"铁穹"抢眼，中国&#

2021-07-07 07:00:02　来源: 了不起的中国制造
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导语：在今年5月爆发的新一轮巴以冲突中，以色列“铁穹”拦截哈马斯火箭弹的画面，通过各路媒体“霸占了”我们手中的屏幕。与此同时，不禁有人会问：中国有这样的“铁穹”么？答案是：有！只不过相比无制导的火箭弹，我国的“铁穹”拦截的是威力更大、更难拦截的弹道导弹。
　　图源：https://www.sohu.com/a/312631827 357495
　　
从“640”到“CNMD”：跨越半世纪的反导接力
　　自从弹道导弹在二战末年投入实战，速度快、射程远、威力大、难以防御的弹道导弹就是各国军界的反制重点。早在20世纪60年代时，苏联和美国就研究和部署了第一代反弹道导弹系统。而处在美苏全面封锁和“双重核讹诈”之中的中国，也启动了名为“640工程”的导弹防御系统项目，此阶段的积累虽然有限，但也为中国导弹防御研究奠定了技术基础。
　　图为正在西南某地试验的反击一号（640工程）反导拦截弹
　　而到世纪之交，随着美国重启“国家导弹防御计划”，进一步刺激了其他国家推进导弹防御系统研发的决心。与此同时，随着我国周边弹道导弹与核武技术的扩散，我国也迫切需要有效的反导拦截技术，来更有效地保障我国免受其他势力的侵害。而自2010年1月11日以来，我国先后公开了5次陆基中段反导拦截试验，标志了我国已基本掌握了反弹道导弹技术。
　　
上升段、中段、末段，为何偏偏选择中段
　　与此次“铁穹”所拦截的技术相对简单的（无制导）火箭弹相比，中段拦截的目标——弹道导弹的拦截要复杂的多。但二者面对的目标有一点却是相同的，即都为弹道式飞行器。弹道导弹飞行的状态，其飞行全程一般可分为上升段、飞行中段、末段三个阶段。
　　图：央视截图
　　如新闻中频繁露脸“铁穹”系统，其大部分实施的其实是上升段拦截：由于发射火箭弹的加沙地区为很小的狭长地带，此时刚发射的火箭弹初速较低，在短暂的加速后便处于以速度换高度状态——也即上升段。因此以军有条件将“铁穹”贴近边境部署，对大部分火箭弹可以在速度、高度均不足的情况下进行拦截。然而在面对可对我国实施弹道导弹打击的潜在对手，我国实施弹道导弹防御时显然不具备这样好的拦截阵位，就必须另需它法。
　　图源：中新网
　　可看到正准备拦截的“铁穹”正在逆弹道转向，而此时哈马斯火箭弹仍处于上升段飞行中，二者距离较近使得“铁穹”得以抵在对手门口拦截。
　　而我国此前多次公开的中段拦截，因其可防御面积是末段的10倍以上，加上飞行中段约占整个弹道飞行时间的80%—90%，导弹的弹道相对平稳固定，从而有更高的拦截成功率及更小附带伤害，也成为我国弹道导弹防御的主要研究方向。
　　
新世代“天眼”共筑“反导天网”
　　无论何种拦截方式，首先需要能发现来袭的弹道导弹，同时在其上方进行跟踪、计算飞行弹道，这样才能估计出最佳拦截点。这就需要掌握对大气层外目标的预警、探测、跟踪和识别的弹道导弹预警技术。
　　导弹预警目前主要通过雷达预警与卫星预警两种方式开展。我国弹道导弹雷达预警技术起步较早，有相当的技术积累。在2017年9月在北京展览馆举行的“砥砺奋进的五年”大型成就展中，国产P波段远程战略预警相控阵雷达首次公开展示。P波段介于高频VHF波段和L波段之间，频率范围230~1000兆赫兹，甚至涵盖了超高频UHF波段。与传统的S、C和X波段雷达相比，该雷达组件建造工艺、功耗相对较低。在矩形平面上以圆形密密麻麻排列布置超过1万组T/R收发组件单元，配合雷达新型算法等软件设计的方式，弥补了该波段探测精度的不足；而P波段波长较长、在大气中传播信号衰减小、信号强度大特点，也使得该雷达的探测距离较美国现役的美国“铺路爪”战略预警雷达探测距离
更远，超过5000千米。
　　两款国产P波段预警雷达（图：央视网《砥砺奋进的五年大型成就展网上展馆》）
　　对于居高临下、覆盖范围广，能有效克服电波信号沿直线传播受地球曲率影响的探测导弹预警卫星，我国研发起步较晚，但发展速度也不慢。进入21世纪以来，我国通过实践系列、风云系列等科学实验卫星开展了一系列预警卫星相关关键技术的空间实验。而从2009年至今，我国相继成功发射了多颗前哨系列天基红外预警卫星，初步建成了能够覆盖全球主要地区的太空导弹预警网络。
　　关于前哨系列预警卫星的技术实力从我国民用卫星技术可窥一斑：以2015年发射的高分四号地球同步轨道卫星为例，其装备的可见光50米/中波红外400米分辨率、大于400公里幅宽的凝视相，从3.6万公里外看见大油轮等大型舰船；通过对地高增益信号传输天线，其数据下传码速率为每秒300兆，一幅照片只需要3～4秒即可完成传输；而4～12分钟即可完成对西太平洋一千万平方公里海区的覆盖拍摄，其性能足以承担对弹道导弹发射时段的红外探测能力。因而我国专司导弹预警的前哨系列卫星性能也将只高不低。
　　
“子弹打子弹”，如何确保一击必杀
　　反导拦截被誉为“以子弹打飞行中的子弹”，而要想成功拦截弹道导弹，还要有合适的“弹”能摧毁目标。
　　反导拦截弹弹头（战斗部）分为核弹头、破片、动能杀伤三种方式。全球最早投入反导值班的苏联A-35/A-135系统即采用核弹头作为反导战斗部，但这类弹头高空引爆后本身也会造成地面污染核人员、电子设备损坏；破片杀伤则使用相对广泛，无论是我国早先研制的“反击1号”（大飞散破片杀）、还是美国现役的“爱国者”系列（定向破片杀伤）均有采用。
　　然而与末端反导相比，中段拦截弹的目标往往携带者核生化等大规模杀伤弹头。有研究显示，摧毁常规弹头的能量大约需107kJ，而彻底破坏大规模杀伤弹头所需能量大约为2.4 MJ，大约是摧毁常规单弹头能量的22倍。由于拦截器控制制导精度等原因，为了避免产生较大的脱靶量，拦截空域、速度和机动能力受限，战斗部的重量也不宜太大；而核导弹头为经受高空核拦截环境不同程度运用了弹头抗核加固技术，使得一般破片杀伤只能对弹头起局部破坏作用将目标引偏，不能彻底摧毁弹头。
　　为了确保一击必杀，我国军工科研人员把目光锁定到“直接碰撞杀伤技术”（KKV）——即不使用战斗部爆炸，而是借助动能拦截器高速飞行时所具有的巨大动能，通过直接碰撞摧毁目标。经计算与试验验证，当两个飞行器的相对速度大于5km/s时， KKV的质量只需40g就可实现有效的杀伤；如果KKV的质量为2.3kg，相对速度10km/s，其相撞的动能相当于73kg的TNT爆炸所释放的能量，大约是可靠摧毁一枚洲际弹道导弹所需能量的100倍。因此可以较小体积实现较高的杀伤效能。
　　摧毁不同目标时，破片杀伤弹头提供的能量和KKV直接碰撞所提供的能量比较
　　直接碰撞杀伤技术的拦截弹要想实际应用于战场上，还需解决“零脱靶距离”的技术难题，仅靠单一制导体制往往无法完成上千米射程范围的战术指标要求，为此我国研发的动能拦截器上采用了雷达指令修正加惯导中制导 + 红外寻的末制导复合体制。通过地面弹道导弹跟踪雷达以雷达指令修正加惯导的方式将动能拦截器导引到距离目标一定距离，使其进入末段红外导引头的有效作用范围内，在导引头成功捕获目标后即转入新的末制导。
　　除地面部署的X波段跟踪制导雷达外，包括脱胎自我国洲际导弹项目的“远望”系列测量船都可在预警雷达和卫星的支持下为中段拦截提供目标位置和速度等信息， 引导中段拦截弹在小窗口空域范围内快速完成对目标的截获。图：美国militaryphoto网站/中广军事 刘鹏摄
　　而中段拦截弹作为一种“超远程防空”导弹，在末端制导时却为何未采用常见的主动/半主动雷达制导？大家知道，温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，会不停地发出热红外线。而由于太空背景温度较低，较高温度的高速弹头红外特征较为突出，这个特点使利用红外热成像技术探测和识别较远距离高速运动的空间目标成为可能。另外，由于红外成像不需要较大功率电源，系统更小更轻、功耗更低，也比雷达等制导方式比更适合拦截弹使用。我国动能拦截器末段红外导引头即通过3个256 × 256像元的 HgCdTe（碲锌镉） 红外探测器，实现了对弱信号目标较高的敏感度，通过红外导引头能在约200km捕获目标物并通过姿控发动机实施机动在大气层外实现自主跟踪和直接命中杀伤的能力。
　　大气层外动能拦截器示意图 图：大公报《中国提升反导能力 稳步推进积极防御》
　　
结语：
　　尽管中段反导拦截系统是一套耗资庞大的工程，但随着我国中段反导技术的不断成熟，使之能够远在大气层即织起一张“红色钢铁苍穹”，拔掉部分不轨国家的“核导牙齿”而降低其军事冒险冲动。而它也将在一定程度上维护世界和平和地区稳定，进一步推动核不扩散条约和限制弹道导弹扩散的相关国际共识，从而为维护世界和平和地区稳定贡献中国力量。
　　
参考文献：
　　[1] 吉礼超，宋贵宝。反TBM系统中HTK与破片杀伤技术比较分析 [J];飞航导弹, 2008,001
　　[2] 刘孝马. 大气层外动能拦截器中段制导相关问题研究 [R];国防科学技术大学,2015
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