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美國導彈防御系統2.0架構解析

軍工資源網 2022年06月20日
美國導彈防御系統2.0是對全球彈道導彈發展、防御技術發展和美國國家安全重新評估后提出的新的導彈防御體系架構。該架構與當前彈道導彈防御系統相比,在增加助推段攔截、豐富攔截武器、新增預警裝備等方面做了較大改進,可構建一個更加強大的導彈防御系統。

一、背景信息

各國導彈技術發展迅速

近年來,世界主要軍事大國在洲際彈道導彈、高超聲速武器等方面發展迅速。美國認為,其主要對手正在部署多樣化且射程更遠的現代化進攻性導彈系統,例如:

  • 開發新型導彈和改進現有系統
   精確打擊武器
   穿透輔助工具(例如誘餌、干擾裝置)

  • 開發能夠在中段或末段機動的武器
   機動再入飛行器(MaRV)
   多獨立再入飛行器(MIRV)
   高超聲速滑翔飛行器和巡航導彈

美國當前的導彈防御系統主要基于彈道可預測這一基本理念,但面對例如高超聲速滑翔武器這類彈道難以預測的新式武器,美國的導彈防御系統幾乎無法有效應對。

導彈攔截技術的進展

近年來,美國在洲際彈道導彈攔截、中程導彈攔截、預警衛星/雷達等技術上進展迅速,并進行了多次成功的攔截測試。

維護全球霸權的決心

為了維持全球霸主地位,美國需要繼續保持非對稱優勢,加大對導彈防御系統的投入,抵消來自主要競爭對手的非對稱威脅。

二、系統概況

(一)2.0系統遠景/目標

  • 整合美國和國際合作伙伴的傳感器和武器系統,以擴大防御覆蓋范圍,提高防突襲能力,減輕美國本土的負擔
  • 加速開發、測試和部署一個高超聲速武器防御架構方案,以及滑翔段和末端防御方案
  • 解決現有武器的最關鍵缺陷,并維持/提高能力
  • 部署導彈防御架構,應對導彈攻擊的所有三個階段:助推段、中段/滑翔段、末段
  • 與美國國防部和國際伙伴合作開發、測試和部署巡航導彈防御架構方案

(二)構建三段多層攔截體系

根據導彈防御系統2.0架構示意圖,美國未來的導彈防御系統主要由三段多層攔截體系構成。

防空系統

  • 末段攔截系統主要包括:愛國者防空系統、標準-6防空系統、末段動能和定向能防御系統、薩德防空系統以及艦載/陸基宙斯盾防空系統。
  • 中段攔截系統主要包括:標準-3系列防空系統、陸基中段攔截器/下一代攔截器以及高超聲速武器滑翔段攔截器。
  • 助推段攔截系統主要包括:機載空中防御系統。


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導彈防御系統2.0概念示意圖

地面預警探測

  • 末段預警:國土防御雷達、宙斯盾彈道導彈防御SPY雷達以及TPY末段雷達。
  • 中段預警:遠程探測雷達。
  • 助推段預警:前沿部署雷達(TPY/SPY)。

天基預警探測

  • 末段預警:天基殺傷評估系統(SKA)。
  • 中段預警:高超聲速/彈道導彈追蹤太空傳感器(HBTSS)。
  • 助推段預警:持續過頂紅外監視系統(OPIR)。

C2BMC系統

指揮與控制、戰斗管理和通信(C2BMC)系統是美國彈道導彈防御系統(BMDS)的神經中樞。


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C2BMC作戰系統相關圖片

C2BMC是一個重要的作戰系統,使美國總統、國防部長和戰略、地區和作戰層面的指揮官能夠系統地規劃彈道導彈防御行動,共同觀察行動進展,并動態管理指定的網絡化傳感器和武器系統實現全球和地區任務目標。C2BMC支持分層導彈防御能力,能夠在所有飛行階段對所有范圍的威脅做出優化響應。

三、主要變化和改進

(一)助推段攔截

相較于導彈防御系統1.0架構,2.0架構的最大改變是增加了助推段攔截。所謂助推段攔截,是指對導彈在發動機點火后至主動段結束的飛行彈道內實施攔截。

由于彈道導彈在助推段紅外特征明顯、飛行速度相對再入飛行段較慢、飛行高度低,如果能及時探測,極易被攔截,因此是助推段是理想的攔截階段。同時,助推段攔截對探測時間有嚴格的要求,必須在極短的時間內探測到導彈發射信息,并在數分鐘內進行攔截,因此對導彈防御系統的預警能力、彈道解算能力、指控系統反應速度都有很高要求。

2.0架構推出了助推段攔截計劃,也意味著美國在助推段攔截方面有了足夠的技術積累和試驗數據支持。

美國曾設想使用F-14、F-15戰斗機或B-52、B-1B戰略轟炸機攜帶攜帶各型武器進行助推段攔截,所研制的攔截武器包括遠程空空導彈、反輻射空空導彈、激光武器等。如今,美軍F-35戰斗機以及未來的B-21戰略轟炸機,是完成這一設想的更優選項。

F-35反導能力

2014年10月,諾斯羅普·格魯曼公司和MDA進行了FTX-20試驗,旨在測試F-35戰斗機所配備的分布式孔徑雷達能否追蹤敵方的洲際彈道導彈。


F-35指引導彈防御系統概念圖

F-35戰斗機配備的分布式孔徑系統分布于機身上下前后和兩側,能夠對飛行中360度球面方向進行無死角探測。F-35戰斗機可將從機載傳感器獲取的數據,借助MADL數據鏈分發給其它F-35戰斗機,實現對目標方位的三角測量,還可借助諾斯羅普·格魯曼公司和MDA的企業傳感器實驗室開發的算法快速處理數據,生成導彈軌跡的3D運動圖像,并通過Link 16戰術數據交換傳輸。這種目標數據可以為美國海軍的反彈道導彈驅逐艦或中短程導彈防御系統提供引導。

美國軍方還設想F-35戰斗機可直接發射導彈對助推段的敵方彈道導彈進行攔截。但此種方案對實際操作要求更高,戰斗機需要非常接近發射場,且需要在發射后數秒內捕捉到上升階段的彈道導彈,否則,以美國空軍現有的空空導彈(如AIM-120)將無法在彈道導彈逃離大氣層之前實現攔截。

2018年,時任MDA局長薩繆爾·格里弗斯中將曾表示,相關部門正在研發一種新的空射“快速導彈”,用于彈道導彈攔截任務。計劃在2025年之前,使F-35戰斗機具備實戰反彈道導彈能力。

2019年1月,美國媒體報道,美國空軍和導彈防御局開始審查將F-35戰斗機集成到美國彈道導彈防御系統中的可行性。

(二)下一代攔截器

現有的陸基中段攔截器(GBI)存在實戰能力不足、環境適應性差等問題,因此,在導彈防御系統2.0架構中,美國提出了改進和新增攔截器的想法。


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GBI發射時畫面

GBI

根據公開資料,截至2021年7月底,美國總共部署了44套陸基中段攔截器(GBI),其中40套位于阿拉斯加州格雷利堡,另外4套位于加利福尼亞州范登堡空軍基地。由于下一代攔截器(NGI)預計到2028年才可能具備作戰能力,美國希望對現有GBI進行升級以及執行服役周期延長計劃(SLEP),并計劃在2028年前這段時間在現有44套GBI基礎上補充部署20套助推器改進型GBI系統。

NGI

2020年4月,美國導彈防御局發布下一代攔截器(NGI)招標信息,目標是選擇兩家美國承包商,通過引入競爭機制來加速NGI的開發和部署進度。

2021年3月,美國國防部向諾斯洛普·格魯曼公司和洛克希德·馬丁公司這兩家承包商分別授予一份合同,用于開發和生產NGI。其中,諾斯洛普·格魯曼公司的合同總價值39.3億美元,合同期到2026年5月,洛克希德·馬丁公司的合同總價值37億美元,合同期到2025年8月。

下一代攔截器(NGI)計劃用于替換現有部署在阿拉斯加州和加利福尼亞州的GBI系統,主要用于中段攔截,是美國導彈防御系統中射程最遠的武器,可攜帶多彈頭,具備更強的衛星數據處理能力,將成為未來美國導彈防御系統的核心組成部分。

NGI預計從2025年開始測試,2028年具備作戰能力。

(三)改進型薩德反導系統(ADV THAAD)

末段高空區域防御系統(THAAD)于上世紀90年代研發,旨在為美國導彈防御系統提供一種全球可運輸、可快速部署的能力。在2002年美國退出《反彈道導彈條約》后,提出增程型薩德反導系統概念,使其具備防御洲際彈道導彈的能力。


薩德(THAAD)系統

預計改進型薩德系統的特點主要體現在擴大射程/攔截范圍和提高對高超聲速武器的攔截能力上。

(四)高超聲速和彈道導彈追蹤太空傳感器(HBTSS)

由于近年來全球高超聲速武器的快速發展,傳統的紅外傳感器已不能滿足反導需求,美國啟動了高超聲速和彈道導彈追蹤太空傳感器(HBTSS)項目。

HBTSS項目計劃在低地球軌道部署數十顆具有中視場傳感器(MFoV)的新型衛星,主要用于探測高超聲速武器和彈道導彈,為導彈防御系統提供低延遲的預警信息和火控數據。HBTSS將填補美國現有導彈防御系統在探測高超聲速武器和彈道導彈方面的短板。


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HBTSS概念圖

2019年10月,美國導彈防御局授予諾斯洛普·格魯曼公司、雷神公司、萊多斯(Leidos)公司和L3Harris公司各2000萬美元資金,用于HBTSS初始設計。

2021年1月,美國導彈防御局分別授予諾斯洛普·格魯曼公司和L3Harris公司1.55億美元和1.21億美元,用于HBTSS項目第二階段原型設計工作,要求兩家承包商在2023年7月前交付衛星原型,并進行后續在軌原型演示。

(五)天基殺傷評估系統(SKA)

SKA研發項目于2014年啟動,目標是將SKA傳感器在大量的商業衛星上進行部署,以創建一個天基傳感器網絡,為彈道導彈防御系統提供改進的殺傷和命中評估,判斷導彈防御系統是否已經成功攔截來襲導彈。


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SKA傳感器外觀

每個SKA傳感器由三個單像素光電二極管探測器組成,用于測量彈道導彈和導彈防御攔截器碰撞期間發出的光電信號。利用指揮和控制系統提供的信息,SKA傳感器將指向預期的攔截點,以觀察攔截碰撞產生的可見光和紅外光。
從2018年起,SKA開始陸續部署,并逐步組網。傳感器使用壽命在10年以上。

四、應用研究領域

美國導彈防御局(MDA)鼓勵各大學積極響應導彈防御科學與技術先進研究(MSTAR)廣泛機構公告(BAA),并列出了一系列與導彈防御系統2.0相關的應用科學研究領域。


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小結

為了應對全球高超聲速導彈、彈道導彈的快速發展,美國正在對現有導彈防御系統進行完善,經費規模龐大、涉及技術復雜,并將不斷進行調整。如2.0架構的目標逐步實現,美國的導彈防御能力將獲得顯著提升。

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