首发 | 美军针对高超声速武器的反导预警能力发展态势分析
文字来源《国防科技》2021年第42卷第5期 引用本文：王培美,陈俊峰.美军针对高超声速武器的反导预警能力发展态势分析[J].国防科技,2021,42(5) |
摘要：高超声速武器具有飞行速度快、精确毁伤和高效突防等特点，具有重要的战略威慑和实战应用价值，它能够大幅改变未来战争的态势，已成为大国打破战略平衡、打赢未来战争的新型“杀手锏”。随着高超声速武器逐步走向战场，世界各主要国家的反导防御体系将向更高预警维度、更快反应速度和更大打击力度的天地一体联合防御方向发展。本文分析了高超声速武器作战优势及其对未来战争的影响和威胁，阐述了美军现有反导预警能力的基本架构与能力缺陷，对其未来反高超声速武器的预警能力建设及发展态势进行了研判与预测。美军“优先发展天基反导作战体系，发挥低轨卫星主体作用”的反高超声速武器发展思路对于军队反导反高超声速武器能力建设具有一定的启示和借鉴作用。
关键词：高超声速武器；导弹防御系统；陆基雷达；高超声速与弹道导弹跟踪传感器
1.
引言
高超声速武器系统通常指速度大于5 Ma，可重新瞄准目标、弹道可控的一类飞行器。高超声速武器集“高高空、高超速和高机动”等特点于一体，具备发射模式灵活、载荷多样、突防成功率高以及生存能力强等优点，能够攻破现有绝大部分导弹防御系统。世界各国针对高超声速武器的研究始于20世纪后半期，历经40多年的发展后，在20世纪90年代取得了应用技术开发上的重大突破。这类武器目前主要用作远程快速精确打击、全球力量快速投送、天地往返运输以及拦截弹道导弹等任务平台，兼具战略威慑和实战应用价值，已成为大国为打破战略平衡、打赢未来战争极力发展的新型“杀手锏”。截至目前，俄罗斯对相关领域进行的研究处于世界领先地位，并已列装空射型滑翔导弹“匕首”和滑翔导弹“先锋”两款高超声速武器。
根据美国导弹防御局的计划，形成针对高超声速武器的预警探测能力已经成为构建导弹防御体系的重要需求。2018年11月，导弹防御局启动了“高超声速武器防御系统”（Hypersonic Defense Weapon System，简称HDWS）项目开发的相关工作，并于2019年与波音、洛克希德·马丁和雷声等3家公司分别签署了相关设计开发合同。2020年初，导弹防御局又发布了“区域性滑翔段武器系统”（Regional Glide Phase Weapon System，简称RGPWS）样机开发项目的招标任务，计划研制高超声速武器的拦截器及其控制系统。此外，美军近期正计划通过改进并集成现有反导系统中的陆基和空中传感器网络，同时联合导弹防御局和太空发展局开展新型陆基传感器的研发，谋划布局低轨监视层，构建天地一体化的探测跟踪网络，以期快速形成针对高超声速武器威胁的初步预警探测能力。
2.
高超声速武器威胁分析
高超声速武器可在恶劣或受威胁环境下向传统空中力量或地面目标发动打击，能够为作战部队提供多种优势，主要分为高超声速滑翔器和高超声速巡航导弹两类。由于高超声速武器的飞行速度普遍超过1.6 km/s，约为传统巡航导弹的6倍，加之机动性强且探测难度大，因此，防御这类系统极具挑战性[1]。首先，作战空间大。高超声速武器能快速抵达地球上的任何一点，对数千或上万公里外的各类目标执行前所未有的快速打击，大幅拓展了战场空间。其次，突防能力强。由于高超声速武器的飞行速度快，机动能力强，加之其飞行路线高于通常的防空防御范围，又低于弹道再入飞行器的拦截点，可轻易突破现有敌方防空反导系统。再次，适于打击高价值时敏目标。高超声速武器的速度允许其能够打击那些必须在有限“攻击窗口”内发现、定位、识别、瞄准和攻击的时敏目标，如高价值军事目标和敌方武器系统等。最后，实现敏捷目标指示。高超声速武器能够在发射后采用“助推-滑翔”弹道变轨机动，不仅可以为攻方决策者预留更多的时间，也会导致守方防御极其困难。
随着高超声速相关技术的不断发展进步，这种全新武器将会对未来战争乃至世界军事产生重大影响，直接对现有的天基情报/侦察系统、空间目标监视系统、防空预警监视系统、战略预警系统、防空反导武器系统、反侦察作战体系及防御工事与重大基础设施防护构成严重威胁与挑战。
俄罗斯高超声速武器的迅猛发展，迫使美国大幅增加了对高超声速武器的经费投入，不断加快高超声速武器的研制和部署，核心就是要构筑高超声速攻防对抗体系。美军目前正在推进海军“中程常规快速打击武器”陆军陆基高超声速导弹、空军高超声速常规打击武器和空射快速响应武器，以及DARPA的“战术助推滑翔”“作战火力”“超声速吸气式武器概念”和“全速域发动机”共8个高超声速武器项目的研究工作[2]。美军计划于21世纪20年代列装高超声速打击武器，21世纪30年代列装高超声速战术打击/ISR武器。
美军在大力发展高超声速武器的同时，也非常重视反高超声速武器的研究工作。反导离不开预警探测系统，拦截器能够具有优异的拦截性能，主要得益于预警探测系统告知其打击位置与打击目标，但美国当前构建的弹道反导系统（Ballistics Missile Defense System，简称BMDS）却无法探测和跟踪高超声速武器。负责研究与工程的国防部副部长迈克·格里芬曾指出，截至20世纪20年代中期之前，美国都不可能具备防御高超声速武器的能力[3]。美军反高超声速武器预警能力的建设主要基于现有的陆基中段导弹防御系统（Ground-based Midcourse Defense，简称GMD），力图通过改进和新研先进陆基雷达，谋划布局天基低轨监视层，构建天地一体探测跟踪网络，尽快形成高超声速武器威胁预警能力。
3.
美军现有反导预警架构组成及分析
所谓反导，就是探测系统与指挥控制系统确定威胁位置并设法拦截它或将其摧毁。国家导弹防御系统（National Missile Defense，简称NMD）的最核心部分是弹道导弹地面拦截系统（Ground- Based Ballistics Defense，简称GBMD），包括早期预警及跟踪雷达系统以及陆基拦截器（Ground- Based Interceptor，简称GBI）等。虽然预警系统的受关注度低于反导拦截器，但雷达仍然是反导行动的主要装备，其作用贯穿导弹拦截从预警、跟踪、火控、识别到杀伤评估的全过程。美军目前建设中的弹道反导系统就是通过天基红外系统和众多陆基、海基雷达获取探测信息，然后将目标信息传送给陆基中段导弹防御系统的火控中心的。火控中心在指挥、控制、战场管理和通信系统（C2BMC）的支持下，集成这些信息并将这些信息传送至飞行中的陆基拦截器。因此，预警探测系统在反导任务中的地位与目前已趋向智能化的拦截器同等重要。
3.1 能力组成
美国现有反导预警探测系统主要由天基红外探测系统与陆基雷达组成，如表1所示。目前，美国国家导弹防御系统的在役天基基础设施主要包括四颗国防支援计划卫星、三颗天基红外系统大椭圆轨道卫星、两颗天基红外系统地球同步轨道卫星以及两颗空间跟踪与监视系统低轨卫星。
表1 美国现有反导预警探测系统组成
国家导弹防御系统的核心雷达基础设施可分为固定站点、固定方向的雷达和机动平台、可变方向的雷达两大类。固定站点、固定方向的雷达共六部，包括一部L波段“丹麦眼镜蛇”雷达（位于阿拉斯加州）和五部陆基改进型预警雷达（分别位于美国加利福尼亚的比尔空军基地、英国菲林戴尔斯、格陵兰岛国勒空军基地、美国阿拉斯加州克里尔和马萨诸塞州科得角），升级并入BMDS之后，这些雷达都被称为改进型早期预警雷达（Upgraded Early Warning Radar，简称UEWR）。机动平台、可变方向的相控阵雷达共有三种型号，包括X波段AN/TPY-2前沿部署型雷达（1个阵面，可提供120°方位视场）、S波段“宙斯盾”AN/SPY-1D远程搜索与跟踪雷达（4个阵面，可提供360°方位视场）以及浮动式、有螺旋桨推进的海基X波段（Sea-Based X-band，简称SBX）雷达。
3.2 能力不足
在美军现有的反导预警探测系统中，国防支援计划卫星、天基红外系统和天基空间跟踪与监视系统承担重要的早期预警任务，星座架构坚持以高轨为主，有限发展低轨道卫星。但是，美军现有反导预警探测系统也存在以下不足，例如：过度依赖于视野狭窄的地面雷达系统，中段与末段反导系统中雷达的跟踪与识别能力不足[4]；导弹防御传感器专用设备的种类相对较少且辐射信号强，易于被识别和瞄准；非专用传感器的整合力度不够；扇区防御易于敌方导弹突防；陆基雷达作用距离受到地平线限制[5]以及针对高超声速武器、无人机和巡航导弹等高价值资产的安全保护能力不足等。
这些不足代表着攻方可利用的突破口。当今世界“低、慢、小”无人机数量庞大，巡航导弹日益增多，而高超声速武器已经开始兴起，空中与导弹威胁来自四面八方。为了应对这些现实挑战，必须拥有可全向观测的防空反导预警探测能力，才能实现有效的导弹防御。为此，防御一方需要部署侦测距离达数千公里的远程雷达、能够发现在大气层中飞行的超声速武器的卫星集群以及可以远程攻击处于巡航飞行段的超声速武器的拦截器等。
4.
面向反高超声速武器的反导预警能力建设
为了应对高超声速武器的威胁，2020年3月，导弹防御局公布了美军未来导弹防御系统架构2.0计划，在预警探测方面，主要是新增多型装备，如在陆基雷达方面新增本土防御雷达和远程识别雷达；天基系统方面，将发展下一代“过顶持续红外”（Overhead Persistent Infrared，简称OPIR）系统、“高超声速与弹道导弹跟踪传感器” （Hypersonic and Ballistic Tracking Space Sensor，简称HBTSS）、“天基杀伤评估”（Spaceborne Kill Accessment，简称SKA）系统和全球指挥通信系统，并强化对弹道导弹和高超声速武器目标的预警监视、全球跟踪、探测识别与杀伤评估能力[6]。
4.1 陆基雷达改进与新研
陆基雷达的改进主要体现在以下四个方面。一是升级UHF波段反导预警雷达，强化本土反导能力。2005年至2009年，美军已陆续将位于美国加利福尼亚州、英国和格陵兰岛的3部雷达升级为第三代“改进型早期预警雷达”（FPS-132）。位于阿拉斯加州的克里尔和马萨诸塞州科得角的两部“铺路爪”雷达也分别于2017年和2018年并入弹道导弹防御系统[6]。二是扩大部署X波段移动式雷达，提升前沿反导能力。截至2017年3月，雷声公司已经生产出11部AN/TPY-2雷达，另有1部正在生产中。三是研制新型双波段防空反导雷达，寻求多任务能力。目前的SPY-1雷达将被新的防空反导雷达（Air& Missile Defense Radar，简称AMDR）所取代。该雷达后被命名为AN/SPY-6，于2019年进行了装舰测试，将于2023年实现初始作战能力。四是开发新型S波段远程识别雷达，提升目标识别能力。2014年3月，导弹防御局宣布启动新型S波段远程识别雷达（Long Range Discrimination Radar，简称LRDR）的研制工作。2020年3月，美国导弹防御局和洛克希德·马丁公司共同宣布，已完成向美国阿拉斯加州克里尔基地交付远程识别雷达的前10块天线面板，该项目已达到技术成熟度7级，并通过洛克希德·马丁公司固态雷达集成站对2/3以上的技术需求完成了测试[7]。
此外，导弹防御局还计划在太平洋地区研制和部署两部新的雷达，进一步优化太平洋地区的预警和识别能力，以间接提升本土的导弹防御能力。这两部新雷达中的一部将部署在夏威夷，目前已在瓦胡岛进行选址研究，计划于2023年部署，另一部计划于2024年部署于日本[8]。
4.2 “过顶持续红外系统”
美军认为“天基红外系统”生存能力弱，应发展更简单、更灵活的系统，因此，于2018年宣布取消“天基红外系统”的下一步发展计划，转而支持和发展“过顶持续红外系统”。“过顶持续红外系统”属于美国下一代导弹预警卫星星座，主要用于监视和发现敌方的战略弹道导弹，未来将逐步取代现役的天基红外系统卫星。该系统的星座将包括5颗卫星，其中3颗部署在地球同步轨道上，两颗部署在极轨道上。首颗过顶持续红外卫星计划于2023年发射。
“过顶持续红外系统”卫星的优点是可搭载性能更强大的传感器，从而不仅能够探测和跟踪大型弹道导弹的发射和尾焰，还可探测和跟踪小型地空导弹甚至空空导弹的发射情况。下一代“过顶持续红外系统”卫星的具体指标尚未公布，但很可能对高超声速武器，包括机动性更强的高超声速滑翔武器具有更好的跟踪能力。2020年5月，美国天军航天与导弹系统中心宣布，已经完成了下一代“过顶持续红外系统”卫星两个候选任务有效载荷的初步设计审查工作[9]。
4.3 “高超声速与弹道导弹跟踪传感器”
2019年10月，导弹防御局宣布开发“高超声速与弹道导弹跟踪传感器”项目。该项目的前身是美军导弹防御局牵头研制的高超音速和弹道追踪空间传感器项目，由部署在低轨道商业卫星上的约200个重50～500 kg的传感器载荷组成，旨在消除传感器网络间隙，实现对弹道导弹和高超声速武器的连续跟踪。
“高超声速与弹道导弹跟踪传感器”项目旨在开发一种功能强大、价格合理、生存能力高且扩展能力强的太空传感器，用以探测和跟踪高超声速导弹等先进武器。该项目预期将探测、跟踪和识别弹道导弹和高超声速导弹“从生到死”的全寿命周期。系统部署后的主要用途包括弥补美军现有对高超声速武器预警探测能力的不足，形成对高超声速武器的全程跟踪能力；与天基红外系统和过顶持续红外系统卫星共同覆盖导弹主动段，增强对先进弹道导弹的预警能力。
“高超声速与弹道导弹跟踪传感器”项目最终将被纳入美国太空发展局筹划的导弹跟踪层传感器架构中。太空发展局于2020年5月向承包商发出意向书，计划设计和建造隶属于“下一代太空体系架构”跟踪层的前8颗宽视场卫星。这些卫星集成了红外传感器，可探测和跟踪高超声速导弹[10]。太空发展局计划在2022年或2023年前部署导弹预警天基网络的早期版本，包括约70颗宽视场卫星和可提供更详细跟踪数据的中视场卫星[11]。该项目计划2021至2022年开始进行天基演示试验验证，2025年后部署运行。
5.
美军反高超声速武器预警能力建设趋势分析
高超声速武器这一新兴威胁的出现为美国解决长期以来在反导及反高超声速武器预警能力建设过程中出现的问题和弊端提供了契机，特别是在美国退出《中导条约》后，俄罗斯和中国的高超声速武器研发进展迅速，倒逼美军不得不大幅调整反导反高超声速武器预警能力建设体系。近年来，针对新兴高超声速武器快速兴起这一客观现实情况，美军逐步加强反高超声速武器预警能力的建设，主要思路及趋势如下。
一是混合使用陆基与天基传感器，构建天地一体反高超声速武器预警探测跟踪网络。美军针对现有反导预警能力过度依赖于地面雷达的现状，发布了未来反导预警探测能力建设路线图，意图深入利用高空和太空平台，开展探测传感器领域再平衡；同时，分散式部署数量更多、规模更小且成本更低的预警探测传感器，并应用多样化技术，采用多种电磁频谱，以整合非专用战术传感器的信息，开发和研究更先进的雷达探测能力与工作方式。与此同时，美军还利用商用小卫星构建微小型卫星星座，在降低系统建设成本的同时，提高系统的快速部署和抗毁能力。美军还在规划新一代高轨预警卫星系统和过顶持续红外系统的同时，积极探索以HBTSS为代表的低轨卫星星座，以期实现载荷的高度网络化、弹性和持久性，并具备无限超视距感知、信号与通信能力，以及海、陆、空域全球持久监视与掌控能力[12]。
二是协同推进攻防一体、以攻代防的反高超声速武器预警探测能力建设。导弹防御局正在构建的高超声速武器防御体系是一个主被动防御相结合的综合性防御体系，包括发射前防御和发射后防御。美国目前正处于从概念方案设计到在关键技术层面推进“攻防一体化”的能力建设阶段[13-14]，“以攻代防”的思路和方案将成为美军应对高超声速威胁更为现实有效的方式。此外，美军目前还正在推进多个高超声速武器项目研究，试图借防御高超声速武器之名，加快高超声速打击武器所需C4ISR体系共性支撑要素的建设，率先形成全球快速打击的作战体系和实战能力，从而实现慑止对手。
三是能力建设速度缓慢，在架构、预算和体制方面障碍重重，未来发展具有很大的不确定性。首先，美国国内尚未就反高超声速武器预警能力建设的诸多问题达成共识，尤其是在研制和部署天基传感器和天基拦截器方面，还存在较多争议。在反高超声速武器能力体系的建设成本、建设模式以及职责分工等方面，美国国内还存在很多不同的声音，比如是否要与盟国合作建设以及天基传感器层的归属权问题等。其次，下一任美国政府政策的不确定性将影响美军的反高超声速武器能力建设。最后，美军目前针对高精度进攻型武器的财政预算要远高于防御系统的投入，因此，美军的反高超声速武器能力建设从整体上来说，仍处于方案论证和预研阶段，近期的发展重点在于探索预警能力建设概念，预计未来十年内尚无法形成有效的拦截能力。
当前来看，无论从经费整体投入情况还是从相关核心关键技术所处的研究阶段和发展水平来看，美军距离实现反高超声速武器预警能力体系建设的目标愿景还有相当远的路要走，未来发展具有很大的不确定性。
6.
结语
美军反高超声速武器体系建设将主要以现有弹道导弹防御体系为基础，通过改进和新研陆基雷达，发展过顶持续红外系统及高超声速与弹道导弹跟踪传感器，形成对高超声速威胁和弹道导弹威胁的一体化防御能力。
目前，美军反高超声速武器能力体系建设的主要工作是确定高超声速防御系统工程的需求，绘制能力发展路线图以及制定高超声速防御发展框架。2019财年，导弹防御局已基本完成高超声速防御替代方案分析、目标机会事件分析与评估、需求和系统初步集成、能力发展路线图制定以及概念定义研究等。2020财年，导弹防御局的工作是制定将高超声速防御集成至弹道导弹防御系统的系统工程流程，确定集成计划、高超声速防御框架、功能、能力需求以及对高超声速防御能力发展路线图进行更新等。2020年5月，美国导弹防御局表示，其未来反导系统计划将联合全域指挥控制网络整合到当前以反导为基础的体系架构中[15]。同月，美国航天发展局发布一份建议征询书，拟在2022财年发射第一批8颗能够跟踪高超声速武器的卫星[16]
高超声速武器的攻防正成为各国军事竞争的新的制高点。尽管美军距离实现反高超声速武器预警能力体系建设的目标愿景还有相当远的路要走，未来发展具有很大的不确定性。但是，美军寻求反高超声速武器预警能力的需求是十分明确的，美军即将加速开展包括陆基、空基、天基在内的超视距雷达和其它传感器的研发，以及基于人工智能、机器学习、神经网络技术的通信和指控中心的组网工作。导弹防御局和太空发展局也正在开发用于跟踪超声速武器的天基卫星系统。美国近期正在推进的“立足于天基反导，以低轨卫星为主”的反导思路值得我们借鉴，其发展动向值得密切关注。
参考文献
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[16] 危险的举动: 美欲在国际空间站测试军事装备[EB/OL]. (2021-03-08)[2021-03-10]. Https://www.163. com/war/article/G4J08RRG000181KT.html.
THE END
文字 | 王培美，陈俊峰（中国电子科技集团公司第38研究所）
编辑 | 谢士娇
审阅 | 张如意
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