陸基中段反導系統

陸基中段飛彈防禦系統,是從陸地發射平台對敵方彈道飛彈進行探測和跟蹤,然後從地上或海上發射攔截器,在敵方系統曾彈道飛彈尚未到達目標之前,在其飛行彈道中段,也就是太空中對其進行攔截並將其戰鬥部摧毀。陸基中段飛彈防禦系統的系統組成龐雜、技術難度極高,此前世界上只有美國一家進行研發。2013年1月27日,中國在境內再次進行了陸基中段反導攔截技術試驗,試驗達到了預期目的。

簡介

陸基中段反導攔截示意圖陸基中段反導攔截示意圖
陸基中段反導彈攔截技術主要由攔截器、感測器和戰鬥管理系統組成,用來對敵方彈道飛彈進行探測和跟蹤,然後從陸地上發射攔截器,在敵方系統彈道飛彈尚未到達本土之前,對其攔截並將其戰鬥部摧毀。

反飛彈攔截技術按發射地分為陸基、海基和天基。按照攔截時機不同可分為三大類。一是“助推段”防禦系統,它是指在助推階段對來襲飛彈進行攔截,一般是飛彈發射後、尚未投放彈頭的數分鐘內進行攔截。二是“末段”防禦系統,它是指在彈道飛行最後階段,即在來襲飛彈在進入大氣層並即將擊中目標時,對來襲飛彈進行攔截。三是“中段”防禦系統,攔截範圍是以上兩者之間的廣大區域,旨在對脫離飛彈彈體後尚未再入大氣層、處於太空真空飛行狀態的來襲彈頭進行攔截。中國的陸基中段反飛彈攔截技術屬於後者。

起源

反導防禦系統的需求最早可追溯到第二次世界大戰中倫敦和安特衛普(Antwerp)成功地抗擊了德國的近程彈道飛彈(見2008年1-2月號的《火力》雜誌退休中校約翰·A·漢密爾頓的文章“巡航飛彈防禦:保衛安特衛普(荷蘭城市)不受V-1打擊”)。這一威脅隨著20世紀50年代遠程精確制導系統和核彈頭的發展而不斷加強。對這些殺傷性、遠程飛彈的作戰需求直接引發了反彈道飛彈的研發項目。

研究歷史

美國陸基中段反導系統(GMD)發射攔截彈,此前僅有美國進行過此種試驗。美國陸基中段反導系統(GMD)發射攔截彈,此前僅有美國進行過此種試驗。
世紀60年代,蘇聯和美國拉鋸式地反覆試驗配備有核彈頭並由複雜雷達網路監控的防禦系統。
蘇聯的A350或ABM-1“橡皮套鞋”(galosh)反彈道飛彈系統是世界第一套反彈道飛彈系統。它最早在1964年的莫斯科紅場閱兵中亮相。1972年,“橡皮套鞋”反彈道飛彈系統通過系統測試並進行了作戰部署。同年5月,蘇聯和美國簽署了美蘇反彈道飛彈條約。1969年戰略軍備限制會談的結果是將美國或蘇聯只能將反導系統用於保衛他們的首都或洲際彈道飛彈(ICBM)發射場。“橡皮套鞋”(Galosh)反彈道飛彈系統部署在莫斯科周圍用以保護克里姆林宮不受核攻擊。經過不斷更新換代,該反導系統型號已經發展為ABM-4型。1998年,俄羅斯宣布已經採用常規彈頭替換了其核彈頭。
奈克·宙斯(Nike-Zeus)反彈道飛彈系統。第一種引發了技術和政治混亂的反彈道飛彈系統。在單方面性能的測試中,該系統的要素表現令人印象深刻,但全面審查時宣稱該系統是不切實際的,因為它不能判斷出誘餌與真實威脅之間的細微差別,同時還存在一些其它的不足,如它應該在什麼位置打擊目標以及它應該同時跟蹤多少個分離的目標。1963年,美國國防部長決定不部署這一系統,但將其作為深入研究的基礎。
“哨兵”系統的一個目標是提供針對有限核攻擊的防護。理察·尼克森當選總統後,他將該系統名稱改為“保護者”,並決定部署該系統於北達科他州的大福克斯(GrandForks)市。1975年,“保護者”在部署時就因為政治原因和技術上的不足而關閉。在其運作僅24小時後,國會通過了關閉它的決議。“保護者”用於準備軍事行動中使用花費了三個月。

解讀陸基中段反導攔截技術

彈道飛彈的三個飛行階段

攔截示意圖攔截示意圖
第一個階段是飛彈從發射架發射到飛彈飛出大氣層的過程,這個階段是在大氣層內的飛行,一般稱為飛彈的上升段。

第二個階段就是飛彈飛出大氣層外,在大氣層外向目標區域飛行的過稱,一般稱為飛行中段。

第三個階段就是飛彈到達目標區域上空附近,重返大氣層,命中目標的過程,一般稱為重返大氣層階段或再入段。

針對三個飛行階段的攔截技術

實際上,目前的反導技術主要是針對這三個不同的飛行階段進行攔截的技術:

針對上升段的攔截技術就是上升段攔截技術,從飛彈飛行的階段來看,攔截的越早效果會越好,因此國際反導技術的發展趨勢是儘可能地提前攔截,如果能在上升段攔截是最好的,但難度也是最大的。目前典型的上升段攔截技術有美國試驗的裝在波音747飛機上的ABL機載反導武器系統。

第二種是在彈道飛彈的飛行中段,也就是在大氣層外實施攔截的技術,這就是我們所說的陸基中段反導攔截技術。這個階段的攔截效果也是比較好的。

最後,就是針對飛彈飛行的末段,也就是再入段進行攔截的技術,一般稱為末段攔截技術。末段攔截實際上是在大氣層內實施攔截的。目前,我們看到最多的應該是末段攔截技術的武器,比如美國的"愛國者3"、俄羅斯的S-300和S-400等。這些飛彈都具備在大氣層內針對飛彈的末段進行攔截的能力,它們都屬於末段反導技術的範疇。

中段攔截與末段攔截的區別

就末段攔截來說,它的攔截高度是幾十公里,一般為20-30公里,攔截範圍的半徑也是幾十公里。而彈道飛彈在大氣層外的中段飛行的飛行高度是很高的。一般而言,中段攔截彈的攔截高度和範圍比末段攔截彈要大得多,通常都在幾百公里以上。所以中段攔截所使用的攔截彈與末段攔截完全不同。
中段攔截技術和末段攔截技術還有一個很大的區別就是所攔截的目標有很大差別。末段攔截針對多種目標,可以針對中遠程彈道飛彈,但更多的是針對近程彈道飛彈,比如"飛毛腿"。而中段攔截彈則是針對中遠程乃至洲際彈道飛彈。

中段攔截飛彈的組成

中段攔截飛彈實際上是由一個大型的助推火箭和攔截彈頭這兩部分組成。
助推火箭相當於運載火箭,把彈頭送到大氣層。而中段攔截的彈頭相當於一個小的"飛彈",這個彈頭在外觀上看起來與一般的飛彈有所不同,因為是在外太空飛行,沒有空氣阻力,所以外型不像在大氣層內飛行的飛彈那么"講究",不需要做空氣動力學等方面的考慮。並且這個"小飛彈"有動力、跟蹤、目標識別等系統,同時有自己的殺傷部分。動力系統要推動彈頭,最終瞄準目標彈;制導系統捕捉目標飛彈的物理特徵,特別是紅外特徵,對它進行跟蹤、識別,引導帶有動力的彈頭和目標彈相撞,將其摧毀。

中段攔截武器系統的技術難點

中段攔截武器系統技術難點就在攔截彈頭。由於不能做得很大、很重,因此,攔截彈頭擁有小型化的結構。同時,彈頭的飛行精度要求很高,要有很靈敏的目標捕獲的制導系統。另外,指揮系統計算機的計算能力也要很強,速度要很快。

但同時,對助推火箭也要有一定的要求,最好是速燃火箭,這樣才能在儘可能短的時間裡把反導攔截彈頭送入到大氣層。另外,助推火箭的控制精度要求也相當高,如果誤差超過彈頭制導系統所能捕獲的範圍,也不能達成攔截效果。

實戰系統

中段反導攔截系統,不僅有飛彈,還要有強大的預警和監測網路,是一個實戰系統。
彈道飛彈從發射到進入中段飛行的時間很短,如果想要在中段實施攔截,就要儘可能提前發現對方發射的彈道飛彈,同時要在其上方進行跟蹤、計算飛行彈道,這樣才能計算出最佳攔截點,緊接著將中段攔截彈發射到攔截點的位置,釋放攔截彈頭。這樣才算完成一個完整的攔截過程。
因此,構成一個完善的中段反導攔截系統是很複雜的工程,要有強大的飛彈預警監測系統,而構成這個預警監測系統的核心就是飛彈預警衛星,還要輔助於一些遠程測控雷達,同時還要有高效、快捷指揮系統。信息系統獲取的信息進入到指揮系統後,要通過計算機快速處理,為攔截段設計攔截諸元、設計攔截彈;攔截彈以足夠的精度進入到空間位置,釋放彈頭,彈頭工作,捕捉到目標彈;彈頭的推進系統推進攔截彈頭,在制導系統的制導下,精確地到達攔截目標附近,摧毀所要攔截的彈道飛彈。

中國陸基中段反導攔截

2013年1月27日,中國在境內再次進行了陸基中段反導攔截技術試驗,試驗達到了預期目的。這一試驗是防禦性的,不針對任何國家。

中段是彈道飛彈飛行高度最高的一段,遠程彈道飛彈的中段是在大氣層以外飛行。根據當前飛彈技術水平,只有大推力陸基飛彈才有能力攔截中段飛行的彈道飛彈,而艦載防空飛彈受到艦艇噸位以及飛彈、雷達性能限制,還無法攔截中段飛行的彈道飛彈。
因此,中國的陸基中段反導技術試驗,理論上遠比美制“愛國者”防空飛彈系統只在彈道飛彈幾十公里的末段進行攔截要更難實現。

之前,中國曾在2010年1月11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。

美國陸基中段防禦系統

在中國進行陸基中段反導試驗之前,只有美國進行此類反導系統的研發工作。擁有陸基中段反導能力是20世紀美國“星球大戰”計畫的一部分,但由於技術難度非常大,直到1999年10月2日,美國才首次進行真正的陸基中段反導試驗,即首次國家飛彈防禦系統(NMD)飛行攔截試驗。

美國陸基中段防禦系統攔截示意圖
美國陸基中段防禦系統攔截示意圖
2004年,美國部署了第一枚GMD陸基中段飛彈攔截系統。 但由於反彈道飛彈研發周期長,製造成本高且工藝複雜,即使以美國的實力目前也難以大量部署。美國現在僅在加州范登堡空軍基地和阿拉斯加州葛利里堡部署了數十枚陸基攔截飛彈,以防範其他國家的洲際彈道飛彈威脅。

美國陸基中段飛彈防禦系統(GMD)的主要作戰目標是敵方遠程彈道飛彈洲際彈道飛彈。GMD系統可以在彈道最高點攔截最大射程超過10000公里、最大速度達到24倍音速的洲際飛彈,目前已開始初步部署,是世界上反導作戰能力最強的系統。
整個項目一旦完成,GMD系統將由DSP飛彈預警衛星(或SBIRS天基紅外系統)、STSS空間跟蹤及監測系統、陸基遠程跟蹤雷達、海基遠程跟蹤雷達(SBX)、陸基攔截彈(GBI),以及一系列戰鬥管理中心、司令部、控制及通信中心組成。
當敵方飛彈發射時,DSP飛彈預警衛星利用紅外探測儀可以及時發現彈道飛彈發射時和助推段產生的激烈尾焰,並作出預警。當敵方飛彈結束助推段,彈體與彈頭分離後,STSS空間跟蹤及監測系統承接起跟蹤敵方彈頭的任務,STSS的衛星裝有更靈敏的紅外探測儀器,可以跟蹤低紅外特徵的彈頭。當敵方彈頭進入陸基或海基遠程雷達的探測範圍後,雷達展開對敵方彈頭的跟蹤,並計算火控諸元。
一旦敵方彈頭進入射程,陸基攔截彈(GBI)發射升空,遠程跟蹤雷達保持對敵方彈頭和己方攔截彈的跟蹤,並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、速度後,進行彈體分離,釋放大氣層外動能攔截載具(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後,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,最後直接將敵方彈頭撞毀。

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