一文读懂：弹道导弹突防技术
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弹道导弹是一种在火箭发动机推力作用下先按预定程序飞行、关机后再沿自由抛物线轨迹飞行的导弹，是目前各大国重要的火力投射手段。随着弹道导弹威胁的不断增强，各国开始开发相应的反导技术，将天基、陆基、海基多平台传感器和拦截弹整合起来，打造战略防御盾牌。
为了击破这些“盾”，保证弹道导弹攻击的有效性，各国对突防技术（Penetration Aids）进行了大量研究，本文将对弹道导弹典型的突防技术进行简要阐述，并结合国外相关装备来对突防技术获得更好的理解。
文章仅供参考，观点不代表本机构立场。
弹道导弹突防技术研究
作者：学术plus高级评论员 张昊
弹道导弹突防措施是指通过不同手段提高弹道导弹突防概率、防止敌方拦截的技术手段，可有效提高对敌威慑力，是弹道导弹中不可缺少的重要组成部分。突防手段必须满足如下几个原则：
1）必须与其企图突防的防御系统相匹配，这意味着必须知晓防御系统的相关细节；
2）突防手段占用进攻系统的体积、重量并从后者获取能量，不能影响导弹的功能或可靠性，意味着通过先进的系统工程将突防手段与载荷的其它部分进行集成；
3）能够在发射环境中生存并在其意图的作战环境中发挥功能，在某些情况下还要考虑到空间再入技术，而这又是另一项重大的工程挑战；
4）为了确保可靠，必须在空间以及再入环境下进行测试和测量，相比于在目标区内仅观测到再入飞行器抵达，其测试难度更大。
从技术上讲，发展突防技术在资金投入和研发周期上都需要付出很大的代价。上世纪六十年代，美国每年在突防手段研发上的花费据称可达3~4亿美元。英国在上世纪七十年代进行的Chevaline项目得到了美国有限的帮助，其费用超过了10亿英镑，从研究、开发到进入现役超过了十年。
美国政府问责局（GAO）关于美国导弹防御测试目标（包含了类似突防手段的技术）的报告指出，与目标性能有关的问题导致至少增加了10亿美元的预算，而目标故障和异常也对许多导弹自身产生了负面影响。任何形式的突防手段都会对杀伤武器的体积、重量和动力造成影响。因此需要对性能进行权衡考虑，有可能要牺牲武器射程或降低载荷的杀伤力。此外，如果没有充分测试，突防手段还有可能与导弹系统本身的功能形成干扰。
从上述内容可以看出，突防措施不是一个简单的单一装备，而是需要考虑到整个弹道导弹实际作战能力的系统工程，应根据现有技术和资金情况，合理配置突防措施，达到最大的作战效果。
典型的突防措施可分为电子对抗、诱饵装置、多弹头技术、机动变轨等多种方式，下面将分别对其技术概念进行阐述，并将以国外典型装备为例，论述其作战效能。
电子对抗可分为有源和无源两种，目前各国在该方面进行了大量研制工作，下面将对典型技术进行详细阐述，并对未来可能应用于突防手段的技术进行简要介绍。
（1）箔条/障碍物/照明弹
箔条/障碍物/照明弹是一种典型的无源干扰，其设计可在空间或再入环境中工作，包括含有燃料及氧化剂并配备符合空间工作要求的点火器的照明弹、无源射频箔条或光学箔条。在该类别项目下，用于遮蔽目标的多种类障碍物都可以生成光学或射频信号来隐藏再入飞行器。这些障碍物均需要专门的布撒器。下图为乌克兰电磁研究所生产的一种箔条及箔条布撒器。
（2）有源干扰机
有源干扰机是指在弹头上安装雷达干扰机，用于主动发射和转发无线电信号干扰或欺骗对方探测雷达。实施有源干扰是对敌雷达多个作战环节（跟踪、识别、拦截等）进行电子对抗的最好突防手段之一。下面将介绍三种可能应用于导弹突防的有源干扰技术，分别为数字射频存储（DRFM）干扰机技术、低功耗干扰机技术和电磁脉冲/高功率微波发生器技术。
数字射频存储（DRFM）干扰机是一种普遍应用的有源干扰机，可用于阻塞或欺骗导弹防御雷达。其设计为对截获的射频信号数字化，然后重新发射该信号，从而阻塞发射雷达、产生假目标或改变目标特征，进而降低导弹防御系统的效能。太空级的DRFM干扰器可用于对抗导弹防御系统的雷达。目前，该类干扰机已可进行小型化，下图为美国陆军使用的ADEP-800/1 DRFM干扰器（长度小于30cm）。
低功耗干扰机也是一种有效的有源干扰模式，攻击导弹可以采用低功耗干扰器来生成成千上万的假目标，用以掩盖弹头的存在和位置。这种干扰器很小，许多片硬件加起来也不过十美分硬币大小，即使比较小型的载荷也能够搭载数量极大的这种电子突防手段。下图为低功耗干扰机模型示意图。
乌克兰电磁研究所开发的电磁脉冲/高功率微波发生器技术可能被应用于突防手段。下图右侧为大功率螺旋电脉冲磁累积发生器（MCG）的外观视图。该设备长度约0.5m，功能原理为将爆炸能量转换成电脉冲能量。由于现代爆炸物具有很高的能量容量，当今的磁电累积发电机不仅尺寸小、重量轻，并且能够产生电脉冲，其所能承载的电流高达数百兆安，能够产生高达100兆焦的能量，而功率可高达1013W。左图为该机构开发的MG1高功率脉冲无支臂同轴发电机的外观视图，在连接电容器存储的情况下其长度小于0.5m。这种微波发生器具备小型化、轻量化的特点，未来可能会应用于突防技术研发方面。
大功率螺旋MCG无接头同轴发电机MG1
弹道导弹的另一种重要突防方式为释放诱饵装置，旨在释放假目标/假弹头迷惑对方雷达等传感器以掩护真弹头突破反导系统。这类诱饵通常在速度、气动、红外辐射、雷达反射特性等各类特征上与真弹头类似，可有效应对敌方探测辨识。诱饵根据其质地重量上可分为轻诱饵和重诱饵。
轻诱饵主要包括普通的轻型角反射体、以龙伯透镜为基础的特殊反射体、充气气球以及用金属薄膜制造的模拟弹头等。这类诱饵多用于大气层外，在弹头再入阶段会很快被烧毁。轻型诱饵也可被用于进行模拟导弹对抗，典型的轻型诱饵包括MlT /林肯实验室开发的美国充气外大气层目标（IEO），是美国民兵-3洲际导弹MK-12再入子弹头的外大气层光学雷达复制品。IEO配置包括复制Mk-12外形的可充气气囊，用于光学和雷达匹配的碳纤维外壳，用于表面温度控制的充气和外壳之间的集成水膜，用于确定姿态和动态的三轴磁力计，以及用于发送IEO温度，压力，加速度和遥测内务数据的头部定位S波段遥测系统。独特的弹射部署机制（EDM）被用于存储打包的IEO，然后进行充气，旋转和弹出。IEO和EDM的设计非常独特，能够允许复杂目标的无碎片弹射。
IEO外形
重诱饵具有横截面积小、密度大的特点，可稳定飞行，与弹头具备同样的弹道特性和可被探测特性，可增加探测器发生错误识别的概率或消耗拦截弹。由于轻诱饵在弹道导弹再入阶段会被大气层过滤掉，所以重诱饵将是于中末段突防的主要技术手段。重型诱饵弹道系数应与真目标保持一致，其典型飞行参数（例如再入角、速度、阻力系数、弹头锥角、质量等）都是重诱饵的重要研发参考。一般重诱饵采用密度大、熔点高、耐高温烧蚀并具备韧度的材料进行设计，并多采用无源天线阵来模拟与真目标类似的雷达散射截面（RCS）。
除上述类型外，集群假目标也是一种有效的诱饵方式。集群假目标可在弹头上连接偶极子、角反射体、气球以及导弹弹体碎片等，构成假目标群。这会对敌方雷达探测系统造成更大的探测负担，延长其分辨时间，甚至会饱和其探测能力。集群假目标中，由于各个单元的不断运动，其发射信号相位及幅度会不断随机变化，从而也会导致目标RCS不断改变，影响探测效果。
导弹隐身的主要目标是降低自身雷达、红外特征，减小被敌方雷达和红外探测系统探测到的概率。
在雷达隐身方面，主要的措施包括三点：
①对弹头外形进行低散射气动外形设计，使得电磁波散射尽量偏向至雷达以外的其它方向上去，从而减小其RCS截面，降低敌方雷达有效探测距离，缩短敌方有效预警时间；
②在弹上喷涂隐身吸波材料，来实现弹头隐身，但这对隐身材料的耐高温、耐侵蚀特性提出了更高的要求；
③ 可采用阻抗加载技术来削弱弹头目标散射电磁波强度，阻抗负载的散射场将对弹体本身产生的散射场进行抵消。
值得注意的是，弹头在再入阶段很可能自身会与大气层剧烈摩擦使得空气电离，产生等离子体鞘套，在无线电波穿透等离子鞘套时，电波能量会被吸收、散射和反射，造成信号幅值衰减、相位畸变等，从而也会降低敌方探测概率。
在红外隐身方面，主要对助推火箭发动机燃料进行改进，控制其尾焰和亮度，减小被红外探测系统探测概率。此外，还可在弹头表面覆盖非灰体涂层，并在弹头外添加金属包络层外套，以有效改变目标红外特征。
多弹头技术是指在一个弹头内装有多个子弹头，它利用弹头的数量使敌方反导防御系统处于饱和状态，并通过机动变轨增大反导系统对其弹道的预测难度，完成突防以达到更好的打击效果。
目前各国重点发展的典型多弹头技术为分导式多弹头技术（MIRV），MIRV技术可发射多个子弹头，沿不同轨道打击同一或多个目标。其典型场景为，弹头母舱携带多枚子弹头到达目标上空，逐一释放子弹头，每释放一枚子弹头后，弹头母舱会更改其飞行形态和轨道，然后继续释放子弹头。释放的子弹头一般无制导系统，将按照释放时确定的轨道对预定目标实施打击，其打击目标间隔可达数百千米，具备极强的突防性。
美国洲际导弹广泛采用了分导式多弹头技术：
美国的民兵3洲际导弹采用MK-12或MK-12A的分导式多弹头，MK-12母弹头中装有3枚子弹头，子弹头在释放舱中由机械装置固定，末助推控制系统用于控制投放子弹头；
美国的三叉戟2采用分导式多弹头，弹头中有8 枚MK5或MK4子弹头，整个弹头由端头组件、防热层组件、内部结构件、天线窗、解保和引信组件以及核装置组件组成；
美国的“和平卫士”洲际弹道导弹（已退役）的突防方式采用10 枚MK-21 分导式多弹头，弹头由释放舱、子弹头和整流罩等部分组成。
为了对分导式多弹头突防作战获得更深的理解，下文将以美国已退役的“和平卫士”洲际导弹为例，对其第三级助推火箭分离后的MIRV突防作战进行阐述。
在导弹第三级火箭分离时，助推段已经结束，此时导弹剩余部分主要包括弹头母舱（Post-boost vehicle, PBV）及其携带的多达10个的再入子弹头。此时，弹头母舱和再入子弹头正以自由落体弹道冲向目标。在所有助推火箭燃尽后约500秒时间后，导弹接近达到弹道最高点，此时弹头母舱启动推进器，对弹道进行微调。弹道每次调整后，弹头母舱都会释放一个子弹头（即再入飞行器，RV），这些子弹头作为分导式多弹头再入载具（MIRV）可沿着不同的弹道飞向其设定的目标，其速度可高达6~8 km/h。此外，各类诱饵和突防辅助装置将帮助子弹头躲避敌方的防御措施，以实现有效打击。
导弹机动突防可通过机动变轨使敌方的反导系统难以预测导弹轨迹，显著降低敌方预警系统对导弹的弹道预警和跟踪能力，是各国重点发展的突防方式。典型的突防方式包括全弹道机动和弹道末段机动两种。
全弹道变轨主要采取低弹道、高弹道、机动滑翔弹道或部分轨道轰炸技术等。采用低弹道飞行可缩短反导系统的拦截时间；采用高弹道则是指弹头以近似垂直的角度再入大气层，弹头速度极高，敌方反导系统难以对垂直方向进行探测覆盖和拦截；采用滑翔弹道机动飞行时，弹头先进入高弹道，再做低空滑翔，向目标俯冲，这具备较低的弹道高度，难以拦截。在采用部分轨道轰炸技术时，弹头将以高弹道从反导系统的薄弱方向进入目标区，或压低弹道，提高速度，缩短敌方拦截时间，以达到突防效果。
弹道末段机动变轨是指当弹头再入大气层时，先按预定轨道飞行，使敌方反导系统误判，然后改变弹道，从另一轨道进入目标区，此时与目标距离很近，留给敌方的拦截时间很短，难以进行拦截。
此外，弹道导弹可以采用中段和末段的精确制导，包括激光陀螺、星光制导技术及末制导技术、先进的惯性加星光修正和地形匹配末制导技术等，以保证弹道导弹的机动性和命中精度，印度“烈火”-5导弹就将广泛采用了地形匹配末制导技术，提高自身命中精度。
（全文完）
张昊，学术plus高级评论员，专注研究军事装备与电子信息系统，包括雷达系统、电子战、作战模式等。
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