導彈介紹
反彈道導彈是一種旨在應對彈道導彈的導彈。彈道導彈依照彈道飛行軌迹運載核武器彈頭,化學武器彈頭,生物武器彈頭或者常規彈頭。“反彈道導彈”描述的是任何一種設計來用于對付彈道導彈的反導系統。
分類
通常反彈道導彈導彈分為兩類:①高空攔截導彈。又稱被動段攔截導彈。一般用于在大氣層外攔截來襲彈道導彈。②低空攔截導彈。又稱再入段攔截導彈或近程攔截導彈。用于在目标上空攔截來襲彈道導彈。反彈道導彈導彈的主要特點是反應時間短、命中精度高。其中,高空攔截導彈受到普遍重視。實戰時,可單獨部署使用,也可與低空攔截導彈配合部署使用,以提高其攔截概率。
組成
戰鬥部
是直接毀傷目标的有效載荷。大多采用核爆炸裝置,用在大氣層外攔截來襲彈道導彈時,主要依靠核爆炸釋放的X射線,穿透來襲彈頭的燒蝕層,破壞其防熱層,進而燒毀其内部的核裝藥;用在大氣層内攔截時,主要依靠核爆炸釋放出的中子流、γ射線和強大的沖擊波等綜合毀傷效應,摧毀來襲彈頭。随着反彈道導彈導彈命中精度的提高,有的戰鬥部已采用常規裝藥或無裝藥的高速飛行的精确制導彈頭,以近炸或直接碰撞方式毀傷來襲彈頭。
推進系統
是使導彈獲得一定飛行速度的動力裝置。一般采用推力大、啟動時間短的固體火箭發動機。為了獲得良好的飛行加速性,通常由火箭主發動機和火箭助推器組成推進系統,能産生100g以上的加速度。當攔截來襲機動彈頭時,反彈道導彈導彈的末級發動機,一般采用推力和方向均可控制的固體火箭發動機,也可采用能多次啟動和調整推力的液體火箭發動機。
制導系統
是導引和控制導彈準确命中目标的裝置。通常采用無線電指令制導系統。
電源系統
是保證導彈各系統正常工作的能源裝置。
彈體
是連接、安裝彈上各分系統,承受各種載荷并具有良好的氣動外形的結構體。一般由2級或3級彈體組成,還有彈翼和操縱穩定面,以保證導彈穩定飛行和改變飛行方向的需要。通常采用錐柱形或全錐形的結構樣式,以輕型耐燒蝕、高強度的金屬或非金屬材料制成。為了能夠對來襲彈道導彈進行全方位攔截,反彈道導彈導彈多采用導彈發射井發射,并配有重新裝填、快速發射的裝置。為提高其生存能力,也有的采取機動配置方式。
簡史
随着進攻性彈道導彈的出現和發展,用于攔截它的反彈道導彈導彈相繼問世。早在1944年德國使用V-2導彈襲擊倫敦時,英國就開始尋求在空中攔截V-2導彈的防禦手段,曾提出包括反彈道導彈導彈、預警和跟蹤導引雷達所組成的防禦方案,為研制反彈道導彈武器系統奠定了基礎。美國和前蘇聯在防空導彈的基礎上,于50年代初,從理論上論證了研制反彈道導彈導彈的可行性,并進行了一系列的試驗。60年代初,美國研制成"奈基-宙斯"反彈道導彈導彈,最大射程為640千米,因其識别能力差、攔截概率低,未進行部署。同時,前蘇聯研制成了"橡皮套鞋"反彈道導彈導彈,最大作戰半徑為640千米,最大攔截高度為320千米,有效殺傷半徑為6~8千米,60年代中期在莫斯科周圍進行了部署。1975年,美國在大福克斯、懷特曼等反導場地,部署了由低空攔截的"斯普林特"和高空攔截的"斯帕坦"兩種反彈道導彈導彈所組成的"衛兵"防禦系統,但該系統難以攔截多彈頭和帶突防裝置的彈頭,于1976年2月宣布關閉。1980年,前蘇聯因反導技術有了新的進展,宣布将已部署的64部反彈道導彈導彈發射架拆除一半。其餘32部發射架配備的是"橡皮套鞋"改進型SH-04反彈道導彈導彈,它可在飛行中關閉發動機,在滑行中等待地面指令再次啟動對目标實施攔截。同時,還裝備了SH-08型高速、低空攔截導彈。1983年,美國提出建立多層次反彈道導彈導彈防禦系統,着手研制非核攔截導彈、超高速攔截導彈等。1991年,美國陸軍ERIS攔截器試射成功,該攔截器從誇賈林島靶場發射井發射,在空中摧毀了從7770千米以外的範登堡空軍基地發射的導彈模拟核彈頭。
在1979年伊朗革命勝利紀念日前夕,伊朗已經成功測試兩款彈道導彈的彈頭。其中一款是“巴拉尼”彈道導彈,這款導彈安裝有分導式多彈頭(MRV),是一款新型的遠程彈道導彈。據伊朗法爾斯新聞社報道,“巴拉尼”彈道導彈對于反導防禦系統有很強的突破能力。
截獲目标
反彈道導彈引信有效截獲目标的能力主要指引信或目标探測器有足夠的能力檢測到目标的存在,并且能夠可靠控制戰鬥部起爆和滿足引戰配合要求。反彈道導彈(ATBM)攔截的目标對象為戰術彈道導彈(TBM),遭遇段極高的相對速度和較小的TBM目标雷達截面積增加了引信探測目标的難度,同時要使ATBM戰鬥部能有效殺傷一般位于彈體前部且尺寸較小的TBM有效載荷(彈頭),所允許的起爆控制時間間隔是非常小的。
采用傳統的固定傾角引信(側視引信)攔截TBM目标存在的問題是炸點可能滞後,戰鬥部往往命中目标尾部。而采用減小傾角的方法可以滿足炸點不滞後,但是增加了引信探測器的設計難度。因此,要實現對目标的有效殺傷,尤其在采用動能杆等低速戰鬥部時應采用前視引信。它可以在較遠距離上探測到目标并有足夠時間控制戰鬥部起爆。該技術可由多種方法實現,如導引頭在近距離時作為引信探測器使用、或采用與導引頭共平台的随動引信等。
美國空軍、美國國防部導彈防禦局(MDA)和美國國防部國防先進研究計劃局(DARPA)曾聯合開展名為“機載武器層”(Airborne Weapon Layer,AWL)的空基反彈道導彈系統研究項目。AWL的概念派生自之前的“機載激光武器”(ABL)項目。後一項目利用改裝的波音747商用飛機搭載化學激光武器攔截彈道導彈,由于被認為經濟上不可承受和不具備作戰可行性,該項目于2011年被取消。
作戰過程
當來襲彈道導彈發射起飛,并穿過稠密大氣層後,彈道導彈預警系統(地球同步軌道和大橢圓軌道導彈預警衛星、預警飛機、遠程地基或艦載預警雷達)中的導彈預警衛星或預警飛機上的紅外探測器探測到導彈火箭發動機噴焰,跟蹤其紅外能量,直到熄火。經過60~90秒的監視便能判定其發射位置或出水面處的坐标。導彈穿過電離層時,噴焰會引起電離層擾動,預警衛星監視這種物理現象,借以進一步核實目标。美國第三代地球同步軌道反導彈預警衛星上的紅外望遠鏡能探測發射5~60秒的導彈噴焰,這将為反導彈系統提供4~6秒的作戰時間。将在2006年部署的天基紅外導彈預警衛星系統,能在10~20秒内将預警信息傳遞給地基反導彈系統。預警衛星發現導彈升空後,通過作戰管理/指揮、控制、通信(BM/C3)系統,将目标彈道的估算數據傳送給空間防禦指揮中心,并向遠程地基預警雷達指示目标。預警雷達的監視器則自動顯示衛星上傳來的導彈噴焰的紅外圖像和其主動段的運動情況,并開始在遠距離上搜索和跟蹤目标。預警雷達的數據處理系統估算來襲目标的數量、瞬時運動參數和屬性,初步測量目标彈道、返回大氣層的時間、彈頭落地時間、彈着點、攔截導彈的彈道和起飛時刻以及攔截導彈發射所需數據等。同時預警系統根據星曆表和衰變周期,不斷排除衛星、再入衛星、隕石和極光等空間目标的可能性,以降低預警系統的虛警概率,減少預警系統的目标量。
布置在防空前沿地帶的遠程地基跟蹤雷達,根據預警雷達傳送的目标數據,随時截獲目标并進行跟蹤,根據目标特征信号識别彈頭或假目标(氣球誘餌、自由飛行段突防裝備、再入飛行器殼體生成的碎片子彈藥等),利用雷達波中的振幅、相位、頻譜和極化等特征信号,識别目标的形體和表面層的物理參數,評估目标的威脅程度,并将準确的主動段跟蹤數據和目标特征數據,通過BM/C3系統快速傳送給指揮中心,為地基反導彈系統提供更大的作戰空間。
指揮中心對不同預警探測器提供的目标飛行彈道數據統一進行協調處理,根據彈頭的類型、落地時間以及戰區防禦陣地的部署情況和攔截武器的特性等因素,提出最佳的作戰規劃,制訂火力分配方案,并适時向選定的防禦區内反導彈發射陣地的跟蹤制導雷達傳遞目标威脅和評估數據,下達發射指令。
在攔截導彈起飛前,跟蹤制導雷達監視、搜索、截獲潛在的目标,進行跟蹤,計算目标彈道,并在誘餌中識别出真彈頭。一枚或數枚攔截導彈發射後,先按慣性制導飛行,制導雷達對其連續跟蹤制導,以便把獲取的更新的目标彈道和特征數據傳輸給攔截導彈,同時将跟蹤數據發往指揮中心。
導彈預警衛星或預警飛機系統對來襲導彈的整個彈道進行跟蹤,并将彈道估算數據通過BM/C3系統傳給攔截導彈,以便其在彈道導彈高速飛行的中段實施精确攔截。
指揮中心綜合來襲彈頭和攔截導彈的飛行運動參數,精确計算彈頭的彈道參數、命中點以及攔截彈道、攔截點,通過攔截導彈飛行中的通信系統向攔截導彈适時發出目标數據和修正攔截導彈彈道和瞄準數據的控制指令(可進行多次修正)。
制導雷達對攔截導彈進行中段跟蹤制導,當攔截導彈捕捉到目标後,助推火箭與殺傷彈頭分離。當來襲彈頭在外大氣層進入殺傷範圍時,制導雷達在指揮中心的指揮下,發出殺傷攔截指令,攔截導彈以每秒10公裡左右的速度接近目标。
彈上探測傳感器(主動導引頭)實施自由尋的引向目标,根據目标飛行軌道參數,軌控和姿控發動機推進系統調整殺傷彈頭的方向和姿态,最後一次判定目标,然後進行精确機動,與目标易損部位相撞,将其摧毀(或制導雷達下達引爆指令,引爆破片殺傷戰鬥部以摧毀目标)。
攔截過程中,地面雷達連續監視作戰區域,收集數據,進行殺傷效果評定,同時将數據傳送至空間防禦指揮中心,以決定是否進行第二次攔截。
引戰能力
反彈道導彈引信探測器根據截獲目标的方向可分為側視引信探測器和前視引信探測器兩大類。側視引信探測器的典型例子是與彈軸成固定傾角的單波束引信探測器。前視引信探測器能夠探測在導彈前方較遠距離上的目标。前視探測方向與彈軸夾角可能較小,若設計一個獨立的引信探測器比較困難,因此,在遭遇段通常由導引頭作為引信探測器來完成對目标的截獲。
反彈道導彈戰鬥部通常采用高速破片殺傷戰鬥部和低速動能杆戰鬥部,并配合定向控制或瞄準控制等手段來提高對導彈目标的毀傷能力。動能杆戰鬥部是一種新穎的可攻擊來襲彈道導彈的戰鬥部。動能杆戰鬥部C/M值較小,杆條抛射速度要比破片殺傷戰鬥部低得多,但其利用彈目交會速度提供必要的動能,能夠使高密度大質量杆條侵徹又厚又硬的目标有效載荷。
由于反彈道導彈作戰具有極高的交會速度,采用側視引信一方面要求有較小的傾角,另一方面要求有極高的破片速度,否則炸點将可能滞後。而當采用動能杆戰鬥部時,由于速度很低,一般小于200m/s,采用側視引信杆條将不能擊中目标,因此,采用動能杆戰鬥部時,要采用前視引信,使引信在較遠距離上就能探測到目标,從而有足夠的時間控制戰鬥部起爆殺傷目标。戰鬥部采用定向模式可以使全部質量從側面向目标方向抛射,定向方案通常隻要求在方位上對準目标。文獻[1]中介紹了一種GimbaledWarhead方案,按字面可譯為萬向戰鬥部,根據内涵這裡稱其為瞄準戰鬥部,這種戰鬥部可以在方位角和高低角方向調整戰鬥部對準目标,戰鬥部破片采用前向抛射方式。
瞄準戰鬥部的起爆控制過程:首先對準目标,對準方法是讓戰鬥部指向與相對速度矢量方向一緻;其次控制戰鬥部在最佳彈目距離時起爆,獲得對目标的最佳殺傷。與瞄準戰鬥部起爆相配合的引信探測器要采用前視技術,如利用導引頭作為引信探測器測量數據估計相對速度矢量進行方向對準和估算彈目距離實現最佳起爆控制。
防禦區
彈道導彈的防禦區定義
反導彈系統對彈道導彈的防禦區定義為:彈道導彈的彈頭對準該區域内任何一點來襲時,反導彈系統能将其攔截和摧毀。
防禦區特點
彈道導彈防禦區的特點如下:
1)它是地球表面上的一個面區域,對不同目标、不同來襲方向有不同的防禦區域。
2)防禦區以攔截導彈發射點或作戰制導雷達為基準,相對來襲方向為一個對稱的圖形,而且呈明顯拉長的外形輪廓線。美國戰區高空區防系統(THAAD)的防禦區。彈道導彈的防禦區是衡量反導彈系統效能的重要指标,因此在讨論反彈道導彈防禦系統性能時,必須分析防禦區的參數,主要包括防禦區的面積、前界和後界,以及相對于目标來襲方向的最大側向寬度。
影響因素
影響防禦區的因素主要有:
1)來襲彈頭的方向和飛行特性,包括彈道導彈的射程和彈頭的再入速度、再入角。彈頭的方向不影響防禦區的邊界,但影響防禦區相對地面的定向。
2)彈道導彈預警系統對來襲彈頭的發現距離,分為以下幾種情況:
a.依靠作戰攔截系統的搜索雷達探測目标時,确定彈頭發現距離的主要因素包括彈頭的雷達有效散射面積、雷達的威力、雷達搜索截獲性能等。
b.依靠星載或機載探測器探測目标時,确定彈頭發現距離的主要因素是目标的紅外輻射特性、預警衛星(預警飛機)特性等。
c.依靠地面遠程預警雷達探測目标時,确定彈頭發現距離的主要因素是彈頭雷達有效散射面積(RCS)、雷達威力等。在其它參數不變的情況下,RCS越小,雷達發現目标的距離越短。在一定的距離上,目标彈道高度越低,發現目标所需要的RCS越大,換句話說,彈道高度越低,雷達越難發現目标。現役的地面預警雷達在2000公裡的作用距離上,對δ=0.05平方米的彈頭的定位精度可達10~20公裡,這實際上縮小了攔截系統制導雷達的搜索空域,從而提高了其發現目标的距離。顯而易見,防禦區受彈頭發現距離影響很大。因此,要擴大防禦區,重點在于增加制導雷達的發現距離,或利用預警雷達的遠距離目标指示。
3)攔截系統的響應時間。攔截系統的反應速度,對于取得主動段攔截的高度極為重要,若延遲造成尾追态勢,則會降低殺傷速度和效果。摧毀射程1000~2000公裡的彈道導彈,最關鍵的條件是獲得主動段彈道的信息。
4)攔截導彈的飛行特性及加速度。可用平均速度Vm=攔截距離Ri/起飛到攔截的飛行時間Ti表示。Vm愈大,Ti愈小,防禦區邊界愈大。攔截導彈的Vm為1500~2000米/秒以上時,才能保證足夠的防禦區。
5)最低攔截高度Hi。Hi愈低,防禦區邊界愈大,防禦區的前界主要取決于Hi和最大攔截距離。攔截導彈攔截距離越遠,壓制彈道導彈的發射區域則越大。嚴密覆蓋彈道導彈的發射區域,才能有效地擴大防禦區。例如在羅馬附近若能得到北非等地彈道導彈發射的主動段數據,則可對幾乎整個歐洲地區提供防禦。
6)最大攔截交會角ψ。ψ>90°時為尾追攻擊,攔截導彈一般不采用。ψ和最大攔截高度影響防禦區後界。
7)地面雷達與攔截導彈發射點的相對位置。
彈道導彈的防禦區是衡量反導彈系統效能的一個重要指标,以上的讨論帶有概念性并且是簡化了的。進一步詳細分析,需要在導彈攻防對抗的仿真中建立分析模型,不斷加以完善。
技術要求
綜述
反彈道導彈理想的技術體制是預警衛星監視系統+遠程大功率固态相控陣雷達組網+直接碰撞殺傷導彈。支撐這一基本體制的關鍵技術有:
信息技術為核心的防禦體系技術
1)目标預警技術。包括反導彈預警衛星技術,預警衛星、預警飛機、遠程地基預警雷達構成立體防空預警網技術,預警系統的體制、工作模式、采用的波段研究等。
2)攔截武器系統總體技術。大氣層内,攔截導彈要解決已困擾多年的導彈氣動常數大和紅外天線罩氣動加熱的問題。大氣層外要解決對高速目标,特别是高速隐身目标的探測、特征及各頻段的識别,隐身機理、隐身特性的模拟試驗研究等。
3)大空域立體、動态防禦體系效能研究。除了要研究适應不同作戰環境(國土、海上、野戰)的防禦體系的組成、武器配置結構、攻防體系對抗仿真評估、效費比及生存能力外,确保制電磁權和計算機網絡空間作戰優勢已成為反彈道導彈作戰迫在眉睫的突出問題。其對策包括:
a.建立我軍自己的網絡安全防護體系,确保受到計算機病毒侵襲時空間防禦BM/C3系統的安全。
b.提高我國網絡控制和自主開發能力,開發我軍專用的網絡、操作系統以及反制“病毒”、“黑客”的安全軟件。
c.建立體系日常服務器、網絡用戶單位的專業化防禦手段。
d.為防止反導作戰中信息流混亂和訛誤,在網絡通信中,通過有選擇地使用公共網絡數據庫系統,最大限度地減少通信負荷,以保持作戰中更長的信息連續性時間。
4)防禦體系核心技術——計算機通信技術研究。通過将分布式的作戰攔截、探測通信系統,組成以計算機為核心的網絡,提高信息中繼效率。使BM/C3系統中的作戰規劃數據、傳感器探測數據及殺傷攔截數據與武器配置實現共享。通過覆蓋範圍廣闊的寬波段局域網,将指揮中心、聯合作戰戰術信息系統和參與協同作戰的單位實施聯網。
直接碰撞高速導彈技術
攔截導彈由固體火箭助推器和一個動能殺傷飛行器(KKV)組成,KKV由中長波紅外成像/主動毫米波雷達雙模導引頭、脈沖點火的軌控和姿控發動機及殺傷增強裝置等組成。在總體布局上,軌控發動機安裝在導彈的質心位置,用于控制飛行方向,減少擾動力矩,其推力通過質心,提供導彈各方向的機動能力;姿控發動機安裝在導彈尾部,用于控制彈體的俯仰、偏航和滾動姿态,提高直接控制力矩,确保自主尋的時的快速響應能力。在攔截洲際彈道導彈時,攔截導彈對預測命中點的接近速度必須大于10公裡/秒。在大氣層外,除依靠地面雷達完成對來襲彈頭的識别、跟蹤、計算和瞄準任務外,攔截導彈的作戰性能還必須取得重大突破。
攔截殺傷技術
來襲彈道導彈的直徑一般為1米左右,遠程地基動能攔截導彈的直徑一般為0.5米。如今世界上在研的反彈道導彈,包括美國NMD系統的遠程地基攔截導彈,大都采用動能殺傷而不是破片戰鬥部,即利用攔截導彈本體高速飛行産生的動能,直接碰撞殺傷目标。在大氣層外作戰時,兩者相撞産生的巨大能量,足以摧毀彈頭,而且還可以改變彈頭的化學與生物藥劑成分。為實現最佳殺傷,要求攔截器以一定的角度命中目标上的某一點,而側面攻擊的效果要優于正面。為控制命中精度,也可采用變軌道飛行等方法。
其他
除此之外,還要有固态相控陣雷達總體及分站組網技術和高精度智能化導引頭技術。
國内情況
2016年8月28日,中國空軍新聞發言人申進科大校在空軍“英雄營”表示,開創世界上首次使用地空導彈擊落敵機先例的“英雄營”,裝備中國自主研發的第三代地空導彈後,已經形成作戰能力。軍事專家尹卓在接受人民網采訪時表示,我國第三代地空導彈武器系統不僅導彈武器本身實現了成體系發展,而且還建成了保障導彈形成實戰能力的信息體系。
中國空軍裝備的第三代地空導彈具備很強的作戰能力,可在複雜電磁環境下對多目标進行判别、跟蹤、鎖定和打擊,與美國“愛國者-3”、俄羅斯S-300、S-400等第三代地空導彈處在同一技術水平。第三代地空導彈采用車載機動式發射,可部署于戰區或集團軍,執行野戰任務;還可以執行要地防空任務,部署于沿海地區、大中型城市、大型港口、核基地或重要指揮和通信中心;此類導彈武器系統運輸便捷,可通過大型運輸機進行遠程投送。此外,我國第三代導彈還登上了水面艦艇,擁有很強的對海空目标的打擊能力和抗幹擾能力。
在勝利日大閱兵上亮相的紅旗-9地空導彈,主要用于抗擊各類航空空襲目标,是我軍中高空中遠程防空裝備;紅旗-12地空導彈,是中國自主設計的新型中高空防空武器;紅旗-6彈炮,是我軍新一代末端防禦武器裝備,以導彈的高精度和高炮的高射速實現末端防空攔截。
中國第三代地空導彈已經形成了遠、中、近和極近程的系列化配置,其中包括射程數百公裡的紅旗-9、中高空攔截導彈紅旗-16和紅旗-12、中低空攔截彈炮紅旗-6、以及針對超低空超音速反艦導彈的彈炮合一系統,加之電子偵察和電子幹擾設施,如此便形成了一個完整的防空體系,“可使任何敢于侵犯我國領空的國家付出慘重代價。”
展望
彈道導彈的突防、隐身和精确制導等技術的不斷發展,推動了反彈道導彈導彈的發展。還将繼續研制多層攔截導彈,例如研制在衛星上發射的助推段攔截導彈;提高自身的生存能力和實施攔截的成功概率;研究由非核戰鬥部代替核戰鬥部的技術,或采用無裝藥的直接作用于目标的碰撞式戰鬥部;進一步使反彈道導彈導彈小型化、機動化、自動化,采用多種發射方式。



















