導(dǎo)彈技術(shù)專家郭衍瑩:淺談對高超聲速武器發(fā)展的三個認(rèn)識誤區(qū)
【知遠(yuǎn)導(dǎo)讀】縱觀當(dāng)今軍事強國的武備發(fā)展進(jìn)程,高超聲速武器無疑已成為各國正在攻堅的目標(biāo)。在談到此類武器時,眾多軍事科普報刊或是軍事自媒體往往喜歡熱熱鬧鬧烘托氣氛,并無安靜認(rèn)真研究相關(guān)技術(shù)問題的耐心。這就導(dǎo)致了當(dāng)前相關(guān)讀者在了解高超聲速武器的發(fā)展進(jìn)程時易被誤導(dǎo),陷入幾個普遍的認(rèn)知誤區(qū)。 就此,知遠(yuǎn)公眾號特約航天部二院退休研究員郭衍瑩老師(航天部突出貢獻(xiàn)專家,國務(wù)院政府特殊貢獻(xiàn)津貼專家)就此問題談一談他個人的看法和認(rèn)識。 誤區(qū)之一:攔截高超聲速導(dǎo)彈的最大難點在于其高速。 解讀:雖說“天下武功唯快不破”,但某些媒體只注意到這種武器的高超聲速特性,卻沒注意到它具有作“不規(guī)則變軌飛行”的能力。 攔截高超聲速導(dǎo)彈的難點是什么?估計有些媒體和讀者的回答是:難點在于導(dǎo)彈的速度極快,高超聲速,可達(dá)到馬赫數(shù)10及以上;使對方的跟蹤雷達(dá)全部失效。其實這一說法并不全面,甚至?xí)谷水a(chǎn)生誤解。因為按此邏輯,洲際彈道導(dǎo)彈在中段飛行時速度也可達(dá)到馬赫數(shù)20以上;該算是最高水平的高超聲速武器了。再推論下去,攔截高超聲速武器的任務(wù)完全可交予攔截彈道導(dǎo)彈的系統(tǒng)來完成。再去專門研究如何反高超導(dǎo)彈就意義不大了。這當(dāng)然是誤解和誤導(dǎo)。 彈道導(dǎo)彈之所以不算是高超聲速武器,因為它基本上是循固定彈道飛行(準(zhǔn)拋物線),地面雷達(dá)可以不斷預(yù)測并跟蹤它的飛行軌跡,制導(dǎo)反導(dǎo)系統(tǒng)能對它進(jìn)行攔截。我并不是說高超聲速導(dǎo)彈技術(shù)一定比彈道導(dǎo)彈技術(shù)復(fù)雜,而是說這是兩個不同概念。我認(rèn)為,首先要把一些基本概念厘清。第一,什么才算是高超聲速武器?當(dāng)前國內(nèi)外公認(rèn)的定義:一是在大氣層內(nèi)飛行速度大于馬赫數(shù)5;二是具備在大氣層內(nèi)(尤其接近目標(biāo)時)作大范圍不規(guī)則機動飛行的能力。后一能力也許更重要,因為導(dǎo)彈不可能一直按照十幾馬赫的高超聲速飛行,當(dāng)它接近目標(biāo)時速度必須下降至接近馬赫數(shù)5,才能使導(dǎo)彈有能力精確鎖定地面目標(biāo),直至摧毀。此一階段主要得靠導(dǎo)彈作不規(guī)則機動飛行來躲避反導(dǎo)雷達(dá)的跟蹤和攔截。所以高超聲速導(dǎo)彈的厲害在于它既具備超聲速、又能作不規(guī)則的機動飛行(有專家稱之為“詭異莫測飛行”),地面反導(dǎo)雷達(dá)很難跟蹤它。所以不能籠統(tǒng)地說高超聲速導(dǎo)彈的厲害在于其極高的速度???,固然有利于躲避雷達(dá),但也會給飛行體本身準(zhǔn)備精確鎖定和打擊目標(biāo)增加困難。據(jù)國內(nèi)外有些專家的看法,在接近目標(biāo)時導(dǎo)彈的速度通常約為馬赫數(shù)5-7。 第二個概念是弄清高超聲速武器的作戰(zhàn)模式。目前世界公認(rèn)的高超聲速武器主要有二大類:一是高超聲速滑翔飛行器,它以彈道導(dǎo)彈或火箭為載體,待飛行至再入段后(再入大氣層),飛行器從載機發(fā)射出,然后作變軌式滑翔飛行(無動力),直至接近目標(biāo)。可簡稱為“助推-滑翔”模式。二是高超聲速巡航導(dǎo)彈,它可在大氣低空中作自主機動飛行,需要依靠超燃沖壓發(fā)動機或其他高速吸氣式發(fā)動機來提供動力。除這二類外也有例外。如俄羅斯的“匕首”,有人認(rèn)為是“助推-滑翔”式,有人認(rèn)為是巡航式。從高超聲速武器的觀點來看,它還只是發(fā)展的初級階段;所以也有人稱它為“另類”。但畢竟它已定型投產(chǎn),已投入實戰(zhàn)。而不只是“紙上談兵”。 圖1是某典型助推-滑翔式高超聲速武器作戰(zhàn)全過程的示意圖,錄自國外科普資料。由圖可見,一些媒體所說某某高超聲速導(dǎo)彈的速度達(dá)到馬赫數(shù)10-20,大都是指在再入點或再入點之前,載機在大氣層外飛行時的速度。再入速度太快,將導(dǎo)致導(dǎo)彈難以改變自己的飛行軌道作機動飛行,難以精確打擊敵方的點目標(biāo)(如發(fā)射井)和機動目標(biāo)(如航母)。所以要求導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)在再入段調(diào)整好導(dǎo)彈的姿態(tài),調(diào)整好飛行角度,把速度降下來,力求獲得高的升阻比。接下來飛行器(導(dǎo)彈)脫離載機,然后它能像打水漂的石頭那樣跳躍式前進(jìn)。它的原理可以用空氣動力學(xué)基本原理來說明:在超高聲速氣流中,彈頭附近空氣形成高密度的激流,對導(dǎo)彈(一般采取成扁平的乘波體結(jié)構(gòu))產(chǎn)生很大的向上浮力,使導(dǎo)彈像打水漂用的石片那樣跳躍式前進(jìn)。這種跳躍式前進(jìn)又可分成二類,一是桑格爾彈道,導(dǎo)彈是沿著大氣層內(nèi)外作跳躍式前進(jìn);二是錢學(xué)森彈道,導(dǎo)彈是在大氣層內(nèi)作跳躍式前進(jìn)。
圖1:助推-滑翔式高超聲速導(dǎo)彈作戰(zhàn)過程,圖中: (發(fā)射段)助推火箭將滑翔飛行體發(fā)射升空 (分離段)滑翔飛行體與助推火箭分離 (下降段)受氣動力學(xué)控制飛行器先升至大氣層外預(yù)定最高點,然后下降再入大氣層 (上拉段)不同于彈道導(dǎo)彈的拋物線彈道,飛行器先下降后上拉,然后過渡到滑翔段 (滑翔段)滑翔速度大于1哩(英里)/秒,并以飄忽不定(erratically)的機動方式飛行,以躲避反導(dǎo)雷達(dá)的追蹤 (沖擊段)飛行器以巨大的動能俯沖并擊毀目標(biāo),無論它有無引爆的戰(zhàn)斗部 讀者在研究圖1時請注意二點:一是在滑翔段,它的速度大于1哩/秒,大約相當(dāng)于馬赫數(shù)6左右。圖注還強調(diào),它是以飄忽不定(erratically)的機動方式飛行。二是注意導(dǎo)彈軌跡具有上拉段(Pull-up phase),是助推-滑翔體制的特點之一,它可使滑翔飛行軌跡具有更大機動性。2019年7月間,NK發(fā)射型號不明的短程導(dǎo)彈。美韓根據(jù)其飛行速度大于5倍聲速,且存在上拉段,判斷它為高超聲速導(dǎo)彈。 如果是巡航體制,導(dǎo)彈自己有動力,所以可按照設(shè)定的程序依靠不同方向的噴嘴或舵機作矢量機動飛行(如S形或螺旋形軌道前進(jìn),其機動過載可達(dá)20g以上)。當(dāng)然還要兼顧飛行穩(wěn)定性和可操縱性。所以一些專家學(xué)者認(rèn)為,高超聲速導(dǎo)彈之所以難以攔截,與其說是因為其極高的速度,倒不如說是因為其具備詭異莫測的變軌飛行能力。 誤區(qū)之二:高超聲速導(dǎo)彈目前無法攔截。 解讀:地面反導(dǎo)系統(tǒng)有無攔截高超聲速導(dǎo)彈的能力,最主要取決于兩大因素:一是雷達(dá)有無跟蹤、鎖定高速以及機動飛行目標(biāo)的能力;二是攔截彈有無高于目標(biāo)的機動過載能力。 這也是個誤區(qū),理由很簡單,那就是有矛必有盾。矛和盾(攻擊和防御武器)從來就是相生相克的。不會有所謂的“終極武器”,不管是矛還是盾,它都會有自身軟肋。譬如“匕首”導(dǎo)彈,盡管俄羅斯領(lǐng)導(dǎo)人親自出面說它可以穿透當(dāng)今世界任何一種防御系統(tǒng),但國內(nèi)外一些專家還是有根有據(jù)地指出了它的一些軟肋。從圖2來看,“匕首”其實是一枚從俄制“伊斯坎德爾-M”戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈發(fā)展而來的“空射型彈道導(dǎo)彈”;它的大部分飛行時間和彈道導(dǎo)彈一樣(彈道可預(yù)測),只在飛行末端依靠彈體尾部幾片小鰭片作了一點對準(zhǔn)目標(biāo)的機動飛行。但其機動性與再入的彈道導(dǎo)彈彈頭的機動性相比,水平并無多大差別。但它也算不上是巡航導(dǎo)彈體制,因為它靠飛機射出后獲得初速(最大可至米格的極速,約馬赫數(shù)2.8),之后啟動導(dǎo)彈自身的發(fā)動機(注意是一般的固體發(fā)動機,不是沖壓發(fā)動機)繼續(xù)加速飛行,而不是作滑翔飛行或巡航飛行。所以在“匕首”的飛行末端,肯定有一段速度已下降而又不能顯示多大機動飛行能力的時間,地面防御系統(tǒng)方如果能利用好這個“軟肋時間”,就有可能大大增加攔截的成功概率。前一時期,烏軍聲稱用“愛國者”導(dǎo)彈系統(tǒng)攔截了“匕首”導(dǎo)彈,從原理上講是存在這種可能性的。
圖2:俄“伊斯坎德爾-M”戰(zhàn)術(shù)彈道和“匕首”高超聲速導(dǎo)彈氣動外形比較 一些業(yè)界專家認(rèn)為,地面反導(dǎo)系統(tǒng)有無攔截高超聲速導(dǎo)彈能力,最主要取決于兩大因素,一是雷達(dá)有無跟蹤、鎖定高速以及機動飛行的目標(biāo)的能力;二是攔截彈有無很高的機動過載能力(必須高于目標(biāo)的機動過載能力)。其實新型雷達(dá)(例如脈沖多普勒體制)跟蹤一般高速目標(biāo)(彈道基本上是固定的)難度并不算大,一般第三代以上地空導(dǎo)彈系統(tǒng)都具有一定的能力。原因正如前述導(dǎo)彈的軌跡可以預(yù)測和外推。譬如俄羅斯官方曾宣布,它的S-300系統(tǒng)可攔截速度達(dá)2.8km/s(約馬赫數(shù)10)的目標(biāo);它的S-300-2和S-400可攔截4.8km/s(約馬赫數(shù)16)的目標(biāo);它的S-500可攔截7km/s(約馬赫數(shù)23)的目標(biāo)?!皭蹏?3”雖無官方數(shù)據(jù),但一般認(rèn)為其水平大致和S-300相當(dāng)或稍高。要攔截速度為十幾個馬赫的高速目標(biāo)并非完全無能為力,可要攔截超高速+變軌機動飛行目標(biāo)就完全不是那么回事了。從技術(shù)層面上講,要跟蹤這樣的目標(biāo),首先地面雷達(dá)接收機必須是寬頻帶;能無失真地接收和處理各種突變信號。例如“薩德”系統(tǒng)的火控雷達(dá)AN/TPY-2,帶寬是“愛國者”系統(tǒng)的167倍(此系官方數(shù)字;見航天208所編的《世界航空反導(dǎo)導(dǎo)彈手冊》),大約為2GHz左右。它有一定的跟蹤高速+機動飛行目標(biāo)的能力,因為它能無失真地接收和處理目標(biāo)在機動飛行時產(chǎn)生的各種突變雷達(dá)回波(“薩德”這一能力往往被一些媒體忽視),同時還具有目標(biāo)識別(分辨真假彈頭和誘餌)的能力,當(dāng)然研制起來也有很大難度,似乎至今沒見有類似水平的相控陣?yán)走_(dá)。另外,“薩德”的攔截彈即使飛至100千米以上大氣層內(nèi)外時,仍具有較高的機動過載能力和碰撞殺傷目標(biāo)(kkv)的能力。不過對付機動性有限的“匕首”不需要有多大的帶寬,所以,“愛國者”系統(tǒng)從原理上講確實存在成功攔截的可能性。 當(dāng)然,“盾”的方面也會存在軟肋,美俄的反導(dǎo)攔截系統(tǒng)都有其各自的問題,易被“矛”方抓住突破,此間不再展開探討,如果讀者有興趣,我可以單獨整理成文。 攔截成功率。試驗論證,經(jīng)JEON措施后的“薩德”+愛國者-3,就能在末端防御中有3次攔截機會。MDA的智庫們認(rèn)為,多次攔截將大大提高對高超聲速導(dǎo)彈的攔截成功率。起到1+1大于2的作用。(
國內(nèi)一些媒體尚未注意到JEON的作用和重要性
) 韓國對這種防御方案最感興趣。據(jù)外媒報道,從2022年起,駐韓美軍和韓軍曾一起對“薩德”和“愛國者”系統(tǒng)進(jìn)行過多次JEON聯(lián)試,取得成功。不僅如此,韓國最近為了應(yīng)對朝鮮方面高超聲速武器的快速發(fā)展(NK于2021年9月宣布成功試射“火星-8”高超聲速導(dǎo)彈),正在花巨資打造韓國版的高超聲速導(dǎo)彈攔截系統(tǒng)。韓國現(xiàn)在正在研制的L-SAM反導(dǎo)系統(tǒng),據(jù)報道已于本月(6月)初試射成功(四次試射,三次成功;攔截彈采用KKV動能碰撞技術(shù)),射程為150千米左右,攔截高度為40-100千米,仍嫌指標(biāo)較低。韓方?jīng)Q定現(xiàn)在就啟動在這一原型基礎(chǔ)上進(jìn)一步升級改進(jìn)的L-SAM-2;預(yù)計其射程(200千米)、攔截高度(40-150千米)指標(biāo)非常接近于“薩德”,因此韓國自詡其為“韓版薩德”。韓軍方設(shè)想,一旦它服役,就能構(gòu)成韓國版的多層次反高超聲速導(dǎo)彈的防御系統(tǒng),如圖3。其中L-SAM-2和“標(biāo)準(zhǔn)-3”艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)(或“薩德”系統(tǒng))一起負(fù)責(zé)攔截高度40-150千米和更高的來襲導(dǎo)彈;L-SAM負(fù)責(zé)攔截40-70千米高度的導(dǎo)彈;美制“愛國者-3”或韓制M-SAM-2“天弓”防空導(dǎo)彈系統(tǒng)負(fù)責(zé)攔截高度15-40千米甚至更低的導(dǎo)彈。整個大系統(tǒng)將被賦予JEON聯(lián)合作戰(zhàn)能力。
由此可見美韓對高超聲速導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的思路都是:多層次攔截再加上JEON。
據(jù)韓國自稱: 它的這個系統(tǒng)一旦完成并投入戰(zhàn)斗,將是世界上第一(或首款)高超聲速導(dǎo)彈防御系統(tǒng)。