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美国国家导弹防御:能力和部署地点

来源: 现代防御技术
编译:瓦洛佳

在退出《限制反弹道导弹系统条约》(简称“反导条约”)之前,2002年美国就已经启动了能够对抗弹道导弹的武器研制工作。

在导弹防御研发工作的框架内,设计了一种机载的激光导弹防御系统,以及固定式和移动式的拦截弹,旨在摧毁洲际弹道导弹和潜艇发射弹道导弹的弹头、战区内的战役战术导弹和战术导弹的弹头。

相应地,根据被拦截目标的类型和射击距离,陆基和海基导弹防御系统具有不同的雷达探测设备和目标指示设备及制导系统。

陆基固定部署的和舰载的导弹防御系统主要用于拦截洲际弹道导弹和中程弹道导弹,而陆基机动式导弹防御系统则用于保护地面部队免受战役战术导弹和战术导弹的攻击。

由于拦截效能不足和成本过高,基于波音747-400F宽体客机建造的机载激光系统被放弃了。


01、GBMD固定式导弹防御系统



20世纪90年代中期,开始为美国本土研制对抗洲际弹道导弹的导弹防御系统,理由是需要保护美国免受“无赖国家”可能的导弹-核讹诈。

采用发射井部署反导弹的新导弹防御系统被称为地基中段防御系统(GBMD,Ground-BasedMidcourse Defense)。

固定式超视距导弹袭击预警雷达站的用途是探测来袭弹头并发出目标指示,这些内容在《美国导弹袭击预警和太空监视装备》文章中已经讨论过。

在第一阶段,导弹防御系统被命名为国家导弹防御(NMD,NationalMissile Defense)。洲际弹道导弹和潜射弹道导弹的弹头将在大气层外的主要弹道段上被拦截,其距离目标5000千米。

1997年7月,在夏威夷群岛北部考艾岛上的巴金沙滩试验场开始进行GBMD导弹防御系统各单元的发展工作。2002年,在基于舰载“宙斯盾”作战情报与指控系统的导弹防御系统研制工作启动之后,采用发射井部署反导弹的导弹防御系统开始被称作GBMD。

由于洲际弹道导弹的弹头比战役战术弹道导弹和中程弹道导弹的弹头飞行速度更快,为了有效保护被掩护的领土,有必要在穿越上空的外层空间弹道段上确保摧毁弹头。

在分析了摧毁洲际弹道导弹弹头的所有可能方案之后,美国选择了动能拦截方法。过去,美国和苏联研制和部署的所有导弹防御系统都使用带有核战斗部的反导弹在太空中进行拦截。在制导误差较大的条件下,也能够获得可接受的目标毁伤概率。然而,当发生核爆炸时在外层空间会形成雷达辐射无法穿透的“盲区”。上述情况可以防止对其他目标的探测、跟踪和射击。

如果反导弹的重金属块与洲际弹道导弹的核弹头相碰撞,可保证后者被摧毁,不会形成无法被观测的“盲区”,这使得连续拦截其他弹道导弹的弹头成为可能。同时,这种对抗洲际弹道导弹的方法需要非常高的目标制导精度。正因为如此,GBMD导弹防御系统的试验遇到了很大的困难,需要对反导弹本身及其制导系统进行大幅度改进。

GBI反导弹(地基拦截弹)的试验原型是在退役的“民兵”-2洲际弹道导弹第二级和第三级助推器的基础上开发的。

GBI反导弹早期原型试射

GBI原型是一种三级拦截弹,弹长16.8米,直径1.27米,发射重量为13吨。最大射程为5000千米。

在试验的第二阶段使用一个专门设计的GBI反导弹开展工作,导弹使用“金牛座”固体推进剂运载火箭的助推级。这个拦截器是由波音防务公司、轨道科学公司、雷声公司和空间与安全公司联合研制的。

将一枚生产型GBI导弹装填入井式发射装置

批产型反导弹的发射质量已大大增加,根据不同来源的数据,是17-21吨。导弹长度16.61米,直径为1.28米。射程取决于弹道高度,从2000到5500千米不等。可达最大高度为2000千米。

该反导弹以高达8.3千米/秒的速度向太空投送了一个EKV拦截器(ExoatmosphericKill Vehicle,大气层外杀伤器)。太空动能拦截器EKV是由雷声公司开发的,重量约65千克。

EKV动能拦截器原型

动能拦截器配有一个红外制导系统,有自己的发动机,设计为直接击中来袭弹头。当弹头与EKV拦截器碰撞时,它们的合成速度约为15千米/秒,此时释放出的能量相当于几百千克梯恩梯炸药爆炸产生的能量。

还在开发一种更先进的太空拦截器MKV(МiniatureКillVehicle,微型杀伤器),重量只有5千克。预计GBI反导弹应该携带十几枚拦截器,这将极大地提高导弹防御系统的能力。然而,由于其极高的复杂性和成本,这一计划已被搁置。

目前,正在对GBI反导弹和地面基础设施进行升级。此外,洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼公司正致力于开发一种新的反导弹NGI(下一代拦截器)。

在宣布竞标的框架内,计划在2028年后部署的下一代天基拦截器必须满足以下要求和并保证完成如下功能:

-从不同平台发射的能力;

-拦截器之间进行信息交换并在飞行中重新瞄准的能力;

-尽可能高的毁伤概率和完成诱饵识别。

研制和部署NGI拦截器的总成本估计为177亿美元,一枚反导弹的价格约为7500万美元。

GBI-EKV拦截器于2010年底开始部署。共进行了18次拦截弹道目标的全尺寸GBI反导弹试验(其中17次针对中程弹道导弹的模拟弹头,1次针对洲际弹道导弹的模拟弹头),只有10次拦截被认为是成功的。

在格里利堡导弹基地发射井部署的GBI-EKV拦截器

位于阿拉斯加格里利堡的发射井设施于2002年开始建造,也就是说,早在原型弹完成试验之前就已经开始建设了。

谷歌地球卫星图像:格里利堡基地的GBI-EKV拦截器发射井

在加利福尼亚州的范登堡空军基地也有反导弹发射井,从这里主要是进行试验发射。根据现有的资料,范登堡空军基地发射井内的GBI-EKV拦截器正在执行作战值班,该基地以前部署过“民兵”-3型洲际弹道导弹。

谷歌地球卫星图像:范登堡空军基地的GBI-EKV拦截器发射井

目前,在阿拉斯加部署有40枚反导弹,在加利福尼亚部署了4枚反导弹。在这些反导弹之中,大部分配备的是EKVCE-I型拦截器,10枚是EKVCE-II型拦截器,14枚是EKVCE-II Block 1型拦截器。

范登堡空军基地GBI反导弹试射

2017年,部署在阿拉斯加的反导弹数量应该增加到60枚,部署在加利福尼亚海岸的反导弹数量增加到14枚。但没有资料证实这些计划的实际执行情况。

2013年9月,美国导弹防御局局长宣布了一些可能部署反导弹的区域:纽约州的德拉姆堡基地、佛蒙特州的伊森艾伦训练营、缅因州的爵士空军基地、俄亥俄州的拉文纳训练中心和密歇根州的卡斯特堡基地。计划部署100多枚反导弹,以保护大西洋沿岸和五大湖区的主要行政和工业地区。

然而,这一计划截至今日还没有实现。很有可能,未来在美国大陆部署固定式导弹防御系统将在更有效的下一代天基拦截器列装之后才会开始。


02、基于“宙斯盾”作战情报和指控系统的海基和陆基导弹防御系统



在20世纪90年代,基于“宙斯盾”舰载多功能作战情报和指控的雷达和计算系统以及“标准”系列防空导弹的海基和陆基导弹防御系统计划已经启动。该系统还包括作战指挥控制自动化子系统和与外部信息源交换信息的设备。“宙斯盾”作战情报和指控系统能够接收和处理来自其他舰艇和飞机的雷达信息,并为它们提供目标指示。

第一艘配备“宙斯盾”系统的舰艇是“提康德罗加”号导弹巡洋舰(CG-47),它于1983年1月23日进入美国海军服役。迄今为止,已经有100多艘军舰装备了“宙斯盾”系统。除美国海军以外,澳大利亚、西班牙、挪威、韩国海军和日本海上自卫队也在使用该系统。

“宙斯盾”系统的主要组成单元是一部配备相控阵天线的分米波AN/SPY-1雷达,平均发射功率为32~58千瓦,脉冲功率为4~6兆瓦。它能够自动搜索、探测和跟踪250~300个目标,并能向目标引导多达18枚防空导弹。此外,所有这些工作都可以自动完成。在理想的条件下,对高空目标的探测距离可以达到320千米。

目前,洛克希德·马丁公司与日本富士通公司合作开发并生产了一种更先进的AN/SPY-7(V)雷达。这个雷达的详细指标没有披露。已知的情况是,由于采用了氮化镓元器件,使雷达的处理能力和运行速度提高了几倍,该雷达工作在2~4GHz的频率范围内,由若干独立的固态雷达阵面组成。

第一部AN/SPY-7(V)1雷达是由美国导弹防御局在考艾岛建造的,用于在夏威夷群岛海域巴金沙滩试验场测试陆基“宙斯盾”导弹防御系统(AegisAshore)。

谷歌地球卫星图像:考艾岛上的AN/SPY-7(V)1雷达

在第一阶段,美国人试图利用改进的固体推进剂“标准”-2(SM-2)防空导弹拦截弹道目标,该导弹是在舰载RIM-66中程防空导弹基础上开发的。

SM-2导弹配备了一个可编程的自动驾驶仪,在主要弹道段上控制导弹飞行。只有在进入目标区域时,防空导弹才需要雷达波束照射目标,以便进行精确制导。这成功地提高了防空系统的抗干扰能力和射速。

RIM-156B是SM-2系列中对反导任务适应性最强的导弹。这种反导弹配备了新的雷达/红外复合导引头,它提供了更优异的诱饵识别和超视距射击能力。

该导弹重1470千克,弹长6.55米。导弹射程可达240千米,升限为33千米。目标杀伤能力由质量为113千克的破片战斗部提供。翼展为1.08米。导弹飞行速度为1200米/秒。导弹由甲板下的Mk-41垂直发射装置发射。

与SM-2系列反飞机的防空导弹不同,三级的RIM-161“标准”-3(SM-3)导弹最初被设计用来杀伤大气层外的弹道目标。

SM-3配备了一个自带发动机的动能战斗部和一个制冷型红外阵列导引头。该导弹的质量为1510千克,长度为6.6米。最新改进型号SM-3Block IIA具有令人印象深刻的性能。SM-3Block IIA的射程为2000千米,最大杀伤高度为1000千米。动能拦截器的质量为23千克,速度为4.5千米/秒。

目前SM-2防空导弹正在被新型的SM-6远程防空导弹取代。这款防空导弹在弹体方面与早期的SM-2ERBlock IV是统一的。在末制导段它采用源自AIM-120CAMRAAM空对空导弹的主动雷达导引头代替了半主动雷达导引头。SM-6导弹的最大飞行速度为1.2千米/秒,能够在远距离上拦截巡航导弹并在弹道末段拦截弹道导弹。

在美国退出《反弹道导弹条约》的同时,装备有“宙斯盾”作战情报和指控系统的军舰开始试射反导弹。这些试验是在夸贾林环礁附近的罗纳德·里根导弹防御靶场进行的。

在试射过程中,成功地以直接命中方式摧毁了几个弹道导弹靶标。利用升级后的AN/SPY-1或AN/SPY-7(V)1雷达对大气高层和外层空间的目标进行探测和跟踪。

当发现目标之后,相关数据会被发送到“宙斯盾”系统,该系统会形成一个射击方案并下达指令发射SM-3拦截弹。反导弹利用固体推进剂起飞助推器从垂直发射单元中发射出去。助推器在完成起飞工作后会自行脱落,导弹第二级的固体推进剂双模式发动机点火启动,使导弹穿过稠密大气层飞向高空,并将其送到到无大气空间的边界。在导弹发射升空后,导弹立即与军舰平台建立了双向数字通信链路,并通过该通信链路持续修正导弹的飞行弹道。精确测定反导弹在空间中的当前位置是利用GPS系统完成的。在第二级发动机使用完毕并被抛弃后,第三级的脉冲发动机点火启动。三级发动机进一步加速反导弹,并将其送入逆飞轨道以便杀伤目标。

以飞行末段,自主寻的大气层外动能拦截器开始工作,使用自己的红外导引头自主搜索目标,利用其工作在长波波段的红外阵列能够“看到”300千米距离内的目标。

SM-3反导弹的发展历程

除了对抗弹道导弹之外,SM-3反导弹还能够攻击低轨道上的卫星,2008年2月21日美国进行了这种演示。当时一枚反导弹从巴金沙滩太平洋靶场水域的“伊利湖”号导弹巡洋舰(CG-70)上发射,以直接碰撞方式摧毁了位于247千米高度、以7.6千米/秒速度移动的失效侦察卫星USA-193。

目前,“宙斯盾”导弹防御系统最常见的方案是3.6.1、4.0.1和5.0版本。美国海军司令部计划在未来部署更先进的版本,如5.1和5.2。

谷歌地球卫星图像:珍珠港海军基地码头停泊的“提康德罗加”巡洋舰和“阿利·伯克”驱逐舰

根据美国的计划,在未来20年内将有多达90艘军舰配备“宙斯盾”导弹防御系统。2015年,美国海军军舰上部署的SM-3导弹数量为436枚。2021年,反导弹的数量超过了500枚。预计,配备SM-3反导弹的美国军舰主要是在太平洋地区执行战斗任务。

除了美国的“提康德罗加”级巡洋舰和“阿利·伯克”级驱逐舰之外,日本的“金刚”号和“爱宕”号驱逐舰、韩国的“世宗大王”号驱逐舰和澳大利亚的“霍巴特”号驱逐舰也将配备反导弹。

在Mk-41通用垂直发射装置上配有SM-3反导弹的4艘“阿利·伯克”级美国驱逐舰被长期派驻到西班牙的罗塔海军基地。

谷歌地球卫星图像:罗塔海军基地码头的“阿利·伯克”级驱逐舰

然而,按照美国军方领导的意见,这还不够,“宙斯盾”岸上导弹防御系统(AAMDS,AEGISAshore Missile Defense System)将被用来保护欧洲的目标免受导弹攻击。

研制和建造AAMDS陆基导弹防御系统的主承包商是洛克希德·马丁公司。在技术方面,陆基系统与舰载系统非常接近,并且是基于最新版本的海基反导系统。主要的区别在于,由于对岸上部署设备的硬性要求较低,陆基“宙斯盾”的一些辅助系统已经被简化。为了节约资金,陆基系统的软件几乎与舰载版完全相同,只是其他类型舰载武器的控制功能对于岸基系统来说是不需要的。

2016年,位于罗马尼亚南部的德维塞卢空军基地的第一个陆基“宙斯盾”系统被启用。除了“宙斯盾”作战情报与指控系统外,系统组成还包括AN/SPY-1多功能雷达,这里已部署了24枚SM-3Block IB反导弹。根据已宣布的计划,还有24枚反导弹将被部署到德维塞卢空军基地。

谷歌地球卫星图像:德维塞卢空军基地的AAMDS设施

在罗马尼亚部署的导弹防御设施此前曾在美国新泽西州莫尔斯通市附近进行过试验性运行。由于该设施的主要结构单元采用模块化设计,它们在美国本土进行过测试,然后才用集装箱运送到罗马尼亚。金属材质的四层地面上层建筑的总重量超过900吨。

在欧洲部署的美国AAMDS系统计划在2022年进行升级。除了新的计算机和改进的软件外,弹药基数还将包括额外的SM-6防空导弹,以便有效对抗巡航导弹和作战飞机。

谷歌地球卫星图像:雷兹科沃的AAMDS系统硬件设施

另一个类似的导弹防御设施位于波兰北部,距离波罗的海海岸17千米,靠近雷兹科沃(Redzikowo)村,正处于施工的最后阶段。

谷歌地球卫星图像:雷兹科沃的反导弹发射装置

最初,波兰境内的AAMDS系统应当在2018年部署。然而,由于技术问题,系统作战值班已被推迟到2022年。据报道,2021年12月,陆基导弹防御系统的完工程度已达98%,发射装置内已经装填导弹。

除罗马尼亚和波兰外,还计划在捷克共和国和土耳其境内部署岸上“宙斯盾”系统的组成单元。然而,由于一系列原因,该计划被推迟了。


03、美国导弹防御系统拦截洲际弹道导弹和潜射弹道导弹的能力



美国高级官员多次表示,国家导弹防御系统的用途是为了保卫美国免受意外发射威胁,并对抗来自无赖国家的弹道导弹。

尽管自美国开始部署远程的陆基和海基反导弹已经过去了10多年,但美国导弹防御武器的能力仍然非常有限,不能保护美国领土免遭大规模核导弹攻击。

美国只有44枚GBI反导弹处于作战值班状态,而EKV太空拦截器命中目标的实际概率不超过0.5。因此,一个简单的数学计算表明,在理想的情况下最多可以拦截大约20枚洲际弹道导弹弹头。此外,美国的反导弹从未在有组织实施无线电电子干扰或携带导弹防御系统突防装置的条件下进行过对抗洲际弹道导弹的试验。

根据媒体报道的公开信息,美国的驱逐舰、巡洋舰和陆基发射装置上可能拥有多达550枚SM-3反导弹。

配备SM-3Block IB导弹的“宙斯盾”BMD5.0.1.导弹防御系统已在试验中被证明对抗中程弹道导弹很成功。然而,它们对抗洲际弹道导弹弹头的反导能力是有限的,并且随着弹头飞行高度和速度的增加而越来越差。

如果SM-3拦截器能够拦截洲际弹道导弹的弹头,那也仅在一个非常有限的扇区内,为此拦截器必须在一个严格的特定时刻且从一个预定的地理点位上发射升空。此外,“宙斯盾”系统的雷达无法在拦截洲际弹道导弹所需的距离内自主搜索目标,而且它们需要由AN/FPS-132和LRDR固定式导弹袭击预警雷达或SBX-1浮动式海上雷达预先提供目标指示,这在与技术先进对手的全球冲突中是无法保证的。

尽管如此,但我们不应放松。

美国正在为导弹防御研究领域大规模划拨资金,计划研制杀伤概率更大的拦截器,并将新的导弹袭击预警雷达投入使用。

同时,为此正在进行高速、远程和高精度空射导弹系统的研制工作,适合用于压制性打击。

十分明显,美国正在寻求创造一种局面,使其进攻性武器能够摧毁潜在敌人的大部分战略武器库,而其防御性反导弹盾牌能够击退敌人报复性打击中发射的为数不多的残存导弹。

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