美国萨德反导系统究竟有多强大

美国萨德反导系统究竟有多强大

作为美国反导体系的重要一环,萨德反导系统究竟在其中扮演着一个什么样的角色是很多人关心的问题。

美军现在的反导体系共分三层五级,即助推段、上升段(也叫助推后阶段)、中段、高空末段与低空末段(统称为再入段)。每一个层级都有一套对应的反导系统,如此层层相接、环环相扣,构成一个严谨的体系。助推段和上升段主要依靠前置部署的无人机(助推段)、天基(助推段)或是空基(上升段)高能激光武器系统,中段所对应的GMD系统依靠的是GBI陆基拦截弹(脱胎于民兵洲际导弹)和标准3BlockIA陆基/海基拦截弹(实质就是陆基和海基两个版本的“宙斯盾”系统),末端拦截所对应的TMD系统则主要由负责在40千米以上的超高空和大气层外拦截的萨德反导系统和在大气层内40千米以下高度拦截的爱国者-3防空导弹系统构成。

如此一来,萨德反导系统在整个美国反导体系中的位置也就清楚了——它是处于爱国者-3防空导弹系统与“宙斯盾”系统之间的一个反导层级。不过,高空末段反导究竟意味着什么呢?事实上,作为一个层级严密、结构严谨的反导体系中的关键一环,若要了解萨德反导系统的作战效能考量与技术难点,那么就必须对高空末段反导的一些特性有所了解。

首先来讲,高空末段反导在整个弹道导弹防御过程中,并非是一个很好的时机。正如前文所述,弹道导弹的飞行分助推段、中途段和再入段。最理想的拦截应该在助推段,核爆炸和核污染效应基本上都被发射国吸收,能够做到可靠的上升段拦截的话,自然达到最大限度地威慑。中段拦截会造成空间核爆炸,反导威慑作用要低很多,但对目标国的危害仍然较小。但再入段拦截却由于诱发核爆炸和随后的核污染都要由目标国吸收,成了最后没有办法的办法。

美国萨德反导系统究竟有多强大

不过,虽然高空末段反导在整个弹道导弹防御过程中,不是一个好时机,但其技术难度却依然极为复杂。有一种观点认为,再入段拦截由于射程和反应时间要求最低,反导系统可以部署在目标周围守株待兔,并且有时间进行两次甚至三次拦截,拦截手段在技术难度上相对助推段和中途段较低,这其实是不对的,特别是对于高空末段来讲尤为如此。

在40千米以上高度的高空末段,不但洲际导弹的分导式子弹头已经依次释放,需要拦截的目标众多,反导防区面积因此较之低空末段反导成指数倍扩大。而且,由于弹道导弹进入大气层前已经开始俯冲阶段,弹头轨迹倾角大,不断增加的加速度也使得数量众多的子弹头成为马赫数7倍以上的高超音速目标,识别、分辨、捕捉都非常困难。再考虑到子弹头本身经过了加固,各种突防装置的普遍采用,这就对高空末段反导手段的探测、跟踪、制导火控系统以及拦截弹本身提出了很高的技术性能要求。

另外,由于高空末段拦截域本身处于大气层边缘,空气稠密程度差别很大,既需要在大气层内(40~100千米高度)以气动控制、也需要在大气层外(100~150千米高度)以非气动控制的方法,进行直接碰撞式的动能拦截。再加上分导弹头很可能在末段采用了对抗性的机动变轨设计,脱靶量又要小于0.3米,而拦截弹与目标的相对空间位置变化率大,系统应具有极高的目标数率和快速自适应能力。这就使其战斗部动能杀伤拦截器(KKV)的制导律问题变得空前复杂起来,必须采用以留美的苏联科学家V.I.库特金于1960年代初提出的滑模变结构控制理论为基础的自适应滑模制导律才能解决。

变结构控制是一类特殊的非线性控制系统。它在动态控制过程中,系统的控制器结构可以根据系统当时的状态偏差及其各阶导数值(或者是根据某些外界扰动的影响),有目的地以跃变的方式按设定规律作相应改变,从而获得所期望的状态轨变。滑模控制就是其中一种,它是预先在状态空间中设定一个特殊的超越曲面,由不连续的控制规律,不断变换控制系统结构,使其沿着这个特定的超越面向平衡点作滑动,最后渐近稳定至平衡点。

其物理意义在于:当在大气层边缘作战的动能杀伤拦截器(KKV)与目标的相对距离较大时,适当放慢趋近滑模的速率;当动能杀伤拦截器(KKV)与目标的相对距离趋于零时,则使趋近速率迅速增加,确保视线角速度不发散,从而令导弹在整个拦截域都有很高的命中精度……虽然滑模变结构控制理论于1960年代初就已经被提出,但时至今日对其数学模型的优化仍是极为前沿的理论科学。

更何况,从理论到工程实践有着不小的距离,如何将自适应滑模制导律用于拦截器的姿控系统设计,在实用层面上满足动能拦截器高精度、快响应的要求,将红外成像、动力直接碰撞、能量管理控制机动、气动光学和推力矢量、气动力/直接力复合控制等先进技术进行高度集成,同样是一个复杂程度不亚于理论层面的工程问题。这就是为什么业内人士普遍认为萨德反导这类高空末段反导系统的技术难度要高过中段反导的原因所在,也可以解释了为什么在1999年8月前,萨德反导系统的试验接连遭遇重大挫折,以至在此后五年多时间里再没有进行拦截试验,项目几乎下马。

不过,正所谓“挑战越大,回报越高”。高空末段反导技术门槛过高的特性,同样可以解释了为什么一旦萨德反导系统的关键技术获得突破,很快就身价倍增,以至于成为了一项政治筹码的原因所在——美国人掌握了一项人无我有的技术,而且由于技术门槛的限制,在可预见的时间内具有排他性。

当然不可否认,作为美国反导系统的重要组成部分,作为战区导弹防御的基石,萨德反导系统的技术门槛,最终在战术性能指标上的反映也的确是十分高效的。萨德反导系统最小拦截高度15~40千米,最大拦截高度150千米,最大拦截距离200千米,拦截弹主动段飞行时间16~27秒。

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事实上,萨德反导系统最大亮点在于它的作战高度,它既可在大气层内40千米以上的高空,又可在大气层外150千米以下的高度拦截来袭的弹道导弹,号称“全球唯一能在大气层内外拦截弹道导弹的陆基反导系统”,而这个高度正好是射程在3500千米以上远程和洲际导弹的末段和射程3500千米以下中近程导弹的中段。此外,还需要指出的是,萨德反导系统不但能够在拦截窗口中拥有2~3次拦截机会,而且能够实施齐射,这实际上意味着一种有效的抗饱和攻击能力。