針對NMD的幾種可能的突防措施

摘要 簡要介紹了NMD的組成及其技術依託,針對NMD的兩種主要技術依託,即紅外探測和雷達探測,概括了幾種主要的突防措施,即子彈藥、多彈頭、真假誘餌、包絡球、機動彈頭和先發制人等。D

Several Possible Penetration Measures Dto Counter NMD System
He Linshu Wang Shuhe

(The School of Astronautics of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing,100083)

Abstract NMD components and their technical supports are introduced. To direct against two main technical supports, i.e. infrared detection and radar detection, several main countermeasures of penetration are summarized: submunition, multiQwarhead, true or false decoy, envelopingQball, warhead maneuver, and preemptive attack, etc.D

引言

現代科學技術的發展,直接促進了武器的開發,高技術、高精度、高智慧的武器不斷被應用到軍備對抗中。

美國幾年前提出了國家導彈防禦系統(NMD——National Missile Defense System),這引起了美國國內和其他國家的爭議。針對美國的NMD,具有導彈的國家也在考慮突防的措施,這樣,反導和突防就又被提到了一個新的高度,這無形中也加劇了各國之間的軍備競賽。

本文將對NMD進行簡單介紹,並在現有的技術基礎上,對具有導彈的國家可能採取的突防措施進行概括。CC

NMD系統的組成及其技術依託

NMD的組成及其技術依託如下:D

a) 早期預警衛星(Defense Support Program/Space Based Infrared System,簡稱DSP和SBIRSQhigh)。

美國早期預警衛星是用來監測彈道導彈的發射並提供粗略的導彈發射位置以及有界限誤差的彈道資訊。這些衛星採用紅外探測器探測導彈在加速段所噴出的赤熱噴流,根據噴流尾跡,預測其飛行彈道。在導彈熄火之後,衛星便不能再看見導彈或彈頭。已經有5顆這樣的早期預警衛星部署于地球同步軌道上,其中3顆為工作星,2顆為備用星,稱之為DSP(國防支援計劃)衛星。到2010年,將用天基紅外系統SBIRSQhigh代替DSP。由於地球同步軌道很高(約36 000 km),故加注腳high。對洲際導彈,其預警時間可達25 min。D

b) 空基導彈跟蹤系統(Space Based Missile Tracking System)。D

美國正在研製精確跟蹤飛行導彈的衛星系統,整個星群將約有24顆星,每顆星上將有好幾種探測器,這些探測器包括具有寬視野的紅外波長探頭用來探測(或“捕獲”)處於加速段飛行的導彈,和具有窄視野的短紅外波長探頭以及可見光探頭用來跟蹤已被發現的目標。跟蹤資料力求足夠精確,做到在導引攔截器時無需其他探測器的幫助。這種衛星將部署於地球低軌道上,以繼續SBIRSQhigh的監測工作,故又稱為SBIRSQlow。D

c) 改進的早期預警雷達(Upgraded Early Warning Radar)。D

美國在世界範圍內部署了好幾處早期預警雷達,這些雷達是用來在早期預警衛星失去目標後繼續跟蹤入侵導彈和彈頭的,這些雷達目前還不能以高精度方式導引攔截器,但改進後會有這種能力。

d) X波段雷達。D

NMD將採用專門設計的相控陣雷達和X波段雷達,這些雷達比早期預警雷達具有更好的跟蹤性能並有助於從空間碎片和假目標中識別彈頭。D

e) 地面發射攔截器(GroundQBased Interceptor)。D

NMD的攔截器由一個裝在助推器頂端的外大氣層動能殺傷器(EKV)所組成,助推器是一枚地下發射井中的三級火箭,它將EKV加速到7∼8 km/s再將其釋放。EKV將能對地球大氣層外的目標進行攔截,它首先利用紅外和可見光導引頭瞄準目標,最後尋的依靠紅外導引頭,攔截以“點殺傷”方式進行,即EKV以直接碰撞來摧毀目標。D

f)作戰管理中心。D

所有來自不同天基和地基探測器的資料都集中到位於科羅納多州Cheyenne山區的主NMD作戰管理中心。

g)飛行攔截器通訊系統。D

NMD系統將用幾個地面站轉發來自作戰管理中心的通訊資訊給已升空的攔截器。NMD系統主要組成如圖1所示。

可能的突防措施

由於美國的NMD系統主要是在外大氣層採用撞擊殺傷攔截器進行攔截,所以此處所考慮的突防措施也主要是針對外大氣層NMD所採用的防禦技術:包括基於地面的、在X波段和UHF波段的探測雷達、基於衛星的紅外和可見光探測器,這些突防措施可能對某一類探測器有效,而不是對所有的探測器都有效,但不同的突防措施可以結合起來有效地對抗所有的探測器,有時只要破壞一種探測器就可以破壞整個防禦系統。下面對國內外所提出的幾種突防措施進行簡介。

子彈藥和多彈頭

採用一個彈頭攻擊,被攔截概率很高,但隨著彈頭個數的增加,彈頭被全部攔截的可能性越來越小,因此,採用多個彈頭,每個彈頭都很小,同時將生物或化學藥劑放入彈頭,進行生物或化學戰,這被稱為子彈藥。數百個子彈藥同時攻擊,只要有一小部分子彈藥到達目的地,就可以達到殺敵的目的,但這種策略對於帶有核彈頭的導彈不是十分合適,因為核彈頭不能被任意地細分。若要採用這種策略,只能通過配置大量的導彈來突防,或通過配置較少數量的導彈,但每一個導彈要有幾個彈頭,目前也只有少數的幾個國家具有多彈頭分導的導彈。俄塔社報道,俄羅斯可在白楊-M導彈上裝備3∼4個分導式多彈頭,還可將SS-H-23型潛射彈道導彈的彈頭從4個增加到10個。D

誘餌突防

誘餌是突防中需要重點考慮的一種措施,在真空中沒有空氣阻力,不同重量的物體可以沿相同的彈道飛行,由於誘餌比較輕,故可大量使用。誘餌即假目標,目的是讓防禦探測器不能識別出真彈頭。防禦系統為了避免讓核彈頭毫無阻攔地進入,就不得不射擊所有可能的目標,這樣就可耗費掉大量的防禦攔截器。如果突防方配置大量誘餌,防禦系統有效性將會大大降低。

當較輕的誘餌和彈頭進入大氣層後,由於空氣阻力的關係,誘餌的速度會比彈頭的速度慢很多,使得彈頭被識別出來。但是,如果防禦的攔截器想在它們到達其最小攔截高度前攔截它們,那就太冒險了,因為從確定目標位置到發射攔截器到達目標之間有一定的時間差,所以必須提前多發射攔截器。突防方就可以通過使用輕的和一些重的誘餌混合起來利用這種時間差,一個誘餌越重,掩護彈頭的時間就越長,因此若防禦系統是在大氣層的較高處攔截,而不是在大氣層外攔截,它將沒有時間確定在發射另外的攔截器前的第一次攔截是否錯過目標,其結果不是浪費了防禦攔截器,就是讓彈頭突防成功。因此,即使誘餌重量比彈頭輕,仍然是很有效的突防措施。相關文獻中介紹了3種類型的誘餌:真誘餌,使用能發射信號的誘餌,使用反仿真的誘餌,雖然它們作為獨特的方法提出,在實際使用中它們之間極有可能相互結合使用。C

真誘餌

人們認為的誘餌就是外觀上與彈頭相似的東西,但要想矇騙過防禦探測器的“眼”,僅僅依靠外觀相似是不行的,由於誘餌很輕,它很難具有與彈頭相似的質量特性,因此必須類比彈頭的動量特性,才能矇騙以測速測高見長的雷達探測系統。而且,還要考慮防禦系統的紅外探測,要讓誘餌具有一定的溫度和發散一定的紅外能量,這樣,誘餌才有可能與彈頭具有相似的紅外波長,這才是真誘餌。若誘餌做得很成功,就會給防禦系統造成很大的威脅,使得防禦系統會考慮每一個可探測到的誘餌都可能是彈頭,這依靠有限的防禦攔截器是不夠的,而且,防禦系統也不可能對每一個可能目標開火,因為只要誘餌足夠多,這會浪費完防禦系統所有的攔截器,這就有可能使得真彈頭毫無阻攔地攻擊到目標。

使用信號差異的誘餌

防禦系統或許能夠識別出彈頭與真誘餌之間一些比較明顯的區別。解決這個問題的一個方法是不要使真誘餌完全相同,由於防禦系統只可能知道彈頭的基本特徵,而不知道其準確特徵。因而,誘餌與彈頭之間、誘餌彼此之間也可以有輕微的不同,如可以使用小的加熱器來造成誘餌紅外信號的差異,採用不同的表面外罩也可以導致不同的誘餌溫度。這可以阻止防禦系統將彈頭當作與其它的不同的一個目標而捕獲它。

假誘餌

改變彈頭中可以改變的部分,尤其是外表,利用反仿真技術將其偽裝成誘餌,這比用誘餌來類比彈頭要容易的多,使得防禦對誘餌的識別更加困難。

這種方法需要對彈頭進行改裝,可以考慮將彈頭包在一個經過金屬處理的聚脂薄膜(氣球)中,將大量的氣球與之混合在一起,可以通過選用不同的材料、不同的外型和加裝加熱器等手段來使得每一個氣球都是一個不同的誘餌,因為它們具有不同的溫度範圍和不同的雷達反射率,這使得防禦探測器無法識別哪一個氣球中含有彈頭。

還有一種用來對付防禦雷達的方法是採用“人為干擾”,即在彈頭上放置一個電子雷達干擾機,使得防禦雷達接收到從彈頭和誘餌上的異頻雷達收發機返回的相同的信號,它可以覆蓋掉從彈頭和誘餌自身反射的較小的信號。每個異頻雷達收發機也可發射不同的信號以使得每個潛在的目標具有不同的特徵,讓防禦系統搜索到的每個目標都具有不同的特徵。但是對於SBIRSQlow紅外探測器的識別還需要採取另外的措施。D

減少彈頭的可探測信號

要想減少目標被防禦雷達檢測到的範圍,最主要的方法是減少彈頭或誘餌的雷達信號,這就需要改變彈頭或誘餌的外形來減少雷達的反射量,或通過在它們外表面覆蓋可吸收雷達波的材料,來降低X波段雷達區分不同目標的能力。D

通過減少核彈頭的紅外特徵信號,能夠減少SBIRSQlow紅外感測器和殺傷器紅外導引頭的探測範圍。由於殺傷器上較小的紅外探測器將不具有SBIRSQlow上的探測器那樣大的探測範圍,而殺傷器的機動時間是有限制的,因此它的最少機動距離也是有限制的。通過減少彈頭的紅外特徵,可以從機動時間和機動距離兩個方面來使得攔截器處於被動,使殺傷器紅外導引頭的探測範圍減少到找不到目標彈頭或者找到目標後也沒有足夠的時間做機動飛行以擊中目標。減少彈頭的紅外特徵,可以通過採用低揮發率的覆蓋層和冷卻外罩,通過把彈頭包在一個冷卻的外罩堙A並用少量的液氮來冷卻,以便在更大程度上減少探測器的探測範圍。

包絡球

由於碰撞殺傷攔截器必須直接撞擊目標才能將其摧毀,因此可將彈頭包在一個巨大的金屬薄膜氣球內,氣球的直徑遠大於碰撞攔截器的殺傷半徑,那麼即使它能撞到氣球上也不大可能撞到氣球堛獐u頭上,兩者半徑間的差距越大,殺傷概率就越小。如能與其他誘餌相配合,突防效果會更好。

採用彈頭機動

由於防禦系統是依據防禦感測器所探測到的信號來估算攻擊彈頭的彈道軌跡,所以可以讓彈頭做難以預測的機動以避開攔截器飛行軌跡。殺傷攔截器從接收到信號到計算好飛行軌跡之後有一個時間差,當彈頭改變了彈道,殺傷攔截器可以再機動的時間和距離可能都太短,以造成攔截失敗。彈頭還可以進行多次機動,但實際上,一次預定的機動就可能足以突防成功。

先發制人

防禦系統的一次成功攔截是由系統中的各個部分緊密配合才能完成的,因此,實施攻擊前夕,先行利用“自殺衛星”(一種在軌巡航衛星)將對方NMD系統中的SBIRSQhigh和SBIRSQlow摧毀,使之失去預警和偵察能力;再考慮對防禦系統各組成部分進行先發制人的打擊。例如,可以採用導彈等手段攻擊其雷達系統,使其探測系統受到破壞,或者攻擊並摧毀地面攔截器發射井和飛行攔截通訊系統;都能使防禦系統與攔截系統處於癱瘓。

結束語

NMD系統的攔截方式決定了它的一些缺陷,在考慮突防措施時,應緊緊結合它的缺陷,當然,以上所談的方法,只是國外資料的一些概括介紹,在進行對NMD的突防措施研究過程中,應結合我們自己的實際,才能有所突破。

參 考 文 獻

  1. Sessler Andvew M, Cornwail John M, et al. Countermeasures. http://www.ucsusa.org. 2001-04.C
  2. International network of engineers and scientists against proliferation.http://www.inesap.org. C
  3. 秦之謹,張宗美. 俄羅斯的白楊QM洲際彈道導彈. 導彈與航太運載技術,2001(1).C
  4. 陳文光. 美國國家導彈防禦系統與俄羅斯的應對措施. 導彈與航太運載技術,2001(4).

何麟書 王書河
(北京航空航太大學宇航學院,北京,100083)