强国保护关键设施!美俄防空导弹系统重要研究

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强国保护关键设施!美俄防空导弹系统重要研究

2024-07-12 10:38:23| 来源: 网络整理| 查看: 265

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防空‍导弹系统为美俄以等军事强国保护关键设施的重要武器。鉴于弹道导弹的威胁与日俱增,导弹防御更是当今作战体系中不可或缺的重点项目,也是反映各国最高军事科技精华的象征性指标。防空导弹全面改变了战争与国防的型态,随着电子信息技术的进步,现代防空导弹已经完全不同于过往,更成为未来战争与国防科技里最重要且威力最强大的武器装备。下面就美国、俄罗斯、以色列等军事强国的防空导弹系统发展现状介绍如下:

‍ ‍

一、美国

数智创造价值,创新驱动未来

‍(一)萨德系统

美国末段高空区域防御系统(Terminal High Altitude Area Defense,简称THAAD,音译萨德)的设计理念包括:聚焦中远程目标;可在大气层内外拦截目标;具有远距离、高高度接战能力;可多次拦截目标等四项。系统组成主要包括:拦截弹、车载发射架、X波段雷达、作战管理/指挥、控制、通信、情报(BM/C3I)系统,其中每部车载发射架装填8枚拦截弹。其拦截方式是直接碰撞击杀(Hit-to-Kill,简称HTK),是目前唯一能在大气层内外拦截弹道导弹的防空系统,拦截高度约为40-150千米,射程可达200千米,弹速大于9马赫。

表1 萨德系统性能表

萨德拦截弹是两节式设计,前端一节为击杀载具,具有转向及姿态控制系统(Divert and Attitude Control System,简称DACS),可精确命中目标,外部是两片贝壳式保护罩,可降低导弹在内大气层飞行时所产生的风阻,并保护内部的寻的器,避免高速气热摩擦损坏寻的器。萨德系统采用中波段红外影像寻的器,当寻的器开始工作时,保护罩会自动脱离。后端一节是加力器,采用单节固体发动机,具有推力向量控制系统,稳定并修正拦截弹飞行轨迹。

图1 萨德拦截弹结构

萨德系统的标准雷达配置是一部AN/TPY-2 X波段固体有源多功能相控阵雷达,是世界上性能最强大的陆基机动反导探测雷达之一。该雷达对反射面积(RCS)1平方米(典型弹道导弹弹头的反射面积)目标的最大探测距离约1000千米。AN/TPY-2雷达有两种部署模式,第一种为前进部署,主要用于目标搜索、探测,包括目标爬升阶段的跟踪锁定,可增强早期的预警能力;第二种为终端部署,主要用于引导拦截和系统火控。

图2 萨德系统运行示意图

最新型的升级计划THAAD-ER(Extended Range),升级项目包括加大加力器直径(原370毫米增至533毫米);加力器和击杀载具之间增加一节加速段。在击杀载具部分,优化整合惯性制导系统、改进转向及姿态控制系统DACS、改进多频段上下数传系统、换装新型红外寻的器、增强目标跟踪信号处理能力等,以应对超音速巡航导弹威胁,以期拦截3000-5000千米的弹道导弹,对3000千米弹道导弹的接战距离可增加约百分之四十。

萨德系统除了功能强大之外,设计上也兼顾了全球部署的运输需求,有很强的地面机动性,可采用舰船、火车或拖车进行点对点运输,还可根据作战需要由C-5或C-17运输机空运至指定地点。战时,萨德系统能够在30分钟内进入一级战备,还可根据作战需求机动部署,弥补雷达盲区,提升反导弹作战效率。

(二)标准6型舰载防空导弹

标准系列的防空导弹为美军宙斯盾(Aegis)战斗系统不可或缺的支柱,其中标准6型(Surface-to-Air Standard Missile-6,简称SM-6)为最新、最先进的防空导弹。SM-6弹体设计沿用标准2型升级版(SM-2ER)的弹体,动力系统分为两级,一级是采用MK-72型火箭助推器,具有推力向量控制功能;另一级采用MK-104型双推力火箭发动机,最大飞行速度3.5马赫、最大射程400千米、最大射高约33千米。SM-6采用惯性制导、中段指令修正、末段采用主动与半主动雷达寻的制导,其中末段寻的制导系统采用当前世界最先进的中程空对空导弹(AIM-120C)的主动制导雷达,因此不需要制导雷达对目标照射,即可主动搜索、跟踪进入寻的器探测范围内的任何目标,使防空能力、抗打击能力和攻击能力都大幅提升。

图3 标准6型舰载防空导弹结构图

SM-6最初设计是用于拦截掠海飞行的反舰导弹,但是SM-6不仅可以作为防空导弹,还具备反舰作战能力与弹道导弹海上末段防御能力。美军反舰导弹仍以射程约150千米的鱼叉导弹为主,但是SM-6的问世,可对200千米外敌军的水面舰艇造成严重威胁。SM-6作为反舰导弹使用,其装药量虽然不如一般反舰导弹,但是SM-6具有高速大动能,仍能重创舰船目标。SM-6虽然可以作为反舰导弹使用,但与一般反舰导弹比较,其成本过高,从反舰防御与攻击需求上考虑,会优先使用一般反舰导弹。

表2 标准6型舰载防空导弹性能表

弹长/弹直径

6.6/0.53米

射程/射高

240/33千米

弹重

1500千克

拦截方式

高爆破片式弹头

寻的器

主动与半主动雷达寻的器

加力器

MK-104型发动机

雷达

搭配宙斯盾系统雷达(SPY-1)可具备反舰功能和协同接战能力(CEC)

美海军航母战斗群现用主力作战飞机是超级大黄蜂F/A-18E/F,其作战半径640千米,搭载6枚AIM-120D中程空对空导弹,远不如搭载凤凰导弹(AIM-54)的F-14(作战半径900千米)。因此,美海军近期为F/A-18E/F进行改装升级,将原来搭载的三个外部油箱换成新式油箱,降低风阻且具有更大容量,不仅提升作战半径,而且可将原油箱空间改为武器挂架,大幅增加武器挂载。新改装的F/A-18E/F可加挂4枚SM-6,若再加挂一个外部油箱,其作战半径可提高至816千米。考虑到SM-6能够有效拦截200千米范围内的海面与空中目标,F/A-18E/F制海与制空范围达到1000千米,在航母战斗群的防空及反水面舰船作战中扮演重要角色。

(三)爱国者3型防空导弹

爱国者(Patriot Advanced Capability,简称PAC)系列是美国研发的机动式防空导弹系统,是一种全天候、全空域、防空反导导弹,可拦截1000千米的近程与中程弹道导弹。PAC-3由4部分组成:雷达,交战控制站,发射装置和拦截弹。交战控制站(ECS)是PAC-3火力单元的神经中枢系统,提供指挥、控制和通信以及火控。交战控制站采用人机交互方式,可以由计算机辅助进行目标识别和优先级排序,也可以由交战控制站自主控制整个作战。雷达是AN/MPQ-53 G波段频率捷变相控阵雷达,它对来袭导弹进行预警和跟踪,还为拦截弹提供制导功能。发射装置负责拦截弹的运输、存储和发射任务,它可以安装在离交战控制站和雷达1千米远的地方,通过微波数据链路自动接收指挥。每一个发射装置可装填16枚PAC-3拦截弹。PAC-3拦截弹以“碰撞杀伤”方式取代过去的“碎片杀伤”方式,杀伤力更大。它在飞行中段使用惯性制导飞向预定的拦截位置,并能在飞行中接收雷达更新的制导数据。在飞行最后2秒,PAC-3利用50W的Ka波段主动雷达终端导引头制导。

图4 PAC-3系统火力单元运行示意图

三、美军电磁频谱作战形式

数智创造价值,创新驱动未来

(一)S-300

俄罗斯S-300防空导弹系统性能类似美国的PAC-2,属于中远程区域防空导弹。S-300防空导弹系统并不只代表一种型号的防空导弹系统,而是包含了陆军、海军、空天军三大系列的防空导弹,这里仅说明其通用型导弹的性能。S-300拦截弹弹长7.5米、弹径0.52米、弹重1800-1900千克,有效射5-150千米,有效射高为10-27千米,采用垂直发射。一个S-300防空导弹营配备12辆发射车,共48枚防空导弹(四联装)。如用于反弹道导弹作战或反巡航导弹作战,能够探测到1000千米外9马赫飞行的弹道导弹,300千米范围内飞行的巡航导弹。

S-300防空导弹系统的发展思路,首先推出基本型,发现其地面机动性和杀伤空域适应不了现代战争的需要后,进行第一次改进,研制出自行式S-300PMU系统,提高了地面机动力,射程增大到75千米。随着近程弹道导弹发展和实战使用,在S-300PMU系统基础上研制出S-300PMU1系统,射程增大到150千米,扩大了对空气动力目标的杀伤范围。为了对付中程弹道导弹和空中高价值目标(预警指挥飞机、电子干扰飞机),又推出S-300PMU2系统,射程增大到200千米。S-300的发展过程,证明了运用新技术改进现役兵器是一种花费少,效益高的有效途径,也充分说明空中威胁的发展变化牵引着防空导弹的发展。

图5 S-300系统火力单元运行示意图

(二)S-400

S-400防空导弹系统性能优于美国PAC-3,属于中远程区域防空导弹。S-400系统最大特点之一是多层次防空,可以发射低、中、高空,近、中、远程各类拦截弹,这些性能迥异的拦截弹可以互相弥补,构成多层次的防空网。S-400系统包括雷达车、指挥车、通信车、发射车等车种。全系统能够在5分钟内部署完毕,从搜索目标至指派接战拦截弹,均可全自动化管理操作,比S-300更有效率,被认为是S-300精进型防空武器(最初编号S-300PMU3,之后更名S-400)。系统有多达5种型号拦截弹以应对各类防空作战需求:远程弹(40N6)、中程弹(48N6E3,48N6E2)、近程弹(9M96E,加速度20G,类似PAC-3;9M96E2,加速度60G),可接战速度15马赫以上的目标,构成多层次的防空网。

图6 S-400系统火力单元组成图

S-400防空导弹系统可同时跟踪300个目标,齐射96枚拦截弹,同时拦截48个目标,杀伤方式是高爆破片杀伤。搜索雷达探测距离600千米,具有360度全向覆盖能力,最大接战距离400千米,能够拦截射程3500千米以下的中近程弹道导弹,也可有效拦截多类战术性或战略性空中目标,包括弹道导弹、巡航导弹、远程制导攻击武器、隐身飞机、预警指挥飞机、电子对抗飞机等。此外,S-400采用模块化系统结构,可与S-300所有型号系统兼容,以新系统整合带动旧装备,提升整体作战能力。

(三)S-500

S-500防空导弹系统是一个防空、反导与太空防御整合系统,可拦截中远程弹道导弹、远程高价值航空器(预警指挥飞机、电子干扰飞机)、高超音速武器、低轨道太空目标等,属于全方位立体防御系统,可攻击低/中/高空各种飞行器;拦截近/中/远程弹道导弹,其防空反导能力超越现役的S-400系统、美国的THAAD和PAC系列防空导弹系统。

S-500由预警探测、指挥控制、火力拦截、技术保障等分系统组成,可10分钟内完成机动部署。预警探测与指挥控制分系统由主动相控阵雷达和机动指挥所组成,搜索距离800千米;同时跟踪300个目标;能在9秒内识别来袭目标类型,同时引导5-10枚导弹拦截目标。通过数字化的通信系统,与上级指挥机构、预警探测网进行信息铰链,全系统可同时引导72枚导弹进行拦截,可同时拦截10枚速度达7000米/秒的弹道导弹。火力拦截分系统包括防空和反导两个子系统,防空子系统由指挥车、火控雷达、四联装发射车、拦截弹组成;反导子系统由指挥车、相控阵雷达、双联装发射车、各类型号的拦截弹组成。

S-500整合了S-300与S-400系统,据称有多达10种拦截弹,作战过程分为4个阶段:一阶段远距雷达搜索目标,持续跟踪并传送目标相关信息给指挥车;二阶段指挥车根据接收的雷达数据识别目标,并指派接战的拦截弹;三阶段导弹发射车接收指挥车提供的发射诸元,发射拦截弹;最后制导雷达引导拦截弹持续飞向目标、摧毁目标。

目前已知的S-500拦截弹有3种,新型40N6M拦截弹在维持40N6拦截弹远程防空能力的基础上,射程增大到400千米,射高30千米,弹体由加力器和拦截器组成,加力器是固体火箭发动机;拦截器是推力向量控制发动机。77N6-N1构型与77N6-N相同,采用两节固体火箭发动机加力器,77N6-N拦截弹主要担负战略反导任务,拦截高度165千米,拦截距离150千米,采用动能杀伤或定向破片杀伤战斗部;77N6-N1主要担负反低轨卫星任务,拦截高度200千米,拦截距离700千米,采用动能杀伤或小型核战斗部。

图7 S-500系统火力单元组成图

三、以色列

数智创造价值,创新驱动未来

以色列研制的铁穹机动式区域防空系统(Iron Dome Mobile Areal Air Defense System)具有快速反应、全天候作战(雨天、沙尘、雾霾、多云、夜间)、抗火箭炮弹饱和攻击能力,是世界上第一款反火箭弹兼防空双重任务的导弹武器系统,也是目前世界唯一一款火箭弹拦截系统。一套铁穹系统由机动式有源多功能相控阵雷达(EL/M280)、作战管理控制系统(Battle Management & Control,BMC)各1部,6部20联装的导弹发射装置组成。

机动式有源多功能相控阵雷达工作在S波段,空中目标搜索距离470千米,火箭炮弹搜索距离100千米。采用模块化设计,可根据作战需求调整雷达尺寸大小和构型,具备先进的电子对抗、目标识别(沙漠、低空作战环境下目标识别)、网络化作战、遥控发射等能力,可快速机动部署。雷达对火箭炮弹等目标处理能力每分钟200发,对空中目标处理能力每分钟1100个以上。

铁穹系统主要锁定的目标是火箭炮弹、榴弹炮弹等小型快速目标,定义为近程防空导弹系统,可视为以色列国土防空最后一道防线,用于保护高价值目标或减小毁伤。铁穹系统部署时间小于20分钟,完成部署与指控中心有效通联后,2分钟内可发射拦截弹。铁穹系统接战时间极短,一般在敌方火箭弹发射5秒内,相控阵雷达即可发现目标,进行拦截。每套系统配备6部导弹发射装置,可覆盖150平方千米区域,并同时拦截多个目标,每部导弹发射装置可搭载20枚拦截弹,拦截弹主要采用直接命中杀伤方式(HTK),若与目标交错未命中,则拦截弹近炸引信自动触发,引爆弹头将目标摧毁,确保拦截成功概率。

图8 铁穹系统火力单元运行示意图

以色列将该系统装备于海军新型护卫舰(SAAR-6)作为点防御系统,具备快速、自动、同时拦截多个目标等能力,可有效应对敌方的饱和攻击。铁穹系统不需要专用的火控雷达,可依靠舰艇的搜索雷达运作,在极短的反应时间内反制敌方的饱和攻击。经实战验证,该系统已经完成至少1200次拦截。据外媒报导,美军在2019年8月向以色列购买12部发射器、2部搜索雷达、2部作战管理控制系统及240枚拦截弹后,即不断要求以色列开放接口,但遭拒绝,致使美陆军无法将该系统纳入“一体化防空与导弹防御作战指挥系统(IBCS)”中;尽管如此,美陆军仍决定部署“独立、强大却无法整合的”铁穹防空导弹连,其防御能力可见一斑。

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