美軍高超聲速防御體系發展研究 *

鐘忠

（空軍裝備部駐北京地區第一軍事代表室，北京 100854）

0 引言

在 “大國競爭”的國家安全戰略背景下，美國2022 年新版《導彈防御評估》報告［1］強調“必須尋求新技術以抵消競爭對手持續發展的導彈武器和新興能力”。隨著中俄等競爭對手高超聲速武器的成功研制和列裝，尤其是俄烏戰爭中，俄羅斯“匕首”等高超聲導彈武器的使用，凸顯了高超聲速導彈防御的威懾和實戰價值，美國已在高超聲速導彈預警探測、網絡化指揮控制和防御攔截等技術方面開展了大量概念研究、技術探索和研制工作，計劃在2034 年形成戰區級高超聲速防御能力。

1 典型作戰構想

2021 年6 月，美國導彈防御局公布了以保護航母等高價值裝備為目標的“滑翔段+末段”分層高超聲速防御作戰構想，該構想利用“過頂持續紅外”傳感器、“ 高超聲速和彈道空間跟蹤傳感器”（hypersonic and ballistic tracking space sensor，HBTSS）、“宙斯盾”驅逐艦、“滑翔段攔截彈”和“標準”-6 導彈等典型裝備，應對接連來襲的4 枚高超聲速滑翔武器。總共考慮4 種想定模式：①滑翔段攔截-遠程交戰模式；②滑翔段攔截-遠程發射模式；③滑翔段攔截-協同交戰模式；④末段攔截-協同交戰模式。

2 體系組成和特點

與傳統彈道導彈相比，高超聲速武器飛行高度較低（如圖1 所示），速度快，這使得其防御難度較大。預警探測方面，由于高超聲速武器飛行過程中目標特性復雜，再加上地球曲率限制，美國現有的天基和陸基傳感器難以對其進行探測預警和穩定跟蹤［2］；指揮控制方面，由于高超防御攔截窗口短，美軍現有的指控系統難以滿足攔截過程中的數據傳輸速度；攔截武器方面，由于高超聲速武器速度快、機動能力強，軌跡不易預測，美軍現有的反導攔截武器難以有效攔截。

2.1 傳感器層——構建以天基為主、地基傳感器為輔的多平臺預警探測體系

針對美軍現有高超聲速預警探測能力不足等問題，美軍正構建以天基傳感器為主，陸基雷達為輔的多平臺預警探測體系以實現從高超聲速武器的發射階段開始對其進行識別和跟蹤，直至攔截。一是天基傳感器，主要指美太空發展局主導的“擴散作戰人員太空架構”（proliferated warfighter space architecture，PWSA）［3］（原名“下一代太空架構”［4］），該架構由傳輸層、監視層、跟蹤層、威懾層、導航層、戰斗管理層和支持層組成，計劃在2030 年前后形成全球持續覆蓋的高超聲速探測跟蹤能力［5］。其中，PWSA 跟蹤層由用于高超聲速武器預警的“過頂持續紅外”寬視場傳感器，以及用于連續跟蹤的HBTSS 中視場傳感器兩部分組成。寬視場傳感器獲取高超聲速武器的發射數據后傳輸至中視場傳感器，可實現對高超聲速武器從發射到攔截的探測跟蹤，為導彈防御系統提供低延遲、高精度的關鍵數據。二是陸海基雷達，“低層防空反導傳感器”雷達系統、遠程雷達AN/TPY-5（V）1 已完成研制工作，部署于阿拉斯加的遠程目標識別雷達即將正式使用，未來將與天基傳感器協調工作以提供更精準的火控數據。三是空基傳感器，利用長航時高空無人機搭載傳感器對高超聲速武器的被動探測和主動跟蹤，能夠有效補充對高超聲速武器的預警探測能力并為其飛行軌跡提供交叉驗證數據［6］。

2.2 指揮控制——構建實時傳輸、天地聯通的網絡化指揮控制系統

美國導彈防御局擬在現有彈道導彈防御體系架構基礎上，增加高超防御能力，實現一體化反導反高超的防御體系。高超聲速武器大幅度壓縮了導彈防御作戰時間，為與高超防御武器“同頻同步”，美軍更加注重信息傳輸和處理的實時性，要求指揮系統能夠接收陸海空傳感器實時動態數據，并進行多源信息融合處理。美軍在指揮控制、作戰管理與通信（command and control、battle management and communications，C2BMC）系統“螺旋”8.2-5 版本上進行改進，升級后的“螺旋”8.2-7 版本具備通過Link-16 數據鏈路網絡報告高超聲速威脅活動，并能夠關聯和融合各類傳感器實現與作戰指揮官共享戰場畫面。同時，美太空發展局正在建設的PWSA傳輸層衛星星座旨在將C2BMC 與傳感器系統、攔截系統連接起來，為高超聲速武器預警、探測、跟蹤、攔截等各階段的數據提供可靠、無縫、彈性、低延遲的傳輸連接保障。

以滑翔段攔截為例說明高超防御指控流程：在對手高超聲速導彈發射后，美軍“過頂持續紅外”傳感器首先截獲導彈信息，并通過傳輸層衛星將相關數據上傳至C2BMC。C2BMC 對導彈軌跡進行初步識別，確認目標為高超聲速威脅后，將數據傳輸至HBTSS，指令其對來襲目標進行高精度連續跟蹤。來襲高超聲速武器進入滑翔段后，美軍利用HBTSS、“宙斯盾”艦載雷達、無人機載紅外系統等目標進行多域探測和交叉定位，實現持續彈道跟蹤，并判斷來襲規模，形成落點預報。傳感器通過Link-16 數據鏈路將探測信息傳至海軍一體化火控系統，火控中心智能融合探測信息，自主生成攔截方案，預先發射攔截彈。

2.3 攔截武器——構建以滑翔段攔截和末段攔截為主，多種攔截方式并存的攔截系統

2020 年，美導彈防御局公布了高超聲速防御概念，計劃構建以海基滑翔段攔截和末段攔截段為主的高超聲速分層防御體系，該體系的關鍵裝備如表1所示。其中末段攔截主要是對現有反導系統能力的改進，美軍正在研發“標準”-6 Block IB 導彈以攔截處于飛行末段的高超聲速武器，相關工作包括重新設計彈體和火箭發動機。預計到2027 年，部署30 枚“標準”-6 Block IB 導彈。滑翔段攔截主要是研制新型攔截彈，重點發展“滑翔段攔截彈”和“滑翔破壞者”2 個項目［7］。其中，“滑翔段攔截彈”項目于2023年3 月進入技術開發階段，計劃于2028 財年演示高超聲速飛行器滑翔段的攔截能力。“滑翔段攔截彈”采用海基發射方式，可與“宙斯盾”彈道導彈防御系統的MK-41 垂直發射系統相集成，發射后借助“宙斯盾”彈道導彈防御系統的雷達和低地球軌道衛星系統提供的信息發現并鎖定目標，在大氣層內采用動能攔截方式對高超聲速武器進行硬殺傷。“滑翔破壞者”項目于2018 年啟動，旨在研發用于遠距離攔截高超聲速威脅的輕質飛行器的關鍵技術，該項目于2022 年4 月進入第2 階段工作，旨在通過風洞和飛行試驗收集大氣層內效應的數據，研究轉向和姿態控制系統與高超聲速橫流之間的氣流相互作用的影響等。

表1 關鍵裝備及主要作用Table 1 Key equipment and main functions

3 最新發展

2022 年10 月，美國防部發布新版《導彈防御評估》報告，強調加強區域導彈防御能力建設是其導彈防御的四項重點工作之一，這其中包括發展高超聲速主被動防御技術。

3.1 從預算文件看——美軍高超防御的首要任務是“滑翔段攔截彈”

2017 年，美國防部發布的2018 財年國防預算申請中，美導彈防御局首次將“高超聲速防御”專項列入預算，為其申請7 530 萬美元［8］，標志著美軍正式全面開展高超聲速防御能力的探索。根據近3 年預算文件，2021 財年“高超聲速防御”專項預算為2.07億 美 元［9］；2022 財 年 預 算 申 請 為2.48 億 美 元［10］；2023 財年，國會將“高超聲速防御”專項預算從2.93億美元增加至5.18 億美元，增加部分用于“滑翔段攔截彈”項目［11］。近幾年“高超聲速防御”專項預算變化不大（如表2 所示），但是“滑翔段攔截彈”項目的預算比例不斷增大。2024 財年，美導彈防御局為“高超聲速防御”專項申請2.09 億美元，該筆資金全部用于“滑翔段攔截彈”項目［12］，標志著美軍已明確將“滑翔段攔截彈”作為其高超聲速防御的首要任務。根據美國防部2024 財年國防預算文件，高超聲速防御體系初步設計審查計劃在2029 財年進行，關鍵設計審查在2032 財年進行，并在2034 財年交付，形成戰區級高超聲速防御能力。

表2 “高超聲速防御”專項和“滑翔段攔截彈”項目預算Table 2 Budget for the “Hypersonic Defense” project and the “Glide Interceptor” project億美元

3.2 從技術發展看——積極研究新興技術在高超聲速防御中的應用

3.2.1 研究以天基為主的新興高超聲速導彈預警探測技術

為應對高超聲速武器這種新型威脅，美軍不斷引入新技術。一是開發算法優化傳感器探測預警能力，美太空發展局與導彈防御局聯合開展“紅外有效載荷原型”試驗，旨在收集圖像以創建低地球軌道紅外雜波背景數據庫，該數據庫將用于導彈檢測和跟蹤算法的開發和驗證。二是探索光學星間鏈路技術實現衛星聯通，美導彈防御局開展“立方星網絡通信試驗”項目在低軌道以驗證星間通信技術可行性。2022 年6 月，導彈防御局發射2 顆“立方體”衛星以測試新型軟件無線電，并演示支持天基高可靠性互聯網協議加密技術。三是利用人工智能技術為高超聲速導彈進行軌跡建模。美國防創新小組和美導彈防御局合作，基于現有物理模型，引入人工智能技術在幾分鐘內生成并分析數萬條導彈軌跡，這使美軍能快速評估高超聲速武器打擊意圖，從而進行攔截。

3.2.2 發展定向能高超聲速導彈攔截技術

目前，除傳統攔截器之外，美軍還在發展定向能武器來攔截高超聲速武器，以增加攔截方式選擇性和成功率。早在2019 年，美導彈防御局就選擇雷聲公司研究“用于高超聲速防御的非動力學概念”項目，該項目致力于開發包括高能激光、高功率武器微波在內的定向能武器系統。目前，美軍已研制出功率為300 kW 級的高能激光器，而防御高超聲速武器的功率在兆瓦級左右。美導彈防御局在2023財年為高功率微波武器的高增益天線、電源及脈沖機制研究提交了2 850 萬美元的資金需求，預計將于2023 年9 月前對“高功率微波技術試驗臺”系統進行關鍵設計審查，2024 年2 月前開始建造“高功率微波技術試驗臺”天線。

依據美國會即將通過的《2023 財年國防政策法案》規定，美國導彈防御局應制定一項計劃，并在2024 至2028 財年提供該局所需資金，用于研發定向能武器和網絡武器，以應對高超聲速威脅。

3.2.3 探索“基于失效模式”的高超聲速導彈攔截防御新概念

2022 年，美國戰略與國際研究中心發布《復雜防空——應對高超聲速導彈威脅》［13］報告，提出“基于失效模式”的防御理念，發展“顆粒彈頭”和模塊化荷載等新質局部殺傷攔截手段。“顆粒彈頭”是指導彈或機載平臺通過釋放顆粒物質來干擾或毀傷高超聲速武器。模塊化載荷是指能夠容納多種有效載荷類型的平臺，如破片殺傷、顆粒分散、碰撞殺傷、定向能或電磁系統（如圖2 所示）。

圖2 模塊化有效載荷概念Fig.2 Modular payload concept

3.3 從實施方式看——積極與盟國合作應對高超聲速導彈威脅

為加快發展高超聲速武器防御技術，美軍對外積極與日本合作。2022 年9 月，日本與美軍就擴大高超聲速防御系統合作達成共識，將共同開發對抗高超聲速武器的裝備與技術。日本將在2023 財年開始設計攔截彈的大型火箭發動機及其他零部件，要求能滿足攔截高超聲速武器遠距離飛行的需要，并能夠對高超聲速滑翔武器的軌跡變化作出反應。2023 年3 月，美導彈防御局局長喬恩·希爾表示，美軍正考慮與日本共同研發“滑翔段攔截彈”導引頭等技術［14］。

4 結束語

針對競爭對手高超聲速武器迅速發展、列裝的現實，美軍拓展導彈防御對象，在現有彈道導彈防御系統基礎上新研、升級和改進，對預警探測系統補盲、指控系統流程加速、攔截武器能力拓展，并研制新型攔截能力，逐步構建具備對高超聲速武器的探測、跟蹤和攔截的高超聲速防御能力。傳感器方面，通過天基預警探測衛星和空/陸基雷達的密切協同，實現對高超聲速武器預警、探測和跟蹤。指控系統方面，通過升級現有C2BMC 傳輸鏈路，引入人工智能技術并搭配傳輸層衛星，實現實時指揮、快速決策。攔截武器方面，綜合運用射前打擊和動能、非動能等主被動防御手段，重點發展滑翔段和末段攔截，構建分層防御，有效增加攔截成功率。