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og彩票网开户 - 高超声速武器作战样式及防御对策分析

作者:大高资讯   日期:2020-01-06 21:25:45    阅读:1027次

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og彩票网开户,作者:中国电子科技集团第十四研究所 张昊

2017年7月,美国空军装备司令部公开发布空射型高超声速常规打击武器(hcsw)工程研制合同招标预告。该项目很可能独立于美国目前正在开发的hawc项目和tbg项目,采用gps加惯性末端制导方式,采用现有战斗部技术,降低了研发技术难度。其总体性能相对其之前研发的hawc、tbg项目较为一般,但部署时间周期将会大大缩短,可快速形成作战能力,可见美军正明显加速高超声速武器的研制部署速度。同时,美国正不断加强其高超声速武器防御能力,已初步构建了天基、空基、地基立体化防御体系,试图在2019年获得针对大部分高超声速威胁实时预警能力。

此外,日本防卫省近期在其2018年防务预算申请中提交关于“高速助推导弹关键技术研究”项目,其目标与hcsw项目类似,研制出采用gps/惯性制导方式的助推滑翔武器,这意味着高超声速武器技术将在世界范围内扩散,我国也应研发构架自己的高超声速预警防御体系。

高超声速武器简介

高超声速飞行器是指大部分时段处于马赫数5以上高超声速状态的飞行器,由于其高超声速能力,该武器具备打击速度快,攻击范围广、突防能力强以及毁伤效果高的特点。在“第三次抵消战略”背景下,美军将高超声速打击武器视为维持美国军事战略优势、应对2020年后挑战的重要领域。

高超声速武器从动力系统上可分为吸气式高超声速飞行器和火箭助推滑翔式高超声速飞行器。高超声速助推-滑翔式(hypersonic boost-glide,hbg)武器的设计思想是将火箭助推与无动力高超声速滑翔技术相结合,依靠自身重力达到高超声速飞行状态。吸气式高超声速飞行器是指飞行速度大于5倍声速(马赫数5),以超燃冲压发动机及其组合式发动机为动力,在大气层和跨大气层中实现高速远程飞行的飞行器。

目前,美军重点发展项目包括“高超声速吸气式武器概念”(hawc,x-51a项目后续型,战术型机载高超巡航弹),“高超助推-滑翔导弹”(tbg,htv-2项目后续型,机载型/舰载型高超助推滑翔弹)和ahw潜射/陆射型高超助推滑翔飞行器、sr-72高超察打一体飞机等。下图展示了美国高超声速武器打击体系概念。

图1 美国高超声速武器打击体系

可以预见,美军未来高超声速武器打击体系将由战略级高超武器、战术级高超武器构成。其中,战略级为助推滑翔式导弹,射程约6000~12000km,首先装备美国海军潜艇。战术级武器包括高超声速巡航导弹、高超声速助推滑翔弹,前者将装备美国空军战斗机、轰炸机等空中平台,射程约1000~1500km,后者将装备美国空军作战飞机和美国海军水面舰艇,射程约1500~2000km。

除美国之外,俄罗斯近期在其普京总统咨文中展示了其先进的高超声速技术研发能力,一共展示了两种高超声速武器。一种为“先锋”高超声速助推滑翔导弹系统,与美国已暂停的htv-2项目类似,是一种战略打击高超声速武器,其最大速度可达20马赫,可在飞行期间进行机动,避开敌方反导系统,对目标实施有效打击;另一种为“匕首”空射型导弹,以米格-31战机作为发射平台,射程可达2000公里,具备核常兼备打击能力,速度可达10马赫,其作战应用场景应与美国hawc和tbg项目类似。表1展示了美国、俄罗斯主要高超相关项目列表。

表1 美、俄高超声速项目列表

高超声速武器典型作战方式

目前,高超声速打击平台尚处于研制开发阶段,对其作战打击样式的分析较少。从当前搜集的相关情报来看,美、俄的高超作战样式体现了浓厚的体系化、多梯队打击风格。

01

美式体系化高超作战

美国空军2015年发布的《美国空军未来作战概念》报告中[1],描述了美空军2035年后的作战模式,对于高超声速飞行器协同作战样式进行了设想,主要针对在敌方具备“反介入/区域拒止”(a2/ad)能力的高对抗环境下,对重点区域、重点目标进行远程清除,夺取区域制空权,为后续的空海一体式大规模打击扫清障碍。

从中可看出,美军未来的高超战融入了“无人协同组网探测”、“蜂群作战”、“无人电子战”、“干扰-打击一体”等多种新概念,发挥体系化作战优势,通过高速、高机动、蜂群、干扰等手段,破坏敌方“发现-识别-跟踪-打击”作战链,压缩对手的指挥决策时间,对高能激光武器、导弹阵地、雷达通信设备等高价值目标实施远程精确打击,真正实现“破网断链”,致瘫敌方的作战能力体系,从而达到既定战术目的。

美军体系化高超打击样式可归纳为如下流程:

(1)无人蜂群协同感知:首先,四艘母舰投放200架飞行约为马赫数0.9的亚声速小型无人飞行器蜂群,这些分布式无人机通过快速编队组合,形成不停变换的诱饵和干扰机阵列,同时无人机载传感器通过网络化协同,构建对敌方综合防空系统的态势感知。

(2)干扰敌方防空系统:虽然敌方防空系统很快探测到大量来袭目标,但无人机蜂群通过不断变换编队形态和电子干扰,敌方雷达无法识别真实目标与诱饵。防空导弹和远程定向能武器最终击落一些目标,但剩余的目标再次编队重组。

(3)发射高超声速导弹:在距离攻击目标几百公里处,发射平台开始发射高超声速导弹。敌方综合防空系统的探测通道、火控制导通道因大量无人机诱饵、无人干扰机而导致饱和,未能及时发现高超声速导弹。

(4)优选攻击目标:首先,高超声速导弹将摧毁对低轨卫星造成威胁的高能激光武器;随后,以饱和式高超声速导弹攻击方式,打击敌方导弹阵地等。最后,开展大规模“强制进入”作战。

图2 高超声速武器作战想象图

(5)干打一体:最后,30架诱饵型无人机成功突防敌方综合防空系统,其中20架发现与预先编程标准相匹配的目标,通过自身携带的小型弹头摧毁敌方雷达天线和通信塔。剩余10架无人机燃料耗尽后执行自毁程序。

02

俄式多梯队高超打击

俄罗斯katehon智库在2016年6月曾设想俄罗斯高超声速武器对美国远洋舰队的打击思路。俄罗斯认为,美国海军远征舰队是俄罗斯的最大安全威胁,同时美国为远征舰队和登陆部队构建了“宙斯盾”、thaad、“爱国者”等多层次反导系统。因此,俄罗斯可在三个部署区域、分三个波次,对美海军远征舰队实施打击,组织其跨越大西洋,抵达濒临俄罗斯国境的波罗的海。

实施三波次高超打击的武器类型包括战术型助推滑翔导弹、战术型高超巡航导弹。俄罗斯目前重点发展3款高超声速打击武器:yu-71、yu-74助推滑翔导弹和3m22“皓石”高超巡航导弹。

yu-71在2011至2016年期间至少开展了4次飞行试验,采用ur-100洲际弹道导弹的第一级助推发射,助推到9~10ma后在80km以下大气层内飞行,飞行距离超过5500km,飞行时间16min,可执行爬升、机动和转弯等动作。yu-71装有类似kh-29l/t和 kh-25t空地导弹自主制导系统的导引头(打击精度为2~6m)。yu-71可安装常规战斗部,也可携带核战斗部,可部署于陆基平台,亦可部署在俄核动力潜艇上。

3m22皓石高超巡航导弹是俄罗斯第一型高超声速巡航导弹,预计在2017年完成全部国家测试,2018年批量生产。该弹采用超燃冲压发动机,重5t,可采用舰射、潜射、空射、陆射等多型发射装置,飞行高度30km,飞行速度6.2ma,最大射程400km。

(1)第一波次打击:美舰队刚离港时。

图3 第一波打击概念图

第一波打击采用助推滑翔高超声速武器,从潜藏在大西洋中部海底的核动力潜艇发射,当美海军远征舰队开始横渡大西洋前往欧洲时,便开始向其发起攻击。也可采用机载型助推滑翔高超声速武器实施打击任务,伊尔-76md-90a飞机最大飞行距离达6300km,且可空中加油,可在数小时内到达大西洋中部(美海军舰队需要7~8天的时间才能穿越大西洋)。

(2)第二波打击:美舰队接近欧洲时。

图4 第二波打击概念图

如果第一波高超声速打击武器未能摧毁目标,在美国海军舰队航行至距大西洋东岸1000km时,第二波高超声速武器将从位于巴伦支海的核潜艇或靠近北极圈白海的普列茨克战略导弹基地发射,再次对美海军舰队发起攻击。

(3)第三波次高超打击:美舰队进入欧洲时。

图5 第三波打击概念图

第三波次打击采用射程较近的“锆石”高超声速巡航导弹。设想北约从波罗的海对俄罗斯发起攻击,美海军舰队穿越北海向波罗的海航行,当海军舰队行至斯卡格拉克海峡时,将采用3m22“锆石”导弹对其发起第三波高超声速打击。如果美海军舰队企图前往黑海,将从博斯普鲁斯海峡和达达尼尔海峡对美舰队发起第三波次高超声速打击。

从俄罗斯高超打击样式来看,俄罗斯更注重对敌方目标的多点、多型、多梯次打击,利用助推滑翔导弹的较远射程实施第一波次的本土外远程打击,在本土附近海域利用中程高超导弹实施第二波次打击,而在本土利用高超巡航导弹实施近距离打击。其中,高超巡航导弹采取空中发射方式,射程较短,主要遂行近距战术打击,而助推滑翔弹则采用潜射、陆射方式,充分利用潜艇的隐蔽特点,对敌实施突然、远程、快速打击。

当然,为实现高超打击效果,需整合空间、空中、海上等侦察监视资源,以网络化协同作战方式,通过高速宽带数据链,实现网络资源共享,充分利用第三方平台目标数据,完成目标预警、跟踪、目标指示、导弹制导及打击效果评估,从而为高超打击提供信息支援保障。

美国高超声速武器防御对策

根据上文可知,高超声速武器将成为未来作战的一个重要构成领域。由于我国与俄罗斯在高超技术领域的不断发展,美国愈发重视高超声速武器的防御措施。根据美国导弹防御局(mda)近期提出的2018财年预算方案,其高超声速防御在2018年主要集中于制定防御系统工程流程,对杀伤链技术进行鉴定和成熟化,并对传感器技术和指控能力进行升级,来面对高超声速武器的威胁。主要涉及领域包括以下四点:确认系统工程需要、需求以及架构平衡性,以确定可选择的解决方案;对现有的bmds传感器和c2bmc单元进行改进;对武器概念和在关键技术投入进行定义,获得多种解决方案,比如动能武器以及非动能武器等;对传感器技术进行论证,包括地基、空基和天基技术,明确发展战略。

2017年,首次明确将高超声速威胁防御纳入预算方案,指出将在2019年能够针对大部分高超声速威胁实时预警能力。未来mda将开展高超声速防御系统研究,初步投资与传感器技术演示验证以及武器概念来对抗威胁。本文将从地基反导防御、空基助推段激光武器拦截以及天基传感器感知三方面,对美国当前高超声速武器防御策略进行阐述。

01

增程型“萨德”系统

2016年5月,美国众议院要求导弹防御局(mda)启动“高超声速助推滑翔导弹和机动式弹道导弹防御”专项,以应对高超声速、机动式导弹威胁。其中,用于拦截助推滑翔导弹的最快方法就是研制增程型萨德系统(thaad-er)。

早在2014年秋,导弹防御局要求洛·马公司开展thaad-er增程改型的设计概念研究,实现对高超助推滑翔目标拦截能力,并在更远距离上拦截来袭弹道导弹。目前,该项目已完成可行性研究报告。2017年,该项目将正式进入预算拨款阶段。

萨德(thaad)系统是目前唯一能在大气层内、大气层外拦截弹道导弹的陆基高空远程反导系统,研制于1989年,2008年部署第一套系统,2016年将在韩国部署。典型的thaad导弹营共分为4个部分,包括1部tpy-2多功能反导相控阵雷达、tfcc火控通信组、3辆八联装发射车、24枚拦截弹组成。

当前的thaad拦截弹采用单级助推器,长6.17m,最大直径37cm,起飞重量900kg。该弹由助推器、动能拦截器及整流罩组成,最大速度达2.8km/s,可拦截3500公里射程以内的弹道导弹,拦截高度40~150km,可拦截中远程导弹的中段和中短程导弹的末段,与舰载“标准-3”导弹、“爱国者”系统构成中间衔接区。

图6 基线型thaad系统及增程型thaad-er系统

增程型thaad-er系统将采用两级火箭设计,其中第一级初始助推器将由34cm(13.5英寸)增大至直径53cm(21英寸),从而获得更大的拦截距离,而第二级助推器直径36.8cm将用于在释放杀伤器前缩短与目标的距离,提高燃尽速度,提供更大的碰撞拦截动能。增程型thaad-er系统将采用原有的发射装置与杀伤器,但因拦截弹体积变化,发射装置将从当前的8联装设计改为5联装。

根据洛马公司描述,增程型thaad-er系统的拦截距离、拦截高度约是基线型的3倍,防御区域可扩大9~12倍。表2展示了美国整个反导体系拦截弹性能对比。

02

空基助推段激光拦截技术

2016年4月,美国导弹防御局(mda)表示正计划使用机载激光武器来防御中、俄高超声速打击武器,计划投入2300万美元,开展2项不同的高能激光武器技术,分别为劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(llnl)开展的“二极管泵浦碱金属激光系统”(dpals)和林肯实验室的光纤合成激光器(fcl)。

(1)林肯实验室光纤合成激光器(fcl)

fcl计划启动于2011年,2012年输出功率实现2.5kw。2013年,利用21个独立的光纤放大器,合成实现17.5kw输出功率。2014年,输出功率达34kw。2015年,利用42个光纤放大器,实现44kw输出功率。2017年,林肯实验室将演示一部功率密度达7kg/kw的30kw光纤激光器。2018年,输出功率达50kw,功率密度达5kg/kw。

(2)llnl实验室“半导体泵浦碱金属激光系统”(dpals)

dpals计划启动于2011年,2013年峰值输出功率达3.9kw,激光器运行时间达4min。2014年、2015年,dpals的输出功率分别达5kw、14kw,且激光器累计运行时间超过100min,且无任何部件的性能下降。2017年,llnl实验室将演示一部平均功率30kw的dpals系统,并计划完成120kw激光武器系统的初步设计,包括增益单元和泵传输系统。2019年,dpals系统的输出功率将达到120kw,其功率密度达3kg/kw水平。至2019年,mda将在dpals、fcl两种方案中“二选一”,继续开展未来助推段拦截激光武器系统研制。

2016年8月26日,mda发布“低功率激光反导武器演示系统”招标书,旨在开发用于高空长航时无人机的高能激光反导武器,特别是验证助推段反导拦截作战概念。诺·格公司“全球鹰”无人机、波音公司“魅眼”无人机、通用原子公司“复仇者”无人机等均参与了该项目竞争。搭载激光武器的高空无人机平台的飞行高度约10.7km,远大于目前美国空军研究实验室(afrl)正在开展的基于ac-130运输机的“高能液态激光区域防御系统”(hallads)的飞行高度。

按照计划,低功率激光武器将于2021年开展飞行演示,远距离激光束稳定性和目标驻留时间测试,确定导弹助推段拦截的可行性。

2022年,mda计划投产一部300kw激光武器原型机,并在2025年安装到一架高空长航时无人机上,开展激光武器助推段导弹拦截试验。

为适应无人机平台应用,机载激光武器需严格控制功率密度。在本世纪初,基于波音747平台的氧碘化学激光武器(abl)的功率密度为55kg/kw。目前,林肯实验室fcl项目已达40kg/kw,而dpals项目更是实现35kg/kw。到2019年,fcl“组合光纤激光器”(fcl)和“半导体泵浦激光系统”( dpals)的功率密度将分别达到5kg/kw、3kg/kw。

图7 美国mda机载激光武器发展路线图

按照mda的发展路线图,为实现中空长航时无人机的载荷需要,机载激光武器的功率密度最少需达到5kg/w,而mda的目标是实现2kg/kw或更低,以实现高空续航几天或几周。

在助推段导弹跟踪方面,1995年美国空军abl项目的试验数据表明,光电传感器可用于助推段导弹的捕获与跟踪。对于飞行在10km高空的传感器来说,随着战术弹道导弹爬升至大气层上方,传感器将增加对助推段导弹的截获距离。直径1~20cm的中波光学传感器对助推段导弹的截获距离约600km,而直径20cm的中波红外搜索跟踪系统对助推段导弹的截获距离可达800km。为了实现360°空域覆盖,载机需在机首、机尾各安装一部光电红外吊舱。

目前,通用原子公司已利用mq-9“死神”无人机搭载雷声公司“多光谱瞄准系统”(mts-c)光电红外转塔,完成了多导弹目标精确跟踪演示验证。mts-b包含短波和中波红外传感器,而mts-c的长波红外传感器可跟踪“冷”弹体、处于助推段燃尽的弹道导弹、余焰或尾气等,可识别并跟踪1000km范围内的导弹目标。而在利用无源传感器的跟踪演示验证之后,mda计划在2019年开展激光跟踪试验。

03

天基传感器技术

2017年3月,美国导弹防御局mda发布了“用于跟踪高超声速滑翔飞行器的天基微型传感器实验”项目公告,主要面向国防领域主要承包商、商业公司、国家实验室、大学及大学附属研发中心等机构征询天基微型传感器实验方案。

mda计划利用两颗基于模块化设计、开放式系统架构和通用用户界面的50千克级低轨卫星,验证传感器、光学设计、通信和指向精度等。该项目计划于2017年授出一份双星合同,涉及卫星发射、在轨运行等内容,并通过至少两年的弹道导弹防御试验评估其技术性能和作战效能。

该卫星的主要技术指标包括:单星总质量不超过50千克;设计寿命目标为5年,至少为2年;轨道高度不大于1000千米;可接近实时地向地面系统提供跟踪数据,精度能够满足bmds作战需求;卫星能够安装于通用多卫星适配器上,以分摊发射成本。

表2 美国反导系统拦截弹性能对比

俄罗斯高超声速武器防御对策

在高超声速武器防御领域,俄罗斯方面目前主要依赖其新推出的s-500防空反导系统与“沃罗涅日”战略预警雷达相结合的方式,对各类目标进行预警拦截。

沃罗涅日战略预警雷达探测距离可达6000千米,目前其覆盖范围已足以保证俄全方位预警能力。该雷达主要用于探测弹道导弹,可同时跟踪约500个弹道目标,同时可对高超声速飞行器具备一定的预警探测作用。

s-500系统射程高达600公里,可对10个目标同时发起拦截打击。据称该系统具备多类型目标拦截能力,可对小型无人机、低空巡航弹、高速弹道导弹和高超声速飞行器进行有效拦截。该系统将与俄方“沃罗涅日”战略预警雷达一起,对高超声速飞行器进行有效防御。

从美国公布的mda的2018年预算可以看出,在高超声速武器防御方面,美国将考虑整体系统架构平衡性,利用现有传感器、c2bmc系统进行改进、论证,并在技术层面上针对新概念武器、传感器等关键技术进行研发。此次mda预算的总体思想是在利用现货技术论证反高超能力的同时,开发关键技术,增强防御能力。

在具体装备方面,mda在2017年3月发布的“用于跟踪高超声速滑翔飞行器的天基微型传感器实验”项目将与2016年提出的增程型“萨德”系统(thaad-er)和空基助推段激光拦截技术一起,初步构建了美国天基、空基、地基立体化高超声速武器防御体系。根据mda规划,美国试图在2019年获得针对大部分高超声速威胁实时预警能力,以确立自身在该领域内的优势地位。而俄罗斯除s-500等少数装备外,俄缺少明确的反高超声速武器手段。近期俄方更多的是进一步增强其进攻性高超声速武器的技术水平,并尽快装备部队,值得我国对此密切关注。




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