国外高超声速防御能力发展及关键技术分析

摘 要：随着高超声速武器快速发展并被应用于实际战场， 国外对高超声速防御技术的需求也变得越发迫切。 由于高超声速武器的目标特性有别于传统导弹， 现有导弹防御系统难以取得好的拦截效果， 需重新研发相关装备与技术。 为梳理未来高超声速防御技术需求方向， 本文从预警探测、 拦截打击等方面对美国、 俄罗斯、 日本等国家的高超声速防御能力现状进行了总结， 并对相关关键技术进行分析， 提出未来高超声速防御需重点关注拦截距离提高、 作战成本降低和体系攻击手段应对等方面。

关键词：高超声速； 防御； 反临； 拦截； 探测

中图分类号：TJ760

文献标识码：    A

文章编号：1673-5048（2024）04-0014-07

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2023.0223

0 引  言

高超声速武器是指在大气层内的飞行速度超过马赫数5的武器， 其具备速度快、 射程远、 机动能力强等特点。

高超声速导弹防御有其独有特点： 一是轨迹多变， 位置难以预测。 高超声速导弹飞行于大气层内， 可利用气动力改变飞行轨迹， 吸气式高超声速巡航导弹还可利用发动机进行大范围的横向机动［1］， 传统的依靠弹道计算来预测导弹轨迹的方法已不再适用， 只能靠持续地探测跟踪确定其位置。 二是轨道高度低， 可探测距离近。 高超声速导弹的轨道大大限制了地基雷达的探测距离， 国外现役战略预警雷达对高超声速目标的最大发现距离仅在1 000 km左右， 这只能提供约11 min的预警时间。 2022年3月， 俄罗斯首次在实战中使用了高超声速武器—— “匕首”导弹， 该弹在约10 min内飞过900 km， 打击了乌克兰的一个地下弹药库， 其间乌克兰反导拦截系统及美军的战场监视飞机都未能捕获该弹踪迹［2］。 高超声速武器与传统弹道导弹也有一些共性， 美国国会在《美高超声速武器及其替代方案》中指出， 在打击末段， 高超声速导弹并不比带有机动弹头的弹道导弹具备更强的生存能力， 二者都具备高速和高机动性。

上述原因导致了如下的高超声速防御现状： 对于如“标准6”和“爱国者3”等末段导弹防御系统而言， 拦截高超声速导弹和传统弹道导弹的区别不大； 对于中段防御系统， 如“陆基拦截弹（GBI）”， 高超声速导弹的防御难度要远高于弹道导弹。 由于导弹飞行末段时间窗口短， 一般只有一次末段拦截机会， 拦截成功率不高［3］， 且在国土面积辽阔的大国， 很难实现末段防御系统的全面覆盖， 需通过中段防御系统对来袭导弹进行尽可能广泛的防御， 目前该思路不适用于高超声速导弹。 为解决此问题， 需要发展高超声速目标远程预警跟踪和拦截能力。 当前关于高超声速防御体系、 策略及特征趋势的研究较多［4-7］， 本文主要概述了国外高超声速防御的最新进展以及现有装备能力， 并对高超声速防御关键技术进行了分析。

1 国外高超声速防御现状

1.1 美国高度重视， 发展领先

美国导弹防御局正在利用现有的防御系统来开发集成架构和能力， 以对抗来自弹道导弹、 高超声速导弹和巡航导弹不断发展的威胁， 其2024财年总预算为109亿美元， 其中与高超声速防御相关的项目主要包括： 5.542亿美元改进C2BMC系统， 正在部署的螺旋8.2-5可为高超声速威胁提供初始态势感知和跟踪能力； 8.017亿美元用于开发关岛导弹防御体系架构， 包括升级雷达、 开发关岛“宙斯盾”系统、 开展防御技术测试、 改进通信系统等； 2.09亿美元用于继续开发针对高超声速武器的

“滑翔段拦截器”； 1.095亿美元用于太空跟踪传感器、 天基杀伤评估系统； 另有超过32亿美元用于“萨德”末段防御系统、 陆基中段防御系统、 下一代拦截器等导弹防御系统的开发。 美国除导弹防御局外， 美国国防部另投资超过130亿美元用于区域和战略导弹防御能力升级， 包括美国空军1.62亿美元用于要地导弹防御和远程雷达改进， 美国太空部队40亿美元用于弹道和高超声速导弹红外跟踪技术开发、 升级预警雷达和延长传统雷达寿命， 美国陆军40亿美元用于采购“爱国者3”拦截弹和其他区域防御系统， 美国海军28亿美元用于“宙斯盾”系统、 “标准”系列导弹等装备的采购， 其他机构21亿美元用于导弹防御新技术的开发和演示。

美国太空发展局（SDA）开发了“扩散作战人员空间架构（PWSA）”， 目标是形成一个七层卫星架构， 分别为提供面向先进导弹威胁（包括高超声速目标）的指示、 告警、 跟踪和瞄准的跟踪层， 用于将跟踪层连接到拦截器及其他地面系统的传输层、 支持移动地面资产定位的保管层， 提供天基指挥与控制的作战管理层， 提供潜在GPS拒止环境下替代定位、 导航和定时的导航层， 用于探测深空潜在的敌对行动的威慑层和以方便其他卫星运用为目标的支持层。 一旦完全投入使用， PWSA将包括550颗卫星， 并提供全面的全球覆盖。 该项目于2020年采购了0阶段的28颗卫星， 其中19颗为数据传输卫星， 8颗为配备宽视场的导弹预警/跟踪卫星， 1颗留在地面用于软件调试， 2023年已完成了两次发射， 分别在4月（10颗）和9月（13颗）， 两组卫星均工作于高度1 000 km左右的轨道， 预计年内将再发射4颗。 太空发展局计划于2024年开始发射1阶段的172颗卫星， 2026年开始实施2阶段项目。

2019年， 美国开展了“高超声速与弹道跟踪太空传感器（HBTSS）”项目， 计划发射数百颗低地球轨道（LEO）卫星， 对来袭的弹道导弹和高超声速导弹进行探测、 跟踪和识别。 HBTSS的部分卫星装备用于弱小目标检测的高灵敏度多波长光学中视场传感器， 可与具有宽视场传感器的PWSA跟踪层卫星协同工作。 该项目暂由美国导弹防御局牵引（后期计划移交给太空发展局）， 由哈里斯技术和诺格公司进行卫星研制， 计划在2023年四季度发射2颗卫星， 并参与2024年的导弹防御实验。

2022年12月， 美国太空探索技术公司（SpaceX）发布了“星盾”计划， 旨在将商业低轨卫星技术提供给美国政府和军方客户， 其卫星将具备通信、 遥感和载荷托管三项功能。

上述三个天基项目的发展将大大增强美国对高超声速目标的跟踪探测能力。

美国主要投资的拦截弹项目为“滑翔段拦截器”和“滑翔破坏者”。 “滑翔段拦截器”由美国导弹防御局投资， 旨在采用动能毁伤的方式对处于滑翔段的高超声速助推滑翔导弹实施拦截， 该拦截弹将首先被集成到“宙斯盾”系统中用于海基高超声速防御。 项目最初由雷神、 洛马和诺格三家公司进行竞争性开发， 其中雷神公司的方案于2022年9月完成原型系统需求评审， 2023年4月过渡到技术开发阶段。 美国众议院要求加快该项目的研究， 于2029年实现部署。 “滑翔破坏者”项目由美国国防高级研究计划局牵引， 主要研究高空、 高速、 近距交会条件下拦截弹的姿轨可靠控制技术， 2018年由洛克达因和诺格公司进行第一阶段开发， 2023年9月开始由波音公司继续进行第二阶段开发。

现阶段美国可能用于高超声速防御的预警探测装备包括部分天基卫星， 如“天基红外系统（SBIRS）”； 陆基雷达系统， 如AN/TPY-2雷达、 远程识别雷达； 加装红外传感器的无人机， 如“全球鹰”、 “捕食者”等。 打击装备主要有进行了“联合紧急作战需求（JEON）”能力升级的“萨德”和“爱国者3”联合防御系统， 海基“标准6”拦截弹。

1.2 俄罗斯初步验证陆基高超声速目标探测和打击能力

探测方面， 俄罗斯境内已部署10部陆基战略预警雷达， 包括7部“沃罗涅日”和3部早期建设的雷达， 可基本实现所有导弹来袭方向的覆盖。 其中“沃罗涅日”雷达为俄罗斯当前最先进的反导预警雷达， 2006年开始部署， 探测距离最远可达6 000 km［8］， 足以发现地球曲率视距内的高超声速目标。 此外， 俄罗斯还计划部署“集装箱”天波超视距雷达， 该雷达可利用地球大气电离层对部分频段雷达波的反射效应， 探测地平线以外的目标， 对高超声速导弹有较好的发现能力。 天基预警方面， 俄罗斯正在开发 “穹顶”项目， 截至2022年底， 已发射了6颗“苔原”导弹预警卫星， 计划在2024年前完成全部10颗卫星发射。 “苔原”卫星装备了红外和光学探测器， 可监视弹道导弹发射活动， 理论上也可探测到处于助推阶段的高超声速武器。 2021年2月， 俄罗斯无线电专家称已通过实验验证了预警雷达对高超声速目标的探测能力。

打击方面， 俄罗斯现已形成由 “铠甲-SM”、 “山毛榉”、 S-300、 S-400、 S-500防空反导系统形成的多层防空反导体系［9］。 其中S-500系统配备了多种雷达和拦截弹， 可用于反导和反低轨卫星， 该系统于2002年开始研制， 2021年10月首批交付部队， 随后在当年12月测试了其对高超声速武器的拦截能力［10］。

1.3 日本在高超声速防御领域积极寻求与美合作

日本正在计划开发天基和空基高超声速探测能力。 天基方面， 日本在2020年6月发布的《宇宙基本计划》中提出， 将与美国合作开展小型卫星星座研究， 探索其在空间预警方面的应用 ［11］， 两年后， 日本再次提到该计划， 据日媒2022年11月报道， 日本防卫省计划部署由50颗低轨卫星组成的星座， 用于对高超声速导弹进行跟踪探测。 空基方面， 日本计划给无人机配备红外传感器以探测高超声速导弹， 截至2022年11月， 日本航空自卫队已经订购了3架美国 “全球鹰”Block 30型高空侦察无人机［12］。

开发新型拦截弹也被提上日程。 日本当前拥有从美国购买的“标准3”和“爱国者3”等反导系统［13］， 具备一定的高超声速目标拦截能力。 2023年8月， 日本宣布和美国联合开发“滑翔段拦截器”［14］。

1.4 其他国家的高超声速防御方案

欧洲国家在高超声速防御领域采取联合发展的思路， 下述项目都由欧洲防务基金支持、 欧洲多国参与。 法国主导了“天基战区监视及时预警拦截（TWISTER）”计划， 旨在开发一款多用途反导系统， 能够探测、 跟踪中程机动弹道导弹和高超声速飞行器。 在该计划的牵引下， 2022年欧洲先后公布了两个拦截器项目，  HYDIS2和HYDEF。 HYDIS2由欧洲导弹集团（MBDA）领导， 发布了名为“天鹰座（Aquila）”的多级拦截器概念， 目前已提出三型方案， 一型装备吸气式冲压发动机， 两型装备常规火箭动力， 计划在2030年形成第一批原型弹。 HYDEF由西班牙塞纳航空航天公司领导， 计划在2035年前开发大气层内高超声速拦截器。 此外， 德国主导了一个名为“奥丁之眼（Odin’s Eye）”的天基预警项目， 支持对弹道导弹和高超声速目标的早期预警， 该项目已经完成了为期24个月的一期研究， 2023年7月又获得欧盟9 000万欧元经费， 以进行为期3年的二期开发。

以色列国防公司拉斐尔2023年6月公布了一款名为“天空声速（Sky sonic）”的高超声速拦截弹， 该拦截弹为两级架构， 二级为一个动力子弹形状的杀伤弹头， 可同时用于高超声速滑翔导弹和吸气式巡航导弹的拦截。

1.5 国外现状分析

从当前的世界形势来看， 美国作为军事力量优势国， 主要面临的高超声速威胁是战时对其航母、 军舰的打击， 限于高超声速武器技术的发展现状， 其本土受到的威胁较小， 因此美国的高超声速拦截弹技术发展首先着眼于海上。 基于其反导技术基础， 美国当前已具备一定的高超声速末端防御能力， 未来预计将首先完成天基预警系统和指挥控制系统的升级开发， 于2029年完成拦截打击装备部署， 形成较为完备的高超声速防御装备体系， 同时进一步提升美国对其他类型导弹、 飞行器的防御能力。 日本、 韩国等与美国交好的国家可能以联合开发或装备购买的方式受益于美国在高超声速防御领域的发展。  俄罗斯作为当前高超声速武器技术最成熟的国家， 在高超声速拦截弹的开发和验证方面具备较大优势。