美国空基反导拦截系统的发展浅析

2016-11-28张笑颜滕蕊付克亚邹强

航空兵器 2016年4期

张笑颜+滕蕊+付克亚+邹强

摘要：全面、系统地总结了美国空基反导拦截系统的发展情况，从作战效果、使用灵活性、发展可行性等方面分析了其发展动因；从技术基础、限制因素决定发展方向的角度分析了其发展过程；从技术方向、能力需求、关键技术等方面分析了其发展规律和特点；从发展需求、发展方向和关键技术等方面提出了美国空基反导拦截系统发展的启示，可为论证和规划机载反导拦截武器的发展提供依据和参考。

关键词：空基反导拦截系统；动能武器；激光武器；技术发展

中图分类号： TJ762.2； E927.17文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2016）04-0011-07

Abstract： Development of American airbased antimissile interception weapon system is summarized systematically in this paper. The development motivation of this system is analyzed from operational effectiveness， using flexibility and development feasibility. The development process is analyzed from the point of view that the development direction is determined by technology foundation and limiting factors. The development law and characteristics are analyzed from the aspects of technology direction， capability requirement and key technology. From the demand and direction of development and key technologies， the enlightenment on the development of spacebased antimissile interception system in America is put forward， which can provide basis and reference for the development of airborne antimissile interception weapons.

Key words： airbased antimissile interception system； kinetic interception weapon； laser interception weapon； technology development

0引言

弹道导弹的拦截防御一直是世界各军事强国的研究重点和热点问题，特别是美国，为免遭弹道导弹攻击确保其自身的绝对安全、谋求战略上和技术上的绝对优势，始终追求发展、建立针对弹道导弹的“全程全段”拦截防御体系。自20世纪60年代以来，除大力发展主要面向弹道导弹飞行中段、末段拦截能力的陆基、海基反导拦截系统以外，还始终在研究、发展面向弹道导弹助推段拦截能力的空基反导拦截系统， 50多年来尽管面临诸多困难和失败却从未中断，相关发展项目和技术途径几经变更，延续至今仍在积极开展工作。

面对弹道导弹构成的巨大威胁和压力、世界范围内弹道导弹能力快速变化发展的形势，分析美国空基反导拦截系统的发展情况，从中得出相关发展策略、技术途径等方面的启示，对于反导防御体系和机载武器体系的深化发展、建设，具有重要的参考借鉴价值。

1美国发展空基拦截系统的动因

在弹道导弹拦截防御体系技术发展、能力建设、力量部署等方面，美国始终处于世界领跑的地位，经过五六十年的发展，在以地基中段防御系统（GMD）、海基“宙斯盾”系统、末段高层区域防御系统（THAAD）、 “爱国者”PAC-3等为代表的陆基、海基中段和末段拦截系统方面，已日臻成熟、开始投入使用。但在弹道导弹助推段拦截防御系统方面，美国自始至终均以空基拦截系统为主要发展方向进行研究[1-4]，分析其原因和动机，主要体现在以下方面：

一是助推段拦截效果的牵引。弹道导弹飞行中、末段广泛采用多弹头、诱饵假目标、再入机动变轨等突防技术，给中、末段拦截系统带来了严峻挑战和苛刻要求。而在其助推段，红外辐射特性强、目标特征明显，飞行速度相对低，头体尚未分离，诱饵假目标尚未释放，实施助推段拦截有利于发现、识别目标，且可在目标释放诱饵、分弹头之前将其摧毁，从而能够保卫其射程所覆盖的大范围区域，具有很高的拦截效率。陆、海基拦截系统航空兵器2016年第4期张笑颜等：美国空基反导拦截系统的发展浅析受限于拦截平台的机动性能和作战环境，难以通过前沿部署实现对弹道导弹的助推段拦截。而空基拦截系统凭借空中平台的良好机动性和快速反应能力，依托前线机场、海上航母力量，具有实现助推段拦截的现实可能性。这是牵引美国持续研究发展空基拦截系统，力求实现前伸覆盖助推段拦截“全程全段”能力的一个重要原因。

二是空基拦截系统的灵活性。从作战样式看，中、末段拦截系统基本属于部署在保卫对象临近区域内“守株待兔”式的被动防御系统，特别是末段防御系统属于点防御系统，需根据弹道导弹来袭方向、保卫对象地理位置的数量、分布等情况，较大规模、数量部署才能满足多方向、多点防御的需求，作战使用灵活性较差。空基拦截系统的助推段拦截作战样式，能“紧盯”弹道导弹目标的发射地点（或区域）、潜艇平台活动海区实施威慑性主动防御，可根据目标发射位置的变化作出快速反应，还可能兼顾末段甚至中段拦截需求，具有比陆、海基中段和末段防御系统更好的使用灵活性和经济效益性。

三是空基拦截系统的可行性。随着防空反导导弹、定向能武器和机载传感器、火控系统及体系综合集成等技术的进步，发展同时满足射程、精度、威力、尺寸、重量等多种因素要求的机载反导拦截武器日益成为可能。美国在20世纪80年代就成功实施过机载反卫星拦截武器试验，配套陆、海基中段和末段拦截系统发展起来的弹道导弹全程预警侦察和目标指示系统等支援体系也能够用于空基拦截系统，这些都为美国不断推动空基拦截系统的发展奠定了良好的技术基础。

基于对上述能力匹配、作战效能、技术基础等方面的认识，美国始终把主要面向助推段拦截的空基反导拦截系统，作为实现弹道导弹目标“全程全段”拦截防御能力建设的一个重要环节和内容，不断加以深化研究和发展建设。

2美国空基拦截系统的发展过程

在弹道导弹体系防御能力需求牵引下，美国的空基拦截系统研究始于20世纪60年代[5]， 50多年来，该系统始终围绕机载激光反导拦截武器、机载动能反导拦截弹两条技术路线交替发展，其实质性发展主要历经了早期的“星球大战（SDI）”计划、近期的ABL项目和当前的NCADE， ALHTK， AWL项目等阶段。

2.1美国空基拦截系统的早期发展

美国国防部在1962年就对利用激光来防御弹道导弹产生了兴趣 [6]，随后二三十年中，由于战术应用层面的机载激光武器技术尚不成熟、防空导弹特别是空空导弹技术飞速发展， 20世纪80年代美国提出的以战略性天基激光反导武器发展为核心的“星球大战（SDI）”计划中，机载反导拦截武器的发展选择了动能拦截技术途径。

在SDI计划中，美国拟发展的空基拦截系统兼顾了弹道导弹拦截与反卫星拦截用途 [7]。 SDI空基拦截系统主要由地面卫星观测站指挥中心、出击基地、载机平台、机载拦截弹、作战效果核查装置等组成，载机平台采用F-15战斗机稍作改装，动能拦截弹由两级弹体和动能杀伤器构成，主要作战目标是低轨道情报和监视卫星、弹道导弹再入弹头，作战高度约400～1 000 km，拦截弹发射高度约为10～15 km。

1985年9月13日，美国空军对SDI空基拦截系统进行了靶试，机载拦截弹的动能杀伤器直接命中了一个废弃卫星。至1986年8月，美国空军对SDI空基拦截系统共进行了四次发射靶试，成功验证了机载拦截弹红外导引头的热敏感性能和动能杀伤器发现、跟踪目标等方面的性能。

美国依托“星球大战（SDI）”计划发展的空基拦截系统，是结合机载反卫星需求，主要适用弹道导弹上升段和中段拦截的，助推段拦截的诸多优势难以充分体现，较大程度上限制了其作战效果和效能，未能投入成熟部署应用。

2.2美国空基拦截系统的近期发展

随着技术发展和威胁变化，自1992年至2011年，美国的弹道导弹空基拦截系统，调整为依托导弹防御（MD）计划发展机载激光武器（ABL）对弹道导弹目标进行助推段拦截[6，8-10]。

ABL项目采用兆瓦级（14个激光器模块、共3 MW）高能氧碘化学激光器（COIL），安装在改装的波音747-400F飞机上，与红外捕获系统、光束控制系统等主要组成单元结合在一起，构成YAL-1A激光武器飞机。其主要目标是处于助推段的弹道导弹，最大杀伤距离可达600 km；激光器每次射击目标所耗费的化学燃料成本仅约1 000美元。 ABL系统还可用于侦察评估、目标指示以及杀伤、压制其他导弹目标等用途。

2005年7月，美国空军宣布YAL-1A飞机完成了飞行试验计划的关键阶段； 2007年， YAL-1A成功完成击毁虚拟导弹的试验任务； 2010年， ABL在拦截2枚靶弹的试验中，一枚靶弹被击落，另一枚靶弹未被击毁。

然而， ABL也存在诸多问题和挑战，主要包括无法穿透云层杀伤目标（载机飞行高度一般保持在12 km左右）、系统结构复杂、设备尺寸重量大（导致载机平台大）、激光器能量要求高、光束控制精度要求高、研发费用高等方面。尽管成功进行了多次试验，取得了一定突破性成果，但鉴于系统技术难度、发展进度、项目风险等多方面的原因，研制进度一再拖延。 2011年12月，美国国防部终止了ABL计划的发展工作，改为进行技术储备研究。

2.3美国空基拦截系统的发展现状

ABL项目终止后，随着陆、海基小型化动能反导拦截技术以及新一代战斗机技术、信息化技术的成熟和应用，动能拦截武器重新成为美国弹道导弹空基拦截系统研究发展的重点[1-2，5，11]，相关公司相继提出了一些具体方案。

一种是雷锡恩（Raytheon）公司提出的网络中心机载防御单元（NCADE）方案。该方案以AIM-120先进中距空空导弹（AMRAAM）为基础，安装AIM-9X格斗空空导弹的红外成像导引头形成两级构型机载拦截弹，具有大气层外飞行能力，尺寸、重量与AIM-120相仿，最大射程约150 km， F-15， F-22， F-35， X-47B等所有能挂载AIM-120的飞机均可挂载使用，主要用于弹道导弹助推段拦截，批产单枚造价约100万美元。 2006年5月雷锡恩公司和导弹防御局（MDA）签订合同正式启动该方案， 2007年12月首次试验成功。 2010年，雷锡恩公司计划于2011年开始部件研制， 2012年进行一次发射试验， 3年内完成载机集成，但后续再无相关报道。

另一种是洛克希德·马丁公司提出的空射碰撞杀伤（ALHTK）方案。该方案考虑把“爱国者”PAC-3等陆基动能拦截弹集成到F-15C及新一代作战飞机上使用，开发一个“低成本、多任务、闭锁式”空基助推段拦截系统，并兼顾拦截巡航导弹目标的需求。 “爱国者”PAC-3比NCADE拦截弹具有更高的飞行速度，作战性能会更加突出，但前者的尺寸、重量也更大，增加了飞机的挂载难度并限制了单机携弹数量。该方案于2007年1月由洛克希德·马丁公司与导弹防御局签订合同，开展基于“爱国者”PAC-3的ALHTK工程发展研究工作。

针对上述方案， 2013年11月，美国空军提出了机载武器层（AWL）运用构想，与导弹防御局联合开展了相关的基础研究和应用研究[12-13]，并与波音公司、洛克希德·马丁公司、雷锡恩公司签署了三份研究合同。 AWL设想由F-15， F-35等作战飞机携带动能拦截武器，配合海基“宙斯盾”系统进行体系化作战，在来袭弹道导弹弹道前1/3部分（助推段和上升段前端）实施拦截。机载拦截武器可由“爱国者”PAC-3拦截弹、 THAAD拦截弹或AIM-120空空导弹改进而来。

以上方案的基本思路，都是基于当前成熟的机载和陆基防空反导导弹、空中作战飞机技术发展空基动能拦截系统，具有技术基础扎实、成本低、可行性好的特点，可采用作战飞机特别是隐身性能好的新一代作战飞机作为发射平台，部署使用实用性较好，能满足弹道导弹助推段、末段低层拦截的能力需求，并可兼顾巡航导弹拦截等其他作战需求。在此基础上，还可进一步发展具有对中远程和洲际弹道导弹上升段、末段高层拦截能力的空基高层拦截系统。

3美国空基拦截系统的发展特点

美国在弹道导弹空基拦截系统领域50多年的探索过程，深刻揭示了空基反导拦截系统作为一项具有重要军事价值的高、精、尖技术的客观发展规律和特点。

3.1技术方向

综观美国弹道导弹空基拦截系统的发展过程，可见空基拦截系统发展的技术方向，基本上聚焦于定向能武器、动能武器两个技术领域。

首先进入美国军方视野的，是空基定向能武器，主要是空基高能激光拦截武器。以激光为代表的定向能武器，具有速度快、抗干扰性能好、杀伤效果多样化、无发射动力影响、使用成本低等优点，从长远看，是比较理想的空基反导拦截武器。但在当前技术条件下，也存在着设备尺寸重量大、结构复杂精密、大气条件影响大等突出的问题[5，9]，导致技术难度大、系统集成困难，限制了其实战化应用性能，造成美ABL计划风险大、成本高、进度一再拖延，最后被终止发展。

目前，美国开展研究，并成为研发重点的是以NCADE， ALHTK拦截弹等为代表的空基动能拦截武器。空基动能拦截武器具有技术基础成熟、尺寸重量小、便于挂载作战飞机使用、命中即毁伤、载机配套简单等突出优点。对于广受关注的射程问题，研究表明，空基动能拦截弹射程可达300～400 km以上[14-15]，能够满足弹道导弹助推段拦截的需求。但是，与定向能拦截武器相比，动能拦截武器也存在一次性使用、成本较高、制导精度要求高、易受干扰等劣势。从当前看，随着美国导弹防御（MD）计划的进展， “爱国者”PAC-3、 “标准3”、 THAAD等小型化陆、海基动能拦截弹已逐步具备部署能力，发展实战化空基动能拦截弹基本没有了重大的技术难题，在ABL计划终止后，空基动能拦截武器重新成为美国实现弹道导弹助推段拦截能力的重点突破方向。

由此可见，今后美国的弹道导弹空基拦截系统技术发展策略，应是在可预见的将来，首先研制空基动能拦截武器系统，作为其导弹防御体系的重要组成部分，形成实战化的弹道导弹助推段拦截能力；从长远看，小型化的高能激光武器等空基定向能武器因其特有的高效性仍会受到关注和持续研究，向更具实战化能力方向发展。

3.2能力需求

根据空基反导拦截系统的功能组成，可从空基平台、预警探测、指挥控制、拦截武器等方面分析美国空基反导拦截系统的能力需求[1，11]。

3.2.1空基平台

空基平台的主要任务是为拦截武器提供发射平台，接收、发送目标预警信息，截获、跟踪和指示目标，实施拦截武器瞄准、中制导和射击效果评估等。对于弹道导弹助推段拦截，空基平台的各项能力需求如表1所示。

3.2.2预警探测系统

因弹道导弹助推段飞行时间短，而空基拦截系统一般难以在其发射阵地附近空域随时监控待命，为及时掌握战场态势、捕捉作战时机，除空基平台自身的预警探测设备外，还需要与其他外部预警探测设备一起构成一个大范围、全方位的预警探测系统。该系统比较完善的能力需求见表2。

实现对全球范围的24 h覆盖，至少需要4颗GEO（地球同步轨道）、 2颗HEO（大椭圆轨道）、 24颗LEO（低轨）卫星[1，16]。

3.2.3指挥控制系统

与陆基、海基中、末段拦截相比，助推段空基拦截属于样式更为主动、时机更为敏感、过程更为紧凑的拦截作战，相应需要有更为高效的作战指挥控制系统，其功能如图1所示。

其能力需求主要包括以下方面：

一是预警信息的融合处理与分发能力。能对不同来源的预警信息进行有效鉴别、核对、融合处理，形成预警数据，并分发到空基平台和其他配套作战平台。

二是空基拦截任务规划能力。能对整个空基拦截作战过程进行详尽的任务规划，实现平台部署配置、巡逻与攻击航线、战斗等级转进、战斗调度、战斗过程、效能评估等要素的合理规划。

三是拦截作战决策能力。针对是否拦截、何时拦截、效果如何等决策点，能准确、快速、高效实现目标威胁评估、拦截时机判断、射击诸元确定、拦截效果评估等决策。

3.2.4拦截武器

拦截武器的能力水平直接关系到反导拦截作战的效果、武器系统的组成配置与使用方式等问题，其需求主要包括以下方面：

一是拦截作战空间范围，即可对弹道导弹目标实施有效拦截的高度范围、距离范围、射界范围等。对于空基激光武器，主要取决于激光束能量强度及汇聚性能、传输距离、传输精度等因素；对于空基动能拦截武器，主要取决于拦截弹的动力推进效率、飞行速度、制导精度等因素。

二是拦截有效性，即一次使用拦截武器能够杀伤目标的可能性和效果。对于空基激光武器，主要取决于激光束的能量密度、持续照射目标的时间、照射目标的部位等因素；对于空基动能拦截武器，主要取决于拦截弹的制导精度、抗干扰性能、命中目标时的相对速度/动能等因素。

三是拦截反应速度，即收到目标指示信息后完成发射准备、开始实际发射杀伤激光束或拦截弹所需要的时间。主要取决于拦截武器及武器系统相关配套设备的启动、射前检查、诸元解算与装订、发控与发射等过程因素。

四是使用可靠性，即挂机使用过程中，拦截武器始终保持正常技术状态、工作过程的能力。主要取决于拦截武器及武器系统配套设备的系统结构、技术成熟度、产品质量等因素。

五是平台匹配性，即空基拦截武器对理想空基平台的功能、性能适装程度。主要取决于拦截武器及武器系统配套设备的尺寸、重量、结构、功率，机械、电气、信息接口需求，作战准备、使用过程等因素。

3.3关键技术

除反导拦截共性关键技术以及空基平台与反导预警探测系统、指挥控制系统的接口与集成技术之外，研究和发展空基反导拦截系统还需要解决一些专门的关键性技术问题。

对于空基激光拦截武器系统主要包括： a.高功率激光器轻、小型化技术，满足空基平台特别是战斗机平台的使用需求； b.激光束传输控制技术，解决杀伤激光束远距离聚焦以及大气环境引起的衰减、畸变和干扰问题； c.目标精确命中与有效毁伤技术，解决杀伤激光束精确照射目标易损部位并保持足够照射时间的问题； d.武器系统稳定性与可靠性技术，保证武器系统在任务期间的技术状态及性能稳定。

对于空基动能拦截武器系统主要包括： a.机载拦截弹总体设计技术，针对弹道导弹特别是助推段目标特性、作战环境，充分考虑机载使用特点，兼顾拦截弹高速度、大机动过载、大作战高度、大射程和小型化、轻型化、空基平台挂载匹配等综合要求； b.拦截弹导引头技术，针对弹道导弹（助推段）目标的辐射、反射特性，在拦截弹高速度、大机动、复杂飞行环境条件下，能够从较远距离上可靠截获、识别、跟踪目标； c.拦截弹高精度导引技术，针对拦截弹、目标的飞行特性，满足直接碰撞、动能杀伤、交汇姿态（如迎头拦截）和对目标机动、系统摄动鲁棒性要求的高精度导引规律； d.高精度复合控制技术，在复杂飞行环境特别是高空条件下，具有足够机动性、敏捷性、环境干扰适应性，采用气动力、推力矢量、直接力等多种控制力的复合控制技术。

目前，空基激光拦截武器、动能拦截武器均尚未完全成熟应用的原因，是在关键技术领域或实用化问题上，仍需进一步突破和验证。

4美国空基拦截系统发展的启示

几十年来美国空基反导拦截系统的发展，是基于其面临的弹道导弹威胁形势，立足全方位安全防御需求，与陆、海基反导拦截系统及配套支援系统构成的国家弹道导弹防御体系实现充分匹配衔接、融合集成，根据拦截武器、空中平台等相关基础技术发展的实际情况而逐步推进的。综合分析，可得出以下几个方面的启示：

4.1发展空基反导拦截系统的需求

随着弹道导弹技术、装备的发展与扩散，世界范围内面临的弹道导弹威胁形势日益严峻，特别是机动式陆基弹道导弹、潜射弹道导弹在发射地点、发射时机上具有很大的灵活性和不确定性，更容易达成作战效果上的突然性、多向性和多维性，防御难度很大。特别一些军事强国，强大的弹道导弹攻击作战力量再辅以强大的导弹防御作战力量，锐矛加坚盾的优势，可形成空前的战略威胁能力。

在此威胁形势下，如果弹道导弹拦截防御体系单纯依赖陆基、海基中段和末段拦截系统，必然在拦截效果、作战效能、建设规模、使用强度和灵活性等方面面临严峻的问题，难以保证国土及核反击力量的安全。由此背景和前提，发展实用的空基反导拦截系统，具备对来袭弹道导弹实施包括助推段拦截在内的“全程全段”拦截防御能力，作为国家综合反导防御体系的重要组成部分，实现尽早发现、尽早拦截，对于建立健全反导防御体系、提高建设效率、完善防御能力，都是十分必要和重要的。

4.2空基反导拦截系统的发展方向

首先，是技术方向问题。针对强敌的空基反导拦截作战过程中，必然要面临对抗对方强大的防空作战力量，对此，应重点考虑采用具有良好防空对抗作战能力的战斗机或者高性能的无人机作为空基反导拦截平台。因此，充分利用空空导弹、面空导弹技术基础，发展建设基于第四代战斗机、无人机平台的空基动能反导拦截系统，应作为当前发展空基反导拦截系统的优先技术方向。同时，也应着眼长远，酌情开展小型化、高功率固体激光器等新一代定向能武器及应用技术的先期研究，为将来的空基化发展运用奠定基础。

然后，是依托力量问题。美国在全球具有大量海外空军基地或机场的条件下，除F-15， F-22， F-35A以及波音747等陆基飞机外，还十分重视采用海军F-35C， F/A-18， X-47B等海军飞机作为空基拦截反导系统平台。因此，在缺乏海外陆基机场、受潜射弹道导弹威胁大、潜在敌方陆基弹道导弹发射区域临近海洋等情况下，发展空基反导拦截系统，应充分考虑采用海军飞机平台特别是航母舰载战斗机、无人机平台，发展过程中有必要做到空军、海军并举，同步发展，并注重与航母作战力量进行协调发展和建设，从发展源头上考虑将来的高效部署使用问题。

4.3发展空基反导拦截系统的关键技术

一是机载拦截武器的小型化与低使用成本问题。小型化的拦截武器是空基使用特别是依托战斗机、无人机平台使用的关键问题，机载动能拦截武器应实现内埋发射或外挂隐身气动一体化设计，机载定向能拦截武器应努力发展新一代小型化发射器、能源系统小型化与高效转换技术。低使用成本是保证空基拦截系统必要部署规模、降低作战消耗的重要前提，发展机载动能拦截武器应予以重视。

二是机载拦截武器大射程、小型化、高精度的总体综合优化技术。发展机载动能拦截武器需要突破弹体、动力、弹道、制导控制等综合优化关键技术；发展机载激光拦截武器需要突破激光发射器、激光能源系统、光束控制系统等综合优化关键技术。

三是与国家综合反导防御体系及其他配套系统的综合匹配技术。从预警探测、战场监视、目标指示、指挥控制等方面，开展空基与陆基、海基拦截系统融合一体的体系信息、硬件资源、任务协同等综合匹配关键技术研究。从技术途径的角度考虑，还应开展与空基反卫星拦截系统协调发展的综合匹配技术研究。此外，还应开展空基拦截系统与使用平台特别是战斗机、无人机平台其他功能系统的综合匹配关键技术研究，充分利用和兼容平台其他功能系统的能力，在满足弹道导弹目标拦截能力的基础上，尽可能减少对平台其他作战能力的影响。

5结论

基于拦截效果、使用灵活性、技术可行性等方面的优势，美国近50多年来始终持续进行对空基反导拦截系统的探索与发展；在发展过程中，针对机载动能拦截武器、机载激光拦截武器两种技术途径在不同阶段的技术基础、成熟水平、应用前景等因素，美国在不同历史时期先后结合“星球大战（SDI）”计划、导弹防御（MD）计划实施了空基反卫星拦截系统，以及ABL， NCADE， ALHTK等具体工程发展项目，交替推动了两种技术途径的更新进步；其发展过程中体现出来的两种技术途径优劣差异、系统功能组成部分能力需求、工程实现关键技术等问题，反映了空基反导拦截系统发展的基本特点和客观规律。美国发展空基反导拦截系统的经验和教训，对根据弹道导弹威胁形势和国情、军情实际，论证空基反导拦截系统发展需求、确定发展方向、开展关键技术研究，具有良好的参考和借鉴价值。

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