔截彈(GBI)在達到適當的高度、速度后,進行彈體分離,釋放大氣層外動能攔截彈頭(EKV);EKV上搭載有紅外導引頭,變軌推進器等;在紅外導引頭截獲敵方彈頭后,EKV進行變軌機動使自己的飛行軌道與敵方彈頭的飛行軌道交匯,最后直接將敵方彈頭撞毀。由于這一技術過于復雜,一時難以實現。美國在地基中段反導試驗中,采用了在目標導彈彈頭上安裝信標的方式,解決反導攔截彈的跟蹤與鎖定問題,因此被美國國內稱為造假,這也使美國反導系統技術水平備受質疑。

                    識別難   在中段攔截中最難解決的就是誘餌彈頭的識別問題,因為在這一飛行段中投放誘餌是最容易的。中段處于太空中,在地面中殘留有極少氣體的氣球在進入太空后,由于失去了大氣壓強,可以迅速膨脹為飽滿的氣球,所以許多國家都在這一階段投放外觀與彈頭類似的氣球。這些氣球表面涂有金屬錫箔涂層,可以反射雷達信號,并可以在內部加裝加熱裝置,使其具有真彈頭的熱紅外特征。而太空中幾乎沒有空氣阻力,它們可以伴隨真彈頭一同飛行,這使火控雷達和攔截彈紅外導引頭無法區別真假。當然這種誘餌在進入大氣層后,很快會被大氣阻礙而被過濾掉,落在質量較大的真彈頭后面,這種誘餌在末段是無能為力的。識別這種誘餌需要發展大功率的X波段雷達,因為X波段可以穿透大部分的氣球薄壁,從而分別出真彈頭。此外,還需要進行多次反誘餌攔截試驗,從而積累一定的經驗,制定科學的識別算法。這就是美國不斷進行反導攔截試驗的一個重要原因。

                    碰撞難   一般防空和反導彈頭都采用破片殺傷方式,這種方式破壞威力大,而且只需接近目標爆炸,無需碰撞目標就可以破壞彈頭。但這種方式必須把爆炸物和彈丸投送到目標高度,再加上復雜的制導、姿控系統,攔截導彈的載荷就會很大。實際上由于攔截彈頭速度非常高,利用其本身的質量就可以高速撞擊摧毀目標,這樣可以減少彈頭質量,使彈頭可以攔截更高的目標,并能靈活機動地跟蹤目標。目前美國等發達國家都將動能碰撞,即“碰撞-殺傷”技術作為反導技術的優先項目。

                    為避免導彈彈頭在再入大氣層時燒毀,彈頭都非常堅固,因此碰撞必須準確,而且相對速度要高,這樣才有足夠的動能將目標摧毀,否則彈頭只能發生軌道偏離,仍能在空中或地面發生核爆炸。動能碰撞的技術核心是殺傷載具的快速姿態調整和目標鎖定技術。美國波音北美公司的外大氣層殺傷攔截器(EKV)的長度約1.2米,在展開時直徑約為61厘米,重量不到45千克。該EKV分為前中后三個艙段。前艙段容納導引頭、數據處理器、飛行器的配電系統和慣性測量裝置。中艙段裝有單甲基肼/四氧化二氮推進劑和轉向推力器,共有四個用于攔截末段軸向運動的大推力器和用于姿控的小型雙基推進劑推力器。后艙段裝有貯箱和遙測設備。該EKV 上有一組用彈簧力展開的石墨環氧樹脂臂,臂上有鎢合金塊,當EKV與助推火箭分離后,它沿EKV周圍展開,可增大EKV 的殺傷范圍。

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                    中段反導攔截的技術優勢

                    由于中段攔截所需要的較大型火箭技術屬于導彈技術限制范圍,而且相關的制導技術和導引頭技術要求先進,因此在全球范圍內,此類技術尚沒有輸出的先例,只被有自主導彈技術的國家所掌握。各國之所以熱衷于開發中段反導攔截技術,主要是因為它有著多方面的優勢。

                    盡早攔截,提高系統攔截概率   彈道導彈在助推起飛后即進入飛行中段,實際助推段飛行時間非常短,遠短于目前最先進的美國反導系統的探測和告警時間,因此助推段攔截需要將攔截和探測系統前置到導彈發射區附近。作為固定攔截系統最早的可攔截段即是目標導彈的飛行中段,這種盡可能早地攔截可以為后續攔截留出更充裕的時間。例如,美國地基中段攔截可以在一次失敗后,實施第二次攔截,如果仍然失敗,則可以將任務轉交給區域高空攔截系統,實施第三次攔截。

                    高空攔截,減少了附帶傷害   中段攔截大多發生在大氣層外的太空中,這里的碰撞可以將導彈彈頭摧毀為碎片,碎片會很快進入大氣層并燒毀。這一點對生化彈頭尤其有效:在大氣層內對生化彈頭的破壞意味著污染物在大氣層內的擴散,終將落到地面;而包裹生化物質的彈頭在大氣層外被摧毀后,污染物將會在大氣層中燃燒為無害的灰燼,因此這是一種相對干凈的攔截方式。

                    防御區大,提高了防護效率   中段攔截的另一個優勢就是其攔截高度大,火力覆蓋范圍廣。這主要是因為中段攔截幾乎是從導彈源頭實施攔截,而在導彈射向角一定的情況下,此時射向變換距離較小。如果進入末段,在相同射向角的情況下,射向變換距離較大,彈頭飛行范圍也較大,需要多個系統實施攔截。例如,?;卸巍皹藴省?span lang="EN-US">3的攔截高度達到500千米時的防御距離將達到1 000千米,而美國地基攔截彈(GBI)的防御距離更是達到數千千米,因此美國當初的國家導彈防御系統NMD只計劃了兩個西海岸的反導攔截基地,就實現了對整個美國本土的導彈防御。而末段防御系統的防御距離一般只有數十千米,即使高空防御系統也只能達到100千米。

                    目標特性簡單,作戰干擾少   中段攔截時目標導彈的速度相對是最低的,彈道相對平穩和固定,這有利于攔截彈跟蹤目標導彈。末段攔截時,由于彈道導彈進入大氣層開始俯沖階段,彈頭軌跡傾角大,速度通常在7 8馬赫以上,反導系統要捕捉它相當困難。此外,中段攔截發生的太空中背景較為單純,溫度也較低,有利于攔截彈上的紅外導引頭盡快發現和鎖定溫度較高的彈頭目標。

                    我國作為周邊彈道導彈威脅最為嚴重的國家,發展中段反導攔截系統是效率較高的一個選擇。目前,在我國周邊地區已有印度、巴基斯坦、韓國、朝鮮等國裝備了地地彈道導彈。射程也從10 年前的1 000 千米以內,發展到現在的3 000 5 000 千米。我國在宣布試驗地基中段攔截系統后,外交部很快宣告試驗未在太空產生太空碎片垃圾,表明這次試驗高度應在大氣層外,即100 千米以上。如果此次攔截是在西部靶場,而且如媒體宣稱的那樣,沒有使用天基預警系統或大型地面雷達,而像“宙斯盾”這樣的中型雷達的探測高度只能支持200 千米以下的攔截,考慮到試驗能力的富裕部分,因此可以判斷此次攔截高度應在150 千米左右。這次試驗說明我國在一定程度上已經掌握了地基中段反導技術,不但使我國躋身于世界反導俱樂部,還會像40 多年前我國爆炸首顆原子彈而成為遏制世界核惡魔的和平力量一樣,使我國將再次成為遏制全球反導建設浪潮的一支有生力量。

                     

                     

                     






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