空中的舞台

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  2007年12月3日,美国导弹防御局宣布,空军一架F-16战斗机首次用空空导弹摧毁了一枚处在飞行助推段的靶弹。这次试验说明其空射反导取得了重大突破,也意味着美国反导导弹的“舞台”从地基、海基,又开始扩展到了空基。这一空中舞台的台前幕后是什么?又会上演怎样的剧目呢?
  
  渐受重视的发展
  
  美国空射反导计划实际由来已久,早在克林顿政府的导弹防御计划中,空射反导就是助推段拦截的重要内容,只是美国导弹防御局对该项目发展一直处于犹豫状态、才鲜为人知。
  助推段拦截中的“黑马” 上世纪90年代,克林顿政府对美国导弹防御计划做了较大调整,其中的一个“亮点”就是大力推进助推段拦截项目。助推段拦截是指在敌方弹道导弹刚刚发射起飞的助推段实施拦截,这一阶段导弹尾焰的红外特征明显、飞行速度慢、头体未分离,利于反导武器发现、锁定和拦截。计划主要包括空基激光器(ABL)、地基动能拦截弹(KEI)和空基导弹拦截三个项目。其中最著名的是空基激光器计划,而地基动能拦截弹和空基导弹拦截鲜有人知。但由于ABL计划进展缓慢,导致布什政府从导弹防御局的助推段拦截项目预算中削减了5000万美元,这使该计划雪上加霜,于是廉价的空基导弹拦截项目逐渐浮出水面。在美国空军和导弹防御局的关注下,该项目发展迅速,成为第一匹完成助推段拦截的“黑马”。
  
  美国导弹防御局最初对空基拦截导弹提出的要求是,要在高于20千米的高度上拦截处于20-80千米高空中的导弹,作战半径要达到25-150千米。因弹道导弹飞行速度较高,拦截弹速度应高于弹道导弹,因此要求导弹速度达到2500米/秒,也就是能以8倍左右的音速飞行20-60秒。在美国现役空空导弹中,还没有哪种导弹能满足如此高的要求,为此美国空军不得不将目光瞄向最先进的AIM-120“先进中距空空导弹”。
  傍上“网络中心战”的AIM-120 空射反导系统的预警和火控设备不可能像地面拦截系统那样可以不考虑体积和重量,也不可能对载机做太大的改动,为此空军依靠海军提出的“网络中心战”思想设计了天基、空基和地基三位一体的预警指挥网,来控制和指挥空射拦截弹的作战使用。作战中,由网络链接的发射飞机、火控系统和指示及瞄准传感器外部与美国弹道导弹防御系统整合在一起,内部与拦截导弹融为一体,因此被称为“网络中心机载防御系统”(NCADE)。
  AIM-120是美国研制的第一款主动雷达制导视距外空空导弹,射程可以达到80千米。十几年来,AIM-120衍生了A、B、C、D等多种型号,NCADE是AIM-120的最新型号,主要用于攻击处于助推段、上升段或飞行终段的短/中程弹道导弹。新导弹的尺寸和重量与AIM-120空空导弹相似,采用双级单燃料推进系统发动机,第一级固体发动机燃烧完毕并投弃后,第二级才开始点火。其导引头首先跟踪的是弹道导弹的尾焰,随后瞄准点转向弹道导弹的弹体,并引导导弹采用动能碰撞方式摧毁目标。这些措施使NCADE的射程扩大到约150千米。
  2006年5月,雷锡恩公司与美国导弹防御局签订了为期12个月、价值700万美元的NCADE改进合同。以研制新型的火箭推进系统。2007年5月,雷锡恩公司及其合作伙伴航空喷气公司完成了导弹新型燃料系统和专用红外导引头的测试。为了降低研制风险,美国提出在射程较近的AIM-9X“响尾蛇”空空导弹上装配这些NCADE专用部件先行进行拦截测试,AIM-9X也有幸成为了世界上第一种拦截弹道导弹的空射武器。
  先行一步的“响尾蛇” AIM-9X是“响尾蛇”导弹家族中最新改进型,属于“响尾蛇”导弹系列的第四代。其弹身细长,只有四个很小的矩形尾翼,全重约85千克,速度达到3马赫,战斗部为3.3千克的爆破杀伤战斗部。该导弹与NCADE一样都采用了先进的红外制导方式。为了最大限度地测试NCADE的部件和技术,雷锡恩公司从2007年5月开始,将为NCADE开发的新型红外导引头和燃料换装到了AIM-9X上,并在2007年12月3日组织了史无前例的助推段拦截试验。试验中一架F-16在美国新墨西哥州白沙导弹靶场发射了两枚改进后的AIM-9X,成功拦截了一枚充当靶弹的“猎户座”火箭。第一枚导弹摧毁了靶弹,第二枚导弹记录了拦截过程。雷锡恩公司宣称,试验“为研制和购置拦截器提供了革命性的低成本途径”。
  
  这次成功试验将极大地促进美国陷入困境的助推段拦截计划。媒体估计,该计划在下一阶段将会赢得更多的预算份额。美国导弹防御局也宣称,只要资金充足,NCADE能在24-36个月的时间框架内达到完全的初始作战能力。
  
  优点与缺点共存
  
  美空射反导系统是世界上首个空基弹道导弹拦截系统,基本是利用现有技术发展起来的一种全新反导系统,具有鲜明的技术优势,但也存在着一定的缺陷。
  导弹拦截速度高、机动性好美国空基拦截系统要求的拦截高度为20-80千米的导弹助推段,在这一阶段中导弹处于飞行加速过程,因此总体速度比再入段要慢很多,但仍比一般空射导弹对付的飞机和巡航导弹要快许多。为此美国雷锡恩公司与其它公司合作,专门为NCADE拦截弹研制了一种高密度的专用液体燃料,可使拦截导弹更轻、速度更高。新推进剂为硝酸羟胺,能够提供25秒以上的68千克推力。硝酸羟胺较之其它推进剂的毒性更小,且易于处理。新的推进系统的整体性能和封装密度都有所提升,这使NCADE的最大飞行速度达到8马赫,满足拦截弹道导弹的要求。
  NCADE拦截弹第一级使用了AIM-120的火箭发动机和控制部分,第二级使用单发动机作为其末段机动动力,为导弹提供末段飞行的轴向、离轴机动和高度控制动力。因为NCADE的最高拦截高度将达到80千米,这里的空气非常稀薄,空气动力性很差,只有依靠第二级火箭发动机来提供机动性,以保证拦截导弹在大气层内和大气层外的机动飞行。
  制导系统智能化程度高 设计中的NCADE导弹采用了红外制导方式,为此雷锡恩公司为NCADE设计了新的被动红外景像(HR)导引头,以替代AIM-120的雷达导引头。发射前的导弹瞄准由部署在NCADE载机上的现有雷达和红外搜索跟踪传感器完成,发射后导弹的飞行由红外导引头引导。由于弹道导弹与飞机的红外特征明显不同,这对NCADE红外导引头提出了更高的要求。NCADE导弹最初跟踪的导弹尾焰要比飞机明亮得多,而在拦截弹接近弹道导弹后,由于弹道导弹要比飞机目标速度高很多,如果还像瞄准飞机一样从尾部跟踪接近,很可能错过目标导弹。因此雷锡恩公司在NCADE制导方案设计中采用了远距离瞄准导弹尾焰、近距离瞄准导弹弹体的作战方式、这就要求导引头要具备比一般空空导弹宽得多的敏感范围,而且可智能选择瞄准点。在2007年5月的测试中,雷锡恩公司利用先期组装的两台原型NCADE导引头,在高保真模拟 器上进行了性能测试,以验证其在明亮的火箭羽焰中跟踪助推段导弹的能力。在刚结束的拦截试验中,检验并记录了导弹的红外跟踪和瞄准点智能选择能力。
  发射平台兼容性强美国雷锡恩公司在NCADE设计中保持了与A1M-120外观尺寸和电气接口的最大一致性。这使它可从能发射AIM-120的几乎所有平台上发射,包括美军现役的F-15、F-16(题图)、F/A-18、F-22A和F-35等。这种通用性也使得可在一架飞机上部署单枚NCADE,而用AIM-120与之达到载荷平衡。这种兼性不但使NCADE具有更广泛的应用范围,而且由于AIM-120是美国与众多盟友共用的空中武器,也使得NCADE具备很强的出口潜力。
  系统部署区域广泛 空射拦截方式由于搭载平台的优越机动性,使其可快速部署到广泛的区域内,实现对较大区域的弹道导弹防御。在美国现在战区反导的主力中,“爱国者”PAC-2改型和“爱国者”PAC-3型都只是低层反导系统,只能在30千米以下高度、距离40千米以内,拦截射程在1000千米以内的弹道导弹。这使美军必须部署足够数量的“爱国者”反导系统,才能保卫分散的基地。而且这些系统与飞机相比,机动性就十分有限,只能固定在一个较小区域内,这使美军三大司令部不断向国防部提出增加“爱国者”反导系统部署的要求。可见,现有机动方式的导弹防御系统无法满足美军要求。
  而NCADE依托的F-15、F-16、F/A-18、F-22A和F-35等平台速度均在1马赫以上,航程都在1000千米以上,只要作战飞机在弹道导弹发射后两三分钟内进入距离发射地点约150千米范围内,即可对正在升空的导弹实施拦截。这使其可以在50万平方千米范围内的区域实施弹道导弹拦截,是“爱国者”PAC-3防御的5000平方千米区域的100倍左右。简单地说,一个携带NCADE的机组的防御能力相当于100个“爱国者”PAC-3连。
  拦截高度较大,效率更高 弹道导弹的助推段可以分为垂直飞行段、程序飞行段和瞄准飞行段。根据射程不同,中程弹道导弹助推段一般在50~70千米范围内,远程弹道导弹可以达到80-100千米。NCADE的设计拦截高度为20-80千米,这一拦截高度对地基拦截导弹系统非常困难。例如,“爱国者”PAC-3拦截高度为30千米,PAC-2制导增强型只有15千米,而NCADE搭载的平台飞行高度一般都可达到20千米,甚至更高。也就是说其发射起点几乎与地基系统的最大拦截高度持平,加上飞机本身的初始动能,使其具备比地基系统明显大的高度优势,这使其可以使用比“爱国者”体积小得多的导弹达到更优的拦截效果。
  
  发展周期短,技术开发成本低从美国弹道导弹防御计划的实际实施情况来看,NCADE是各种项目中投资最少、实现实弹拦截周期最短的项目。它利用了成熟的AIM-120的空气动力设计技术、飞机接口技术和飞行控制系统技术。这不但使它与AIM-120有很强的通用性,而且大幅度降低了开发成本。雷锡恩公司表示,NCADE的单价不会超过100万美元。美国导弹防御局透露,由于ABL和KEI等助推段拦截计划还要有两年才能看到实质性进展,因此,NCADE可能成为一种向ABL和KEI廉价过渡的方案。
  滞空时间短,运行成本 高对弹道导弹防御的警戒需要24小时担负值班任务,对于地面反导系统就只受到警戒雷达的开机时间限制,而对于空基反导系统则主要受到平台在空中滞留的时间长短的局限。美国作战飞机的巡航飞行时间一般为5.6小时,通过空中加油续航时间也只能达到10多个小时,因此要保持一个区域内24小时的值班,每天就要有至少3-5个批次的飞机轮流在该区域上空巡逻。在某一时期采用这种作战方式是可行的,而长年这样运行的成本就会很高,所付出的人力、物力代价很大。
  局限于助推段,无法实现全程拦截从目前NCADE的作战性能来看、其80千米的拦截高度相对于地基低层防御系统已经很高,但还只能对导弹助推段实施拦截,即使在助推段对于远程弹道导弹80-100千米的助推段高度还无法完全覆盖,因此其使用还是受到一定局限,这都成为其未来推广的障碍。
  
  完善与扩展的未来之路
  
  “全球鹰”:无人平台挂载,增大巡逻时间在NCADE发展之初,雷锡恩公司就考虑到了空基平台滞留时间短的问题,为此提出了后续的无人平台挂载方案,也就是所谓的无人机反导项目。早在2004年2月,美国弹道导弹防御国家工业小组就对无人机在弹道导弹防御计划中的作用进行了论证。最初的方案是利用无人机监视跟踪弹道导弹的发射和飞行,为地基反导系统提供数据。而随着NCADE的快速进展,导弹防御局正在论证利用“全球鹰”22类的无人机挂载NCADE反导导弹执行巡逻和反导作战。美国导弹防御局的设想是、利用无人机在可疑的弹道导弹发射区上空飞行,发挥高空飞行和长续航能力,可远离战区基地在敌方领土上空徘徊,连续覆盖发射区。无人机利用高空和电磁特征小的优势,将电子对抗和机动战术相结合,逃过敌人防空系统火力。每架无人机可分别携带几枚空射高速截击导弹和一套探测、跟踪与火控传感器,组成反导作战组实施反导作战。
  目前开发的NCADE比AIM-120轻大约12千克,更适合在无人机上挂载,这不但可以平衡无人机的载荷,提高巡飞能力,而且增加了NCADE的反应潜力,部分解决了平台滞留时间短的问题。例如,美国“全球鹰”无人机有效载荷907千克,巡航速度635千米/小时,飞行高度22000米,航程6000千米,续航时间高达42小时。它不但完全符合携带NCADE的要求,而且可使NCADE的巡逻时间提高8倍。
  “怪蛇”5:推广空射反导技术,降低开发险 2006年5月,以色列导弹防御组织和美国弹道导弹防御局提出了应对70-400千米威胁的以色列中短程弹道导弹防御要求,由以色列拉菲尔公司与美国雷锡恩公司联合组成开发小组。该小组最终提出了“精英”方案,一种大约100千克重的两级、三脉冲发动机碰撞杀伤拦截弹,采用了拉菲尔公司“怪蛇”5双波段成像红外空空导弹技术和雷锡恩的低成本战术导弹技术。“精英”拦截弹可高速拦截距离“超过250千米”的弹道导弹,价格只是PAC-3的10%。虽然该系统最初是为地基系统设计,但“精英”拦截弹还具备空对空能力,估计该弹和其它反弹道导弹拦截弹将部署在以色列航空航天工业公司的“苍鹭”TP高空、长航时无人机上,可通过巡航飞行,实现对弹道导弹助推段的拦截。
  PAC-3和THAAD:提高拦截高度,实现全程拦截 在美国导弹防御局的支持下,雷锡恩公司的竞争对手洛·马公司正在论证将其生产的PAC-3和THAAD地基拦截弹挂载在飞机平台上的方案。目前论证的是使用现有的F-15和F-16战斗机发射PAC-3或TttAAD导弹,拦截助推段或末段飞行的弹道导弹。PAC-3地面拦截高度为30千米,THAAD则可高达150千米,使用飞机平台后,可在天基和地基预警和制导系统的协助下完成180千米高度的拦截,这包括对中程弹道导弹拦截助推段或末段,甚至部分中段。因此PAC-3和THAAD的应用将提高空射拦截的高度,实现全程拦截。
  碰撞一杀伤:开发专用高速拦截弹,增大杀伤威力 目前,按照美国导弹防御局的长远计划,刚试验的采用爆炸杀伤的试验弹最终将发展为更高速的动能拦截弹,采用碰撞一杀伤方式以提高杀伤威力。要实现碰撞一杀伤效果,NCADE导弹还需要进一步改进动力系统提高导弹拦截速度,增强制导能力提高导弹拦截精度。根据导弹防御局的设想,未来的拦截弹将有能力在250千米外拦截导弹,拦截弹的平均飞行速度将达到5500米/秒,是现在NCADE导弹速度的两倍。
  可以预见,随着空射反导导弹技术的发展,它将逐步成为美国弹道导弹防御中的生力军。值得关注的是,AIM-12B已经在澳大利亚、巴林、比利时、丹麦、芬兰、德国、瑞典、以色列、意大利、日本、韩国、荷兰、挪威、西班牙、希腊、瑞士、泰国、土耳其、英国和台湾地区“落户”。它们已经具备AIM-120的使用能力,必要时也可以顺利接收NCADE导弹。特别是,台湾在2007年的汉光演习中重点演练了AIM-120导弹,如果它进一步引进NCADE,利用其150千米的射程和80千米的射高,一个批次F-16在海峡上空就可以在台湾当面的福建沿海地区建立起内陆纵深70~80千米的弹道导弹防御屏障,从而局部遏制我弹道导弹在东南沿海的优势。
  
  [编辑:李海峰]
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