美國?；鶑椀缹楊A警觀測平臺發展現狀及思考

唐 堯 張 進 張祥瑞

（中國船舶及海洋工程設計研究院 上海200011）

引 言

與其他導彈相比，彈道導彈以其射程遠、覆蓋范圍廣、飛行速度高、殺傷威力大、防御難度大等特點，成為目前各國特別關注的進攻性武器。為應對他國彈道導彈的威脅，各國也十分重視彈道導彈防御系統的發展。彈道導彈預警觀測系統能夠對彈道導彈目標進行預警探測、跟蹤識別，是成功防御攔截來襲彈道導彈的重要前提和必需手段。本文重點探討美國發展的三型?；鶑椀缹楊A警觀測平臺，分析其特點及主要功能，對我國?；鶑椀缹楊A警觀測平臺的發展提出幾點思考。

1 彈道導彈及防御系統簡介［1］

1.1 彈道導彈的定義、分類和功能

1.1.1 定義

彈道導彈是指一類除了一小段為有動力飛行并有制導的彈道外，大部分為沿著無動力的自由拋物體彈道飛行的導彈。其作戰目的是用載有核武器或常規高效彈藥或生化武器的彈頭，攻擊敵方重要的戰略、戰役和戰術目標。

1.1.2 運動軌跡

彈道導彈的運動軌跡分成有動力飛行的主動段（又稱助推段）和無動力飛行的被動段（末助推段、中段、末段）。

在主動段，彈道導彈垂直發射升空，然后轉彎，在火箭發動機（一般為2～3級）推力和制導系統的作用下，沿預定軌道上升，作加速運動；當彈道導彈的運動參數（高度、速度、彈道傾角等）達到命中目標要求的參數值時，火箭發動機關機，彈頭與彈體分離，進入被動段。

在被動段，彈頭依賴其在主動段獲得的能量在接近真空的大氣環境中作慣性飛行（距地100 km以上），作用在彈頭上的力主要是地球引力。被動段又可分為自由飛行段和再入段。自由飛行段的前段稱為末助推段，其后段成為中段（這是彈道導彈的主要飛行時間段）。在再入段（也稱末段），彈頭再入稠密大氣層，以極高的速度下落，攻擊目標。

彈道導彈質心運動軌跡是一個近似橢圓的部分弧段。

圖1 彈道導彈飛行中的速度、高度隨時間的變化規律

圖1顯示了飛行中的彈道導彈的速度、所處高度隨時間變化的規律。

1.1.3 彈道導彈的分類

彈道導彈按作戰任務分類可分成戰略彈道導彈、戰術彈道導彈兩大類。戰略彈道導彈一般裝有核彈頭，通常射程在3 500 km以上，包括洲際彈道導彈（ICBM）、遠程彈道導彈（IRBM）、潛射彈道導彈（SLBM），主要用于打擊敵方的政治、經濟中心，重要軍事基地，核武器庫，交通樞紐等重要戰略目標；（戰役）戰術彈道導彈通常裝有常規彈藥（或小當量核彈頭、生化武器彈頭），除少數中程戰術彈道導彈射程達到3 000～3 500 km外，大部分射程在1 000 km以內，多屬近程彈道導彈，主要用于打擊戰役、戰術縱深目標和部分戰略目標，如集結的軍隊、坦克、飛機、艦船、雷達、指揮所、機場、港口、交通樞紐等。

彈道導彈按射程分類可分成洲際彈道導彈、遠程彈道導彈、中程彈道導彈（MRBM）和近程彈道導彈（SRBM）4類。

彈道導彈按發射平臺分類可分成地面、潛艇水下發射兩類。地面發射包括早期的基地發射、地下發射、陸基公路機動發射和陸基鐵路機動發射。潛艇水下發射時，彈道導彈被彈射出水面后火箭發動機才點火。隨著軍事科技的發展，已出現了潛射遠程（或洲際）彈道導彈。

1.2 彈道導彈的作戰性能特點分析

彈道導彈（尤其是洲際彈道導彈），具有彈頭飛行速度極快（高達7 km/s，馬赫數為10～25），飛行時間極短（10 000 km射程的導彈，助推段為3～5 min，彈頭飛行時間為25～27 min），以及威力大、命中精度高、突防能力強、可靠性高、成本低等優點。

彈道導彈的缺點是其在助推段向上飛行時，火箭發動機噴出的尾焰容易被天基衛星發現，連續檢測可在彈頭分離時測得彈頭的運動參數（位置、速度、高度、傾角等），從而推導出導彈的全部軌跡，因而易被彈道導彈防御系統識別、跟蹤和攔截；同時，彈頭的高速飛行使其機動、變軌困難。

1.3 彈道導彈防御系統

1.3.1 定義

彈道導彈防御系統是用于探測、攔截并摧毀正在高速飛行的敵方彈道導彈彈頭，使彈頭失去進攻能力的武器系統。

1.3.2 組成

彈道導彈防御系統包括三大部分：

（1）目標探測、識別、跟蹤系統，要求能全天候監視敵方彈道導彈發射陣地動向，及時準確地探測到敵方彈道導彈發射，迅速可靠地發出彈道導彈攻擊告警并確定其攻擊規模和可能攻擊的目標；正確識別真假彈頭；實施精確跟蹤以便有效攔截真彈頭并判定防御效果；

（2）反彈道導彈導彈（反導攔截導彈或反導攔截器），用于攔截、摧毀來襲的敵方彈道導彈真彈頭；

（3）作戰管理指揮、控制、通信（BM/C3）系統，它把前面兩部分功能有效地聯系起來，成為一個密切協調的整體，進行有效的彈道導彈防御。

具體地說，彈道導彈防御系統的基本組成應包括以導彈預警衛星為主的彈道導彈預警系統，以遠距離識別跟蹤雷達組成的目標識別、跟蹤系統，以反導攔截彈（或反導攔截器）為主的反彈道導彈系統，以及BM/C3系統。

1.4 發展?；鶑椀缹楊A警觀測平臺的理論基礎

對于通過空域搜索來探測目標的預警雷達，其性能可通過以下的警戒雷達方程進行評估：

式中：R為目標的探測距離，m；Pav為雷達平均功率，W；A為天線口徑物理面積，m2；tS為搜索時間（對搜索區域掃描1次所花的時間）；σ為目標的有效散射面積（RCS，又稱雷達截面積），m2；Nf為系統噪聲指數（其常用值約為2）；KB為玻爾茲曼常數，為1.38×10-23J/K；TO為參考溫度，為290 K；LS為雷達系統指數（其值一般為5～10）；為信噪比；ΩS為角搜索區域，rad。

雷達一經造好，式中的Pav、A、Nf、KB、TO、L值就固定下來，在給定S值的情況下，雷達探測距離R主要取決于ΩS和σ，而所要求的搜索區域的大小又取決于被測目標的軌跡信息的品質。被測目標的軌跡信息是由預警系統等其他傳感器提供的。因此，如果先進預警節點提供品質優良的被測目標軌道信息，則可大大縮小預警雷達需要搜索的空域，從而能顯著增加探測距離。

對于來襲的洲際彈道導彈，由于其射程超過10 000 km，運行路徑必定越洋。因此，海基彈道導彈預警觀測平臺是預警節點的較好選擇。下文主要對美國發展的三型?；鶑椀缹楊A警觀測平臺進行探討分析。

2 美國?；鶑椀缹楊A警觀測平臺發展現狀及特點分析

美國專門用于對彈道導彈進行預警觀測的?；脚_目前主要有X波段?；走_平臺（X band sea-based Radar，以下稱SBX雷達平臺）、霍華德·洛倫茲號導彈觀測船以及無敵號導彈觀測船。

2.1 SBX雷達平臺［2-3］

2003年1月，美國政府從挪威Moss Maritime公司購買了一艘50 000 t半潛平臺，用于安裝當時世界上最大的X波段相控陣雷達。2005年7月，美國導彈防御局（MDA）將改裝完成的平臺命名為SBX-1。

SBX雷達平臺是美國防部彈道導彈防御體系的重要?；濣c，是用于支持遠程彈道導彈防御系統的中段反導火控雷達。其主要功能為跟蹤、識別彈道導彈并建立精確跟蹤信息，區分誘餌，識別辨明導彈彈頭，可為飛行中的地基攔截器持續提供制導數據。攔截后，并可對攔截效果進行評估。SBX雷達平臺可支持地基中段反導系統的試驗，有助于提高整個彈道導彈防御系統的實戰能力。

SBX雷達平臺長約121.3 m、寬約72.5 m，從水下浮體龍骨到雷達圓頂頂部約90 m。平臺排水量約50 000 t，航速8 kn，人員編制約75人，能夠在惡劣海況下穩定工作。搭載的SBX雷達體型巨大，是功率超高的相控陣雷達，作業頻段為電磁波頻段范圍中適用于高精度跟蹤導彈彈頭的X頻段。SBX雷達平臺主要組成見圖2。

圖2 SBX雷達平臺

SBX雷達能夠辨認約5 000 km外籃球大小的物體，精度水平能夠區分導彈彈頭和誘餌，因此攔截器能夠正確鎖定來襲目標，其陣面參數見表1。

表1 SBX雷達陣面主要參數

當SBX雷達平臺執行任務需要，從夏威夷港口航渡至西太平洋獲得較優的戰位時，由于其航速較低，需要在敵方導彈發射前預留大量的預警時間才能完成重新部署，機動性能較差。SBX雷達平臺典型部署地點見圖3。另外，SBX雷達平臺在海上的運行成本較高，美國發展SBX雷達平臺后續平臺的計劃也無限期擱淺。

圖3 SBX雷達平臺典型部署地點

2.2 霍華德·洛倫茲號導彈觀測船

霍華德·洛倫茲號導彈觀測船（Howard O.Lorenzen）［4］代號為 T-AGM-25，由VT Halter Marine造船廠建造，2008年8月開工，2010年6月以美國電子戰之父霍華德·洛倫茲命名，并于同月下水，2012年1月交付給美國海軍。該船于2013年12月完成全部海上試驗后，于2014年移交美國空軍。該船按美國防部的相關決策配備主要裝備和雷達，美海軍軍事海運司令部進行監管與操船駕駛，美國空軍對其進行指揮管理與任務部署。

霍華德·洛倫茲號導彈觀測船搭載眼鏡蛇王相控陣雷達系統（Cobra King），替代于2014年退役的搭載眼鏡蛇朱迪相控陣雷達系統（Cobra Judy）的觀察島號導彈觀測船（Observation Island）。因此，霍華德·洛倫茲號導彈觀測船又稱“眼鏡蛇·朱迪替代計劃”（Cobra Judy Replacement，CJR）?；羧A德·洛倫茲號在任務能力上能夠完全代替甚至超越觀察島號。

霍華德·洛倫茲號的使命任務為支持國內導彈試驗；對他國導彈試驗進行跟蹤觀測，獲取其彈道軌跡、彈頭數據特征等戰略情報信息；并對全世界范圍內的彈道導彈發射活動進行密切關注及預警探測。

圖4 霍華德·洛倫茲號導彈觀測船

該船長約162.8 m、寬約27 m、吃水約7.1 m、排水量約12 600 t、最大航速約20 kn、續航力12 000 n mile/12 kn。采用綜合電力推進方式，主機采用4臺MaK12M32C型發動機，單臺發動機額定功率為5.5 MW，重84.8 t。本船同時配置1臺Caterpillar C32柴油機，用作應急柴油機。

圖5 霍華德·洛倫茲號導彈觀測船

霍華德·洛倫茲號擁有綜合任務能力，包括平臺、雷達系統、以及其他任務相關裝備，主要組成見圖5。S、X波段天線陣面均達200余噸，X波段雷達以及通用雷達控制器由Raytheon公司生產，S波段雷達由Northrop Grumman公司生產。S波段雷達可作為主要搜索和獲取目標，能夠在多目標復雜對象中跟蹤并收集有效目標的數據。X波段雷達能夠提供特定可疑目標的超高分辨率數據。霍華德·洛倫茲號的雷達具備跟蹤、識別3 000 km以上彈道導彈目標的能力。

S、X雷達系統均采用多波形、多帶寬，以保證操作靈活性和數據采集的高質量。通用后端設備對雷達進行控制，并對雷達裝備提供全面的數據和信號處理以及記錄功能。通用后端設備為雷達操作、任務通信、氣象數據等提供操作界面，同時其處理軟件可按任務執行前與任務執行后進行綜合處理，具備生成任務剖面、任務執行結果報告以及態勢場景等文件的功能。另外，還可進行任務訓練、數據分析、任務回放等操作。

服役后，霍華德·洛倫茲號按計劃前往重點海域，執行彈道導彈預警觀測任務。例如，2016年2月7日，朝鮮向太平洋發射了遠程運載火箭。霍華德·洛倫茲號按計劃靠近朝鮮半島，抵達日本九州島西北岸的佐世保港口，監測朝鮮的火箭發射過程。

2.3 觀察島號導彈觀測船

觀察島號（Observation Island）導彈觀測船［5-6］的前身是隸屬于美國海事委員會的“水手級”商船，于1953年8月下水。1956年9月， 美海軍采購該船，將其改裝成“試驗性輔助艦船”（EAG），重新命名為“觀察島號”，支持美海軍艦隊彈道導彈發展試驗項目。1979年5月，觀察島號服役美軍事海運司令部，重新命名為觀察島號導彈觀測船，代號為T-AGM-23。觀察島號搭載美空軍AN/SPQ-11“眼鏡蛇·朱迪”相控陣雷達等設備，在全球范圍內監測他國戰略武器條約的遵守情況，并支持美軍事武器試驗項目，收集彈道彈道試驗數據。

圖6 觀察島號導彈觀測船

該船長約172 m、型寬約23 m、吃水約8.7 m、滿載排水量約17 200 t，2臺蒸汽輪機驅動，單軸推進，最大航速約20 kn。

觀察島號搭載AN/SPQ-11“眼鏡蛇·朱迪”相控陣雷達，X波段拋物面雷達，遠程導彈射程精確測量系統，高頻、甚高頻和超高頻通信系統等。其中，“眼鏡蛇·朱迪”雷達為八邊形結構，內徑7 m，整個雷達天線重250 t、高約12.2 m，由12 288個收發元件構成?！把坨R蛇·朱迪”雷達使用真空管產生雷達信號，工作波段為S波段，頻率為2 900～3 100 MHz，具備發射、接收和測距等功能，可以實現360°全方位探測。X波段雷達的工作頻率為9 GHz，可作為“眼鏡蛇·朱迪”雷達的補充，提高觀察島號搜集彈道導彈在飛行末段的情報數據的性能。遠程導彈射程精確測量系統的頻率范圍覆蓋了VHF和Ka波段。

觀察島號于2014年退役，在服役的三十余年中，平均每年在海上執行觀測任務260余天。

2.4 無敵號導彈觀測船

無敵號導彈觀測船（Invincible）［7］代號為T-AGM-24，前身是1986年下水的Stalwart級T-AGOS-10海洋監視船。2000年4月，該船被改裝為導彈觀測船，參見圖7。軍事海運司令部保留對該船的監管權，該船的移動監視與導彈跟蹤的任務由美空軍部署。無敵號導彈觀測船搭載美空軍發展的眼鏡蛇·雙子星雙波段雷達（Cobra Gemini），作為支持美空軍的海上平臺，常態化部署在印度洋和阿拉伯海，搜集戰區相關國家發射的彈道導彈數據。

該船長約68 m、寬約13 m、吃水約4.9 m、空船排水量約1 600 t、滿載排水量約2 285 t、4臺Caterpillar D-398 柴油發電機，2臺550 hp的推進電機，推進功率為2 400 kW，雙軸雙槳。最大航速11 kn，自給力30晝夜，續航力2 600 n mile。

無敵號導彈觀測船的核心是眼鏡蛇·雙子星雙波段雷達，見圖8。該雷達重約50 t，探測距離2 000 km。其中S波段負責跟蹤，X波段負責收集數據。S波段波束寬度是X波段的10倍，因而具有更好的跟蹤能力，而X波段單脈沖更多的是簡化反饋和接收問題。在搜索模式下，探測距離從300 km擴展到1 500 km僅需1 s。搭載眼鏡蛇·雙子星的無敵號導彈觀測船并非搭載眼鏡蛇王相控陣雷達系統的霍華德·洛倫茲號的代替品，而是補充品。后者重點跟蹤洲際彈道導彈，前者則重點跟蹤短程、中遠程彈道導彈。

圖7 無敵號導彈觀測船

改裝完成后，無敵號導彈觀測船按計劃前往重點海域執行彈道導彈觀測任務。例如2012年，無敵號導彈觀測船部署到波斯灣，于2012年5月在美導彈驅逐艦DDG-94與英國皇家海軍的三艘艦艇的護航下，通過霍爾木茲海峽。2017年3月，無敵號導彈觀測船在霍爾木茲海峽附近海域執行任務。

圖8 無敵號導彈觀測船

2.5 美海基彈道導彈預警觀測平臺特點分析

綜合考慮SBX雷達平臺、霍華德·洛倫茲號、無敵號、觀察島號等平臺的特點，分析如下。

從機動性上看，搭載眼鏡蛇王系統的霍華德·洛倫茲號可以迅速航行至世界上的任何角落，對突然發生的緊急情況迅速反應。而SBX只能以低速進行航行，或依靠外力進行轉運，迅速反應能力較弱。無敵號噸位較小，遠洋能力較弱。

從雷達功能上看，SBX僅通過一個X波段雷達對作用空域范圍內的多目標進行跟蹤觀測，掃描視角較窄，在跟蹤來襲導彈前，往往需要依靠其他探測器提供導彈目標的位置和軌跡信息。而霍華德·洛倫茲號通過S波段雷達與X波段雷達的密切配合進行工作。S波段雷達降低對特定目標個體的數據收集，專門用于搜索捕獲目標，捕獲后將其交給能夠提供高分辨率目標特性的X波段雷達。

與觀察島號相比，雖然霍華德·洛倫茲號的系統更復雜，但卻更容易維護。觀察島號需要技術熟練的工程師和維修人員，對部件級別進行故障排除和修復。需要測試設備工具和專業操作技能。而霍華德·洛倫茲號采用內置測試功能，便于雷達的快速故障排除及維修。此外，船員可以獨立完成故障排查和替換組件的工作，同時，船上幾乎配備全套的裝備組件。

若觀察島號的S波段雷達發生故障，則任務無法執行。而對于霍華德·洛倫茲號，即使當S波段雷達發生故障，X波段雷達能夠繼續搜集目標數據。同時，觀察島號僅能提供標準格式的目標圖像，霍華德·洛倫茲號能夠提供高分辨率圖像?；羧A德·洛倫茲號能夠同時有效跟蹤1 000個以上的目標，而觀察島號僅能同時跟蹤約100個目標。

從運營成本上看，SBX的運營成本高昂，而霍華德·洛倫茲號與無敵號相對較為經濟。

3 思考與啟示

3.1 典型導彈防御中?；A警觀測平臺的作用分析

以10 000 km射程的洲際彈道導彈的典型運行過程為例，對?；A警觀測平臺的作用進行分析。洲際導彈的運行時間助推段約5 min，中段約20 min，末段約1 min，見圖9。

圖9 10 000 km射程的洲際彈道導彈典型運行過程

當進攻方彈道導彈發射后，導彈在火箭發動機噴出尾焰的助推下升空，由于尾焰目標較為明顯，防御方天基衛星利用紅外技術發現目標，向后方發出告警信息。當進攻方導彈完成助推后，飛出大氣層，尾焰消失，進入導彈飛行中段。中段飛行時，導彈熱源消失，天基衛星較難實現對導彈目標的連續跟蹤捕捉，容易丟失目標。

當缺乏?；A警觀測平臺的情況下，由于地球曲率的限制，防御方陸基探測雷達僅能在彈道導彈目標的中段末期和末段對彈道導彈進行跟蹤觀測，而此時的彈道導彈飛行速度極快，捕捉及攔截難度大。

當設置?；A警觀測平臺時，將其前置部署（見下頁圖10），當防御方天基衛星發現目標后，?；脚_根據天基衛星的情報信息，搜索捕捉剛剛進入中段的彈道導彈。捕捉后，對其進行跟蹤識別，分析導彈的運動參數，推導運動軌跡，為后方預警及攔截系統提供重要情報。同時，?；A警觀測平臺具備精確識別能力，則可進一步辨明導彈彈頭，為攔截器提供制導信息。因此，?；A警觀測平臺的部署設置，能夠有效減少預警時間，提高跟蹤攔截的成功率，很大程度上降低來襲導彈對防御方國防安全的威脅程度。

圖10 10 000 km射程的洲際彈道導彈典型運行過程（部署?；脚_）

3.2 啟 示

綜上，為我國?；鶑椀缹楊A警觀測平臺發展方向提出以下幾點啟示：

（1）前置部署預警探測雷達是有效縮短預警時間、提高攔截成功率的有效手段。

由于地球曲率的限制影響，同時考慮到彈道導彈助推段、末段運行時間短，中段運行時間長的特點，將預警探測雷達前置部署，靠近彈道導彈發射端，對其運行中段進行跟蹤識別以及實施攔截，是縮短預警時間且提高攔截成功率的有效手段。

（2）為彌補天基、陸基預警探測體系的不足，未來對?；A警觀測艦船需求將不斷提高。

由于我國沒有海外基地，對海上方向來襲彈道導彈的預警觀測，無法將陸基雷達前置部署；同時，由于技術手段和裝備發展水平的限制，天基預警雷達對處于運行中段的彈道導彈目標較難實現連續跟蹤，無法從誘餌中精確識別有效彈頭。因此，具備機動性能、搭載相控陣雷達的?；A警觀測平臺可有效解決以上問題。同時，通過參考美國裝備發展情況，霍華德·洛倫茲號在機動性、雷達性能以及運營成本等方面優于SBX雷達平臺，因此，發展海基預警觀測艦船能更好地符合未來的裝備需求。

（3）發展海基預警觀測艦船，可對他國彈道導彈試驗活動進行探測偵察，獲取戰略情報數據。

美國發展霍華德·洛倫茲號導彈觀測船，并將其前置部署于西太平洋，對朝鮮的導彈試驗活動進行探測偵察，搜集相關情報。可見，發展?；A警觀測艦船對我國完善戰略情報數據庫也具有十分重要的軍事意義。