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美国反导系统飞行试验研究

归档日期:07-03       文本归类:反导作战空域      文章编辑:爱尚语录

  美国高度重视发展弹道导弹防御系统(BMDS),把弹道导弹防御纳入“新三位一体”战略威慑体系,构建了由上升段/助推段、中段以及末段防御系统组成的一体化分段拦截反导系统,现已初步具备实战能力。在系统发展过程中,导弹防御局制定了详细试验计划,每年对不同反导系统进行大量飞行试验,通过多场景飞行试验,评估系统能力和阶段进展,使系统不断完善,作战能力持续提升。

  弹道导弹防御系统飞行试验对于反导系统研制与发展尤为重要,是演示验证系统性能和可靠性的重要检验手段,也是系统能力及技术水平的展示。在武器研制初期,可对设计和关键技术进行验证,风险评估;在系统生产部署前,可对性能进行评估,并以此为依据进行升级改进;在体系构建时,多系统联合试验,不仅是对拦截武器进行试验,还对预警系统和指控系统能力进行评估,评估体系的能力。

  美国弹道导弹防御系统飞行试验包括地基中段、海基中段、海基末段、末段高层和末段低层防御5个典型系统的飞行试验。根据导弹防御局官方统计信息,总共进行了约100次飞行试验,其中试验成功率最高的是海基中段、“萨德”和“爱国者”系统,试验成功率最低的是“地基中段防御”系统。

  5个弹道导弹防御系统典型型号飞行试验代表了美国整个弹道导弹防御系统试验情况。一方面采用成熟系统,通过渐进式发展模式发展弹道导弹防御系统,飞行试验成功较高,保证系统研发顺利进行。如“宙斯盾”系统与“标准”-3导弹,在成熟系统基础上进行关键技术研发,再引入系统,技术成熟度较高,试验成功率较高。“爱国者”-3系统同样是在“爱国者”地空导弹系统成熟技术基础上改进的,采用渐进式发展模式,新技术成熟度较高,试验成功率随之越高。另一方面新系统研发过程中,飞行试验前关键技术是否得到充分验证,是系统飞行试验是否成功和研发顺利的保证。如“萨德”拦截弹采用动能杀伤技术,20世纪90年代末该型号处于研制阶段,美国在这一时期动能杀伤技术尚未成熟,该型号多次试验失败,导致重新进行技术验证,研制阶段推迟,至2005年才重新启动飞行试验,技术得到验证,随后试验成功率大大提高。第三方面是大型复杂系统需解决关键技术多,系统关键技术未得到有效验证,试验成功率将受到较大影响。如“地基中段防御”系统,由于涉及多项关键技术,在进行飞行试验前未得到有效验证,因此飞行试验成功率较低。

  地基中段防御系统试验以拦截飞行试验为主,非拦截飞行试验穿插于拦截飞行试验之间,用于辅助验证系统拦截作战能力。美国于1997年开始GMD系统飞行试验,至2018年共进行19次拦截试验,其中10次拦截成功,成功率52.6%,拦截弹的基本性能得到验证,并且试验模拟了过北极地区的弹道导弹和东北亚地区发射的弹道导弹对美国本土的攻击,以及初始作战能力的GMD系统对上述来袭目标的拦截,验证了系统能力。

  自1997年以来,美国先后利用“标准”-30型、1型(1A、1B)、2A型拦截弹与“宙斯盾”系统进行了39次海基中段防御系统拦截试验(包括日本的试验),32次成功,试验成功率约80%。试验表明,目前美海军“标准”-3Block 1A是已发展成熟并装备部队的拦截弹;“标准-3”Block 1B是处于在研阶段的拦截弹,于2013年进行首次试验,拦截距离、目标识别能力、机动性均优于Block 1A;“标准”-3Block 2A是美、日联合研制的射程更远、拦截高度更高的拦截弹,于2016年成功进行首次拦截试验,目前已进行3次中程弹道导弹拦截试验,具备较成熟的拦截中程弹道导弹能力,为海基中段防御系统部署提供了支撑。未来,美海军将进行一次Block 2A拦截弹对远程弹道导弹的拦截试验,以验证系统性能并支撑其部署部队。

  美海军主要通过“标准”-6导弹来完成海基末段弹道导弹防御,“标准”-6采用破片杀伤式高爆战斗部,炸毁处于飞行末段的弹道导弹。“标准”-6导弹于2013年完成全速生产评审,并成功进行首次超视距拦截试验,2013年底具备初始作战能力。2015年至今,作为海基末段弹道导弹防御系统拦截弹,“标准”-6共进行了3次拦截试验和1次飞行试验,全部取得成功,表明美海军“标准”-6导弹具备一定海基末段弹道导弹防御能力。未来,“标准”-6导弹顺利部署和“标准”-3 Block 2A导弹不断升级,美海军“宙斯盾”/“标准”导弹组合将成为一个成熟、完善的弹道导弹中段、末段防御系统。

  1995—1999年,“萨德”系统进行了第一阶段试验,共11次飞行试验,主要试验发动机和导引头,大部分试验失败,只有3次成功,成功率27%。2005年起“萨德”系统进行了调整,恢复飞行试验(FTT系列)后又进行了15次试验,全部取得成功,表明该系统具备了较成熟的拦截末段高层中、近程弹道导弹能力。此外,“萨德”系统分别于2012和2013年,连续2次参加一体化协同反导试验,初步验证网络化作战能力。该系统目前尚不具备拦截远程洲际弹道导弹的能力,但美国计划于近期对其开展相关试验进行验证。

  1999年以来,“爱国者”-3进行了多次飞行试验,拦截了30枚以上近程弹道导弹,其中10多次验证了多个“爱国者”-3同时拦截2个目标的能力,2002年还进行了首次中程弹道导弹拦截试验。最新研发的“爱国者”-3分段增强型(MSE)拦截弹在原有“爱国者”-3拦截弹基础上,提高了拦截高度和拦截距离,拦截高度增大约50%,拦截距离增大约100 %。未来,美军“爱国者”-3 MSE导弹部署后,将能够弥补原型“爱国者”系统与“萨德”系统间在拦截高度上的间隙,可以更好地实现美军一体化防空反导作战。

  美国的目标是要建立多层弹道导弹防御系统,因此在综合试验的安排上,兼顾多单元和多军种计划的高度综合、紧密结合。1999年至今,美国反导系统共进行了5次联合反导飞行试验,其中3次拦截试验,均取得成功(如表4)。美军弹道导弹防御系统3次协同试验表明,武器级C2BMC具备独立指挥控制“萨德”“宙斯盾”系统执行拦截弹道导弹能力,控制级C2BMC具备集成“萨德”“宙斯盾”系统执行一体化拦截弹道导弹能力,战区级C2BMC成功整合“萨德”“爱国者”“地基中段防御系统”和“宙斯盾”系统,初步实现区域级分层导弹防御能力。未来,美军将以全球级C2BMC为核心,整合本土及盟国反导系统,搭建全球一体化的弹道导弹防御系统。

  美国弹道导弹防御系统飞行试验在设计与实施中,采取先易后难、先简后繁、融合发展思路,以此不断提升系统技术成熟度和性能。同时在试验验证中实现经济可承受性。

  美国主要弹道导弹防御系统研制过程中的飞行试验环境想定从简单逐步趋于实战化。如GMD早期飞行试验中,靶弹通过所携载的GPS接收机或C波段无线电应答信标向拦截弹提供所需数据,后期试验中则不向拦截弹提供相关信息。后期试验中导弹防御局逐步增加了实战性,如在2007年9月和2008年12月进行的飞行试验中,包括了很多实际作战因素,如拦截弹、雷达和火控系统的作战人员,以及基于朝鲜针对美国大陆的目标拦截场景。系统部署后,美军还进行了多次更接近实战环境的拦截试验,如检验士兵在完全没有被告知试验日期和时间环境下的作战能力试验,验证了系统真实实战能力。

  一方面,美国弹道导弹防御系统试验都是先进行拦截射程比较近的弹道导弹靶弹试验,再进行拦截射程较远的弹道导弹靶弹试验,如“标准”-3飞行试验中,从2002年1月到2003年6月(FM-2~FM-5)的4次飞行试验中均采用近程弹道导弹靶弹;“萨德”系统飞行试验一直采用近程弹道导弹靶弹,直到2012年10月美国弹道导弹防御系统集成飞行试验时“萨德”才首次成功拦截中程弹道导弹;另一方面,都是先试验拦截弹头与弹体不分离的弹道导弹靶弹,再试验拦截弹头与弹体分离的弹道导弹靶弹,如“标准”-3系统前6次的拦截飞行试验中拦截的均为弹头和弹体不分离的弹道导弹靶弹;“萨德”系统飞行试验中也是在拦截弹头和弹体不分离的靶弹技术相对成熟后,才开始进行拦截分离靶弹的试验;“标准”-3与“萨德”都是先进行单目标拦截试验,后进行多目标拦截试验,在拦截单目标试验取得了多次成功后,才进行了对多目标靶弹的拦截试验;先拦截不带诱饵或简单诱饵的靶弹,再拦截投放较复杂诱饵的靶弹。如GMD飞行试验在前5次拦截试验中,靶弹只投放一个模型弹头和一个大气球诱饵,两者的特征信号有明显差别;后面的飞行试验中靶弹增加了投放的目标,包括一个模型弹头、一个大气球诱饵和两个小气球诱饵。

  导弹防御系统飞行试验是先从独立进行各系统飞行试验再向进行各分系统集成试验发展。如“萨德”第二阶段飞行试验在验证了系统性能较为成熟后,又着重验证了“萨德”系统和弹道导弹防御系统其它系统(“宙斯盾”和“爱国者”)间互操作能力。2012年10月24日,美国在西太平洋进行一次代号为综合飞行试验-01(FTI-01)的导弹防御拦截试验,在接近实战场景下成功拦截5枚目标靶弹中的4枚。本次试验涉及陆、海、空3个军种,耗资1.88亿美元,持续时间约30分钟,首次验证了多个导弹防御系统协同作战以对抗多目标饱和攻击的能力。

  弹道导弹防御系统飞行试验基本都是随着系统技术的逐步成熟,不断提高实际作战系统比例。如GMD飞行试验中,最初很多分系统都采用代用系统而非实际作战用系统,GMD早期飞行试验除了DSP预警卫星外,其他探测器都用靶场设备代替,C2BMC也只以“影子”模式工作,不参与试验,后来C2BMC系统开始参与试验,地基X波段雷达样机(GBR-P)首次以影子模式参与试验,其他探测器仍用靶场设备代替。“萨德”系统早期飞行试验中也采用了很多非实际作战配置代用系统,直到2008年5月限制性部署且在随后飞行试验中实际作战的系统配置比例才大幅提高。

  一是不断升级和验证能力。地基拦截弹采用“大气层外杀伤器”(EKV),经过“CE-1(能力增强-1)”和“CE-2(能力增强-2)”两代发展,并在多次飞行试验中完成能力验证。二是通过不断提升导引头探测距离和目标识别能力,支持更复杂突防场景下的拦截能力。“标准”-31B拦截弹由1A型的单色导引头改为双色导引头,2A则进一步提高导引头探测威力与机动能力,提升复杂突防场景下的作战能力。三是正在发展下一代性能更先进的通用。2014年启动该项目,预计未来5年投入3.5亿美元,针对发展中和未来的新威胁,研究可用于未来“地基拦截弹”与“标准”-3拦截弹的通用,采用多和真假目标识别技术,支持对目标群中的单目标和多目标的发展,提升美国本土防御能力。

  一是通过不断提高拦截弹飞行速度,并利用远程传感器信息支持拦截弹发射或交战,使其具备拦截洲际弹道导弹的能力。“标准”-3先后发展和部署1A、1B、2A、2B拦截弹,最大飞行速度分别达到3.5千米/秒(1A和1B)、4.5千米/秒(2A)和5.5~6.0千米/秒(2B)。通过飞行试验验证了地基预警雷达、陆基X波段雷达、太空跟踪与监视系统、“天基红外系统”等远程传感器支持作战的模式,有效提升“海基中段防御”系统作战能力。二是持续加强与反导体系的互联互通互操作,利用外部信息支持作战,提高防御能力。“萨德”已完成Block06部署,同时螺旋改进Block 08和10阶段。Block通过升级软件,可基于外部信息远程发射,提升对中远程弹道导弹的拦截能力,Block 10计划通过远距离交战控制、两级发动机设计、引入GPS技术和提升导引头能力等,实现对洲际弹道导弹拦截能力。

  弹道导弹防御系统发展计划所面临的一个重要挑战就是如何更有效地通过飞行试验验证系统的性能。简单的加快飞行试验进度将不会产生好的效果,如美国急于部署GMD系统,因而忽视质量控制,部署后进行的头两次拦截试验都未能发射出去,导致飞行试验停滞。

  弹道导弹防御系统的飞行试验计划受到试验成本和时间等多种因素的影响,以GMD系统进行的飞行试验费用为例,一次飞行试验的费用在8000万~2亿美元之间,随着系统飞行试验逐步复杂,试验的费用也会逐步加大。2012年10月,美国进行的综合飞行试验-01(FTI-01)的导弹防御拦截试验花费达1.88亿美元。2013年7月,美国进行的GMD飞行试验成本约2.14亿美元。2017年5月,美国进行的GMD系统飞行试验成本约2亿美元。重复的飞行试验虽然可以验证系统的能力,但从多方面因素考虑,是不必要和不经济的。因此,制定飞行试验时必须要设定有清晰的目标,每次试验都能够有区别并试验验证系统不同的技术能力。

  此外,弹道导弹防御系统飞行试验后的试验分析非常重要,每次飞行试验完成后研究人员要花大量时间去分析和评价试验数据,并将上次试验获得的大量数据分析结果融合到下一次新试验中,飞行试验数据还可为建模和仿真试验提供重要支持。但如果飞行试验安排过于强调时间和进度,未进行充分试验后分析,往往会造成飞行试验后期失败和延误。如“萨德”第一阶段飞行试验频繁失败,就是未充分进行飞行试验后分析,试验失败的问题未得到充分解决,就急于进行下一次飞行试验,造成飞行试验失败和停滞。

  弹道导弹防御系统飞行试验不是一个独立的计划,是在弹道导弹防御系统整体系统工程下发展的,因此飞行试验的成功推进与地面试验和建模仿真试验等合理有效安排密不可分。如GMD系统飞行试验中,2004年由于把重点放在了迅速部署“地基中段防御”系统上,在每次飞行试验之前,没有足够机会对系统进行全面地面试验,因而导致部署后飞行试验连续失败。2018年,导弹防御局建议未来要加强对GMD生存能力测试,包括网络安全测试,并要加快对建模与仿真的认证评估,以支持GMD 系统作战试验与评估(OT&E)。

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