远望智库技术预警中心 山石
“宙斯盾”系统是当今世界上较先进且具代表性的舰载武器系统，它具备了高度的集成能力和强大的多任务处理能力，能同时应对来自水面、水下、空中甚至陆地的威胁。反导能力是宙斯盾系统能力池中重要的组成部分，其作战目标是敌方来袭弹道导弹。“宙斯盾”最新的BMD 5.1版本目前已具备了拦截中远程弹道导弹的能力，结合美国天基、陆基传感器，与GMD系统、THAAD以及“爱国者”系统一起构建了美国针对各型弹道导弹的防御能力。“阿利·伯克”级驱逐舰
2008年以来，宙斯盾系统采用开放式架构，开始采用商用现货技术对软件和硬件分别升级，平均每两年升级一次软件、每4年升级一次硬件，并且采用了海军第三方企业的软硬件解决方案。目前，“宙斯盾”最新版本基线-9实现了防空能力和弹道导弹防御能力的整合，成为美国海军驱逐舰防空反导一体化作战的核心系统，其弹道导弹拦截能力从版本3.6发展到5.0/5.1/5.2版本，具备了远程发射（LOR）、远程拦截（EOR）多种拦截能力，作战灵活性大大提高。目前，其反导能力主要整合在“阿利·伯克”级驱逐舰上。本文将首先对“宙斯盾”系统组成进行简要描述，并将对其反导作战流程进行详细研究，并对其反导系统发展能力概况进行阐述。典型的“宙斯盾”系统由SPY-1雷达系统、指挥与决策系统CDS、显示系统、火控系统、导弹系统、培训测试保障系统等几大部分构成。在“阿利·伯克”级驱逐舰的配置中，上述配置分别为 AN/SPY-1D多功能雷达、MK-2指挥和决策系统、MK-2显示系统和MK-8武器控制系统。SPY-1雷达系统是“宙斯盾”系统的核心组成部分，也是其主要传感器系统。而指挥和决策系统（CDS）则具备指挥、控制与协调功能，是全舰的指挥和控制中心。它负责建立战术原则，显示并处理来自舰上各传感器的信息，作出威胁判断和火力分配，协调和控制整个作战系统的运行。“宙斯盾”显示系统（ADS）则允许指挥官评估作战态势，并对舰载/舰外武器系统下达作战指令。“宙斯盾”武器控制系统（WCS）用于空中、海面和水下目标的交战，但其主要交战对象为空中目标，最多可以同时跟踪370km之外的20个目标。随着“宙斯盾”系统基线的不断升级以及商用货架技术（COTS）的嵌入式应用，系统跟踪的目标数越来越多。武器控制系统可以从指挥系统接收武器分配指令和特定威胁标准，并从SPY-1多功能雷达获得跟踪数据。处理后的数据会显示在显示系统上，以此决定目标交战的概率。随后，横向和俯仰指令会传送至发射器，预发射指令则送至导弹系统，而目标照射数据则送至Mk-99火控系统。一旦导弹发射，武器控制系统将要求指挥系统通过多功能雷达进行中段制导。在巡洋舰平台上，目标照射器通过时分切换，可以实现同时照射12~18枚导弹。地球表面的70 %是海洋，海洋为海基弹道导弹防御系统提供了广阔的活动区域，不仅不受领土主权的限制，而且为选择最佳的部署位置提供了灵活性，所以海基反导一直是美国重点发展的反导领域之一。美国海基反导以“提康德罗加”级巡洋舰和“阿利伯克”级驱逐舰为基础，采用改进的舰船AN/SPY-1雷达、“宙斯盾”作战系统以及“标准”导弹执行反导作战。最新型“基线-9”型宙斯盾系统采用标准-3 Block 2A拦截弹，理论上具备拦截5000千米以上导弹的能力，这意味着未来美国海基反导平台将具备一定的拦截洲际弹道导弹的能力。“宙斯盾”反导不是由单一系统来完成的，而是将不同传感器接收到的目标数据进行整合，然后对目标实施拦截。随着宙斯盾系统的不断更新，反导拦截形式也不断发生变化，目前最新型的“宙斯盾”反导具有以下三种形式：传统作战模式下，目标的探测、跟踪和拦截都是由“宙斯盾”舰依靠自身舰载雷达等传感器独立完成的，也是一种最早期、最为基本的反导模式。
远程发射模式（LOR）是一种利用外部传感器提供的导弹目标航迹数据，“宙斯盾”舰发射SM-3导弹的作战形式。SM-3的发射数据可来自其它舰船的SPY-1雷达，也可来自于陆基AN/TPY-2雷达，而SM-3导弹的火控制导数据则是来自于本舰雷达系统。这拓展了弹道导弹拦截探测距离，提高了拦截效率。
远程交战模式（EOR）是一种可完全利用外部传感器获取的目标数据，对拦截目标进行探测、跟踪、火控制导的作战模式。在EOR反导模式中，拦截所需的所有数据几乎都来自于外部传感器，这就解除了舰载SPY-1雷达探测距离的限制，可在其探测距离外实现跟踪制导，这将大大提升SM-3拦截弹有效拦截距离。
从美国公布的典型反导流程来看，“宙斯盾”反导基本上可分为10个基本步骤：
①首先通过天基传感器（SBIRS、STSS等卫星）探测到弹道导弹威胁目标发射；
②将目标信息提示给跟踪传感器（TPY-2等陆基雷达）；
③确定目标助推段的终点，并开始进行目标跟踪；
④对导弹目标群中（包括弹体碎片、诱饵等）中的弹头进行识别；
⑤在可行前提下，“宙斯盾”系统给出火控解决方案，此时目标弹道及落区应在“宙斯盾”防御范围内。
⑥发射拦截弹；
⑦与飞行中的拦截弹保持通讯，向其提供目标导弹航迹更新数据；
⑧拦截弹杀伤器分离，在实施拦截前对目标实施最后机动；
⑨杀伤器拦截目标弹头；
⑩进行杀伤评估，判定目标弹头是否被摧毁。
从美国JOHNS HOPKINS实验室于2001年发表的文献可以对美国“宙斯盾”SM-3大气层外反导火力控制回路（Fire control loop）获得较清晰的认识，下图标记红色框部分展示了火控的定义。控制回路过程涉及到一个反馈控制系统的概念（见下图），这种控制过程的功能为将误差信号最小化。对于火力控制回路来说，输入信号是测量到的目标位置矢量，而反馈信号是测量到的导弹位置矢量。这种合成误差信号是相对的目标-导弹位置矢量。火力控制回路的目标是将这种误差信号最终趋近于0，即最终导弹与目标之间实现撞击。这种火力控制回路可应用多种传感器和多个反馈回路来实现作战功能，完成目标拦截。下图展示了一个典型的反导拦截场景，对拦截弹载反导中状态变化进行了详细、直观的阐述，并展示了目标拦截的基本时间线（Timeline）。在反导流程中，火力控制回路可根据目标拦截时间线被分为5个单独的回路（Loop），分别为发射前（Prelaunch）、助推段（Boost）、中段大气层内回路（Endo-midcourse）、中段大气层外（Exo-midcourse）以及末段（Terminal）。当“宙斯盾”舰指挥决策系统向武器控制系统（WCS）发送交战指令后，发射前回路是整个火力控制回路第一步。WCS从SPY-1雷达获得未处理的目标信息，并通过弹道跟踪滤波器对其目标位置和速度进行估计，此时WCS需要从舰载导航系统上获取舰船位置、速度和姿态信息。在对其进行估计后，WCS会产生一个预发射拦截方案。该方案将对目标的预计拦截高度进行预测，这也将成为整个回路中的一个输入量，并可对目标到达该预拦截高度的时间进行计算。这个时间将与导弹飞行时间进行对比（由WCS中的T2 Table推导出）。T2还将给出预测拦截点（PIP）的水平距离和高度，WCS将当前时间和导弹飞行时间相加，与目标飞到PIP的时间进行对比，如果这两个值相同，WCS将会对SM-3拦截弹进行初始化，并通知操作人员发射拦截弹。下图为预发射回路情况。下图展示了助推段回路情况。输入数据是基于预发射分析出的预测拦截点（PIP）得出的。而拦截弹载水平和垂直速度向量指令（VLEG）可通过计算得出，这样SM-3在助推段结束时到达的位置和指向能够保证在拦截轨道上。下图为助推段回路情况。中段大气层内回路采用宙斯盾武器系统（AWS）来闭环火力控制回路。AWS基于SPY-1探测结果和武器控制系统（WCS）滤波器对目标和导弹航迹进行估测。这些数据被应用于WCS中段制导中来计算加速命令。在第二级制导中，WCS采用滤波后的位置和速度来推测拦截目标到达PIP的方式。此外，WCS将滤波后拦截弹位置和速度作为输入，来计算此时需增加多少速度。中段制导的目标是尽可能减少导弹进入中段大气层外阶段的方向误差（Heading error）。下图为中段大气层内回路情况。这个阶段是在第三级火箭（TSRM）与第二级火箭脱离后第一个脉冲点火作为开始的。第三级火箭将在其脉冲推动后，引导拦截弹实施拦截。与中段大气层内不同，第三级的制导是通过导弹自身完成的。WCS通过上传的方式将对目标和拦截弹航迹的估计发送给拦截弹。这些数据和拦截弹内置加装GPS的惯性制导系统（GAINS）获取的拦截弹位置、速度和姿态被反馈进入第三级拦截弹的算法中，然后制导指令将被传输给拦截弹自动驾驶仪，自动驾驶仪将通过各种方式来稳定弹体。下图为中段大气层外回路情况。末段杀伤器将根据末段寻的指令对目标进行杀伤，此时拦截弹系统应保证目标能够在杀伤器红外导引头的视场内（FOR），并确保在杀伤器机动范围内。下图展示了末段回路情况。“宙斯盾”系统在发展过程中经过多次升级和改进，其升级“版本”名称被称为“基线”（Baseline，也可简写为BL），目前其最新型号为基线-9版本。基线-9版本的设计重要目标之一就是提供先进一体化防空反导能力，是目前美国宙斯盾系统的主要版本。“宙斯盾”基线-9版本使得“宙斯盾”武器系统具有多任务并行处理能力，实现防空能力和弹道导弹防御能力的整合，并可为战舰提供通过舰机传感器网络实现一体化火力的能力，成为美国海军巡洋舰和驱逐舰防空反导一体化作战的核心系统。“基线”9版本共有5种类型，下表展示了不同类型的版本特点。
美国将装备“宙斯盾”基线9A作战系统的巡洋舰称为“防空巡洋舰”，而装备“宙斯盾”基线9 C/D作战系统的驱逐舰则是兼具NIFC-CA能力和弹道导弹防御能力的全功能一体化防空反导战舰，也将是未来防空反导作战的主战装备。
这种装备“宙斯盾”基线9作战系统的驱逐舰将能在单一计算环境中，根据战术威胁图像，更动态灵活地分配计算机资源，从而在不降低防空作用的情况下，最大限度地提高弹道导弹防御能力。“宙斯盾”SPY-1D雷达的多任务信号处理器（MMSP）是上述能力的主要使能因素。该雷达此前的弹道导弹防御计算套件使用单功能信号处理器，意味着具备弹道导弹防御能力的水面舰可以拦截弹道导弹或飞机/巡航导弹威胁，但不能同时拦截这两种威胁。而MMSP可以有效整合来自弹道导弹防御信号处理器和现役传统“宙斯盾”信号处理器的输入信息。其最新的商用现货硬件和软件算法能控制雷达波形的生成，并允许同时处理防空战和弹道导弹防御雷达信号。这主要提升了宙斯盾系统以下几个方面的能力：基线10是“宙斯盾”下一代作战系统，从美国目前公布的信息来看，未来基线10将整合SPY-6（AMDR）雷达、Link-16/CEC数据链、“标准”系列导弹（SM-3，SM-6等），具备“海军一体化火控防空”（NIFC-CA）能力。此外，基线10继续升级弹道导弹防御能力，扩大探测防御范围，未来将突出编队体系化协同能力，同时注重防空反导两方面的任务使命。根据美国ACB-20规划，基线10系统将是未来美国“阿利·伯克”级Flight Ⅲ型驱逐舰的标配，目前该级舰首舰“杰克·卢卡斯”正在建造中，将于2021年交付海军，而 “宙斯盾”基线10版本将在2023年具备初始作战能力。值得注意的是，据洛克希德·马丁公司负责人声称，基线10系统将不仅仅装备于最新型的“阿利·伯克”级Flight Ⅲ型驱逐舰，还将整合在“阿利·伯克”级较老型号的驱逐舰上。在这种情况下，基线10系统将整合较旧版本驱逐舰的SPY-1型雷达，而并不会为所有驱逐舰更换SPY-6雷达系统，这也为美国对其盟国的“宙斯盾”舰升级提供了便利。在反导指挥控制系统方面，基线9~10版本宙斯盾系统已具备了防空反导一体化（IAMD）能力，能够同时应对空中目标和弹道导弹目标的威胁。宙斯盾系统在进行反导任务时，宙斯盾战情中心（CIC）将把系统任务构型设定为反导模式（BMD）模式或防空反导一体化（IAMD）模式，弹道导弹信号处理器将设定宙斯盾主雷达对弹道导弹进行搜索。但在IAMD模式下，由于宙斯盾系统需要同时兼顾空中目标和导弹目标，其反导性能相对于BMD模式会有些许削弱。基线10系统将继续升级弹道导弹防御能力至BMD 6.x版本，并应用先进防空/反导任务规划器，采用AMDR雷达，大幅度提高系统探测距离和精度，并可应用SM-3 B1A/1B和SM-3 B2A拦截弹进行反导作战，增强了与拦截弹之间的上下链通讯。此外，基线10首次具备了应用SM-6导弹进行弹道导弹末段拦截的能力，充分挖掘了SM-6导弹的作战潜力，能够满足应对大批量、更加复杂的弹道导弹突发袭击的作战需求，进一步强化了防空反导一体化作战能力。
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