对抗高超声速武器的防御策略研究.pdf

舰 船 电 子 工 程2023 年第 8 期总第 350 期2023 年第 8 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.43 No.81引言近年来，由于航空航天技术特别是高超声速飞行器技术的不断突破，高超声速武器在军事上的价值日益凸显，已经成为美俄等军事大国相互争夺的战略高地。高超声速武器具有飞行速度快、机动性强、轨迹难以预测等特点，且如图1所示，其主要飞行高度处于日常防空和太空之间的“高超声速空域1”，突防能力强，给现有的防御体系带来了严峻的挑战。“匕首”高超声速导弹在俄乌冲突中的首次实战运用2，以及美国高超声速武器连续试飞成功3和 国家高超声速倡议2.04顶层战略的提出，表明高超声速武器角逐日益加剧，对其防御问题显得越来越紧迫。2高超声速武器特点高超声速武器可分为两类5：高超声速巡航导弹（Hypersonic Cruise Missile，HCM）和高超声速滑收稿日期：2023年2月8日，修回日期：2023年3月10日作者简介：李志淮，男，博士，讲师，研究方向：预警监视、装备体系论证。郑建成，男，博士研究生，工程师，研究方向：反临预警装备体系构建与运用。朱刚，男，博士，讲师，研究方向：预警监视、系统工程。常春贺，男，博士，讲师，研究方向：预警监视、装备保障。刘华，男，硕士，讲师，研究方向：预警监视、装备保障。对抗高超声速武器的防御策略研究李志淮1郑建成2朱刚1常春贺1刘华1（1.空军预警学院雷达士官学校武汉430300）（2.空军预警学院三系武汉430019）摘要针对日益增长的高超声速武器威胁，探讨了对抗高超声速武器的防御策略。首先，从目标特性和作战样式两个方面阐述高超声速武器的特点，分析其带来的威胁。然后，梳理总结国外高超声速武器防御体系在整体规划、预警系统开发、武器系统研制和指控系统升级四个方面的建设现状，为研究防御策略提供参考。最后，为探究提升高超声速武器防御能力的途径，从构建一体化的全程防御预警系统、发展分段大机动的防御拦截系统、融合升级高效的防御指控系统三个方面提出高超声速武器防御具体对策。关键词高超声速武器；防御体系；预警系统；指控系统；拦截器；一体化中图分类号E92DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.08.001Research on Defense Strategy of Countering Hypersonic WeaponsLI Zhihuai1ZHENG Jiancheng2ZHU Gang1CHANG Chunhe1LIU Hua1（1.Radar Sergeant School of Air Force Early Warning Academy，Wuhan430300）（2.No.3 Department of Air Force Early Warning Academy，Wuhan430019）AbstractIn view of the increasing threat of hypersonic weapons，the defense strategies of countering hypersonic weapons arediscussed.First of all，the characteristics of hypersonic weapons are described from the two aspects of target characteristics andcombat patterns，and the threats brought by them are analyzed.Then，the construction status of foreign hypersonic weapon defensesystem is combed and summarized in four aspects besides overall planning，early warning system development，weapon systemdevelopment and command and control system upgrade，which can provide reference for the research of defense strategy.Finally，inorder to explore ways to improve the capability of hypersonic weapon defense，the specific countermeasures of hypersonic weapondefense are put forward from the construction of integrated whole-range defense early warning system，segmented large mobilitycomplete defense weapon system，and efficient and agile defense command and control system.Key Wordshypersonic weapons，defense system，early warning system，command and control system，interceptor，integrationClass NumberE921总第350期翔飞行器（Hypersonic Gliding Vehicle，HGV）。HCM和HGV的典型飞行轨迹如图2所示，HCM与典型的亚音速和超音速巡航导弹类似，使用吸气式发动机为动力源进行巡航飞行，但飞行速度更快。HGV使用助推器加速到极高的速度，然后无动力滑翔穿过高层大气，在大气层内可像“打水漂”一样跳跃滑翔到目标。图1高超声速与高度包线惯性段km12010080604020助推段巡航/滑翔飞行段跳跃滑翔巡航飞行高速下压攻击段图2高超声速武器典型飞行轨迹2.1目标特性从目标特性上来看，高超声速武器既区别于弹道导弹、巡航导弹和航空武器等飞行器，又同时兼具弹道导弹的高速、巡航导弹的低空飞行剖面和航空器的高机动性等特点。综合国内外高超声速武器的发展情况、学术文献及学界专家的广泛认知，通常认为其具有以下特点68：一是飞行速度快、机动性强。飞行速度在5Ma20Ma之间，且借助大气提供的升力具备较强的机动能力。二是飞行弹道低、轨迹难以预测。全程飞行弹道位于20km100km高度范围，远低于常规弹道导弹的飞行弹道，并可实现纵向跳跃、横向大范围绕飞或摆动飞行，轨迹预测难度大，突防能力强。三是电磁散射特性复杂。目标几何尺寸小（约为1m20m），且受到等离子体包覆的影响，目标电磁特性复杂，属于隐身类目标，通常可以认为其RCS为0.01m20.1m2。2.2作战样式从作战样式上来看，美军正极力发展多元平台发射、多种射程覆盖、攻击方式灵活的系列化高超声速武器。一是发射方式的多样性。美军在形成覆盖远、中、近多种射程的高超声速系列化武器的同时，也在积极开发多样化的发射平台，如常规地基发射平台、空射平台和潜射平台等，进而催生了相应的多样性部署方案，如地基部署方案是采用火箭或洲际弹道导弹等发射系统从本土发射的方案，空基部署方案是采用军用飞机发射平台从空中进行发射的方案，海基部署方案是指从潜艇、驱逐舰等海基平台进行发射的方案。二是打击目标的多元化。美军对高超声速武器的军事定位是扮演“踢门尖兵”的角色，为低速飞行平台开辟道路；对敌方纵深目标实施常规快速远程打击9。用于对多种高价值军事目标进行打击，包括敌方防空系统、敌方指挥控制系统、反卫星武器、战略核武器设施和大规模杀伤武器以及时敏高价值军事目标等，达到突袭破坏、先发制人的军事目的10。三是联合攻击的多样性。高超声速武器可以采用时间协同、队形协同的联合攻击样式，实现对目标的饱和攻击11。时间协同是指多个高超声速武器从相同或不同的位置发射、沿着不同的飞行弹道同时到达攻击点；队形协同是指多个高超声速武器在飞行过程中保持着一定的队形，且同时到达攻击点。3国外高超声速武器防御体系发展现状美国在加快推进高超声速武器发展进程的同时，也在密切关注俄罗斯、中国等国高超声速武器的研发和试验情况，并积极构建高超声速导弹防御体系12。从2018财年首次将高超声速防御列入预算开始，投入逐年增加，2023财年已达到 2.255亿美元预算13。美国的高超声速武器防御体系建设采取改进与新研相结合的方式，通过提升现有弹道导弹防御体系能力，以及研制专门针对该类目标的拦截武器和天基传感器网络等方式建设防御体系14。基于反导反临一体建设思路，美国把多项高李志淮等：对抗高超声速武器的防御策略研究2舰 船 电 子 工 程2023 年第 8 期超声速武器防御建设要素融入到弹道导弹防御的建设发展中，例如通过改进反导预警系统的地基雷达和指挥控制系统，使其具备一定的高超声速武器探测和指挥控制能力。3.1整体规划已然形成美国已对高超声速武器防御体系规划进行了设计，开发形成了一整套体系级防御方案，主要包括防御体系的系统工程需求分析，以及武器概念和关键技术的论证评估，并开展了系列技术演示实验。如图3所示15，2020年美导弹防御局公布的导弹防御体系架构2.0给出了体系建设的远期规划，重点开展以下工作：一是系统工程，主要包括体系分析、技术优先级划分、需求开发、集成规划、试验规划及杀伤力评估等；二是升级现有导弹防御系统的探测器和指挥控制、作战管理与通信（C2BMC）系统以应对高超声速威胁；三是高超声速防御武器系统技术研发，包括动能和非动能等手段；四是先进的探测器和指控技术研发，包括地基、空基和天基技术等。助推段防御段“过顶持续红外”预警卫星高超声速和弹道跟踪太空传感器（HBTSS）防御段中段/滑翔段全球指挥控制下一代拦截弹防御段末段天基杀伤评估（SKA）“标准”-3系列导弹 改进型“萨德”末段打击武器（动能/定向能）“标准”-6导弹“爱国者”“宙斯盾”舰/陆基“宙斯盾”高超声速武器滑翔段拦截弹助推段拦截防御段左/右集成前置雷达（AN/TPY-2、“宙斯盾”）系统雷达导弹防御体系网电防御识别雷达国土防御雷达“宙斯盾”弹道导弹防御系统雷达“萨德”系统雷达图3美国导弹防御体系架构2.03.2预警系统多样开发在高超声速武器预警探测方面，通过改进现有预警装备和研发新型天基传感器，进而实现对高超声速武器的全程预警探测和跟踪。主要包括研发和改进远程识别雷达和AN/TPY-2 雷达，将高超声速防御能力嵌入其中，使其具备高超声速武器飞行末段的跟踪和报告能力；发展如图4所示的高超声速和导弹跟踪空间传感器（Hypersonic and BallisticTracking Space Sensor，HBTSS）并与“宙斯盾”系统的SPY-6海上雷达协同工作来防御高超声速导弹；配备新一代高空持久红外探测系统（Next Generation Overhead Persistent Infrared System）新卫星，可在导弹发射时探测到其红外羽流，然后将坐标传送给其他卫星和地面站等16。3.3武器系统并进研制导弹防御局（Missile Defense Agency，MDA）于2018年9月公布“高超声速防御武器系统”项目，从项目合同可以看出，美国的拦截武器由硬摧毁向多手段并进，有代表性的硬摧毁拦截武器项目主要有“滑翔破坏者”（Glide breaker）和滑翔段拦截器（Glide Phase Interceptor，GPI），其中，GPI声称具备“超越高超声速威胁的速度和敏捷性”；非动能手段主要有激光、微波及无线电波等定向能武器，这类武器系统具有反应快、成本低、运用灵活、打击精确不受电磁干扰、瞬时功率高等优点。通信卫星HBTSSHBTSS宙斯盾宙斯盾HGV发射区航空母舰BOAC2BMC图4HBTSS与宙斯盾协同防御HGV3.4指控系统同步升级在指控系统方面上，美军对现有指控（C2BMC）系统进行改造升级，使其具备对高超声速武器的指挥控制、作战管理与通信能力。2021年8月10日，MDA授予洛马公司价值1.57亿美元的合同，为美陆基中段防御系统（GMD）提供指挥、控制、作战管理与通信（C2BMC）支持能力，提高对远程弹道导弹的防御能力17。此次升级旨在通过融合卫星、地面和舰载雷达在内的多种传感器数据，为GMD提供跟踪威胁系统的单一实时合成图像，并使C2BMC能够向Link-16数据链网络报告高超声速威胁。C2BMC 的下一次升级称为 Spiral 8.2-7，将通过关联和融合来自更广泛的传感器（包括卫星、地面和舰载传感器）的数据，为GMD提供单一、实时、合成的威胁系统轨迹图。此外，俄罗斯已对高超声速武器防御中的预警探测、拦截打击和指挥控制等技术开展了先期概念研究和技术探索。短期来看，主要采用S-500防空反导系统与沃罗涅日战略预警雷达相结合的方式，具备一定高超声速武器末端预警拦截能力；远期来看，将高超声速武器防御纳入空天防御系统，并对防空反导系统进行升级改造，使其具备对高超声速武器的防御能力。3总第350期4高超声速武器防御体系发展策略4.1构建一体化的全程防御预警系统由于高超声速武器具有“高飞行速度”“高巡航高度”“高突防能力”等特点，预警探测系统仅靠单一平台或者单一探测手段难以及时发现。如图5所示，防御系统应该综合运用各种预警手段，充分利用天基、临空基、陆基以及海基等各类平台搭载雷达、红外和光电等多型传感器，将不同体制的预警装备合理配系，在固定传感器优化部署的基础上合理配置陆基机动雷达、舰载多功能相控阵雷达等机动传感器对预警探测网进行补漏和加强，多手段感知、多渠道验证，构成多平台、多手段联合预警的反临预警探测网络体系，提供全面详细的高超声速武器预警信息，确保对高超声速武器能够全流程预警、全方位跟踪、全飞行剖面定位，从而有力满足未来反临预警作战需要。图5高超声速武器一体化防御概念图具体来讲，应遵循天地一体、层层部署的原则谋划高超声速武器预警系统建设。第一层配置宽视场地球同步轨道预警卫星，如美国天基红外预警卫星（SBIRS），确保在目标发射的数秒内就可探测到其火箭助推器发出的高辐射强度红外信号，从而对目标飞行轨迹进行预测，并通过通信卫星数据链路将预警信息实时传送至指控中心。第二层配置分辨率更高的中视场中低轨探测器，用于对目标进一步跟踪和识别，辨识其飞行姿态、来袭样式并预测其有可能攻击的关键资产，为拦截弹提供关键的目标信息。第三层是配置更低轨道或临空基光学红外探测器、天波超视距雷达和其它地基、海基等低平台高度的传感器，主要是根据前两层预警平台提供的引导信息对高超声速目标进行更为准确的识别、跟踪和探测，进一步为拦截弹提供拦截引导信息。4.2发展分段大机动的防御拦截系统高超声速武器速度快，极大地压缩了作战时间轴；传统的导弹拦截一般是基于弹道预测拦截点，而高超声速武器的轨迹不确定性和机动性极大地增加了拦截点的估计难度和有效性，增加了拦截困难。这就要求我们针对高超声速武器的飞行特性，采取分段拦截策略，并采用大机动拦截武器进行防御拦截，以确保对高超声速目标的拦截打击。一方面，虽然高超声速武器助推段红外辐射信号明显，但由于地理位置和反介入/区域拒止（AntiAccess/Area Denial，A2/AD）战略的影响，防御方无法以地面形式寻求助推段拦截。因而可采用如图6所示18，基于高超声速武器不同飞行阶段，在其滑翔/巡航段、末段和再入滑翔段三个阶段组合采用不同拦截策略进行多次拦截，提高拦截成功率。一是采用末段拦截策略，即在高超声速武器开始俯冲到爆炸之前这段时间进行拦截，此阶段拦截响应时间有限，采用动能拦截弹一般只有一次拦截机会，且拦截成功率较低。因此，末段拦截还应考虑采用其它如电磁辐射、电磁轨道炮、破坏攻方的通信和控制系统等非动能手段进行拦截。二是采用滑翔/巡航段+末段拦截策略，主要是在高超声速武器平稳飞行之后对其进行拦截。该阶段目标飞行状态趋于平稳，虽然目标雷达截面积小，但大气层内高速飞行会使其红外特征明显，长时间的大气层内飞行可使动能拦截器有足够的响应时间，同时可采用非动能拦截手段争取多次拦截机会。三是采用再入滑翔+滑翔/巡航段+末段拦截策略，该策略在目标进入再入滑翔段时即对其展开拦截，若拦截失败，还可在平稳滑翔段和末段实施拦截，由此形成多层多次拦截策略。末段防御末段&滑翔段防御末段&再入滑翔段防御在高超声速武器飞行末段利用动能或者非动能对目标进行拦截在高超声速武器的多个飞行阶段对其进行拦截，使用动能或非动能拦截手段在末段或者再入滑翔段，对高超声速威胁多次拦截，支持评估后的再次拦截图6高超声速武器分段拦截策略另一方面，针对高超声速武器的高速、强机动过载特性，可采用多级助推的高速大机动拦截器进行防御。多级助推形式可减轻拦截器自身质量，使拦截器具备高超飞行速度的同时获得大机动过载李志淮等：对抗高超声速武器的防御策略研究4舰 船 电 子 工 程2023 年第 8 期能力和轨迹灵活修正特性，以有效应对可快速变轨机动的高超声速目标。同时可运用灵活多样的制导控制方式，以满足拦截器应对不同高超声速武器时对其机动过载能力的作战使用需求。4.3融合升级高效的防御指控系统防御高超声速武器是一项重大的地理和科技挑战，将给指挥、控制、通信带来巨大压力。这一挑战也不是孤立的，它与弹道导弹防御和其他形式的防空系统所遇到的困难息息相关。高超声速防御指控系统应与现有指控系统结合并利用大数据技术进行改进升级，研制高超声速武器威胁初始态势感知和跟踪系统并整合远程探测雷达，从高超声速飞行测试和工作模型中收集数据来增强系统分析的准确性和有效性，建立有效的高超声速武器探测和预警应急能力。借鉴美国联合全域指挥与控制（JADC2）计划将各作战单元所收集到的雷达数据、飞行测试数据或共享情报数据进行有效处理，通过多条情报流提前数天监测导弹发射准备活动并发出预警。同时，通过技术研发融合地理空间和天气信息，结合高超声速飞行模型和其他数据流软件，为传感器和拦截器的研制部署以及多种与高超声速防御相关问题提供解决方案。另外，高超声速武器是典型的时敏目标，其攻击的突然性及超快的飞行速度，导致指控系统反应时间窗口和拦截武器发射时间窗口大大缩短。对此，在建立“制时间权”新型作战理念和“读秒”作战基础上，需采取更加有力措施使作战指挥效率进一步提升，实现预警探测与火力打击的一体化，形成有效应对空天快打武器打击的整体作战能力。5结语随着“匕首”高超声速导弹在俄乌冲突中的使用，标志着高超声速武器进入到实战阶段。美俄正在竞相开发高超声速武器用的超燃冲压发动机和冲压发动机，用这些发动机可以制造出更小、更机动、更难以探测的高超声速武器。面对与日俱增的高超声速武器威胁，只有积极发展一体化的高超声速预警体系、多样化的防御拦截武器和高效敏捷的指控系统，科学推进高超声速武器防御问题研究和体系化建设，才能形成有效的对抗能力。参 考 文 献1 Roman C.Lau.Hypersonic airspace：how hypersonicweapons conquer and define the realm between airspaceandspace EB/OL.（2022-02-14）2022-09-06.https：/ Starr.Russian hypersonic Kinzhal missiles 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定1.来稿切勿一稿多投。编辑部收到稿件之后，15个工作日内通过电子邮件回复作者。如果一个月内没有收到审稿回复（主要通过电子邮件，特别需要者可寄送纸质录用通知），则请与本刊编辑部联系确认。2.来稿文责自负。所有作者应对稿件内容和署名无异议，稿件内容不得抄袭或重复发表。编辑部对来稿有权作技术性和文字性修改，实质性内容修改需征得作者同意。3.请作者严格遵守国家有关保密法规，文稿须经作者所在单位保密审查后才能刊载。发表后的文稿若出现泄密问题，由作者自行负责。4.论文一经发表，赠送当期样刊贰册。5.本刊已许可有关合作单位以数字化方式复制、汇编、发行并由互联网传播全文，不存在相关著作权使用费用问题。作者向本刊提交论文发表的行为视为同意我刊上述声明。苏琦等：海战场情报态势知识超图组织与运用42