美國研制反高超音速導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)

嚴毅梅

彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)并不能全程跟蹤超高音速武器

2019年7月，美國國防部表示，即將進行為期四年的試驗活動，獲得的數(shù)據(jù)將為全面的高超音速武器路線圖奠定基礎(chǔ)，試驗活動將包括40 次飛行和三種基本飛行器概念的驗證。此外，該路線圖還將包括反高超音速手段發(fā)展戰(zhàn)略的整合，美國空間發(fā)展局（SDA）和彈道導(dǎo)彈防御局（MDA）都提出了初步方案：SDA正在研究一種天基分布式衛(wèi)星體系結(jié)構(gòu)，而MDA已經(jīng)提出了一種“高超音速彈道導(dǎo)彈跟蹤空間傳感器”（HBTSS）。

高超音速武器跟蹤難

美國認為，高超音速武器現(xiàn)階段迅速發(fā)展到致命的程度，美國的一些競爭對手可能已經(jīng)領(lǐng)先于美國。

高超音速導(dǎo)彈一般分為兩類，即高超音速滑翔導(dǎo)彈（HGV）和高超音速巡航導(dǎo)彈（HCM）。HGV由火箭運載，在離地球40～50千米的地方釋放。高超音速巡航導(dǎo)彈上裝有發(fā)動機，在離地面20～30千米處釋放。高超音速導(dǎo)彈的飛行速度是音速的5倍以上，可以在飛行中逃避雷達的探測，故很難發(fā)射攔截器將其摧毀。雖然目前的洲際彈道導(dǎo)彈和其它導(dǎo)彈，對防御一方仍然存在反應(yīng)時間上的挑戰(zhàn)，但防御一方能發(fā)現(xiàn)這些武器。例如，洲際彈道導(dǎo)彈需要大約20分鐘才能穿越太空，這為防御一方發(fā)射陸基或海基攔截彈留出足夠的時間。高超音速從根本上改變了這種局面。

華盛頓特區(qū)的目標、地面機械化裝甲縱隊和重要地點，都可能在幾分鐘內(nèi)被5倍音速的高超音速武器摧毀。這些武器在飛行中也會機動，有時會沿著地球大氣層的邊緣，以壓倒性的高速度攻擊目標。現(xiàn)在五角大樓想用新的空間傳感器層技術(shù)來發(fā)現(xiàn)它們，只有這樣，才有可能將高超音速導(dǎo)彈直接從空中擊落。目前，彈道導(dǎo)彈防御局授予L3 Harris、雷錫恩、諾斯羅普·格魯曼和萊多斯公司“高超音速彈道導(dǎo)彈跟蹤空間傳感器”（HBTSS）的二期開發(fā)項目合同。諾格公司正在研究一種高性能、廉價、可生存和可擴展的天基傳感解決方案。該公司在高超音速和彈道導(dǎo)彈防御方面采用的端到端、多領(lǐng)域的方法，涵蓋了從海上到太空，以及電磁和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等多個作戰(zhàn)領(lǐng)域的技術(shù)。五角大樓的2020財政年度無經(jīng)費需求清單中包括了空間傳感器層項目，國會2019年度已經(jīng)批準授予該項目7300萬美元經(jīng)費。

探測高超音速武器需要天基和地面各種傳感器的集成

HBTSS可探測并持續(xù)跟蹤高超音速武器

HBTSS的設(shè)計目的是用一個傳感器的有效載荷探測并持續(xù)跟蹤高超音速威脅，以便給地面軍事指揮官贏得時間以采取反制措施摧毀空中導(dǎo)彈。由于高超音速飛行器速度快、脫離單顆衛(wèi)星探測范圍時間快，所以如果想要對其進行監(jiān)測和跟蹤，必須要通過一整套通信效率非常高的衛(wèi)星鏈才能實現(xiàn)，最簡單也要有好幾顆衛(wèi)星協(xié)同工作，才能實現(xiàn)這種有效監(jiān)測。彈道導(dǎo)彈防御局現(xiàn)在運行“天基跟蹤和監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS，2001年天基紅外系統(tǒng)的低軌道星座部分從美國空軍轉(zhuǎn)交給彈道導(dǎo)彈防御局，并改名STSS），該系統(tǒng)的核心是兩顆軌道高度1350千米、傾角為58度、軌道周期為120分鐘的衛(wèi)星。STSS裝有能夠探測可見光和紅外光的傳感器，并作為彈道導(dǎo)彈防御的試驗性空間跟蹤器系統(tǒng)。但STSS無法有效跟蹤高超音速武器。據(jù)彈道導(dǎo)彈防御局發(fā)言人瑪麗亞·恩約庫稱，HBTSS將與美國國家航天防御體系（NationalSpace Defense Architecture）集成，后者在不同軌道部署不同系統(tǒng)，以探測和跟蹤常規(guī)彈道導(dǎo)彈以及洲際彈道導(dǎo)彈等其它威脅。

3月19日，美國進行高超音速武器試驗。其未來的防御系統(tǒng)將把高超音速武器攻擊和防御能力整合到一起

根據(jù)目前五角大樓和工業(yè)界的說法，HBTSS使防御高超音速成為可能。HBTSS將是一個由環(huán)繞地球軌道的衛(wèi)星群上的傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)，可全球監(jiān)測。HBTSS采用特殊的設(shè)計理念，將使用持久紅外傳感器跟蹤高超音速武器從發(fā)射到發(fā)生作用的全部軌跡。美軍目前的感知系統(tǒng)沒有能力全程跟蹤高超音速武器，因為其軌道位置開始時非常高，但隨后會下降到很低，使目前的傳感器看不到它。彈道導(dǎo)彈防御局正在與空間發(fā)展局、DARPA和美國空軍合作研制HBTSS。

部署小衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)

當前防御彈道導(dǎo)彈的不足之處包括，攔截武器的可靠性不足和傳感器覆蓋范圍不夠，最缺乏可進行持久性跟蹤和識別的天基傳感器層。天基傳感器層一直是每個導(dǎo)彈防御體系結(jié)構(gòu)的重點，但當下對高超音速武器來說，美國除了兩顆演示衛(wèi)星外，其余的衛(wèi)星沒有一顆得到部署。2019年，在近地軌道上增加部署多顆小衛(wèi)星方面取得進展。最終的設(shè)想是部署數(shù)百顆非常小的衛(wèi)星，以及一個通信傳輸層，將信息在衛(wèi)星之間、地面和作戰(zhàn)人員需要的地方傳輸，并根據(jù)需要插入任務(wù)區(qū)。

目前主要技術(shù)障礙是傳感器，彈道導(dǎo)彈防御局正發(fā)展技術(shù)以減小傳感器尺寸、重量、功率和成本，簡化維護和集成，并優(yōu)化作戰(zhàn)任務(wù)的連續(xù)性。目前希望用新型集成電路和新算法以解決紅外焦平面陣列（FPA）中的偏置漂移問題。偏置漂移是由溫度等原因?qū)Ψ€(wěn)定性造成的影響。

此外，現(xiàn)有的雷達系統(tǒng)不能在沒有飛機中繼的情況下將探測距離延伸到地平線之外，因此五角大樓將繼續(xù)改進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，旨在連接和集成各種不同的雷達。HBTSS是為了最終形成一個精確的來襲導(dǎo)彈軌跡，從而能更好地實現(xiàn)對抗，如攔截來襲導(dǎo)彈、研制用來使導(dǎo)彈偏離軌道的電子戰(zhàn)系統(tǒng)或其它新概念防御方案。

諾格公司正在研究一種“系統(tǒng)體系”方法，將HBTSS納入一個更大范圍、更廣泛的空間傳感器層，該層連接到不同的反制措施和其它技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)想最終能夠更好地將將己方的高超音速武器攻擊能力和防御能力集成在一起。

新的預(yù)警探測裝置的核心是一個眾多衛(wèi)星組成的傳感器層，可全球監(jiān)控高超音速武器的動向

整合兩部門資源

在2019 年7 月的一個展會上，業(yè)界發(fā)出一種質(zhì)疑：空間發(fā)展局和導(dǎo)彈防御局，在高超音速跟蹤傳感器方面任務(wù)重疊。對此，美國空間發(fā)展局領(lǐng)導(dǎo)解釋說，在這個項目中，彈道導(dǎo)彈防御局將開發(fā)實際的傳感器，并告知空間發(fā)展局它們?nèi)绾芜m應(yīng)其總體架構(gòu);空間發(fā)展局將負責實際部署衛(wèi)星，這些衛(wèi)星將承載彈道導(dǎo)彈防御局開發(fā)的有效載荷。