浅析高超声速导弹的防御

1、高超音速武器的前世今生

“天下武功，惟快不破”。高 超音速武器，一般指飞行速度大于 马赫数5（约1600米/秒）的作战飞 行器，具有高速度、高机动、高射程、高毁伤的突防优势，可对现役 的防御体系带来致命打击，已是各 国争相发展的“杀手锏”武器。目前，高超音速武器主要有两条技术路线：一种是吸气巡航式飞行器， 如美国的X-51、俄罗斯的锆石，另一种是助推滑翔式飞行器，如美国的AHW、HTV-2，俄罗斯的匕首、先锋等。 

美国早在20世纪60年代就开始了高超音速飞行相关技术的研究与探索，并且提出了一系列的高超音速飞行器发展计划。如美国海军和国防部高级研究计划局（DARPA）联合开展的高超音速研究计划—TAT TLRS（高速打击）计划；美国空军的X-51A飞行演示验证计划，以及和DARPA 开展的猎鹰计划；美国陆军的先进高超音速武器计划。苏联也是世界上最早研发高超音速武器的国家之一，在高超音速技术上处于世界领先地位。早在20世纪50年代，苏联就开始进行了银鸟高超音速飞行器的风洞试验，积累了丰富的试验数据；60年代，米高扬设计局设计了两级结构的助推滑翔飞行器MIG-105，第一级为可重复使用高超音速飞机，第二级为升力体飞行器。尽管世界范围内掀起高超音速技术及武器的研究热潮已经几十年，但是高超音速武器的发展道路并不平坦，很多关键技术仍处于试验或探讨阶段，众多项目也是一波三折。如美国的HTV-2项目因两次实验失败而告终，俄罗斯的“冷”“鹰”计划（又称“针”计划、IGLA计划）因财力不支而停止。直到近期俄宣布匕首高超音速导弹进入试验性战斗值勤，高超音速武器得以具备实战能力。

2、高超音速武器的作战优势

高超音速武器汇集了高速、高毁伤、高突防的诸多优势，对未来战争的发展具有深远意义，不仅在打击效果、作战运用层面具有巨大价值，对未来战争态势的改变也具有不可估量的潜力。高超音速武器相对现役武器的最大优势就是快速打击，凭借较高的速度与动能，能够极大提高战斗部的毁伤效能，同时具备了较强的突防能力，可以轻易突破现役的防御体系。在“攻”“破”兼备的优势下，高超音速武器具备“一招制胜”的打击能力，作战优势将向高超音速武器呈现“一边倒”的趋势。作为“一小时打遍全球”的作战平台，高超音速武器可携带常规或核战斗部以超高速度（马赫数为5～25）在临近空间飞行，具备“发现即摧毁”的瞬时打击能力，具有先发制人的战略优势。高超音速武器不仅能作为核威慑力量动摇对方的战略决心，在宏观上取得战略主动，还可以作为常规武器充分发挥“非对称”作战的优势，在实际作战中具有更高的利用价值。未来战争具有高科 技、多维度、非对称的特点，随着一系列新技术、新模式的发展和应用，未来战场也将走向更深远、更广阔的领域。临近空间作为连接近地大气层和外太空的必经之路，已经成为各国必争的战略要地，高超音速武器能够快速控制临近空间，具备高 空高速打击、长航时驻留的先天优势，在未来战争的发展中必将占有 一席之地。 

随着高超音速武器逐步走向战场，对现有防御体系提出了新的难题，未来的防御体系将向更高预警维度、更快反 应速度、更大打击力度的“空天海地”联合防御发展。高超音速导弹的防御中的技术难点包括高超音速武器跟踪难、可探测并持续跟踪高超音速武器等技术难点。

3、高超音速武器跟踪难

高超音速导弹一般分为两类，即高超音速滑翔导弹（HGV）和高超音速巡航导弹（HCM）。HGV 由火箭运载，在离地球 40~50 千米的地方释放。高超音速巡航导弹上装有发动机，在离地面 20~30 千米处释放。高超音速导弹的飞行速度是音速的 5 倍以上，可以在飞行中逃避雷达的探测，故很难发射拦截器将其摧毁。虽然目前的洲际弹道导弹和其它导弹，对防御 

一方仍然存在反应时间上的挑战，但防御一方能发现这些武器。例如，洲际弹道导弹需要大约 20 分钟才能穿越太空，这为防御一方发射陆基或海基拦截弹留出足够的时间。高超音速从根本上改变了这种局面。华盛顿特区的目标、地面机械化装甲纵队和重要地点，都可能在几分钟内被 5 倍音速的高超音速武器摧毁。这些武器在飞行中也会机动，有时会沿着地球 

大气层的边缘，以压倒性的高速度攻击目标。现在五角大楼想用新的空间传感器层技术来发现它们，只有这样，才有可能将高超音速导弹直接从空中击落。目前，弹道导弹防御局授予 L3 Harris、雷锡恩、诺斯罗普·格鲁曼和莱多斯公司“高超音速弹道导弹跟踪空间传感器”（HBTSS）的二期开发项目合同。诺格公司正在研究一种高性能、廉价、可生存和可扩展的天基传感解决方案。该公司在高超音速和弹道导弹防御方面用的端到端、多领域的方法，涵盖了从海上到太空，以及电磁和网络环境等多个作战领域的技术。

4、可探测并持续跟踪高超音速武器

HBTSS 的设计目的是用一个传感器的有效载荷探测并持续跟踪高超音速威胁，以便给地面军事指挥官赢得时间以采取反制措施摧毁空中导弹。由于高超音速飞行器速度快、脱离单颗卫星探测范围时间快，所以如果想要对其进行监测和跟踪，必须要通过一整套通信效率非常高的卫星链才能实现，最简单也要有好几颗卫星协同工作，才能实现这种有效监测。弹道导弹防御局现在运行“天基跟踪和监视系统”（STSS，2001 年天基红外系统的低轨道星座部分从美国空军转交给弹道导弹防御局，并改名STSS），该系统的核心是两颗轨道高度 1 350 千米、 

倾角为 58 度、轨道周期为 120 分钟的卫星。STSS 装有能够探测可见光和红外光的传感器，并作为弹道导弹防御的试验性空间跟踪器系统。但 STSS 无法有效跟踪高超音速武器。据弹道导弹防御局发言人玛丽亚·恩约库称，HBTSS 将与美国国家航天防御体系（National Space Defense Architecture）集成，后者在不同轨道部 署不同系统，以探测和跟踪常规弹道导弹以及洲际弹道导弹等其它威胁。根据目前五角大楼和工业界的说法，HBTSS 使防御高超音速成为可能。HBTSS 将是一个由环绕地球轨道的卫星群上的传感器组成的网络，可全球监测。 

HBTSS 采用特殊的设计理念，将使用持久红外传感器跟踪高超音速武器从发射到发生作用的全部轨迹。美军目前的感知系统没有能力全程跟踪高超音速武器，因为其轨道位置开始时非常高，但随后会下降到很低，使目前的传感器看不到它。弹道导弹防御局正在与空间发展局、DARPA 和美国空军合作研制 HBTSS。

5、“星链”对高超音速导弹的预警反导的影响

高超声速导弹的快速发展和实战化应用，给导弹防御系统带来了前所未有的压力。然而，“星链”的出现填补了导弹预警体系中针对高超声速武器的防御漏洞。低轨卫星可以通过“接力”的方式，实现全球范围的覆盖，特别是可兼顾到高纬度区域。此外，“星链”拥有发射全向波束的能力，可以对导弹和航天器进行遥测、跟踪和控制，进而提高对敌方运载火箭、导 

弹轨道的高精度预测和预警能力，为后续的拦截提供信息支持。美国的“黑杰克”项目和下一代国防太空 架 构 ，都 与“ 星 链 ”项 目 紧 密 结 合 。美 太 空 发 展 局（SDA）提出的下一代国防太空架构，分为 7 个层次，每个层次都有其功能，包括数据传输与通信，目标探测、预警、跟踪和指示，监控时敏目标，导航，战场管理和地面支持等。下一代国防太空架构不是短期内能够建成的，因此，美军必须利用商用低轨卫星星座，“星链”无疑是首选。 

美太空军计划在其未来的导弹预警体系中，将取消地球同步轨道，以及大型、昂贵的卫星，重点发展低地球轨道上的卫星。可见，美反导预警发展的风向标已经完全指向低轨卫星，通过低轨卫星灵活、弹性的太空架构，依靠传感器数量上的优势来获取大量的目标信息与

数据，达到有效对抗高超声速导弹的目的。“星链”的数量和规模完全打破了已有的太空力 

量平衡，庞大的数量使得采用动能型武器对其进行的杀伤变得失去意义，就算少数卫星受到攻击，通过快速增补卫星或者通过软件调整调用其他卫星的载荷使其替代受损卫星，卫星星座整体功能不受影响，充分体现出高弹性卫星的强壮性。如果“星链”同时搭载了光学观测载荷，结合其重访率高的优势，对于全球主要地区，让每个时间段天顶方向都有几颗卫星飞过，可实现 24 h 不间断光学监控，通过大数据系统自动识别、分类跟踪和图像识别系统，主要地区和重点目标，甚至包括动目标的活动情况尽在美军掌握之中。 

6、高超音速飞行器弱点

先进的高超声速导弹有一些相同特性，这为防御者提供了机会。持续高超声速飞行，这种物理现象为高超声速防御设计提供了可以利用的信息。根据定义，高超声速飞行是大气飞行。因此，高超声速防御可以更好地理解为一种复杂的防空形式。为了预测和应对“进入或 穿过大气层”的日益多样化的威胁，有必要将其定义为这样的威胁。高超声速武器经历了有挑战的气热条件，后者限制了当前的制导、控制和材料技术。在以大约马赫数20 的速度重新进入大气层后，洲际范围的高超声速滑翔器经历了极端的压力和振动模式，以及超过 4000 华氏度的温度。 在这种环境中，飞行器周围的大气分解成等离子体， 与机身表面剧烈反应。弹道再入飞行器在大气再入过程中会经历数十秒的类似情况，而高超声速武器必须在类似条件下忍受数分钟。在这种环境下，要确保性能可靠，通常需要特殊的材料和高度集成的设计，尤其对于更高的速度来说更是如此。虽然商用飞机子系统通常可以单独设计并在以后集 成，但高超声速导弹机身结构、航空电子设备或隔热材料的变化可能 改变其他每个子系统的设计考虑因素。例如，高超声速飞行器机身基本形状或重量分布的微小变化，可能对热和推进系统性能以及精度产生下游影响。为了确保升力、阻力或稳定性特性，我们的设计可能要选择更重的隔热层或不同形状的进气口，而这些反过来会影响机身形状、成本、质量和控制系统决策。

预测高超声速系统性能很困难，这些问题因此更加复杂。各种物理现象以非线性方式相互作用，从而加热高超声速飞行器和破坏其稳定性，或破坏超燃冲压发动机的性能。边界层过渡建模很困难（飞行器周围突然形成的高温湍流气流），这阻碍了早期掌握高超声速飞行的努力。预测边界层过渡，这需要设计师对大量变量建模，包括飞行器形状和周围气流、表面纹理，以及在高超声速情况下和在高超声速发动机内，过热气体等离子体和飞行器表面之间的化学相互作用，这些相互作用随着表面侵蚀而随时间变化。

7、高超音速导弹的防御方法

高超声速防御的一个最重要的计划要素是一个具有弹性和持久性的空间传感器层，以便观察、分类和跟踪所有类型、方位角和轨迹的导弹威胁。第二个最重要的计划要素是滑翔段拦截弹。到目前为止，高超声速防御投资并不多，只是高超声速打击投资的一小部分。按照目前的速度，滑翔段拦截弹可能要到 21世纪 30 年代才能部署，但这一速度也可能会加快。即使没有空间传感器层和滑翔段拦截弹，防御设计也可以使用现有传感器和替代效应器，以限制高超声速导弹的机动预算，引导威胁，并以有利于防御者的方式增加其他成本。使高超声速武器具有吸引力的相同特征，为防御者提供了新的失效模式。包括使用区域效应器、 补充“命中杀伤（hit-to-kill）拦截，高功率微波系统、21 世纪版本的高射炮弹、其他针对高超声速飞行体制弱点的手段。 

防御全谱高超声速导弹威胁，不会由单一的、万能方案来解决。为利用高超声速飞行的关键漏洞，我们进行了大量努力，高超声速防御因此会更加容易。

高超声速武器具有弹道导弹和巡航导弹所没有的局限性。除了上述设计挑战外，在恶劣的高超声速环境中，部署诱饵和对抗措施也要困难得多。高超声速防御不需要在冷真空的太空中将弹头与其他物体区分开来，从而免除了弹道导弹防御中最棘手的挑战之一。高超声速武器受到空气阻力阻碍，其飞行时间可能比穿越相同距离的弹道导弹长。最后，虽然高超声速、亚声速和超声速巡航导弹可以机动，但高超声速武器可能呈现更亮的红外特征，在更高、更可探测的高度飞行，并且可能不会频繁或急剧机动。 高超声速飞行挑战特殊，防御 者可能另辟蹊径。根据定义，高超声速滑翔器在机动时会消耗能量。

防御设计中，我们可利用这些行动，迫使高超声速滑翔器早期和经常机动。此外，高超声速飞行的恶劣条件（边界层过渡的风险、冲击波管理的需要），形成了一些漏洞，而不同杀伤机制可以利用它们。对结构或周围气流的较小冲击或扰动，就可能干扰高超声速武器。

高超声速武器的每一个优势特征都意味着成本增加。在大气层中长时间飞行，它们可能出现新的故障。它们的机动能力以消耗能量和射程为代价。正如弹道导弹防御以弹道的可预测性为导向，根据高超声速飞行状态的脆弱性，高超声速防御也可调整。与弹道再入飞行器 相比，在击溃高超声速武器机身方面，“命中杀伤”的含义可能有所不同。 

高超声速系统的设计和制造难度是另一个弱点。采用多种击溃机制、动能效应器、电子战和各种类型的定向能系统的防御体系结构，将给高超声速武器设计师带来重重难题，他们必须针对更广泛的影响优化设计。设计性能裕度很小的武器，很容易受到防御系统特性边际

变化的影响。为了克服这些不确定性，对手可能被迫采用更保守、能力更弱的武器设计。这些动态反过来影响了发展高超声速武器的成本以及更广泛的攻防关系。高超声速防御设计要利用这些“严格公差…和高超声速武器必须克服的独特敏使用分布式和高架传感器平台和前 

方警戒线，可探测从高超声速到亚声速的较低飞行威胁。我们可能还需要一种不同的持久方法，并在整个联合部队中使用非专用要素。高超声速防御绝非易事，但也并非不可能。高超声速导弹不是最佳方案，也可以阻挡。通过系统对系统的方法，部署空间传感器和改进的拦截器，并采用其他富有想象力的方式，瞄准高超声速飞行的独特特性，高超声速防御问题将被视为一种复杂、但更容易处理的防空形式。

碳复合材料再入飞行器的前端受损情况

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编辑：黄飞