首发 | 美军怎样进行中段反导？
2021年9月12日，美导弹防御局成功完成地基拦截弹二/三级可选火箭助推器的飞行试验。试验中，地基拦截弹在三级火箭助推器未点火状态下成功释放杀伤器，进一步拓展了地基中段防御系统的拦截近界，使其具备更强的二次拦截能力。中段反导，是美军在构建反导系统时十分重视的拦截方法，也一向被认为是顶尖的反导技术。那么，为什么要选择在中段进行反导拦截？美军又是如何进行中段反导的？
一. 为什么是中段？
由于反导系统研制技术难度大，资金投入多，项目周期长，因此反导系统的主要目标一般都是打击范围远、毁伤威力大的中远程弹道导弹等战略目标。根据弹道导弹的飞行弹道特点，一般将其分为三个阶段：“上升段”、“中段”、“末段”三个阶段。上升段，指的是导弹从开始点火到飞出大气层之前的阶段，在这一阶段内导弹加速上升，根据选择的弹道与使用的燃料不同飞行高度也从150千米到400千米不等，用时约3-5分钟。导弹飞出大气层后就进入飞行中段，也叫亚轨道飞行阶段，这一阶段占飞行全程的８０％。由于大气层外空气稀薄，阻力降低，飞行中段的导弹速度相较于上升段有了很大的提高，沿着椭圆轨道向目标区域飞行。当到达目标上空时，从弹头再入大气层到最终命中目标的过程被称为飞行末段，也叫做再入段。这时导弹发动机燃料一般都已耗尽，处于无动力飞行状态，仅能进行小幅度的弹道修正与变轨突防。
图一:弹道导弹飞行阶段划分
针对弹道导弹三种不同的飞行阶段，自然也将反导系统拦截方式分成三种：助推段反导、中段反导和末段反导。其中助推段反导与末段反导都有着难以解决的不足：
在上升段，导弹刚刚发射不久，助推火箭还处于全力工作的状态，导弹尾焰的红外特征十分明显，可以轻易捕捉跟踪；而且此时导弹刚刚起飞，弹头与弹体没有分离，目标特征大，速度与高度也都不允许进行有效的机动与规避拦截，在技术上对于引导拦截弹命中目标来说有着十分有利的条件。从整个反导作战的过程上看，助推段拦截留给指挥系统的裕量也很多，拦截失败后仍然有足够的时间组织力量进行二次反导。但是，助推段拦截真正在实际过程中可行性并不高，因为上升段的时间非常短，需要在较短的时间内完成目标探测、判断分析、追踪锁定并下达作战命令等等一系列复杂的程序。而且，拦截力量也不宜部署在距离战区较远的后方，否则便无法及时拦截。对此一般采取两种解决方法，一是将拦截弹部署在靠近作战一线的地区或海面，二是利用飞机等高机动性平台组织拦截。前一种方案一般很难找到合适的前沿部署场地，且反导力量极易遭受到敌方的远程火力打击，战时难以保证存活性。后者基于飞机进行拦截，可以快速到达指定地区进行拦截，但在没有完全取得制空权的情况下同样会遭到多重火力的打击，以美军的ABL机载反导武器系统为例，300千米的拦截距离很难保证飞机的安全。
图二:处于上升段的弹道导弹，助推火箭尾焰的红外特征十分明显
末段拦截一般是在大气层内组织拦截，末段拦截的技术应用很广，常见的大多数反导武器走的都是末段拦截的技术路线，比如“爱国者-3”、“S-300”和“S-400”等。末端拦截的特点是拦截高度低、目标区域小、拦截速度高——末端拦截时目标弹头高度约在25-30千米，速度可以达到十几马赫，而且导弹目标区域已经基本可以判断。采取末段拦截的好处是留给指挥系统的决策时间长，导弹几乎无法机动规避，诱饵弹头在进入大气层后也较容易分辨。但是末段拦截的缺点也同样突出：拦截高速目标对精度要求更高，拦截风险大容错率低，拦截失败后难以补救，最重要的是成功拦截后残余弹头仍可能对目标造成毁伤，尤其是在核作战背景下造成的损失绝对无法承受。
图三:“爱国者－３”等反导系统采用的大都是末段拦截
因此，助推段反导与末段反导都难以令人满意，只剩下中段反导一个选项可供选择。
二.美军怎样进行中段反导
图四:美军中段反导拦截流程图
1、推进段预警探测
想要拦截弹道导弹，尽早发现与识别是前提。弹道导弹从发射到命中目标的时间从几分钟到十几分钟不等，所以留给拦截系统的拦截时间并不充裕。因此，早期预警与识别阶段要尽可能做到快速发现与精准识别。
天基预警是时效性最好的探测手段之一。由于刚刚发射的导弹发动机尾焰温度极高，在大气层内与空气剧烈摩擦又会产生十分明显的红外特征，因此探测范围广且抗打击能力强的天基红外探测系统在探测上升段的弹道导弹方面有着天然的优势，成为各国早期预警的主要方式。
图五:美DSP红外预警卫星
美军现役的红外预警卫星主要有DSP红外预警卫星和SBIRS导弹预警系统两种，二者共同组成陆基中段反导（Ground-based Missile Defense，GMD）系统的天基红外系统部分。DSP红外预警卫星又称国防支援计划卫星，1972年开始投入使用，工作在高度3万6千千米的地球静止轨道上，至今已经发展到了第三代。DSP红外预警卫星探测频率为每分钟5-6次，60秒内就可以完成目标识别，传输时间少于90秒。在1991年的伊拉克战争中，DSP预警卫星表现优异，在伊军“飞毛腿”导弹发射后120秒就预测出了弹着区，180秒就将相关信息传输回本土的信息处理中心并回传到“爱国者”拦截系统，提供了宝贵的90-120秒预警时间。
图六:SBIRS导弹预警系统星座图
SBIRS导弹预警系统（天基红外系统）是美军计划用以取代DSP的新一代导弹预警系统。SBIRS系统由美国空军研制，同时也是美国国家导弹防御系统的一个重要组成部分。SBIRS系统卫星部署在两条轨道上，地球同步轨道部署4颗卫星与1颗备份星，大椭圆轨道部署2颗卫星。与DSP卫星相比，SBIRS系统不仅灵敏度远超前者，能够在20秒内回传数据，并且可以完成更多的任务，包括战略与战区导弹预警，助推段与中段导弹目标跟踪，提供技术情报和战场态势信息等。
在技术上，SBIRS系统有着十分明显的改进与突破，能够探测更快更隐蔽的目标，并且可以基于已知数据库比对判别目标类型，但是仍然不具备对目标的测距能力。
预警雷达是GMD系统进行助推段探测预警的另一种有效手段。负责助推段探测预警任务的雷达主要是宙斯盾系统。美军驱逐舰安装的宙斯盾系统中主要有AN/SPY-１B与AN/SPY－１D两种型号用于弹道导弹拦截。这两种雷达可通过控制脉冲和工作模式获取最优的探测跟踪能力，对反射面积（RCS）为１平方米的助推器探测距离约７４０千米，反射面积为０.０３平方米的弹头探测距离约３１０千米。最新型的阿利伯克级驱逐舰则将装备更先进的AN/SPY-６雷达，探测精度提高１倍，灵敏度提高３０倍，预计在２０２３年形成作战能力。
图七:搭载宙斯盾系统的美海军阿利伯克级驱逐舰
2、中段探测与跟踪制导
弹道导弹进入中段飞行后探测、跟踪与制导由陆基与海基雷达来完成，主要有“铺路爪“雷达系统、UEWR雷达系统、前置X波段雷达、丹麦眼镜蛇雷达与海基X波段雷达。在探测中段弹道导弹时这几种雷达之间并没有明确的分工与时间顺序。
图八:AN／FPS－１１５铺路爪远程预警雷达
美军目前最成熟的预警雷达是P波段的AN/FPS-115“铺路爪”。UEWR系统是“铺路爪“的后继型号，工作频440兆赫，在“铺路爪”的基础上增强了探索与跟踪能力。UEWR雷达一共有5部，其中3部署在美国本土，剩余2部分别部署在英国与丹麦。受限于P波段频率低，带宽窄，探测的分辨率不足，只能识别潜在威胁目标与非威胁目标。
图九:丹麦眼镜蛇雷达的T/R单元
丹麦眼镜蛇雷达只有一部，部署在阿拉斯加州写米亚岛，１９７７年开始投入运营，经过了多次升级更新后于２００４年整合进入GMD系统。该雷达工作在L波段，频率１.１７５－１.３７５吉赫，探测距离可达４６００千米，方位角１２０°，主要用于导弹防御预警与空间监视，必要时也可作为拦截系统的火控雷达，但与P波段的UEWR雷达一样，L波段也存在着跟踪精度不足与目标分辨率低的问题。
图十:SBX海基X波段雷达
X波段的波长在２.５厘米至３.７５厘米之间，工作频率８－１２吉赫，这个波段的雷达优点是探测距离远、探测精度与灵敏度高，因此被美军用作对弹道导弹的跟踪、识别以及拦截引导。海基X波段（Sea－Ｂａｓｅｄ Ｘ－ｂａｎｄ，SBX）可以对目标进行连续跟踪、目标识别、弹道预测与落点估计，也可以充当火控雷达引导拦截并进行效果评估。不足之处是探测角太小，只有正负２５°的范围，多目标探测能力不佳，目前仅仅部署了一部。
ＡＮ／ＴＰＹ－２高分辨率Ｘ波段固态有源多功能相控阵雷达，该系统不仅可以作为萨德系统的火控雷达，也可以作为火控雷达融入GMD系统。前置部署时可以充当GMD系统的探测预警雷达，主要用于探测助推段的弹道导弹，进行末端部署时可以作为萨德拦截系统的火控雷达。当前美军在全球共部署了１２部该型雷达。
3、中段弹道导弹目标拦截
在进行助推段拦截与末段拦截时，为了保证拦截效果与毁伤效率一般都是采用搭载破片战斗部的拦截弹，但由于中段反导的拦截弹与目标相对速度高达数千米每秒，再采取破片拦截的方式对于提高拦截命中率意义已经不大，因此中段拦截大都采取动能拦截的方式。
当前，美军拥有地基中段防御系统的地基拦截弹（GBI）、“标准”3（SM-3）海基拦截弹、末段高空区域防御系统（THAAD）拦截弹、“爱国者”3（PAC-3）拦截弹以及最新研制的可机动部署的动能拦截弹（KEI）等多种动能杀伤飞行器（KKV）。其中除KEI外的4种都已投入部署。
图十一:地基拦截弹GBI进行实验
GBI是美军当前的主力拦截弹，有三级动能拦截弹与两级动能拦截弹两种，前者部署在美国本土，后者部署在欧洲。美国本土部署的GBI包括一个外大气层杀伤飞行器（EKV，以碰撞方式摧毁弹头）、三级固体助推火箭以及发射拦截弹所需的地面指挥和发射设备。该型拦截弹射程6000千米，射高2000千米，平时储存在发射井内24小时待命，一旦接到命令22秒内即可发射。拦截弹发射3分钟后弹头与助推器分离，弹头在外太空对3温度00K的目标探测距离约1260千米，对400K的目标探测距离约2500千米。但实际上，在历次的实弹测试中命中率并不高。不过，据《防务新闻》报道，美国导弹防御局发布声明称9月12日进行了一次搭载改进型杀伤拦截器的陆基反导导弹发射实验，此次实验的目的在于测试用于提高拦截器性能的大气层外杀伤飞行器（EKV）模型，并且称“初步迹象表明测试符合要求”，会继续对系统的作战性能进行后续评估。
SM-3标准拦截弹是“宙斯盾”海基导弹防御系统采用的拦截弹，包括SM-3 Block 0基本型、SM-3 Block 1型系列（1型、1A型、1B型）和Block 2型系列（2型和2A型）。根据目前公布的数据，SM-3的最大拦截速度约4千米每秒，最大射程1500千米，射高500千米。就这个数据而言，几乎很难拦截处于飞行中段的洲际弹道导弹，再考虑到搭载平台的任务定位与作战使用，SM-3拦截弹可能更多时候是用于对射程3000千米以内的中近程弹道导弹进行中段拦截，对于奔袭而来的洲际弹道导弹，还是要靠THAAD与GIP。
图十二:SM－３block２A发射瞬间
三. 结语
综上，中段反导是一个环环相扣、密切协作的系列作战行动，行动链上的任何一点出错都会导致反导系统的整体失能。进行中段反导不仅技术难度极大，而且构建一个有效的中段反导体系所需的经济支持也远超一般国家能够承受的范围，即便是美军目前也无法保证在激烈对抗环境下进行可靠拦截。美军当前一方面拥有着世界上最完备最成熟的中段反导拦截系统与雄厚完善的技术储备，另一方面也在超材料、人工智能等前沿技术领域不断发力，对现有系统进行更新升级以应对新的挑战与威胁。我们既要借鉴学习美军在中段反导系统构建中的可取之处，也要研究其弱点与软肋。
THE END
文字 | 邹润明、代旭睿、代懿 （国防科技大学）
图片 | 来源于网络
编辑 | 郭思淼
审阅 | 许婧
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