02 空基助推段激光攔截技術(shù)

2016年4月，美國(guó)導(dǎo)彈防御局（MDA）表示正計(jì)劃使用機(jī)載激光武器來(lái)防御中、俄高超聲速打擊武器，計(jì)劃投入2300萬(wàn)美元，開(kāi)展2項(xiàng)不同的高能激光武器技術(shù)，分別為勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）開(kāi)展的“二極管泵浦堿金屬激光系統(tǒng)”（DPALS）和林肯實(shí)驗(yàn)室的光纖合成激光器（FCL)。

（1）林肯實(shí)驗(yàn)室光纖合成激光器（FCL）

FCL計(jì)劃啟動(dòng)于2011年，2012年輸出功率實(shí)現(xiàn)2.5kW。2013年，利用21個(gè)獨(dú)立的光纖放大器，合成實(shí)現(xiàn)17.5kW輸出功率。2014年，輸出功率達(dá)34kW。2015年，利用42個(gè)光纖放大器，實(shí)現(xiàn)44kW輸出功率。2017年，林肯實(shí)驗(yàn)室將演示一部功率密度達(dá)7kg/kW的30kW光纖激光器。2018年，輸出功率達(dá)50kW，功率密度達(dá)5kg/kW。

（2）LLNL實(shí)驗(yàn)室“半導(dǎo)體泵浦堿金屬激光系統(tǒng)”（DPALS）

DPALS計(jì)劃啟動(dòng)于2011年，2013年峰值輸出功率達(dá)3.9kW，激光器運(yùn)行時(shí)間達(dá)4min。2014年、2015年，DPALS的輸出功率分別達(dá)5kW、14kW，且激光器累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)100min，且無(wú)任何部件的性能下降。2017年，LLNL實(shí)驗(yàn)室將演示一部平均功率30kW的DPALS系統(tǒng)，并計(jì)劃完成120kW激光武器系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，包括增益單元和泵傳輸系統(tǒng)。2019年，DPALS系統(tǒng)的輸出功率將達(dá)到120kW，其功率密度達(dá)3kg/kW水平。至2019年，MDA將在DPALS、FCL兩種方案中“二選一”，繼續(xù)開(kāi)展未來(lái)助推段攔截激光武器系統(tǒng)研制。

2016年8月26日，MDA發(fā)布“低功率激光反導(dǎo)武器演示系統(tǒng)”招標(biāo)書(shū)，旨在開(kāi)發(fā)用于高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的高能激光反導(dǎo)武器，特別是驗(yàn)證助推段反導(dǎo)攔截作戰(zhàn)概念。諾·格公司“全球鷹”無(wú)人機(jī)、波音公司“魅眼”無(wú)人機(jī)、通用原子公司“復(fù)仇者”無(wú)人機(jī)等均參與了該項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)。搭載激光武器的高空無(wú)人機(jī)平臺(tái)的飛行高度約10.7km，遠(yuǎn)大于目前美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）正在開(kāi)展的基于AC-130運(yùn)輸機(jī)的“高能液態(tài)激光區(qū)域防御系統(tǒng)”（HALLADS）的飛行高度。

按照計(jì)劃，低功率激光武器將于2021年開(kāi)展飛行演示，遠(yuǎn)距離激光束穩(wěn)定性和目標(biāo)駐留時(shí)間測(cè)試，確定導(dǎo)彈助推段攔截的可行性。

2022年，MDA計(jì)劃投產(chǎn)一部300kW激光武器原型機(jī)，并在2025年安裝到一架高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)上，開(kāi)展激光武器助推段導(dǎo)彈攔截試驗(yàn)。

為適應(yīng)無(wú)人機(jī)平臺(tái)應(yīng)用，機(jī)載激光武器需嚴(yán)格控制功率密度。在本世紀(jì)初，基于波音747平臺(tái)的氧碘化學(xué)激光武器（ABL）的功率密度為55kg/kW。目前，林肯實(shí)驗(yàn)室FCL項(xiàng)目已達(dá)40kg/kW，而DPALS項(xiàng)目更是實(shí)現(xiàn)35kg/kW。到2019年，F(xiàn)CL“組合光纖激光器”（FCL）和“半導(dǎo)體泵浦激光系統(tǒng)”（ DPALS）的功率密度將分別達(dá)到5kg/kW、3kg/kW。

圖7 美國(guó)MDA機(jī)載激光武器發(fā)展路線(xiàn)圖

按照MDA的發(fā)展路線(xiàn)圖，為實(shí)現(xiàn)中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的載荷需要，機(jī)載激光武器的功率密度最少需達(dá)到5kg/W，而MDA的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)2kg/kW或更低，以實(shí)現(xiàn)高空續(xù)航幾天或幾周。

在助推段導(dǎo)彈跟蹤方面，1995年美國(guó)空軍ABL項(xiàng)目的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，光電傳感器可用于助推段導(dǎo)彈的捕獲與跟蹤。對(duì)于飛行在10km高空的傳感器來(lái)說(shuō)，隨著戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈爬升至大氣層上方，傳感器將增加對(duì)助推段導(dǎo)彈的截獲距離。直徑1~20cm的中波光學(xué)傳感器對(duì)助推段導(dǎo)彈的截獲距離約600km，而直徑20cm的中波紅外搜索跟蹤系統(tǒng)對(duì)助推段導(dǎo)彈的截獲距離可達(dá)800km。為了實(shí)現(xiàn)360°空域覆蓋，載機(jī)需在機(jī)首、機(jī)尾各安裝一部光電紅外吊艙。

目前，通用原子公司已利用MQ-9“死神”無(wú)人機(jī)搭載雷聲公司“多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)”（MTS-C）光電紅外轉(zhuǎn)塔，完成了多導(dǎo)彈目標(biāo)精確跟蹤演示驗(yàn)證。MTS-B包含短波和中波紅外傳感器，而MTS-C的長(zhǎng)波紅外傳感器可跟蹤“冷”彈體、處于助推段燃盡的彈道導(dǎo)彈、余焰或尾氣等，可識(shí)別并跟蹤1000km范圍內(nèi)的導(dǎo)彈目標(biāo)。而在利用無(wú)源傳感器的跟蹤演示驗(yàn)證之后，MDA計(jì)劃在2019年開(kāi)展激光跟蹤試驗(yàn)。

03 天基傳感器技術(shù)

2017年3月，美國(guó)導(dǎo)彈防御局MDA發(fā)布了“用于跟蹤高超聲速滑翔飛行器的天基微型傳感器實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目公告，主要面向國(guó)防領(lǐng)域主要承包商、商業(yè)公司、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)及大學(xué)附屬研發(fā)中心等機(jī)構(gòu)征詢(xún)天基微型傳感器實(shí)驗(yàn)方案。

MDA計(jì)劃利用兩顆基于模塊化設(shè)計(jì)、開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)和通用用戶(hù)界面的50千克級(jí)低軌衛(wèi)星，驗(yàn)證傳感器、光學(xué)設(shè)計(jì)、通信和指向精度等。該項(xiàng)目計(jì)劃于2017年授出一份雙星合同，涉及衛(wèi)星發(fā)射、在軌運(yùn)行等內(nèi)容，并通過(guò)至少兩年的彈道導(dǎo)彈防御試驗(yàn)評(píng)估其技術(shù)性能和作戰(zhàn)效能。

該衛(wèi)星的主要技術(shù)指標(biāo)包括：?jiǎn)涡强傎|(zhì)量不超過(guò)50千克；設(shè)計(jì)壽命目標(biāo)為5年，至少為2年；軌道高度不大于1000千米；可接近實(shí)時(shí)地向地面系統(tǒng)提供跟蹤數(shù)據(jù)，精度能夠滿(mǎn)足BMDS作戰(zhàn)需求；衛(wèi)星能夠安裝于通用多衛(wèi)星適配器上，以分?jǐn)偘l(fā)射成本。

表2 美國(guó)反導(dǎo)系統(tǒng)攔截彈性能對(duì)比

俄羅斯高超聲速武器防御對(duì)策

在高超聲速武器防御領(lǐng)域，俄羅斯方面目前主要依賴(lài)其新推出的S-500防空反導(dǎo)系統(tǒng)與“沃羅涅日”戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)相結(jié)合的方式，對(duì)各類(lèi)目標(biāo)進(jìn)行預(yù)警攔截。

沃羅涅日戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)探測(cè)距離可達(dá)6000千米，目前其覆蓋范圍已足以保證俄全方位預(yù)警能力。該雷達(dá)主要用于探測(cè)彈道導(dǎo)彈，可同時(shí)跟蹤約500個(gè)彈道目標(biāo)，同時(shí)可對(duì)高超聲速飛行器具備一定的預(yù)警探測(cè)作用。

S-500系統(tǒng)射程高達(dá)600公里，可對(duì)10個(gè)目標(biāo)同時(shí)發(fā)起攔截打擊。據(jù)稱(chēng)該系統(tǒng)具備多類(lèi)型目標(biāo)攔截能力，可對(duì)小型無(wú)人機(jī)、低空巡航彈、高速?gòu)椀缹?dǎo)彈和高超聲速飛行器進(jìn)行有效攔截。該系統(tǒng)將與俄方“沃羅涅日”戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)一起，對(duì)高超聲速飛行器進(jìn)行有效防御。

從美國(guó)公布的MDA的2018年預(yù)算可以看出，在高超聲速武器防御方面，美國(guó)將考慮整體系統(tǒng)架構(gòu)平衡性，利用現(xiàn)有傳感器、C2BMC系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、論證，并在技術(shù)層面上針對(duì)新概念武器、傳感器等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。此次MDA預(yù)算的總體思想是在利用現(xiàn)貨技術(shù)論證反高超能力的同時(shí)，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)防御能力。在具體裝備方面，MDA在2017年3月發(fā)布的“用于跟蹤高超聲速滑翔飛行器的天基微型傳感器實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目將與2016年提出的增程型“薩德”系統(tǒng)（THAAD-ER）和空基助推段激光攔截技術(shù)一起，初步構(gòu)建了美國(guó)天基、空基、地基立體化高超聲速武器防御體系。根據(jù)MDA規(guī)劃，美國(guó)試圖在2019年獲得針對(duì)大部分高超聲速威脅實(shí)時(shí)預(yù)警能力，以確立自身在該領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)地位。而俄羅斯除S-500等少數(shù)裝備外，俄缺少明確的反高超聲速武器手段。近期俄方更多的是進(jìn)一步增強(qiáng)其進(jìn)攻性高超聲速武器的技術(shù)水平，并盡快裝備部隊(duì)，值得我國(guó)對(duì)此密切關(guān)注。

作者：張昊/中國(guó)電子科技集團(tuán)第十四研究所 來(lái)源：《飛航導(dǎo)彈》2019年第1期

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