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高超音速导弹的防御问题

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晨枫老苑 2021-11-17 15:32

中国在高超音速导弹方面领先,但科技不是巫术,假以时日,其他国家也会赶上来的。中国也会面临高超音速导弹的防御问题,只是眼下高超音速导弹防御压力最大的是美国。

高超音速比超音速快得多,但又比弹道导弹慢。高超音速最大的特点是:飞得更快的没法机动,机动性更好的不可能飞到那么快。这个独特的空隙使得高超音速导弹的防御很难。

导弹防御有两个关键:

1、 探测

2、 拦截

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由于高超音速导弹的弹道比弹道导弹低,地球曲率使得陆基远程雷达的探测盲区增大,等到截获的时候,导弹已经很近了,拦截窗口太小。预警机可以增加探测距离,但最重要的还是空间预警。

在弹道导弹时代,空间预警卫星以红外探测为主,捕捉导弹发射时巨大的尾焰特征,并以此推断初始弹道、判明弹着点。导弹一旦进入惯性飞行,红外预警卫星就失去跟踪能力了。接下来就要靠陆基预警雷达及早捕获了。

这个预警模式在高超音速时代不管用了。高超音速导弹有助推-滑翔弹和巡航弹两种,助推-滑翔弹的发射方式和弹道导弹相同,也产生巨大尾焰。不过一旦进入滑翔,就偏离抛物线弹道了,依据初始弹道的弹道推算就完全失效了。事实上,高超音速导弹甚至可能在大气层内就转入水平推进,然后直接起滑,降低再入-拉起的弹体过载和过热问题,也便于向滑翔顺利过渡,代价是速度和射程要降低一点,热管理问题也更大,因为大气层内累计高超音速飞行时间更长。

高超音速飞行是产生高热的。在理论上,传统红外预警卫星可以捕捉飞行中的炽热导弹,东乌马航17事件后,美国提供的防空导弹发射和飞行热像就是SBIRS导弹预警卫星上来的。这是新一代导弹预警卫星,红外灵敏度大大提高,但还是为导弹预警而设计的。

导弹尾焰的温度高,非常明亮,而且巨大,很容易捕获。这也意味着SBIRS的灵敏度只要能捕获这么大的尾焰就够用了,降低的灵敏度可以换来更大的视场和更大范围的监视。地球表面说大不大,说小也不小,只凝视几个主要发射场已经不够用了。

高超弹的红外特征虽然大,但在飞行中,还是没有导弹发射尾焰那么大。靠现有的导弹预警卫星是捕捉不到的。提高灵敏度是可能的,但需要缩小视场,有限的几颗卫星还要广域预警,那就做不到了。在进一步提高灵敏度的同时保持视场,在理论上是做得到的,但还有一个分辨率的问题。这些都是高轨道卫星。

但小卫星已经发展起来了。SAR雷达小卫星的公开分辨率达到0.5米,重量只有100公斤级,可以在近地轨道上撒豆成兵。SAR雷达是不能用于导弹预警的,这是用反复对固定目标从多角度扫描以提高分辨率的方法,在原理上就不可能快速跟踪目标。但低轨道雷达预警卫星确实是美国空军正在预研的项目。

在低轨道上,雷达和红外都是选项,关键是要与地面动目标显示(GMTI)结合起来。从地面往空间看,除了目标,都是虚空;从卫星上往下看,不仅有目标,还有结结实实的大地、海洋、山峦、城镇。好处是,那些都是固定不动的。如果把紧接着相邻的两幅图像相减,固定的物体就隐去了,运动的目标就显示出来了,这就是地面运动目标显示,最早在预警机上使用。

真实实现起来没有那么简单。飞机和卫星本身也在移动,两幅图像里理论上不动的大地、建筑等会有所移动,增加地物移动的容差则降低了对真实移动目标的分辨率,不过目标速度足够快的话,这点容差还是不影响探测。要是与高精度地貌数据库结合起来,可以实时补偿,恢复分辨率。在这里,高超音速的速度反而成了暴露行踪的敌人。

航天科技已经使得小卫星群成为可能。马斯克能打上千颗小卫星,组成星链,美国空军也能做到。在180-200公里的极低轨道可以用较小的传感器就达到很高的分辨率,但卫星本身的移动使得GMTI反而降低分辨率。在500公里的低轨道上,可以减少卫星的数量,但传感器需要加大。不管技术如何进步,对于传感器来说,尺寸为王。然后在星上实现GMTI,把监测数据通过中继卫星发回地面站,是可以做到全球监控的。

如果数据处理足够快,可以把GMTI的速度下限降低,连飞机也一起探测。不管隐身飞机多隐身,在地球背景下,一个黑洞反而是显眼的。要实时地与地球背景的反射特征相同或者透明,还是做不到。

探测问题解决了,还是需要解决拦截问题。探测问题解决了,还是需要解决拦截问题。要说明的是:高超弹有“等离子鞘体”围护,和飞船再入是的黑障在本质上是一样的东西。黑障可以完全屏蔽无线电通信和雷达跟踪,实际上也屏蔽激光,因为光波在本质上还是电磁波,只是波长短。所以即使激光武器的功率、大气层耗散等问题都解决了,等离子体的穿透可能还是问题。激光武器反高超弹也靠不住。就现在来看,还是要靠动能的反高超弹。

现有反导弹能拦截速度更高的弹道导弹,S500号称能拦截射程3500-4000公里、飞行速度5000-7000米/秒的弹道导弹,但这都是基于逆弹道原理的,在对敌人弹道导弹的飞行弹道精确计算的基础上,逆弹道而行,本身的机动性只是用于补偿探测和计算误差,这样才能实现相对可靠的拦截。这对拦截没有固定弹道的高超弹是不管用的。所以美国萨德和俄罗斯S500能拦截高超弹都是在夸口。

防空导弹拦截来袭导弹的关键在于速度和机动性都要比目标更高。乌龟抓乌龟是永远抓不住的,兔子抓乌龟才行。问题是,高超弹处于“比它快的打不上、打得上的没它快”的独特空挡,而高超音速飞行本身又是极限技术,很难做到比高超弹更快、机动性更强的拦截器。怎么办?

或许需要另辟思路,从比高超弹更快、机动性更好的路线分段走。

首先,需要在很长的距离上达到很高的速度,不能及时赶到需要拦截的高超弹之前是没用的。高超弹瞬息之间就能飞好远,所以反导弹的射程也需要特别大,遍地开花地设置点防空的反导弹是不现实的。

高超弹在速度和机动性方面都达到极限,反高超弹要达到更高的速度和机动性非常艰难,如果不是彻底不可能的话。但快出飞出大气层,在大气层外加速的技术是现成的。只要不怕很高的燃料消耗代价,在大气层外机动飞行也是可能的。反高超弹有希望在大气层外抢先达到有利拦截位置,然后再入为滑翔弹,这是比一味追赶或者逆弹道更加有希望的路线,因为高超弹没有弹道可以逆循,在大气层内追赶更是追不上。

弹道导弹飞出大气层后,一般就转入惯性的弹道飞行了。作为反高超弹,不应该转入以最大射程为目的的高抛弹道,而是应该转入以最快到达目标区的压低弹道,并根据预警和指挥系统的引导,机动到达指定的再入位置,利用刚开始滑翔的速度和能量优势,截获目标高超弹。

这样的方式用于拦截助推-滑翔弹和巡航弹都可以。助推-滑翔弹的起滑速度高,但在长途滑翔后,速度、高度和动能都有明显损失。巡航弹的速度和高度比助推-滑翔弹更低,优点是发动机利用空气中的氧,能量效率高,能以较小的重量和足够高的速度达到较大的射程。反高超弹在进入拦截阶段时,还在再入初期,速度和动能都很高,有利于在与目标高超弹技术水平相当的情况下,依然能成功地追击和拦截。

这只是个猜想,会成为现实吗?不知道。但真是看不出来高超弹还能用别的办法拦截,“比它快的打不上、打得上的没它快”,这真是难以逾越的难关。

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