用F-35战斗机拦截助推段的洲际导弹靠谱吗?

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  出品:科普中国

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图为韩媒报道的美国计划用F-35和“复仇者”(Avenger)无人机在助推段击落(朝鲜)弹道导弹的示意图。(拖拽本图可查看/保存原尺寸大图)

  作者:岳江锋

正在为美国导弹防御局进行新型探测传感器实验的一架MQ-9死神无人机。新型传感器装载了机头下方,朝前伸出。导弹防御局进行的多次试验显示,美空军MQ-9飞机标配的多光谱瞄准系统就能在1300千米之外发现助推段弹道导弹,但需要两架或以上的飞机组网跟踪。图示新型传感器修改了光路设计,导弹防御局称可实现单机探测和精确跟踪,以便更好地为后方拦截系统提供目标指示,实现远程发射和交战

1月17日,美国国防部发布的新版《导弹防御评审》报告提到,未来F-35隐身战斗机可配装拦截弹,击落处于助推阶段的敌方弹道导弹。美国国防部将在未来6个月内展开相关研究论证。自2017年底以来,美军曾多次提出发展空基助推段(Boost)反导能力,同时提出将使用F-35隐身战斗机承担该任务。2018年4月,美国国防部导弹防御局(MDA)局长表示,F-35隐身战斗机将于2025年具备探测、跟踪弹道导弹的能力,甚至有可能直接实施拦截,该能力可为美军未来弹道导弹防御体系作出巨大贡献。一直以来,弹道导弹防御系统是美国追求所谓绝对安全、打破战略平衡的关键工具,继中段反导与末段反导之外,美军将目标瞄向助推段反导,以F-35隐身战斗机为主要拦截工具的空基助推段拦截成为美国正面向实战发展的能力。美军为何要发展助推段反导?助推段反导有何优势?作为空基助推段反导“首选”平台,F-35隐身战斗机承担这一作战任务能力如何?

  策划:宋雅娟

2019年1月17日,美国防部发布了2019年《导弹防御审查》报告,其中提及:F-35战斗机能探测到弹道导弹的红外特征、其计算机能够识别威胁导弹的发射位置;该机还可以将跟踪数据传送到以网络为中心的联合部队。该机已具备跟踪和摧毁敌方巡航导弹能力,并且在未来可配装新的或改造的拦截弹,在助推阶段击落敌方的弹道导弹。美国防部将在6个月内开展一项将该机综合到美国弹道导弹防御系统中的研究。

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  监制:光明网科普事业部

2017年年底以来,美军多次提出发展空基助推段反导能力,特别是提出可使用F-35隐身战斗机承担该任务,甚至给出了具体时间节点。先是2017年11月,美国国会重量级议员和美空军F-35战斗机项目办公室主任透露:若有需要,F-35战斗机可以在三年内具备空基助推段反导能力,发射AIM-120D空空导弹拦截处于助推段的朝鲜弹道导弹;美国防部导弹防御局副局长则透露:正进行的弹道导弹防御评审考虑为美军增加助推段拦截能力。接着2018年1月,当时候任的美国防部主管研究与工程的副部长迈克尔格里芬表示他强力支持发展空基助推段反导能力,并称这种技术非常可行,且在对付像朝鲜这样的国家时尤其有用。2018年4月,MDA局长又表示:F-35战斗机将于2025年具备探测、跟踪弹道导弹的能力,甚至有可能直接实施拦截,该能力可为美军未来的弹道导弹防御做出巨大贡献。

资料图:图为美国弹道导弹防御系统(BMDS)中枢C2BMC(系统指挥控制、作战管理和通信系统)各组成部分示意图。BMDS针对敌方弹道导弹主要分三大阶段拦截:即助推段(Boost)、中段(Midcourse)和末段(Terminal)。“萨德”(末段高层)和“爱国者”PAC-3系统(末段中低层)主要负责末段拦截,海基标准-3与陆基GBI则负责中段。(拖拽本图可查看/保存原尺寸大图)

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图为洛马公司2008年在参加挪威F-16战斗机替换机竞标时提供的部分F-35A战斗机性能。从图中看,该机内埋2枚联合打击导弹和2枚AIM-120中距空空导弹,机内满油约8370千克时,作战半径可达610海里,在战位处发射射程150海里联合打击导弹可打击距基地760海里处的目标。

众所周知,美军的中段反导技术和末段反导技术较成熟,并已进入实战部署。例如,部署在美国本土的“陆基中段反导系统”(GMD)和关岛、韩国等地的“萨德”(THAAD)末段反导系统,以及海基中段、末段反导系统等。鲜有人知的是,长期以来,美军对助推段反导技术的关注和研究进度并不落后于前两者,之所以长期未投入实战应用,从技术上讲,其原因主要在于之前美军缺乏隐身作战飞机和长航时无人机,同时在作战上美军也缺乏对助推段反导的需求。当前,这一技术障碍已不存在。美军拥有F-35隐身战斗机和多型长航时无人机,尤其是F-35隐身战斗机,已经可以利用传感器和数据链有效提升美军反导体系的效能。另外,根据美军早已形成的拦截弹技术储备看,美军对现有一些导弹进行改装后即可作为拦截弹使用,使F-35战斗机可以很快承担空基助推段反导任务;若有需要,可在三年内具备这一能力。

  F-35战斗机 资料图

以上情况表明,空基助推段拦截是美国正面向实战发展的能力。弹道导弹防御系统一直以来是美国追求所谓绝对安全、打破战略平衡的一个关键工具,美军在空基助推段拦截方面的新动向值得特别关注。

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  (图片来自网络)

美军认为空基助推段反导具有独特的优势

  新闻链接:1月17日,美国防部发布的新版《导弹防御评审》报告提到,未来美军将用新型F-35“闪电II”战斗机装载拦截弹,用于拦截助推段飞行的弹道导弹,甚至是洲际弹道导弹。目前,世界上用战斗机开展助推段导弹拦截的案例尚属空白,那么美国这种“敢为天下先”的想法靠谱吗?

美国通过长期的研究分析和科研实践,认为与中段、末段拦截相比,助推段反导具有独特优势;与其他装备相比,航空装备是助推段反导的最佳选择。

  为什么拦截洲际导弹不是一件容易的事?

助推段反导具备独特的优势。与中段和末段反导相比,助推段反导的最大优势是:助推段弹道导弹因发动机的高温喷焰而易被探测,因速度低和未施用释放诱饵等对抗措施而易拦截。此外,助推段拦截能取得最好的作战效果和威慑作用。另外,美国乔治马歇尔研究所在其《助推段导弹防御的当前挑战和未来前景》报告中指出:对于在40~400千米高度引爆、以电磁脉冲方式进行杀伤的弹道导弹,只能在助推段拦截。

  弹道导弹在火箭发动机推力作用下按预定程序飞行,关机后按自由抛物体轨迹飞行的导弹。从射程由近及远划分,可将弹道导弹分为洲际、远程、中程和近程弹道导弹。有人说导弹拦截就是“以子弹打子弹”,比喻其难度极大,而拦截洲际导弹无疑是高速子弹间的相互“残杀”,更是一件“难上加难”的事情。

航空装备是实现助推段反导最有吸引力的选择。虽然理论上说,助推段反导可能通过陆、海、空、天基装备实现,但美国认为空基装备最有优势,原因是:①陆基和海基助推段拦截受地理因素限制。美国斯坦福大学在其《空基助推段导弹防御》报告指出:只有在靠近发射点部署的情况下,陆基和海基系统才可能实现助推段拦截;即使部署这类系统,受地表曲率和地形遮挡限制,传感器发现助推段弹道导弹的时间会较晚,仍需天基或空基传感器提供目标指示才能提高拦截成功率。②天基助推段拦截受政治因素限制,且成本很高。乔治马歇尔研究所的前述《助推段导弹防御的当前挑战和未来前景》报告指出:不存在只能拦截伊拉克、朝鲜和伊朗的弹道导弹,却不会对俄罗斯和中国的战略导弹产生影响的天基拦截系统,因此部署天基拦截武器将引发严重的战略和太空对抗。美国国会预算办公室的《助推段弹道导弹拦截的选择》和美国科学院的《弹道导弹防御决策评估:助推段拦截与其他方案的选择》报告则指出:天基拦截系统的成本过于高昂,可能需要部署数百颗卫星,如果使用20年,寿命周期成本预计高达5000多亿美元;此外,天基助推段拦截系统面临不能对付射程较短的弹道导弹等一些固有限制。③空基助推段拦截系统的以上缺点不明显,还可与军机原有任务紧密结合。它可突破地理因素限制,尽早发现助推段弹道导弹,并可适当抵近发射点实施拦截;可采用现成的传感器,武器则可改进自现有拦截弹或空空导弹,因此能够使军机保持原有的任务能力;可在执行猎杀弹道导弹发射车任务时顺带拦截,还可提供高质量的预警和为后方反导系统提供目标指示。

  一般来说弹道导弹飞行距离越远,其弹道就越高,飞行速度也就越大。洲际导弹的射程在一万千米以上,最大飞行速度可以达到数十倍声速(即8千米/秒以上)。对这么高速度的目标实施拦截,不但要求防御一方有精准的探测跟踪传感器,第一时间能启动有效的拦截作战反应;同时要求拦截弹本身的速度也非常高,至少与进攻导弹相当。在这种情况下,拦截弹及配装的杀伤器所采用的自寻的技术和壳体热防护技术均面临着巨大挑战。

美国国家科学院研究委员会对各种反导解决方案的评估,考虑了20年内使用与维持成本的估算。可见,天基助推段拦截方案的总成本遥遥领先。

  美国现在发展地基中段防御系统就是以远程和洲际导弹为主要拦截目标的反导系统。从20世纪80年发展至今,历经30余年的发展,开展了19次拦截试验,只有10次成功,成功率大概是52%。这与美军其它多种现役的战术反导系统相比,试验的成功率是相当低的(其他一般在80%以上),可见对洲际导弹实施有效拦截依然是美军甚至全世界面临的普遍性难题。

正因如此,斯坦福大学在《空基助推段导弹防御》报告中明确指出:空基反导是实现助推段拦截最有吸引力的方案。

  将导弹“扼杀”在助推段是反导拦截的首选吗?

实施空基助推段反导需要三大领域的技术支撑

  弹道导弹的整个飞行过程可以分为助推段、中段和末段等三个阶段。在导弹飞行的助推段将其拦截摧毁具有很多优势:首先,从导弹自身的目标特性来说,处于助推段的弹道导弹弹头与弹体没有分离,整个导弹体型巨大,同时发动机尾焰红外特征信号强因而易被对方探测。以美军天基红外导弹预警系统为例,可在弹道导弹上升到15-18km
时探测到其发动机尾焰的红外图像,且具有良好的分辨率,因此十分利于对弹道导弹目标的探测和预警。

从美军自冷战结束以来开展的空基助推段反导技术研究、演示验证和装备发展尝试来看,实施空基助推段反导需要平台、传感器和武器三大领域的相关关键技术支撑。

  其次,处于助推段的弹道导弹飞行速度较慢,并且无法像飞行中段/末段那样采取机动变轨、有源/无源干扰等突防措施,因而更易于跟踪和拦截。从拦截作战效果看,一旦助推段拦截成功,被击落的敌方弹道导弹残骸碎片和战斗部都将落在敌国境内,不会给己方带来任何附带损伤,而敌方必须考虑由此带来的严重后果,从而影响其战时使用弹道导弹的决心。

尽管美军在提及F-35反导的时候总提及如图所示的朝鲜弹道导弹,但实际上该能力也同样可能威慑其他大国,原因是美军空中力量一直采取进攻性空中战略,同时也强调并演练F-35等隐身作战飞机突破诸如S-300PM和S-400防空系统的战术

  但是,助推段拦截也有其巨大的难度。因为弹道导弹的助推飞行时间很短——射程在1000千米以下的弹道导弹,其助推飞行时间只有1分钟左右;即使洲际弹道导弹,其助推飞行时间也只有3分钟(固体推进剂导弹)到5分钟(液体推进剂导弹),防御系统能否在这样短的时间内做出快速反应,是助推段防御系统面临的最大技术挑战。

一是平台最好具备隐身或高空长航时性能。冷战结束之后,美国对空基助推段拦截的研究从未间断,虽然考虑过的平台包括各种战斗机、轰炸机和无人机,但最终倾向于选择隐身作战飞机或长航时无人机。这是因为隐身飞机可以穿透防空系统,抵近至距敌方弹道导弹发射点一两百千米或更近进行拦截;长航时无人机可利用高飞、久航性能长时间监视敌方弹道导弹发射情况,并在高空及时实施拦截。

  尤其是对有人驾驶飞机来讲,能否在得知威胁导弹发射后,很快飞抵有利战位实施助推段反导作战,不仅是考验战斗机反应速度的问题,还将考验战斗机飞行员的勇气和魄力,因为这种作战往往需要进入“敌国”防空范围甚至领空之上才能完成,随时可能要付出生命的代价。

二是需要有能远程探测和精确跟踪目标的传感器。发动机的高温喷焰是助推段弹道导弹最大的目标特征,通过覆盖了红外波段的光学传感器,航空装备可以在发射之后10秒左右的时间内发现助推段弹道导弹,发现距离可达500千米甚至1000千米以上。为了给拦截弹或激光提供精确制导,传感器还需要能持续精确跟踪助推段弹道导弹,确保拦截武器能打得准。有这样的传感器,即使航空装备搭载的拦截武器不能使用了,也能为后方的反导系统提供精确的目标指示,使它们不用自己看到目标,就能提前发射导弹进行拦截。

  F-35战斗机实施助推段拦截是“孤身犯险”吗?

三是要能有效摧毁助推段弹道导弹的武器。拦截武器可以是拦截弹或激光武器。拦截弹要有200千米左右或更远的射程,能很快加速并具有高的平均飞行速度,以便及时拦截。通常需要安装配装有红外成像导引头的杀伤飞行器,在靠近目标后识别出弹体,然后直接撞击弹体以实现高效杀伤。在能够抵近目标并用机载雷达探测目标的情况下,拦截弹的也可以采用雷达制导的中远距空空导弹。激光武器则需要有足够的功率,以便在穿透大气环境并在较短时间内摧毁目标;要能补偿运动和大气紊流对瞄准目标的影响。同时,激光武器还需要高的能量密度,以便减少体积、重量和功耗,以便航空装备配装。

  虽然理论上说,助推段反导可利用陆、海、空、天基装备实现,但美国目前却认为空基装备最有优势,主要原因有:陆基和海基系统的传感器易受地表曲率限制,需天基或空基传感器提供目标指示才能提高拦截成功率,进而贻误战机;天基助推段拦截受政治因素限制,将引发严重的战略和太空对抗,且成本高昂。相比之下,空基助推段拦截系统无上述劣势,可突破地理因素限制,利用现成的传感器,尽早发现助推段弹道导弹,并利用隐身突防技术适当抵近发射点实施拦截。

美军已初具用F-35战斗机实施空基助推段反导的技术条件

  冷战结束后,美军对空基助推段拦截的研究从未间断。在多种作战飞机中,最终倾向于选择隐身作战飞机或长航时无人机开展此类任务。这是因为隐身飞机可穿透防空系统,抵近至距敌方弹道导弹发射点一两百千米或更近进行拦截;长航时无人机可利用高飞、久航性能长时间监视敌方弹道导弹发射情况,并在高空及时实施拦截。

一是该机具备了优异的隐身性能和大的作战半径。F-35战斗机是继F-22之后世界第二型列装作战部队的第五代战斗机,具有优异的雷达、红外、射频隐身性能和强大的电子战能力,有能力穿透先进防空系统,接近弹道导弹发射位置实施助推段拦截。该机在机内满油、内埋弹舱满挂的情况下,作战半径可达1000多千米,既可以深入位于内陆的弹道导弹发射位置,也可以将大的作战半径转换为长的巡逻时间,在敌方弹道导弹发射车可能出现的区域巡逻,伺机猎杀发射车并及时拦截刚刚发射的弹道导弹。

  正鉴于此,美军将目光投向了F-35战斗机。它是美军最新型隐身战斗机,具有优异的隐身性能和强大的电子战能力,可穿透先进防空系统,递进导弹发射位置实施助推段拦截。该机在机内满油的情况下,可以深入位于内陆的弹道导弹发射位置,还可以将大的作战半径转换为长的巡逻时间,在敌方弹道导弹发射车可能出现的区域巡逻,伺机猎杀发射车并及时拦截刚刚发射的弹道导弹。

二是机载任务系统对弹道导弹的探测能力已多次验证。F-35配装的AN/AAQ-37光电分布式孔径系统和AN/APG-81有源相控阵雷达均可独立或协同发现并跟踪弹道导弹,且目标识别能力和跟踪精度可支持防空反导系统直接发射拦截弹。早在2010年9月,美空军和诺格公司就利用任务系统试验台飞机搭载AN/AAQ-37系统,在约1300千米的距离上自动捕获并跟踪了一枚处于助推段的两级火箭。2012年5月,又用该系统又在试验自动捕获并跟踪了5枚连续发射的两级火箭,确认系统可在火箭级间分离时保持跟踪,同时还验证了AN/APG-81雷达独立和与AN/AAQ-37系统协同捕获并跟踪目标的能力。此后,美军又开展多次类似试验,并在2016年9月,使用1架F-35B对1枚弹道导弹目标进行捕获和跟踪,并通过海军一体化火控-防空网络将数据传输至宙斯盾防空反导系统,支持后者发射拦截弹摧毁了来袭目标。2017年12月,美国导弹防御局又成功完成了使用该机对弹道导弹进行三维跟踪的试验。

  近年来,美军曾多次提出使用F-35隐身战斗机承担助推段反导任务。2017年11月,美国空军F-35战斗机项目办公室主任透露,F-35战斗机可以在三年内具备空基助推段反导能力,发射AIM-120D空空导弹拦截处于助推段的朝鲜弹道导弹。2018年4月,导弹防御局局长表示:F-35战斗机将于2025年具备探测、跟踪弹道导弹的能力,甚至有可能直接实施拦截。

美国雷神公司采用无弹翼布局的网络中心机载防御单元拦截弹方案,该拦截弹在AIM-120中距空空导弹的基础上改造发展;

  划重点

三是美军在空基拦截武器方面已积累较丰富的技术储备。美军战斗机现已配装AIM-120D空空导弹,其最大射程可达200千米左右,而朝鲜领土某些地方的宽度只有120千米。实际上,自冷战结束以来,美军对用于助推段反导的空射拦截弹和机载激光武器的研究几乎从未间断,先后实施了游隼机载拦截弹禽爪空射撞击杀伤机载武器层网络中心机载防御单元等空射拦截弹科研项目,机载激光武器和定向能研究等机载激光武器科研项目。美国雷神公司在网络中心机载防御单元项目中发展了基于AIM-120改装的拦截弹方案和技术,完成了拦截弹燃料系统和红外成像导引头的试验,其中导引头被移植安装到AIM-9X近距空空导弹,由F-16战斗机发射,在2007年12月成功拦截一枚用作靶弹的猎户座火箭。定向能研究项目仍在实施,正开展低功率激光验证机的研制和与飞机平台的集成工作,目标是在2025年前后形成高空长航时无人机配装200千瓦级激光武器进行助推段拦截的技术能力。

  1、弹道导弹

对美军F-35战斗机承担空基助推段反导任务的几点看法

  弹道导弹在火箭发动机推力作用下按预定程序飞行,关机后按自由抛物体轨迹飞行的导弹。从射程由近及远划分,可将弹道导弹分为洲际、远程、中程和近程弹道导弹。按照国际惯例,近程导弹的射程在1000千米以下,中程导弹射程在1000-3000千米之间,远程导弹射程在3000-8000千米之间,洲际导弹射程在8000千米以上。美苏在限制战略武器会谈中规定:中程导弹射程为1100~2700千米,中远程导弹射程为2700~5500千米,洲际导弹射程在5500千米以上。弹道导弹突防能力强、精度高、可携带核弹头和生化弹头,堪称现代战争中最具威胁的攻击性武器之一,其飞行全过程可以分为助推段、中段和末段三个阶段。相应的,作为弹道导弹“克星”的弹道导弹防御系统也可相应的分为助推段防御、中段防御和末段防御三种类型。

一是该机事实上已能够有效提升美军反导体系的效能。该机可利用隐身和大作战半径前出,快速探测和精确跟踪多枚弹道导弹目标,通过强大的信息联通能力为后方反导系统提供目标指示,提升后方系统发现来袭目标的效率,或使之直接在更远的距离上发现拦截弹,事实上已能有效提升美军反导体系的作战效能。实际上,美军已在反导试验中多次使用MQ-9死神长航时无人机承担类似的任务。

  2、F-35战斗机

二是在必要情况下美军可很快为该机增加助推段反导能力。美军早已形成空基助推段拦截弹技术储备,AIM-120D导弹经过改装就可作为拦截弹使用,结合F-35的平台和任务系统能力,可以很快承担空基助推段反导任务。从美军具备的基础看,若有需要,完全可在三年之内提供该能力。最近MDA局长提出的2025年时间节点,应当只是美军内部为避免干扰F-35形成完全作战能力后首轮升级方案的制定而做出的安排,该升级方案重在首先增强F-35承担其对地攻击和空战两项主要任务的能力,而不是增加新的能力。

  F-35战斗机(英文:F-35,代称:“闪电II”)是美军一型多功能联合攻击机,属于第五代战斗机。F-35战斗机具备较高的隐身设计、先进的电子系统以及一定的超音速巡航能力,主要用于前线支援、目标轰炸、防空截击等多种任务,并因此发展了3种不同改型,包括采用传统跑道起飞的F-35A型,短距起降/垂直起降的F-35B型和作为航母舰载机的F-35C型。目前,F-35战斗机可为反导作战提供的支持包括:探测弹道导弹的红外特征、计算并识别威胁导弹的发射位置;将跟踪数据传送到以网络为中心的联合部队以支持反导;同时该机已具备跟踪和摧毁敌方巡航导弹能力,但尚未验证拦截弹道导弹的能力。

三是F-35只是美军实施空基助推段反导的一种选择。从美军开展的研究和具备的基础看,除了使用F-35之外,美军实施空基助推段反导还可有以下选择:使用大型有人飞机和长航时无人捕获目标并精确跟踪;使用轰炸机、其他战斗机甚至无人机发射拦截弹实施助推段拦截;使用大型飞机或高空长航时无人机利用激光武器实施助推段拦截等。对于领土面积广大,具有强大防御能力的国家来说,最需要关注两点:一是F-35等平台利用探测和精确跟踪能力,有效提升美军反导体系的作战效能,使其对手的弹道导弹更难突防;二是美军未来的隐身轰炸机和隐身无人攻击机等装备将有更大的作战半径和相当或更优的隐身性能,如也承担空基助推段反导任务,将导致其对手的弹道导弹发射车生存能力降低,并面临助推段拦截威胁。

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