美國空基反彈道導彈系統中的無人機發展與運用：引言及第1篇（偵察／攔截一體化裝備方案）

本文已發表于中航傳媒《無人機》雜志。本篇也已在該雜志官方微信公眾號《無人機期刊》（微信號：UASCHINA）看法。

引言

按美國防部當前的定義【1】，彈道導彈可按射程分為近程（SRBM）、中程（MRBM）、遠程（IRBM）和洲際（ICBM）四類，其射程范圍分別為不超過1000km（＜600n mile）、1000～3000km（600～1500n mile）、3000～5500km（1500～3000n mile）和超過5500km（＞3000n mile）【2】；彈道導彈的飛行過程主要可分為三個部分，即助推段、中段和末段。另外，美國防部還額外定義了“上升段”，即彈道導彈飛行軌跡中動力飛行段結束至彈道更高點的部分【3】。

空基反彈道導彈系統，是指執行彈道導彈預警探測和攔截殺傷任務的航空武器裝備。這些裝備可以形成空基反彈道導彈作戰體系，也可融入到整個彈道導彈防御體系中的各個功能部分，拓展其作戰能力，提高其作戰效能。與海基和陸基彈道導彈防御系統相比，該系統主要具備四點潛在的獨特優勢：一是可提供除靜地軌道導彈預警衛星之外的另一種全時導彈預警能力，且不受云層遮擋等因素的影響，情報質量高；二是可在彈道導彈處于助推段時對其進行探測和跟蹤，為海基和陸基彈道導彈防御系統提供目標指示和跟蹤信息，延伸攔截距離；三是可在彈道導彈最為脆弱的助推段對其進行攔截；四是可通過對彈道導彈的預警探測，及時發現彈道導彈發射車或發射陣地，進而快速摧毀這些高價值的時間敏感目標。其中，無人機由于更容易具備久航、高飛性能，是一類很有潛力的空基反彈道導彈系統裝備。

美國在冷戰時期就曾嘗試發展空基反彈道導彈系統。冷戰結束后，美軍加強戰區導彈防御能力建設，并在海灣戰爭中提出研究使用戰斗機攔截伊拉克的“飛毛腿”彈道導彈，自此開始了冷戰后以戰區彈道導彈防御為主要目標的空基反彈道導彈系統研究。按照主要功能的不同，美國研究的空基反彈道導彈系統可分為三類，之一類是兼具彈道導彈預警探測和攔截殺傷能力的偵察／攔截一體化裝備，第二類是可執行彈道導彈預警探測任務的裝備，第三類是機載反彈道導彈武器。美軍已針對以上三類裝備進行過大量的分析和研發工作，積累了豐富的發展經驗和雄厚的技術儲備。從美軍實踐看，對這三類裝備的研究都涵蓋或者涉及到了無人機。

微信號：MeetyXiao
添加微信好友, 獲取更多信息
復制微信號

本次推出3篇針對美軍反彈道導彈無人機裝備方案發展研究的專欄文章，第1篇是“偵察／攔截一體化無人機裝備方案研究”。第2篇是“基于無人機的預警探測裝備”，第3篇是“無人機機載反彈道導彈武器”。

第1篇：偵察／攔截一體化無人機裝備方案

從美國空基反彈道導彈系統的發展情況來看，兼具彈道導彈預警探測和攔截殺傷能力的偵察／攔截一體化裝備一直是探索和研究重點。二十多年來，美國對這類裝備進行的分析和研發工作從未間斷，其投資也更大。其中，早期研究和近期研究都包含基于無人機的裝備方案，其特點都是尋求利用長航時無人機搭載傳感器和攔截彈（以動能殺傷飛行器作為戰斗部），對彈道導彈特別是助推段、上升段彈道導彈進行鎖定、跟蹤、瞄準和攔截。

一、早期的研究：“猛禽之爪”和“無人機助推段攔截”項目

1991－2000年，著眼于加強戰區反彈道導彈能力的需要，美國利用冷戰時期的導彈防御研究成果，重點研究了可獨立完成反彈道導彈作戰任務的偵察／攔截一體化裝備，并在平臺選擇方面重點考慮了選擇長航時無人機和當時已有的作戰飛機，在武器選擇方面重點考慮了動能攔截彈。在這十年中，美國所完成的系統研發項目主要包括“游隼”（Peregrine，1991－1993年）、“機載攔截彈”（ABI，1993－1995年）、“猛禽之爪”（RAPTOR TALON，1992－1994年）、“助推段攔截”（BPI，1994－1995年）和“無人機助推段攔截”（UAV BPI，1995－2000年）等。這些項目研究了使用現有或新研轟炸機、戰斗機、無人機發射動能攔截彈，實施彈道導彈助推段以至上升段攔截的方案和技術，且多數項目均被美國防部彈道導彈防御機構（BMDO，該機構于2002年1月被改組成美國防部導彈防御局，即MDA）、美空、海軍及智庫認為路線可行、風險可控。其中，“猛禽之爪”和“無人機助推段攔截”均選用無人機作為偵察／打擊平臺。

（一）“猛禽之爪”項目

“猛禽之爪”項目是BMDO“助推段攔截研究”計劃的一部分，由BMDO和美空軍在1992－1994年間實施。該項目的方案概念由美國勞倫斯利弗莫爾實驗室提出，旨在研究利用長航時無人機發射攔截彈，對處于助推段的彈道導彈進行攔截殺傷。該項目中所采用的長航時無人機平臺被稱為“猛禽”（RAPTOR，實際上是“響應戰區作戰行動的飛機項目”，Responsive Aircraft Program for Theater Operations的英語縮略語），攔截彈被稱為“禽爪”（TALON，實際是“戰區應用——按通報發射”，Theater Applications—Launch on Notice的英語縮略語）。圖1顯示了該項目中研究的“猛禽”無人機和“禽爪”攔截彈設計，圖2顯示了正在進行試飛的“猛禽”無人機。

圖1  “猛禽之爪”項目中研究的無人機（上）和攔截彈（下）方案

圖2  正在試飛的“猛禽”無人機

按照作戰想定，“猛禽”將在疑似“飛毛腿”和其他彈道導彈發射陣地上空大約20km（6,6000ft）高度劃圈飛行，并可持續長達數周到數月。該機所攜帶的“禽爪”是一種輕型的動能殺傷飛行器（KKV），運用美國在“戰略防御倡議”項目（即俗稱的“星球大戰”計劃）中為“智能卵石”（Brilliant Pebbles）天基攔截彈所開發的技術研制，其重量只有20kg，動力段的時間長達30s，理論增速為3000m/s，采用帶有藍寶石窗口的紅外導引頭，帶有十字形側向轉移噴口。每架無人機可攜帶4～6枚這樣的攔截彈。

以戰術彈道導彈發射時刻為0，“猛禽之爪”的作戰過程想定如表1所示。

表1  “猛禽之爪”項目中提出的長航時無人機反彈道導彈作戰過程

在“猛禽之爪”項目中，參研機構和企業制造并試飛了一些單價為100萬～200萬美元的無人機，演示驗證了這些無人機與輕型的“智能卵石”攔截彈相結合，將可以支持經濟有效的助推段攔截概念。1993年該項目被終止之后，為該項目開展的一些無人機及其相關技術被轉交給了美國航空航天局，其中最著名的一架就是在“戰略防御倡議”計劃中發展的“探路者”（Pathfinder）太陽能無人機（如圖3所示）。 

圖3  曾為“猛禽之爪”項目進行試飛的“探路者”太陽能無人機

“猛禽之爪”項目沒能完成實際的打靶驗證即終止，其原因是該方案存在以下問題：

l 采用獨立系統的解決方案，目標提示時間可能不足；

l 采用全新研制的無人機和攔截彈，無人機采用全新研制的紅外傳感器套件，所有的技術都非常不成熟；

l 由于要求實現非常持久的戰斗空中巡邏，導致后勤保障方面的巨大問題。

（二）“無人機助推段攔截”項目

1995－2000年，BMDO開展了“無人機助推段攔截”（UAV BPI）項目。該項目包含兩個任務，其中之一項是與以色列合作開展基于UAV的BPI項目，目標是發展和改進“以色列助推段攔截系統”（IBIS）概念，為未來IBIS中的UAV BPI裝備降低風險，所選擇的技術途徑是采用配裝有傳感器和攔截彈的無人機，主要想定是在敵方領土上空實施攔截；第二項任務開發美國自己的UAV BPI系統概念，具體內容是以美國國內容易獲得的技術為基礎，制定系統要求，發展動能攔截彈、UAV、搜索與跟蹤傳感器、作戰管理與C4I系統及作戰概念等。按照項目安排，攔截彈的風險降低工作將由以色列 *** 牽頭，紅外搜索與跟蹤傳感器由美國負責，作戰管理與C4I和系統集成則由雙方共同承擔。之一項任務通過與以色列工業界簽訂固定價格合同實施，所需投資的75%來自美國，25%來自以色列 *** ；第二項任務由BMDO的三軍綜合產品組在工業界的支持下完成。

表2顯示了UAV BPI項目在美國各個財政年度的國防預算中實際獲批的撥款。

表2  UAV BPI項目在各個財政年度實際獲批的撥款（單位：萬美元）

在該項目中，美軍設想了包括75架“全球鷹”高空長航時無人機改型和1200枚攔截彈的空基反導部隊結構，其中，“全球鷹”原來標準配置的大型衛星通信天線和各種偵察傳感器由1套中波紅外搜索與跟蹤系統、1部工作波長為1.57μm的激光雷達和Link 16數據鏈取代。下圖顯示了美國在UAV BPI項目第二項任務中設想的作戰過程。

圖4  美軍在“無人機助推段攔截”項目中設想的交戰過程

在上圖所示的作戰概念中，“全球鷹”無人機的任務巡邏高度和速度分別為19km（6,2000ft）和180m/s（350kt），可在距起飛點1850km（1000n mile）處連續飛行21h。在晴朗的天氣中，該機能夠在戰術彈道導彈發射后的數秒之內探測到它，探測距離可達200km，每個軸向的分辨力將優于30m，重訪頻率為1Hz。每架改裝的“全球鷹”無人機可同時攜帶6枚攔截彈。每枚攔截彈長2.2m，直徑0.34m，彈重143kg（其中助推器重120.5kg，KKV重22.5kg），單級，燃燒時間9s，理想增速2500m/s～3500m/s，KKV配裝非制冷紅外導引頭。

根據美國和以色列合作進行UAV BPI調研，以及美空軍對后來“機載激光武器”項目（其產物即為YAL-1A激光反導飛機，最終在2011年完全下馬）進行的備選方案分析研究，兩國認為UAV BPI具有很高的效費比，能夠有效地補充末段反彈道導彈系統，是近期很有潛力的選擇。不過，從2001財年開始，該項目未再獲得撥款支持。與其他早期項目相比，該項目一個更大特點是發展到了“方案演示驗證與確認”（D/V）階段。這一階段相當于當前美國防采辦程序的“技術成熟與風險降低”（TMRR）階段，其內容主要是進一步促進關鍵技術的成熟，并對原型系統進行試飛驗證，為進行型號工程研制做準備。這一事實表明該項目的研發工作已發展到較深的程度。

二、近期的最新研究：“機載武器層”構想

2011年，美國防部導彈防御局（MDA）與美空軍簽訂協議，決定聯合發展美國彈道導彈防御系統中的“機載武器層”（AWL），即使用機載攔截彈對彈道導彈、特別是助推段彈道導彈進行攔截。美空軍將AWL視為履行其“空中優勢”這一核心職能的一項工作，并支持其“全球打擊”和“全球持久攻擊”這兩項頂層作戰概念。2011年10月美空軍曾公布AWL的一個初步作戰想定：導彈預警衛星發現敵方發射彈道導彈之后，將其探測信息通過中繼衛星傳輸給飛行中的F-35A戰斗機，然后F-35A利用自身的任務傳感器對處于助推段的彈道導彈進行跟蹤，并發射攔截彈；攔截彈發射后，先接收F-35A飛機通過數據鏈提供的目標信息更新，在末段則依靠自身傳感器發現助推段彈道導彈并完成攔截。

2011年11月，MDA發布“用于彈道導彈防御系統的AWL補充信息提案征求”跨部門公告，并在2012年1月對該公告進行了最后修訂，1月31日完成了征集。MDA在該公告中表示：該局和美空軍擬向工業界征集與彈道導彈防御系統中AWL相關的基礎研究和應用研究提案，其領域涉及機載傳感器、空射動能攔截彈和／或傳感器及攔截彈一體化解決方案；這些傳感器、攔截彈和／或一體化解決方案將使美空、海軍現役的或已規劃的軍機（含戰斗機、轟炸機和無人機），或其他新平臺獲得閉環殺傷鏈；AWL重點與處于彈道全程前1/3部分的彈道導彈交戰，這個飛行階段屬于助推段和上升段的前端，同時也應可提供下降段和末段交戰能力；工業界提交的AWL方案應可在三年內進行原理驗證性質的飛行演示，以確定其相關用途，并給出這些方案的性能、成本和進度計劃信息。飛行演示將用來驗證技術可行性，并提供可生產性評估。

在公告附件中，美空軍描繪了兩種更為成熟的作戰想定。一種是同型機編隊利用飛機本身的能力交戰，以F-15戰斗機為示例，描繪了4架作戰飛機組成兩個雙機編隊，利用紅外搜索與跟蹤（IRST）系統發現彈道導彈目標，并通過多機紅外探測完成測距以支持攔截；另一種是利用體系的能力進行基于 *** 的交戰，以F-22戰斗機為示例，描繪了作戰飛機在體系支持下（含本機傳感器探測），發射攔截彈對彈道導彈實施助推段、上升段、中段和末段攔截。

圖5  同型機編隊利用飛機本身的能力交戰

部分圖字：Kinetic Intercept——動能攔截；FB Radar——前沿部署的雷達；THAAD——“薩德”（末段高層區域防御系統）；PATRIOT——“愛國者”（末段低層攔截系統）；MC Radar——任務控制雷達；GBI——陸基（中段）攔截彈；C2BMC——指揮、控制、作戰管理中心

圖6  利用體系的能力完成基于 *** 的交戰

2013年7月，MDA根據美國會要求提交了針對AWL分析結果，再次肯定了AWL方案具有成本效益；同年11月，美空軍授予波音公司、洛馬公司、雷神公司各一份金額約28.4萬美元的研究合同，進一步分析AWL的可行性，為啟動采辦項目提供依據。幾家公司根據合同研究了低成本反戰區彈道導彈能力的整個殺傷鏈需求，提出了總成本估計和全系統規格。相關工作已在2014年6月完成。另外，美空軍也在2013年7月公布了最新的AWL作戰概念，如下圖所示。

部分圖字：Infra-Red Sensor Search——紅外傳感器搜索；IR Assisted Ranging——紅外輔助測距；IR Stereo Ranging——紅外立體測距；Radar Search——雷達搜索；C2BMC——指揮、控制、作戰管理中心；Air Defense Networks——防空 ***

圖7  美空軍在2013年7月公布的AWL作戰想定

從上圖可見，圖中已加入了類似MQ-9“死神”的無人機，配裝IRST進行無源測距，并將目標跟蹤信息傳送給執行攔截任務的MQ-9及防空 *** 。

此外，在MDA于2013年8月公布的5項優先技術投資安排中，屬于空基的或與空基相關的占到一半。如表3所示。

表3  MDA公布的優先技術投資安排

表3中的“機載攔截彈攔截層”與AWL具有相似之處，表明MDA并未放棄相關研究。綜合美軍曾開展的研究及其延續性來看，雖然迄今美空軍仍見公開啟動AWL項目，但可以認為AWL構想對美軍而言并不存在大的技術障礙。

三、總體看法

美軍已經對基于無人機的彈道導彈偵察／攔截一體化裝備方案進行了多輪涉及作戰概念、裝備方案、作戰流程和裝備技術的研究。在此過程中，美軍：反復確認了裝備方案的可行性；從早期獨立作戰方案發展到了基于體系、利用體系的作戰方案，但保留了同型機偵察和攔截能力；更傾向于利用現有的長航時無人機；均設想采用基于現有技術的攔截彈，攔截彈均采用紅外制導型動能殺傷飛行器戰斗部。總體上看，美軍要發展此項能力并不存在大的技術障礙，空基反彈道導彈有可能在未來成為包括無人機在內空中作戰裝備體系的一項正式的使命任務。

注：【1】相關定義均來自美國防部1-02號聯合出版物《國防部軍事及相關術語詞典》（JP 1-02 Department of Defense Dictionary of Military and Associated Terms）。

 【2】本文都采用這一標準來分類彈道導彈。

 【3】因此嚴格來說，“上升段”實際屬于“中段”的前端，也即“助推段”結束至彈道更高點之間的飛行段。本文提及的“上升段”均為這一定義。

（中國航空工業發展研究中心  張洋）