臨近空間飛行器對抗反導系統前景展望

王 星

（西南電子技術研究所，四川 成都 610036）

0 引言

從上世紀80年代美國實施“星球大戰”計劃開始，美國就已經開始彈道導彈防御系統（簡稱反導系統）的開發和研究，至今持續了將近30年的時間。進入21世紀，俄羅斯和中國也開始建立自己的反導系統，其中部分產品已經服役和部署。從攔截敵方導彈的區域劃分，反導系統分為3個子系統:初段反導系統、中段反導系統和末端反導防空系統[1]。

（1）反導系統簡介

初段反導系統利用衛星或其他超高空飛行平臺通過高分辨光學成像系統、微波偵察系統或光電偵察系統，發現剛發射處于上升階段的彈道導彈，并將導彈飛行參數（含位置、速度和預測彈道）傳給武器攻擊平臺（含高空高速殲擊機、艦載星載高能電磁和激光武器平臺），摧毀該目標。在此過程中導彈雖然較容易被反導防御早期預警系統發現，但由于還處于發射方的防空體系中，如果采用殲擊機進行攔截，攔截方需突破對方防空網，危險系數較高；采用星載高能武器攻擊，由于距離較遠且要穿越電離層，攻擊效果難以達到；采用艦載高能武器攻擊，對方在沿海地區發射，會有一定效果，若在內陸地區發射，由于距離問題以及對流層以下空間對高能武器能量或速度的衰減特性，現有技術條件下攻擊效果同樣難以達到。因此，現階段初段反導系統還處于實驗階段，尚未投入實用。

中段反導系統利用星載雷達和彈道導彈地面早期預警雷達發現已進入穩定飛行狀態的彈道導彈，計算和預計導彈飛行軌跡，并將這些參數發送給海上或陸基平臺的大功率 X頻段相控陣對空火控雷達。當導彈經過預計攔截區域時，火控雷達引導超高空防空導彈（如標準-3、GBR）摧毀該導彈，這類防空導彈一般末端還要搭載雷達或光電主動導引頭，以提高其命中精度。中段反導系統中具有代表性的系統主要有:美國的“NMD全球導彈防御系統”、“TMD戰區導彈防御系統”（現合并為MD反導系統）、海基中段防御系統（Aegis BMD）[2]和中國的陸基中段反導系統。

末端反導系統是在中段反導攔截失敗后的最后一種防御手段。現在世界上廣泛使用的末端反導系統都是在上世紀 70～90年代攔截空氣動力學目標和第一代低超音速彈道導彈的防空系統基礎上發展起來的。由于中遠程和洲際導彈末端速度非常高（≥6Ma），經過末端反導系統20～100 km的攔截區域的時間較短，要求末端反導系統跟蹤和反應時間較高。因此末端反導系統對高超音速導彈的攔截能力一般，一般用來防御近程、中近程彈道導彈或巡航導彈。世界上典型的末端反導系統有:美國的“愛國者PAC3”和THAAD系統[3]、歐洲的“紫苑”、俄羅斯的“S300PMU2”和“S400”以及中國的“紅旗-9”。

（2）高超音速臨近空間飛行器簡介

高超音速臨近空間飛行器是一種可重復使用的無人飛行器。其飛行高度可以遍及臨近空間 20～100 km內的大部分空域，一般為30～60 km[4]。高超音速巡航飛行器主要用于全球快速打擊。

高超音速臨近空間飛行器在超燃沖壓發動機推動下進行高超音速飛行，速度一般為3～10 Ma。其具有高升阻比的氣動外形、重量輕而耐用，可重復使用的高溫材料、帶有主動冷卻的熱管理技術、自主飛行控制和基于渦輪噴氣的組合循環推進等。

臨近空間飛行器載荷可分為信息支援型載荷和作戰功能型載荷兩大類[5]。信息支援載荷包含:偵察監視載荷、預警探測載荷、通信載荷和導航定位載荷；作戰功能載荷分為:信息對抗載荷和實體攻擊載荷。

高超音速臨近空間飛行器由于飛行高度較高、速度非常快，且飛行航線不固定、機動性好等特點，現有防空武器平臺基本上不能對其構成威脅。因此，臨近空間飛行器能夠在敵方反導區域內的臨近空間較為自由的活動，并且由于擁有一定的載荷能力，可以搭載更加復雜的偵察干擾設備以及反輻射主動攻擊裝備，實現對反導系統的綜合對抗。

1 高超音速臨近空間飛行器的優勢

裝載在彈道導彈上的自衛式電子干擾裝置是現在比較常用的一種干擾敵方火控雷達，掩護導彈突防的電子對抗設備。由于受體積和功耗的限制，自衛式電子干擾裝置一般存在工作時間短、發射功率較小、天線增益較低且不能實現快速靈活指向和干擾算法不能太復雜等特點。因此，自衛式電子干擾裝置一般采用比較簡單的噪聲壓制式干擾[6]或相參轉發欺騙兼壓制式干擾[7]，且欺騙很難做到速度和距離的高準確性，角度欺騙則更加困難。對抗雷達組網目標識別時，面臨著嚴峻的挑戰。一般情況下，該裝置用來對抗末端反導系統。

高超音速臨近空間飛行器，由于其載荷能力遠大于自衛式電子干擾裝置。因此，相對自衛式電子干擾裝置，高超音速臨近空間飛行器載荷可以設計高增益窄波束相控陣天線、大動態高靈敏度寬帶接收機、高速高性能信號處理和基帶干擾激勵信號產生模塊和大功率功放，導航定位設備以及滿足需求的通信設備。因此，可以實現對反導雷達的偵察和定位，實時獲取被掩護導彈群的位置，準實時獲取地面指揮指令，選擇合適的干擾策略；配合飛行器模擬導彈高速機動，可以實現較為真實的角度跟蹤欺騙和雷達組網目標識別對抗。

另一方面，高超音速臨近空間飛行器還可以攜帶反輻射無人機，在攔截區域內投放實現對高價值反導雷達（如:“鋪路爪”、“丹麥眼鏡蛇”彈道導彈早期預警雷達和“宙斯盾”防御系統）的硬殺傷，這一點能力也是自衛式電子干擾裝置所不具備的。第三章將詳細介紹利用臨近空間飛行器對抗和殺傷反導系統的思路和方法。

2 對抗反導系統的總體思路和方法

信息對抗(軟殺傷)具有作用空間大、使用耗費小、對抗效果好、能長期多次應用的優點，缺點是只能使目標暫時失效，不能對其造成永久的傷害。而反輻射攻擊能使目標永久性失效或被破壞，在現代綜合對抗中發揮越來越大的作用。但同軟殺傷相比，硬殺傷的技術難度、成本更高。

因此，結合反導系統中不同威脅等級和價值的目標，對整個系統的對抗擬采用綜合信息對抗（軟殺傷）與反輻射攻擊（硬殺傷）相結合的方式進行。

高超音速臨近空間飛行器由于航程長、速度快且飛行高度較高，幾乎和中遠程彈道導彈中段飛行高度一致、最高速度還可大于導彈中段飛行時的速度。因此，利用高超音速臨近空間飛行器掩護本方導彈突防的主要思路是:

1）從中段到末端，飛行器某個位置開始與導彈群伴飛，利用具有的偵察能力和飛行機動性，保持和被發現及跟蹤的導彈處于一個主瓣波束內，使用壓制或欺騙式干擾，使反導雷達（含預警和火控雷達）丟失目標或目標參數判斷出現偏差。

2）若中段反導火控雷達已經跟蹤上目標，中段攔截彈已發射，則利用飛行器的高機動性飛行到待掩護導彈的周圍，利用紅外干擾裝置干擾攔截彈，使其出現紅外定位偏差，無法命中目標。

3）若末端反導雷達已經跟蹤上目標，末端攔截彈已發射。在距離目標100 km左右時，由于待掩護導彈已經達到最高速度（6～10 Ma），且以與地面成較大夾角的方式俯沖，飛行器可能已無法通過空中機動飛行到該導彈周圍進行掩護。這時，飛行器需飛行到攔截彈雷達主動導引頭的波束范圍內，利用飛行器載干擾裝置大功率的特點，連續發射相參轉發及噪聲壓制信號或產生式密集假目標欺騙信號，將導引頭的模擬接收機或信號處理單元推飽和，使其喪失對目標的跟蹤定位能力。對于帶激光近炸引信的導引頭還可以利用大功率激光器對其進行干擾，使其測距出現誤差，造成導彈早炸。

4）對高威脅等級和高價值目標，如早期預警雷達和中段反導火控雷達采用反輻射攻擊的方法，利用飛行器掛載的反輻射主動攻擊裝備摧毀該目標或使該目標在導彈突防過程中失去戰斗能力。

下面將詳細介紹高超音速臨近空間飛行器分別對抗早期預警雷達、中段火控雷達、末端火控雷達、紅外和雷達主動導引頭以及反輻射攻擊高威脅和高價值目標的方法。

（1）對抗反導雷達系統

預警雷達一般的工作頻率在超高頻（UHF）和甚高頻（VHF）波段。作用距離可達幾千公里，主要用來發現遠、中、近程彈道導彈，測定其瞬間位置、速度、發射點和彈著點等關鍵參數，為最高軍事機關提供導彈預警情報。以“鋪路爪”預警雷達為例，其探測距離可以達到 4800 km，峰值功率582.4 kW，脈沖寬度80～160 us，帶寬5 MHz。其最早發現導彈的時間段一般為初段末期和中段早期，根據這一特性，高超音速臨近空間飛行器干擾早期預警雷達的示意圖如圖1所示。

圖1 對抗早期預警雷達示意

對早期預警雷達，飛行器通過高精度測向算法結合窄波束相控陣天線完成對雷達相對位置的精確測量，再根據得到的導彈位置，預計在不同位置上，雷達主瓣與導彈可能的夾角。利用飛行器的高機動性，在導彈群中來回運動掩護導彈。當采用相參轉發壓制干擾時，為了使其數字信號處理機飽和，需產生200個左右的密集假目標，且由于來回運動要丟掉一些相參脈沖，所以壓制系數根據仿真應設置為:Kj=40 dB。則當 Pl=384 kW、Gl/Gj=33 dB時，根據式（1）可求得當目標反射截面積為0.1 m2，最小掩護距離為500 km時所需的發射功率為:-39.1 dBw,考慮高超音速狀態下的黑障損失為20 dB，帶寬展寬及脈寬判斷誤差以及數字干擾源帶來損失為10 dB，發射功率為-9.1 dBw，即可滿足要求。可見高速臨近空間平臺基于強偵察和全相參干擾時的發射功率要求較小，如式（1）所示[8-10]。式中:Pl為雷達發射功率；Gl為雷達發射天線增益；σ為目標的RCS； Ri為為飛行器與雷達的距離； R0為目標距雷達的距離；Ki為壓制系數；Kh為黑障損失；Km為匹配損失（帶寬展寬、脈寬判斷誤差以及數字干擾源等帶來損失）； Pi，Gi為干擾發射機功率及發射天線增益。

對于中段火控雷達和末端火控雷達的干擾與早期預警雷達類似，只是由于火控雷達的探測距離更近、發射功率更高、帶寬更寬，因此在同樣產生200個左右假目標壓制時要求的功率更高。當以同樣方式對抗X波段中段反導火控雷達時，當雷達峰值功率為10 MW，掩護距離為300 km時，黑障損失為13 dB時，所需發射功率為:16.1 dBW。當對抗 C波段末端反導雷達時，當雷達峰值功率為8 MW，被掩護目標距離雷達為100 km，黑障損失為15 dB，飛行器距離雷達為200 km時，所需發射功率為:23.4 dBW。滿足這些發射功率的功放都是可以在高超音速臨近空間飛行器上實現的。由于針對頻段較寬，不可能在一架飛行器上實現如此寬頻段的高增益相控陣天線，因此，可以通過多飛行器搭配的方式實現綜合信息對抗，干擾敵方反導系統，掩護導彈突防。針對中段反導雷達和末端反導雷達的突防對抗示意圖如圖2和圖3所示。

圖2 對抗中段反導火控雷達示意

圖3 對抗末端反導火控雷達示意

（2）綜合對抗攔截彈導引頭

對抗紅外和雷達導引頭，雖然離被保護導彈的距離以及干擾對象都不同，但思路大致相同[11-12]。即通過一個強干擾源將對方導引頭的方向拉到對準飛行器的方向，將攔截彈拉離目標，當攔截彈被拉離并確保沒有反應時間再次找到目標時，關閉干擾機并高速脫離。其干擾方式如圖4所示。

（3）對高價值目標進行硬殺傷

高超音速臨近空間飛行器除了可以完成反導系統綜合信息對抗（軟殺傷）外，還可以對反導系統內的高價值目標進行硬殺傷，其思路如下:

當彈道導彈發射后，預計敵方反導雷達開機時間，在臨近空間值班的高超音速臨近空間飛行器攜帶反輻射無人機進入敵方防區以上的臨近空間區域。先通過偵察載荷高分辨測向定位雷達的相對位置，通過通信系統得知本方導彈可能達到時間，并從數據庫中取出敵方反導雷達一旦被摧毀，第二部雷達接管操作和攔截的時間；同時給反輻射無人機導航系統裝載目標參數，指示目標位置和重要等級，在預計時間內發射無人機。結合無人機上的自主雷達搜索裝置，在高超音速臨近空間飛行器規定的范圍內尋找反導雷達并實施攻擊。

圖4 對抗紅外或雷達主動導引頭示意

一般情況下，為實現有效攻擊，需要多架高超音速臨近空間飛行器搭載一個編隊 12架以上的反輻射無人機，對敵方反導雷達實施飽和攻擊。

采用高超音速臨近空間飛行器掛載反輻射無人機攻擊反導雷達的方式，擴大了反輻射無人機的作戰半徑，并且從臨近空間投放同時也大大增強了無人機的抗摧毀能力。

根據本章所描述的高超音速臨近空間飛行器對抗反導系統的思路和方法，在下一章將詳細介紹完成上述對抗任務，飛行器需搭載的任務載荷。

3 搭載對抗反導系統的任務載荷

根據第一章介紹的中段末端反導系統探測和預計彈道導彈飛行參數并攔截導彈的過程，以及第三章介紹對抗反導系統的思路和方法，高超音速臨近空間飛行器對抗反導系統，根據有效載荷能力和使用范圍可以搭載以下部分或全部任務載荷:

（1）通信載荷

通信載荷包括超遠距離窄帶通信和近距離寬帶通信載荷。超遠距離窄帶通信載荷主要用于完成高速臨近空間飛行的飛行控制、對抗或攻擊指令獲取、關鍵偵察數據回傳等。近距離寬帶通信載荷主要用于飛行器與被掩護導彈群間的通信，獲取導彈航跡參數，在有可能的情況下控制導彈的機動方式和范圍并修正導彈航線。

（2）早期預警雷達偵察及對抗載荷

早期預警雷達偵察及對抗載荷主要用于發現早期預警雷達信號，分析其關鍵參數，如:中心頻率、脈沖寬度、帶寬、重復頻率和參差方式等。采用壓制式干擾或欺騙式干擾模擬與本方導彈群類似的多個目標，使早期預警雷達目標偵察能力喪失或出現較大誤差。

（3）中段和末端反導火控雷達偵察及對抗載荷

中段和末端反導火控雷達偵察及對抗載荷主要作用與早期預警雷達偵察及對抗載荷類似，只是可能頻段和壓制欺騙方式有所不同。對于火控雷達來講，距離分辨力、速度分辨力更高，同時還具有極強的角跟蹤能力；另外由于導彈的大致位置已由早期預警雷達給定，因此其搜索空間一般較小，使其在一條距離線上駐留的時間更長，重復脈沖個數更多，獲得的目標回波增益更高。因此對抗火控雷達壓制式干擾時，要求的范圍更小但是范圍內的能量更高，對于欺騙式干擾，則要求假目標更加密集，且速度和角度欺騙等參數需更加真實。

（4）主動雷達導引頭偵察及對抗載荷

主動雷達導引頭偵察及對抗載荷在目標距離向壓制和欺騙干擾方式與上述兩種對抗載荷類似，只是由于距離分辨力更高，要求假目標更加密集且能量更高。另一方面，主動雷達導引頭一般采用了和差波束比幅或比相高分辨測角，使攔截彈中心始終指向突防導彈，因此需要配合距離欺騙，調整發射天線指向，使攔截彈角跟蹤失敗或始終指向假目標。

（5）光電對抗載荷

光電對抗載荷主要用于對抗中段和末端反導系統的攔截彈載紅外導引頭或激光近炸引信[13-15]。

對于紅外導引頭，干擾機的輻射強度與目標相當或更大，干擾信號的脈沖重頻或包絡的頻率與導引頭中紅外接收機的掃描頻率相近。兩個紅外信號經導引頭調制盤加工后同時進入導彈跟蹤回路，跟蹤系統受到干擾信號的低頻分量的影響，使控制設備產生一個附加的隨機誤差信號，從而使導彈跟蹤不穩而命中率下降。

對于激光近炸引信，干擾機采用轉發式距離欺騙干擾。由激光干擾機對來襲目標發射激光干擾信號，使激光干擾信號在遠距離上提前進入引信的接收視場，以壓制真正的目標回波信號，形成有效的距離欺騙，使引信的信號鑒別與選通系統產生誤判，從而提前輸出起爆信號，引起攔截彈的早炸，達到掩護突防彈的目的。

（6）反輻射攻擊載荷

反輻射攻擊載荷主要指掛載的反輻射無人機/導彈。反輻射無人機/導彈由于作戰半徑較小，很難攻擊較遠距離的反導預警及火控雷達，掩護中遠距離導彈突防。高超音速臨近空間飛行器掛載反輻射無人機/導彈進入敵方防區內進行投放能夠較好的對敵反導雷達進行硬殺傷。

4 結語

綜上所述，高超音速臨近空間飛行器作為一種新型的超高空、高超音速飛行器由于載荷、高度和速度的優勢，在反導系統綜合信息對抗及硬殺傷，掩護我方導彈突防方面，相比電子自衛式干擾裝置有著較大的優勢。因此，高超音速臨近空間飛行器在未來反導系統綜合信息對抗和主動殺傷中有著廣泛的應用前景。

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