小鐵球也能有大用——簡述反導導彈動能攔截器
根據報道,2020年11月16日,美國成功在夏威夷附近海域使用宙斯盾驅逐艦,發(fā)射RIM-161“標準3”導彈擊落了一枚模擬的洲際彈道導彈靶標,這是人類歷史上首次成功的由海上平臺對洲際導彈目標進行的反導系統(tǒng)攔截測試。該實驗證明,美國完全有能力在海洋建設一支浮動的反洲際導彈陣地,對于洲際打擊能力不足的國家可謂是一個巨大的現(xiàn)實威脅。

雖然最近幾年中美都展示過中段攔截彈道導彈的技術,但是我想大部分的軍迷朋友都不了解標準3是什么樣的一種導彈,尤其是當大家聽到如此強悍的導彈只不過是一枚長6.55米,重1.5噸,比起S-300PMU2的48N6導彈還略輕一點的防空導彈時,大家一定會感到震驚——是什么力量讓它如此“嬌小”的身軀具備攔截如此飛行高度的彈道導彈的能力呢?

今天,我們就來認識一下讓標準3如此緊湊有效的“殺手锏”——動能攔截器(KKV,也叫KW)。

導彈載荷和射程的取舍——只有越輕,才能飛得更高
攔截洲際彈道導彈早已有之,早在上世紀60年代,美,蘇,中都先后開始了自己的反導攔截系統(tǒng)的開發(fā)。其中,比較為人所知的是世界上唯一戰(zhàn)備值班的蘇聯(lián)A-35/135“橡皮套鞋”核戰(zhàn)斗部攔截導彈,以及我國“640工程”下的“反擊系列”攔截導彈。






無論是蘇聯(lián)的A-35橡皮套鞋,還是中國的640工程,都給人一種直觀的感覺:尺寸超級大,部署難度高,配套設備特別多。而且,由于當時計算機系統(tǒng)薄弱,就算是蘇聯(lián)傾盡全力為莫斯科打造的A-35反彈道導彈系統(tǒng),由于計算機的薄弱(當時最好的蘇聯(lián)M-40晶體管計算機只能達到每秒40000次計算),鎖定目標也很少,而且很難分辨導彈彈體、分離的彈頭和誘餌彈。最要命的是,由于戰(zhàn)斗部會在高空核爆炸,它在摧毀來襲導彈同時,也會釋放強大的EMP,這會導致本國的雷達系統(tǒng)短暫失明,甚至部分缺乏保護的設備會被燒毀,所以它必須在戰(zhàn)斗部起爆前關掉該方位的雷達,以避免被EMP燒毀。
因此,在1985年蘇聯(lián)人員的評估中,A-35、A-35M系統(tǒng)只能在每一個方向攔截1枚來襲導彈,或者集中火力擊毀一個方向同時密集來襲的6枚潘興2導彈——這顯然無法抵御冷戰(zhàn)高峰時美蘇各自部署的數千枚彈道導彈。因此,在美蘇部署的核彈頭突破10萬(1980年巔峰時期美國約4-5萬,蘇聯(lián)5-6萬),彈道導彈超過2000枚(潛艇和地面中程彈道導彈都計入的情況)的大背景下,這種系統(tǒng)可謂是“雙拳難敵四手”,而且部署成本遠大于部署同等數量的核導彈,因此雙方不約而同選擇了建設機動性更強,生存力更高的機動式洲際導彈和性能更強的“俄亥俄級”、“臺風級”核潛艇,企圖用“二次核反擊”、“確保互相毀滅”的手段迫使對方不敢打核戰(zhàn)爭。就這樣,雙方終于把對手逼上了談判桌,開始了曠日持久的核裁軍,而反彈道導彈也一度銷聲匿跡。
不過,到了1991年海灣戰(zhàn)爭時,一個前所未有的戰(zhàn)斗出現(xiàn)了——愛國者導彈在實戰(zhàn)中成功攔截了伊拉克的“飛毛腿”導彈。雖然在戰(zhàn)后的統(tǒng)計中,PAC-2導彈反導彈能力并不如宣傳的那樣夸張,但是這確實是給大家眼前一亮——原來,彈道導彈確實是可以攔截的!這樣一來,無論是大國欺負小國的戰(zhàn)爭,還是兩個不大的國家彼此互相殘殺,在雙方都沒有足夠的彈道導彈儲備下,只需要購置良好的防空導彈,即可有效降低對手的彈道導彈威脅。因此,在1991年后,不僅愛國者導彈大賣,連俄羅斯的S-300也搭上了順風車,一路在軍火市場上高歌猛進,而且也確實是在2020年納卡沖突中展現(xiàn)了實力:阿塞拜疆的S-300PMU2成功擊落數枚亞美尼亞的飛毛腿導彈。

在海灣戰(zhàn)爭硝煙還未散去時,美國已經在認真分析海灣戰(zhàn)爭的反導成功數據和失敗數據。根據最終的結果,愛國者2導彈雖然成功擊中了41枚飛毛腿導彈,但是并未導致任何一枚被摧毀。經過大量實地調查后,美國終于確定了原因:因為愛國者導彈本來是為了防御飛機設計的,采用連續(xù)桿近炸戰(zhàn)斗部,會在敵機5-10米處起爆,形成大量碎片把敵機打成馬蜂窩;但是,洲際彈道導彈在重返大氣層時會拋棄掉推進器,只留下一個圓錐形的彈頭,在對于速度是飛機五倍以上,截面僅為飛機百分之一的彈道導彈目標時,這樣大面積飛散的破片效率就會大幅減弱;同時,由于洲際導彈重返大氣層的速度足有20-30馬赫,會產生極大的摩擦熱量,因此彈頭又非常堅固,小型的破片打在上面就如同一把霰彈槍去轟炸一個坦克的裝甲。因此,用破片戰(zhàn)斗部去打中程、洲際導彈戰(zhàn)斗部是不合適的。

經過一系列論證,美國終于找到了理想的反彈道導彈戰(zhàn)斗部,這就是本篇的主角——動能攔截器。

動能攔截器——導彈中的APFSDS
談起現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的動能武器,大家一定不會陌生:無論是戰(zhàn)場上應用最多的單兵輕武器,還是坦克炮發(fā)射的無炸藥的APFSDS穿甲彈,都是動能武器的一份子。


說道坦克炮,對于坦克發(fā)展史有興趣的朋友都會列舉出一連串著名坦克炮和炮彈的數據,在此本人就不班門弄斧了??v觀坦克發(fā)展史,我們會發(fā)現(xiàn),隨著坦克越來越厚,裝甲傾斜角度越來越大,傳統(tǒng)的等口徑裝有炸藥的穿甲彈已經不敷使用,在二戰(zhàn)中期開始,各國便開始采用穿甲力更高的純動能彈,一開始是APCR高速穿甲彈,它的原理是一個高強度的彈芯嵌套在一個風帽中,打中裝甲后彈芯迅速穿入裝甲內部;后來,英國人在6磅反坦克炮,17磅炮采用了更為先進的APDS穿甲彈,它發(fā)射后彈托迅速脫離,只剩下彈芯高速前進擊穿坦克;最后,人們發(fā)明出了更具有效力的尾翼穩(wěn)定次口徑脫殼穿甲彈,即為目前坦克的主要反坦克武器。他們只有一個共同特點——將所有的推進劑的力量盡可能集中在一個截面很小的彈體之上,以強大的動能撕破敵人的坦克。


美國也是世界上APFSDS最先進的國家之一,海灣戰(zhàn)爭中,綽號“銀子彈”的M829A1貧鈾脫殼穩(wěn)定穿甲彈擊毀了大批坦克。聯(lián)想到堅固的中遠程彈道導彈的彈頭外殼和越來越無力的碎片戰(zhàn)斗部,美國人聯(lián)想到,這不就是二戰(zhàn)時越來越硬的坦克和越來越無力的裝藥穿甲彈的再現(xiàn)嗎?所以,美國在上世紀90年代末,創(chuàng)造性的將導彈戰(zhàn)斗部改成無炸藥的動能戰(zhàn)斗部,制成了適合攔截彈道導彈的動能攔截器,并廣泛應用于愛國者PAC-3,THAAD(薩德),RIM-161標準3和NMD(國家導彈防御系統(tǒng))之上。
采用動能攔截器后,導彈由于省去了數十千克乃至數百千克的大型碎片戰(zhàn)斗部,整體變得更輕,但由于力量得以集中在導彈彈頭之上,反而令其殺傷導彈的性能更加出色。成為當代反導系統(tǒng)首選戰(zhàn)斗部。迄今為止,美國,以色列,中國,印度已經先后具備該技術的研發(fā)和裝備能力。


集中力量于一點突破——動能攔截器的特點和難點
動能攔截器可以看做是一個無炸藥導彈火箭。它的整體結構主要包括幾點:導引頭、控制系統(tǒng)、撞擊器、火箭發(fā)動機和末端姿態(tài)控制器。

反導攔截彈的導引頭大致類似于一般的防空導彈。不過,由于彈道導彈目標尺寸遠小于飛機目標,而且動能戰(zhàn)斗部必須準確撞擊目標才會有效果,所以它的導引精度要求大于絕大多數的防空導彈,這也是制約它成本的最大原因。為了提升末端分辨率,目前末端導引頭都采用復合制導,以主動雷達制導導引頭為主力,輔之以末端紅外成像技術,以確保在誘餌彈頭和其他干擾因素下定位導彈真身所在之處,并迎頭撞擊。

為了確保撞擊力度完全傳遞到目標之上,動能攔截器的彈頭也必須是密度較大,質量較高的物體,一般是以鋼鐵甚至鎢合金制造,高密度的彈體能夠確保在碰撞時自身不被撞壞,同時最大限度把沖擊動能轉移到目標身上,使其徹底損毀失去危害性。這對于攔截內藏核戰(zhàn)斗部的洲際導彈,裝有生化彈頭的戰(zhàn)術導彈格外重要。
末端機動系統(tǒng)也是動能攔截器必須的裝置??紤]到目前彈道導彈都能夠末端變軌和機動,攔截方一般會選擇導彈平飛的中段進行攔截(這就是所謂的“中段反導”),但是現(xiàn)實中很難確保每次都卡在對方飛行中段進行攔截,因此還有必要重視末端攔截——尤其是中國這樣發(fā)達地區(qū)和首都都在沿海,且沒有海外基地的國家,基本上只能進行末端攔截、因此,為了跟上導彈的機動性,動能攔截器也自然需要超過導彈彈頭的機動性才能確保迎頭撞擊對方,這對于導彈飛控計算機、末端姿態(tài)控制器都是非常高的要求,所以這樣的導彈成本通常遠大于一般的防空導彈。
除了動能攔截器的本身以外,另一個部件也是格外重要——導彈的助推器系統(tǒng)。

由于反導本身的難度遠大于防空,所以現(xiàn)實中為了攔截非常重要的目標,往往需要對一個目標發(fā)射多個導彈確保擊毀。所以,愛國者3導彈在使用動能攔截器降低自身總重量的同時,還將備彈提升到原先的4倍,以確保足夠的火力持續(xù)性。但是,在縮減火箭助推器的情況下,就意味著導彈獲得的加速動能會變少,這就要求反導攔截彈的發(fā)動機需要特別設計——尤其是RIM-161這樣的大小僅為海紅旗9大小的攔截彈,要想飛到700km甚至1000km(RIM-161 BLOCK2),不經過仔細優(yōu)化是難以做到的。
這樣一來,反導攔截彈的發(fā)動機就不再是傳統(tǒng)的防空導彈發(fā)動機,而更加接近一種中國人較少聽到的飛行器——探空火箭(sounding rocket)。

在上個世紀60年代,當發(fā)射正規(guī)運載火箭和人造衛(wèi)星還是個麻煩事的時候,美國人就廣泛使用一種簡易的火箭進行低軌道實驗,這種火箭就被命名為“sounding rocket”。NASA從1961年以來,一直購買加拿大武器研制開發(fā)局出品的Black Brant(黑色黑雁)系列探空火箭,在1961年以來發(fā)射了800多枚,是世界上發(fā)射最多的探空火箭。一開始,黑色黑雁1號火箭只有700千克重,卻能夠帶著68千克載荷飛上150公里高空,完成低軌道探測;到了最新的第12代黑色黑雁時,它的體重已經猛漲到5.3噸,可以攜帶110-410千克物體升到太空,最大高度可達1500公里——五倍于神舟飛船的高度。這樣一來,在某些環(huán)境下,它就可以執(zhí)行相當多的宇宙探測任務——當然這個高度也足以摧毀絕大多數在太陽同步軌道上的遙感衛(wèi)星。
所以,美國人正是從大量的探空火箭試飛中,找到了小尺寸火箭如何飛上上千公里高空的訣竅——高能推進劑,優(yōu)化的氣動阻力外形,以及最關鍵的——載荷一定要小而精。這就是為何美國廣泛使用動能攔截器作為反彈道導彈攔截彈的戰(zhàn)斗部的主要原因。

大洋彼岸的追趕——我國動能攔截反彈道導彈的發(fā)展
中國作為反彈道導彈起步最早的國家之一,早在640工程時代就實現(xiàn)了模擬彈空中撞擊導彈的偉大成就。在沉寂了30多年之后,在世人幾乎都忘記了640工程的時候,2010年一篇爆炸性新聞傳出——中國獨立進行了陸基中段攔截實驗!一時間,國際和國內輿論大為震驚,熱度堪比2007年反衛(wèi)星實驗和2011年殲20亮相。而在這個時候,被認為“中國軍事科技的唯一來源”俄羅斯卻仍然停留在核戰(zhàn)斗部和碎片戰(zhàn)斗部反導的階段,這也被很多人判斷出“中國已經脫離了蘇聯(lián)/俄羅斯的設計囹圄”,開始向著世界最新潮流發(fā)展了。
如今,中國軍迷已經適應了國內不斷爆出的“華北不明飛行物”的新聞。在這些被廣大愛好者(本人還有幸親自目睹一次)拍下的瞬間中,我們不但能夠看出有疑似高超音速滑翔器試飛的圖像,也有疑似動能攔截器飛行的圖像。

在多次民間人士拍攝這些視頻后,中國官方也在有意無意透露著某些東西,如下面這篇報道:

中國研發(fā)動能攔截器并非僅僅延續(xù)640工程的反導計劃。如今,中國的地緣政治環(huán)境比起1970年代又有了極大的改變,我國的最大導彈威脅從前蘇聯(lián)換到了南部,臺灣地區(qū)、朝鮮半島、中南半島(越南)和印度都具備了自己的彈道導彈打擊能力,這些導彈有的射程達到了洲際導彈級別(朝鮮火星15),有的達到了遠程導彈水平(烈火5),還有的雖然射程不遠,但足以打擊到我國的重點城市(如臺灣的導彈能夠打到上海,浙江和福建地區(qū),越南引進的“飛毛腿D”導彈可以最遠打到中國三峽大壩,而韓國部署的600公里級導彈可以打到北京),一切都在說明中國面對的彈道導彈威脅正在急劇放大。

同時,中國最大的戰(zhàn)略對手——美國已經緊鑼密鼓推進?;磸椀缹椣到y(tǒng)搭建,其前沿陣地已經推進到了日本列島,具備潛在的對我國導彈上升段攔截能力。這樣一來,我們如果要想確保我國核威懾能夠阻止美國潛在的危險行為,那么我國的洲際導彈和反航母導彈就必須突破美國宙斯盾戰(zhàn)艦位于中國前線的第一道攔阻網。因此,我國研發(fā)動能攔截器,也算是“知己知彼百戰(zhàn)不殆”,只有了解反彈道導彈怎么運作,我們才能夠知道如何去對抗這類導彈。


結語——好鋼只有用到刀刃上才有價值
冷戰(zhàn)結束后,全球核武器部署總量持續(xù)衰減。如今,五大核國家都不再維持冷戰(zhàn)那么大規(guī)模的核武器儲備,轉向了“小而精”的有限核反擊路線,但這也讓美國企圖以單方面的導彈攔截能力來動搖世界核平衡得到了可乘之機。面對美國咄咄逼人的“防御性攻勢”,單方面把反導攔截系統(tǒng)部署于中國近海的行為,我國在短期難以擴張核武庫的情況下,必然需要不斷提升我國導彈的突防能力,這才能讓我們有限的核武庫全部突破敵人的防御,刺向敵人的心臟,從而構筑起不讓美國玩火的強大戰(zhàn)略威懾力。同時,我國亦可“以其人之道還治其人之身”,在中國東南,西南和大城市部署類似美國THAAD一樣的陸基反導系統(tǒng),在海軍基地以055部署標準3一類的艦載反導系統(tǒng),從而給我國織出來一張密不可透的“天網”,讓周邊自以為購置了彈道導彈就可威懾中國的敵對力量盡早收手,這樣也是一種有效的戰(zhàn)略威懾力。