张洋 ¦ 美国空基反弹道导弹系统中的无人机发展与运用：第3篇（无人机机载反弹道导弹武器）及结束语
本文已发表于中航传媒《无人机》杂志。本篇也已在该杂志官方微信公众号《无人机期刊》（微信号：UASCHINA）刊发。
《空天防务观察》本次推出3篇针对美军反弹道导弹无人机装备方案发展研究的专栏文章，第1篇是已于5月10日刊登的“侦察／拦截一体化无人机装备方案研究”（点击题名可直接访问）。第2篇是5月12日刊登的“基于无人机的预警探测装备”（点击题名可直接访问），今日刊登的是第3篇“无人机机载反弹道导弹武器”及系列文章结束语。
第3篇：无人机机载反弹道导弹武器
美国已开展过研究的机载反弹道导弹武器可分为两类，一是电磁能毁伤武器，已研究的主要是激光武器，重点项目是“机载激光武器”，目前正在开展“定向能研究”等项目；二是拦截弹，主要项目包括早期一些研究项目，以及“机载武器层”（详见第1篇）、“空射撞击杀伤”和“网络中心机载防御单元”等。总体来看，美军无人机机载反弹道导弹武器正在进一步发展完善。
一、
美国防部在2010年版《弹道导弹防御审议报告》中指出：虽已对ABL项目进行了调整（即将其由采办项目调整为技术演示验证项目），但国防部将继续研究使用定向能武器系统进行导弹防御的潜力，举措包括启动由MDA提出定向能研究项目。因此，MDA在“机载激光武器”项目被调整之后即启动了“定向能研究”（DER）项目（实际上是将它从其他研发项目中独立出来），旨在发展可用于高空无人机的新一代激光武器，在比当前反弹道导弹作战平台高得多的飞行高度执行反导任务。按照MDA设想，DER项目将为与近、中、远程和洲际弹道导弹进行交战服务，并且对这些目标的交战机会将有两次。
DER项目从2011财年、紧接着美国防部决定下马“机载激光武器”项目之后启动，表明美军从未放弃激光反导的意图，只是更改了技术路线。该项目自启动以来连年获得拨款。2011－2016财年共投入近2.7亿美元，按2017财年预算计划，2017－2021财年将再投入2.91亿美元。可见美国仍对空基激光反弹道导弹技术的发展给予大力支持。综合MDA历年项目预算材料，DER项目的投资情况如下表所示：
2011（实际） | 2012（实际） | 2013（实际） | 2014（实际） | 2015（实际） | 2016（获批） | 2017（申请） |
12609.6 | 4994.3 | 2002.4 | 2631.5 | 2069.1 | 2605.5 | 4769.1 |
在MDA于2013年8月公布的5项优先技术投资安排中包括了“高能激光武器”。如表2所示。
表2 MDA公布的优先技术投资安排
表中对“高能激光武器”的愿景描述为“将高能激光武器集成到导弹防御系统，完成多种导弹防御任务”，投资路线图描述为“以发展并部署下一代机载激光武器为目标，开展无人机机载激光武器飞行测试”。这些描述与DER项目一致，因此实际应就是指向DER项目。
MDA在该项目中选择了三个主要的技术方向进行攻关：一是“二极管泵浦的碱金属激光武器系统”（DPALS）技术；二是光纤激光合成技术；三是工业界提出的与前两条路线竞争的技术，其中包括相关企业在美国防部国防高级研究计划局（DARPA）的“高能液态激光区域防御系统”（HELLADS）项目中发展的技术。MDA将选择其中能够实现200kW级功率输出、并且适合装机飞行的技术方案，制造原型机，把它综合到某个平台进行测试。根据MDA局长在2016年6月透露的信息，该局计划在2018财年或2019财年演示的120kW级DPALS和50kW级光纤激光武器都能达到5kg/kW的目标功率密度；2019财年该局将选出一种最为成功的激光武器类型，将其按比例放大，在2021财年集成到一架无人机“射手”上进行试验试飞。
从DER项目的实施来看，无论MDA设想的高空无人机激光反导是否会成为实际装备，该项目都将推动美军激光武器水平得到极大的提高——如果该项目和DARPA的HELLADS项目继续按计划取得进展，美军激光武器的功率密度指标将由ABL的仅55kg/kW、当前激光武器的35～40kg/kW，全面提升到高达5kg/kW的水平。
图1 MDA已利用波音公司“鬼眼”高空长航时无人机为DER项目开展试验
二、“网络中心机载防御单元”项目尝试了将空空导弹改装为拦截弹
“网络中心机载防御单元”（NCADE）项目是MDA“弹道导弹防御技术”研发项目中的子项目，旨在探索将空空导弹改装为弹道导弹拦截弹，形成弹道导弹空基拦截杀伤能力。MDA于2006年5月首次授予雷神公司总金额700万美元的NCADE导弹研制合同，所提出的要求包括：能够在20km高度以上拦截高度为20～80km的弹道导弹，拦截半径应达到25150km；拦截弹的速度应达到2500m/s，即大约马赫数8，并能以这个速度连续飞行20～60s。
为履行合同，雷神公司选择其AIM-120中距空空导弹作为改装对象，该导弹体积小、射程远、技术先进、生产数量很大、实战使用较多，是一型非常成熟的中距空空导弹。在该导弹的基础上，NCADE进行的主要改进包括两点：一是改用两级结构，其中第一级沿用AIM-120的发动机和尾舵作动器，第二级是带有“变流量转移和姿态控制系统”（TDACS）的KKV（派生自“标准”3第1B批次拦截弹的战斗部），采用硝酸羟胺（HAN）液体燃料，扩大了射程，提高了末段速度和杀伤动能；二是用红外成像导引头取代原来的主动雷达导引头。该拦截弹有三分之二的部件已经是在生产之中的成熟部件。该导弹的长度和弹径都与AIM-120导弹相同，但重量减轻了近14kg。该导弹的最大射程可达160km（实际射程与导弹发射平台的飞行速度和高度有关）。下图显示了该拦截弹早期的外形和内部布局。
在后期的发展工作中，雷神公司优化了该拦截弹的方案，改为无弹翼布局（见下图）。该公司还指出：作战飞机搭载NCADE拦截，既可以对弹道导弹进行大气层内拦截，也可以进行大气层外拦截。该公司还研究了其他一些具体的作战构想，其平台涉及有人驾驶作战飞机、无人作战航空系统（UCAS）和长航时侦察无人机。
2007年5月，雷神公司与其项目合作伙伴——美国航空喷气公司完成了NCADE导弹的新型燃料系统和红外成像导引头的有关试验。其中，后一试验把为NCADE导弹研制的红外导引头安装在雷神公司的AIM-9X近距空空导弹上，其原因是AIM-9X的射程较近，且为固体燃料，可以降低风险。2007年12月3日，该项目在新墨西哥州的白沙导弹靶场完成了首次拦截试验。在试验中，一架F-16战斗机发射了2枚装有NCADE导弹导引头的AIM-9X导弹，成功拦截了一枚用作靶弹的“猎户座”火箭。下图示意了2007年12月拦截试验的情况。
在这次试验中，第一枚导弹安装的NCADE拦截弹导引头首先跟踪了靶弹的尾焰，随后将瞄准点转向了靶弹的弹体，最后以撞击杀伤方式摧毁了靶弹。第二枚导弹的导引头则记录了拦截过程。这一试验证实了NCADE导弹红外成像导引头截获并跟踪助推段靶弹、识别弹体和尾焰的能力。
按照MDA和雷神公司的设想，携带NCADE导弹的作战飞机执行反导任务的作战概念是：首先由各种互联互通的弹道导弹预警探测装备探测和跟踪弹道导弹目标，并为NCADE导弹载机提供目标提示；导弹载机根据目标提示，利用自身传感器捕获和跟踪目标，形成火控方案发射NCADE导弹；NCADE导弹一级发动机工作，导弹向上爬升，在飞行过程中接受数据链修正制导；一级发动机燃烧完毕后脱离，二级发动机点火，杀伤飞行器进行制导飞行；二级发动机燃烧完毕后不分离，杀伤飞行器释放头罩，导引头开机，跟踪弹道导弹尾焰并将瞄准点置于弹体，引导杀伤飞行器对目标进行撞击杀伤。
雷神公司指出：作战飞机搭载NCADE导弹，既可以对弹道导弹进行大气层内拦截，也可以进行大气层外拦截。该公司研究了其他一些具体的作战构想，其平台涉及有人驾驶作战飞机、无人作战航空系统（UCAS）和长航时侦察无人机。见图5～图7。
上图中，左图表示“区域打击任务”，右图表示“区域监视任务”。前一任务由有人驾驶作战飞机执行（图中以F-22为示例），后一任务由长航时侦察无人机执行（图中以“捕食者”B为示例）。作战飞机负责搜寻和摧毁弹道导弹起竖－发射车，同时也可使用NCADE导弹对已发射的弹道导弹进行拦截。这些作战飞机可混合配备多种武器，具有多任务能力，能够对随遇目标进行打击（图中F-22投射打击武器，攻击防空导弹发射车）。长航时无人机则可在反弹道导弹作战中发挥两种作用，即弹道导弹预警探测和拦截杀伤作用。
图字：Taep’o-dong-2，100 sec to 80km——（朝鲜）“大浦洞”2弹道导弹发射，在100s内高度达到80km；Target track to intercept 80 seconds——F-15战斗机（距离发射点30km）在第80s进行目标跟踪，以准备拦截；F-15 Launch Endo Intercept——F-15发射导弹，进行大气层内拦截；Target track to intercept 150 seconds——UCAS（距离发射点150km）在第100s进行目标跟踪，以准备拦截；UCAS Launch Exo Intercept——UCAS发射导弹，进行大气层外拦截；UCAS Maintains multi-mission role——UCAS保持多任务能力；Exo-Atmospheric——大气层外；Endo-Atmospheric—大气层内；Exo-atmospheric intercept significantly expands battle-space——大气层外拦截可显著扩展作战空间
上图中，有人驾驶作战飞机（图中以F-15战斗机为示例，但所配图片为F/A-18）在距弹道导弹发射点30km处进行大气层内拦截，UCAS（图中以X-47B为示例）在距弹道导弹发射点150km处进行大气层外拦截。此图显示了三个要点，一是空基拦截需靠近发射点一定距离，二是如能进行大气层外拦截，则反弹道导弹的作战空间可以显著拓展，三是配装NCADE导弹的作战飞机主要是用来执行助推段和上升段前端的拦截任务。
图字：Layered approach maximizes kill probability——采用分层途径可以最大化拦截杀伤概率；Threat most vulnerable in high-endo regime——威胁在大气层内高层最为脆弱；Launch Detect——发射探测；NCADE N-UCAS Launch Low/High Endo Intercept——海军UCAS发射NCADE导弹进行大气层内低层/高层拦截；SM-3 Exo Intercept——“标准”3拦截弹进行大气层外拦截；Surface shooter positioned between CV and threat launch area——反弹道导弹战舰部署在航母与威胁发射区之间；NCADE Kill Vehicle SM-2 Booster Launch High Endo Intercept——利用“标准”2导弹助推器发射的NCADE导弹进行大气层内高层拦截；NCADE F-18 Launch High Endo Intercept——F-18战斗机发射的NCADE导弹进行大气层内高层拦截；SBT Endo Intercept——水面战舰进行大气层内末段拦截
上图中，由航母搭载使用的海军型UCAS（N-UCAS）携带NCADE导弹深入敌方领土上空，在卫星探测的支持下完成助推段拦截；而F/A-18舰载战斗机则使用NCADE导弹完成末段高层拦截。这表明雷神公司也设想了作战飞机使用NCADE导弹完成末段拦截任务。
NCADE拦截弹项目取得的成果，为MDA和美空军后来提出AWL构想（如第1篇所述）提供了基础。
三、总体看法
美军可由无人机搭载使用的、基于动能杀伤飞行器的拦截弹技术已成熟，近年来通过NCADE项目，利用新技术进展进行了进一步的发展。当前，美军发展重点是可供高空长航时无人机使用的反导用激光武器，且多条技术路线同时探索、孵化，目前进展顺利，不久就将开展演示、试飞。考虑到激光武器技术的可移植性和可能实现多功能，后一项目如取得成功，除有可能使美军在“机载激光武器”项目下马后仍得以实现以空基激光武器拦截弹道导弹的夙愿之外，还可能有力地推动美军航空装备体系机载激光武器的发展与应用。
结束语
美国发展空基反弹道导弹系统主要考虑助推段拦截，基于无人机的装备也不例外。与中段和末段拦截相比，助推段拦截被公认具有大量的优点，主要是助推段弹道导弹易于被探测并易于被拦截，并且在弹道导弹处于助推段时将其拦截能取得最好的作战效果和威慑作用等；另外，对于在40～400km高度引爆、以电磁脉冲方式进行杀伤的弹道导弹，只能在助推段拦截。经过进一步分析，美军还认为空基系统是实现助推段拦截的最优选择，而且此类系统还可用于上升段、下降段和末段拦截。
美军在空基反弹道导弹系统方面积累了大量的技术储备，而基于融入体系考虑的预警探测装备特别是长航时无人机的进一步发展、基于高空无人机的先进激光武器拦截正是当前的发展重点。总的来看，美军已对多种平台、武器和使用方案进行了研究，其中基于无人机装备的研究取得的成果最为突出；美军已具备针对弹道导弹的空基预警探测能力，初具由空基预警探测装备为拦截杀伤系统提供火控级信息而实现“远程发射”的作战能力，而为无人机及其他作战飞机配装动能拦截弹实施拦截也并不存在大的技术障碍。当前，美军在这方面的发展重点是进一步优化无人机机载传感器以更好地支持“远程发射”和为高空无人机配装先进激光武器进行拦截，一旦取得成果并广泛列装，将有效增强美军弹道导弹防御体系的作战能力，并有力推动美军激光武器技术水平迈上新台阶。
（中国航空工业发展研究中心 张洋）
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