陳方予,陳　晗,張東俊,郭冬子,鐘世勇,薛曉強(qiáng)

(1.北京機(jī)電工程總體設(shè)計(jì)部，北京 100854； 2.北京華航無線電測量研究所，北京 100013)

0　引言

隨著反導(dǎo)武器的出現(xiàn)，彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)從20世紀(jì)90年代開始得到快速發(fā)展，針對的主要突防對象是美國和俄羅斯的幾型現(xiàn)役反導(dǎo)武器。

前期彈道導(dǎo)彈突防采取的主要措施是針對反導(dǎo)武器系統(tǒng)中的反導(dǎo)雷達(dá)，采用彈載雷達(dá)干擾裝置壓制反導(dǎo)雷達(dá)，使其不能生成攔截窗口，同時使用雷達(dá)誘餌和紅外誘餌，干擾反導(dǎo)雷達(dá)和攔截彈對導(dǎo)彈目標(biāo)的探測，加強(qiáng)干擾效果。前期有些彈道導(dǎo)彈出于其它用途，設(shè)計(jì)了小范圍的拉起、平飛和俯沖等變軌飛行動作[1]，但這些動作設(shè)計(jì)的初衷不是用于突防，而且這些動作只在導(dǎo)彈飛行過程中某一時段內(nèi)實(shí)施，將其作為整個導(dǎo)彈飛行過程中完整的突防措施是不夠的。這一時期彈道導(dǎo)彈突防主要使用的是雷達(dá)干擾技術(shù)和攔截彈導(dǎo)引頭示假技術(shù)。

隨著滑翔彈道導(dǎo)彈研究的興起，許多彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)研究人員開始關(guān)注并研究在大氣層內(nèi)滑翔變軌飛行的彈道導(dǎo)彈突防能力，有些研究人員認(rèn)為大氣層內(nèi)滑翔變軌飛行是當(dāng)前彈道導(dǎo)彈突防的一個重要發(fā)展方向[2]。

目前彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)表現(xiàn)出兩個不同發(fā)展方向，一個是基于干擾反導(dǎo)雷達(dá)和攔截彈導(dǎo)引頭的干擾技術(shù)，另一個是基于變軌飛行擺脫攔截的飛行技術(shù)。了解這兩種突防技術(shù)的作用機(jī)理，對認(rèn)識這兩種突防技術(shù)在今后彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)發(fā)展中的作用是有益的。

壓制和干擾雷達(dá)探測目標(biāo)的雷達(dá)干擾技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，干擾機(jī)理清楚，干擾結(jié)果明確，在國外多次戰(zhàn)爭實(shí)際對抗中已得到驗(yàn)證。彈道導(dǎo)彈使用干擾技術(shù)干擾反導(dǎo)武器系統(tǒng)中的目標(biāo)探測系統(tǒng)，可以說是彈道導(dǎo)彈突防的一種有效手段。

目前一些滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈研究人員認(rèn)為，大氣層內(nèi)滑翔變軌飛行的彈道導(dǎo)彈具有較強(qiáng)突防能力，主要理由包括：一是大氣層內(nèi)滑翔變軌飛行的彈道飛行高度在大氣層內(nèi)，攔截低界高于大氣層高度的攔截彈(如SM-3)不能對其攔截，另外較低的飛行高度能夠減小地(海)面反導(dǎo)雷達(dá)對其探測的通視距離(通視距離受地球曲率半徑影響)；二是認(rèn)為現(xiàn)有的反導(dǎo)武器作戰(zhàn)對象是針對慣性彈道的彈道導(dǎo)彈，對大氣層內(nèi)滑翔變軌飛行的彈道導(dǎo)彈攔截存在不適應(yīng)性。前一個理由顯而易見，但不能作為滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈突防可依賴的保證；后一個理由實(shí)際上也需要仔細(xì)分析。本文針對彈道導(dǎo)彈滑翔變軌飛行對現(xiàn)有反導(dǎo)武器作戰(zhàn)可能產(chǎn)生的影響，試探性地作一些探討，希望能為滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈突防設(shè)計(jì)人員提供一些參考借鑒。

1　彈道導(dǎo)彈滑翔變軌飛行

反導(dǎo)武器的出現(xiàn)，使發(fā)展日趨成熟的慣性彈道導(dǎo)彈受到被攔截的威脅，彈道導(dǎo)彈設(shè)計(jì)者一方面研究增強(qiáng)慣性彈道導(dǎo)彈的突防能力；另一方面，從彈道導(dǎo)彈飛行彈道入手，研究大氣層內(nèi)滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈的突防能力。

早在20世紀(jì)30年代，德國科學(xué)家Saenger 提出助推+跳躍滑翔飛行超遠(yuǎn)程飛行器概念后[3]，人們就一直沒有放棄在大氣層內(nèi)利用空氣動力增加飛行距離的想法，包括后期的助推+滑翔機(jī)動高速運(yùn)輸系統(tǒng)和近期的臨近空間高速飛行器，其設(shè)計(jì)的初衷都是利用空氣動力增加飛行器的飛行距離。

如圖1所示，助推+滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈彈道由主動段、慣性段、滑翔段、俯沖段組成。主動段、慣性段和俯沖段均相對較短，滑翔段相對較長，在俯仰向有起伏。

這種滑翔彈道的主要特點(diǎn)是：整個彈道在大氣層外時間較短，在100 km高度以下臨近空間和大氣空間內(nèi)時間較長，導(dǎo)彈滑翔飛行速度較高，Ma數(shù)可達(dá)10以上。

圖1　助推+滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈彈道示意

2　滑翔變軌飛行彈道對目前反導(dǎo)武器作戰(zhàn)的影響

目前滑翔變軌飛行的彈道導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的主要對象還是飛行距離，多數(shù)并不針對特定的反導(dǎo)武器，只是認(rèn)為導(dǎo)彈滑翔變軌飛行對目前在役的反導(dǎo)武器具有廣泛的突防作用。

目前在役的反導(dǎo)武器攔截彈道導(dǎo)彈作戰(zhàn)時，作戰(zhàn)過程大致分為目標(biāo)截獲、攔截窗口生成、發(fā)射攔截彈并指令制導(dǎo)攔截彈，攔截彈由指令制導(dǎo)轉(zhuǎn)自主制導(dǎo)，攔截彈自主跟蹤并殺傷目標(biāo)等環(huán)節(jié)。下面試探討彈道導(dǎo)彈滑翔變軌飛行對這些作戰(zhàn)環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的影響。

2.1　對反導(dǎo)雷達(dá)截獲目標(biāo)的影響

滑翔導(dǎo)彈長時間在大氣層內(nèi)高速飛行，氣動加熱可能產(chǎn)生高溫尾跡，高溫尾跡中可能存在高溫造成的空氣分子離解、電離形成的等離子鞘套，等離子鞘套具有特殊的電磁特性與光電特征，可能會導(dǎo)致滑翔導(dǎo)彈雷達(dá)目標(biāo)特征和紅外目標(biāo)特征延展。相關(guān)研究結(jié)果表明，等離子鞘套對于雷達(dá)目標(biāo)探測，一般表現(xiàn)為目標(biāo)RCS增大，特殊情況下，等離子體厚度和濃度處于某個特定值時，對于某個特定頻率的雷達(dá)探測信號，等離子鞘套具有發(fā)散和吸收照射電磁信號的作用，此時目標(biāo)RCS會減小[4-5]，需要說明的是，這種RCS減小現(xiàn)象是在一些特定條件下出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象，不能作為導(dǎo)彈突防設(shè)計(jì)時目標(biāo)RCS值可靠的設(shè)計(jì)輸入，因?yàn)楹芏嗲闆r下，滑翔導(dǎo)彈飛行時RCS具有增大特征。

雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)主要依據(jù)目標(biāo)回波信號的信噪比，目標(biāo)RCS一定情況下，當(dāng)目標(biāo)作臨近飛行時，在某一距離上，目標(biāo)回波信號功率滿足一定信噪比要求時，雷達(dá)就會發(fā)現(xiàn)目標(biāo)[6]?；鑼?dǎo)彈的變軌飛行不會對反導(dǎo)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)生特別影響。

雷達(dá)跟蹤目標(biāo)是基于對目標(biāo)運(yùn)動軌跡的預(yù)測，通過對測量目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)的濾波，得到目標(biāo)運(yùn)動軌跡。用于目標(biāo)運(yùn)動軌跡濾波的濾波器傳輸函數(shù)模型的建立是基于對目標(biāo)運(yùn)動模型的掌握。雷達(dá)觀測空中目標(biāo)時，常使用卡爾曼濾波技術(shù)[7]。

滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈的飛行彈道，在俯仰向會呈現(xiàn)起伏狀態(tài)，這種多次起伏軌跡可看成是由多段近似平衡滑翔段組成，每一個近似平衡滑翔段中，導(dǎo)彈受力狀態(tài)是確定的，導(dǎo)彈的飛行軌跡符合一定運(yùn)動學(xué)規(guī)律[8]，這個規(guī)律如同慣性彈道規(guī)律一樣，可用于雷達(dá)目標(biāo)飛行軌跡濾波器的設(shè)計(jì)輸入。

針對平衡滑翔和跳躍滑翔彈道導(dǎo)彈飛行彈道的雷達(dá)目標(biāo)跟蹤技術(shù)目前已有較多研究成果，許多研究論文提出或分析了雷達(dá)對跳躍滑翔彈道導(dǎo)彈目標(biāo)的跟蹤方法[9]，有理由相信，反導(dǎo)雷達(dá)在跟蹤滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈方面，理論上沒有不可逾越的障礙。另外，觀察以往慣性彈道導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)時，地面雷達(dá)一般均能完整跟蹤導(dǎo)彈的再入過程，包括彈道末段的導(dǎo)彈俯沖過程，這說明雷達(dá)能夠跟蹤導(dǎo)彈的變軌飛行，可以推斷，導(dǎo)彈滑翔變軌飛行對反導(dǎo)雷達(dá)的目標(biāo)截獲不會產(chǎn)生難以克服的困難。

2.2　對攔截窗口的影響

目前反導(dǎo)武器多采用逆軌前置法攔截彈道導(dǎo)彈，攔截時先在目標(biāo)飛行軌跡前方預(yù)設(shè)一個交會區(qū)域，即生成一個攔截窗口，然后發(fā)射攔截彈在攔截窗口內(nèi)攔截目標(biāo)。

反導(dǎo)武器生成攔截窗口是基于對導(dǎo)彈目標(biāo)運(yùn)動軌跡的預(yù)測和攔截彈的作戰(zhàn)能力。反導(dǎo)武器通過對目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)測量，預(yù)測目標(biāo)后續(xù)運(yùn)動軌跡，然后根據(jù)攔截彈作戰(zhàn)能力，確定出攔截窗口。

攔截彈作戰(zhàn)能力包括攔截高界、低界、遠(yuǎn)界、近界，飛行速度，可用過載，攔截交會角、殺傷半徑等。一般而言，攔截彈作戰(zhàn)能力越強(qiáng)，反導(dǎo)武器攔截區(qū)域就越大，過載能力越強(qiáng)，越有利于攔截機(jī)動目標(biāo)。

雷達(dá)對目標(biāo)軌跡的預(yù)測是基于對目標(biāo)的跟蹤和對目標(biāo)運(yùn)動規(guī)律的掌握，對于沿慣性彈道飛行的導(dǎo)彈，反導(dǎo)武器截獲目標(biāo)后，根據(jù)慣性彈道特點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)運(yùn)動軌跡預(yù)測。

彈道導(dǎo)彈滑翔變軌飛行，其運(yùn)動規(guī)律呈現(xiàn)分段變化狀況，這種分段變化狀況對目前反導(dǎo)武器通過測量前面一段飛行軌跡去推算后續(xù)飛行軌跡生成攔截窗口的作法將產(chǎn)生影響。這一影響根據(jù)滑翔導(dǎo)彈變軌飛行程度不同而不同，如果滑翔導(dǎo)彈采取頻繁、快速、大幅度上下機(jī)動變軌飛行，則可能使反導(dǎo)武器預(yù)測的攔截交會點(diǎn)位置不適合攔截彈攔截，即生成不了攔截窗口；如果反導(dǎo)武器對滑翔導(dǎo)彈的變軌飛行規(guī)律沒有相應(yīng)的認(rèn)識和利用措施，那么即使已經(jīng)生成了攔截窗口，攔截窗口也會受滑翔導(dǎo)彈變軌飛行影響，產(chǎn)生變化，給攔截彈攔截造成困難，甚至有可能失去攔截窗口。這些現(xiàn)象都與滑翔導(dǎo)彈的機(jī)動變軌飛行狀況緊密相關(guān)，如果滑翔導(dǎo)彈機(jī)動飛行動作慢、強(qiáng)度弱，反導(dǎo)武器容易適應(yīng)，則有可能通過本身的動目標(biāo)適應(yīng)能力即可將其產(chǎn)生的影響消除；如果滑翔導(dǎo)彈機(jī)動飛行動作快、幅度大，超出反導(dǎo)武器的適應(yīng)能力，則滑翔導(dǎo)彈可能成功突防。

滑翔導(dǎo)彈彈道預(yù)測是目前反導(dǎo)武器實(shí)現(xiàn)對其攔截首先需要解決的問題，對滑翔導(dǎo)彈飛行能力(射程)的了解，前段飛行軌跡和飛行速度的測量，攻擊目標(biāo)位置的估計(jì)，以及導(dǎo)彈飛行前方航路下面地理情況的了解，均有利于預(yù)測滑翔導(dǎo)彈的彈道軌跡。

有針對性地選擇中制導(dǎo)律和提高攔截彈作戰(zhàn)能力有利于減少滑翔導(dǎo)彈變軌飛行對反導(dǎo)武器攔截窗口的影響。

2.3　對末制導(dǎo)的影響

滑翔導(dǎo)彈在大氣層內(nèi)高速飛行，產(chǎn)生的等離子鞘套可能使滑翔導(dǎo)彈的雷達(dá)目標(biāo)特性和紅外目標(biāo)特征發(fā)生延展，影響攔截彈導(dǎo)引頭對打擊瞄準(zhǔn)點(diǎn)位置的選擇。對此攔截彈雷達(dá)導(dǎo)引頭可采取發(fā)射寬帶探測信號，對目標(biāo)進(jìn)行一維距離成像，在逆軌攔截狀態(tài)下，選擇前部點(diǎn)作為瞄準(zhǔn)點(diǎn)；對于紅外導(dǎo)引頭，可采取焦平面成像技術(shù)，通過分析目標(biāo)圖像溫度梯度特性，選擇彈頭高溫駐點(diǎn)作為打擊瞄準(zhǔn)點(diǎn)。

攔截彈處于末制導(dǎo)狀態(tài)時，滑翔導(dǎo)彈快速大曲率半徑的變軌飛行理論上有可能導(dǎo)致目標(biāo)在導(dǎo)引頭視窗內(nèi)產(chǎn)生穿窗現(xiàn)象，以及攔截彈脫靶現(xiàn)象，出現(xiàn)這些情況的根本原因是攔截彈的過載能力不夠。

目標(biāo)機(jī)動變軌飛行使攔截彈脫靶，在飛機(jī)對抗空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈攔截時，被認(rèn)為是一種可用的手段，尤其對于機(jī)動性能較好的“蘇-27”、“蘇-30”、“蘇-35”等戰(zhàn)機(jī)[10]，雖然這些戰(zhàn)機(jī)的高機(jī)動性能設(shè)計(jì)最初是用來在空中格斗時搶占有利位置的，但俄羅斯人認(rèn)為，戰(zhàn)機(jī)的高機(jī)動性能，還可用來擺脫攔截彈跟蹤。文獻(xiàn)[11]研究了戰(zhàn)機(jī)在攔截末段，使用機(jī)動性能擺脫攔截的方法，研究結(jié)果指出，戰(zhàn)機(jī)的起始機(jī)動距離、機(jī)動方向和機(jī)動速度是影響攔截彈脫靶量的主要因素，只有當(dāng)這三者均處在一個合理的區(qū)間范圍時，才能使攔截彈脫靶。相比之下，如果滑翔導(dǎo)彈使用這種擺脫攔截技術(shù)，對照影響擺脫效果的三個因素，可以看到，目前滑翔導(dǎo)彈難以預(yù)警攔截彈，機(jī)動起始距離難以控制，機(jī)動方向同樣也難以確定，使用起來缺少必要條件支持。目前攔截彈道導(dǎo)彈多采取逆軌攔截方式，且有交會角限制，滑翔導(dǎo)彈盡量大角度地橫向機(jī)動飛行可能有利于擺脫攔截。

3　相關(guān)思考及總結(jié)

彈道導(dǎo)彈滑翔變軌飛行對目前使用逆軌前置法攔截的反導(dǎo)武器的攔截窗口會產(chǎn)生影響，對因攔截窗口位置變化而引入的攔截彈飛行控制會產(chǎn)生影響，對反導(dǎo)武器的目標(biāo)探測、目標(biāo)跟蹤、制導(dǎo)指令傳輸影響不大。

滑翔導(dǎo)彈變軌飛行突防針對的主要對象應(yīng)該是攔截彈，滑翔導(dǎo)彈本身的目標(biāo)特性可能不是突防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

滑翔導(dǎo)彈變軌飛行突防設(shè)計(jì)的核心指標(biāo)應(yīng)該是適用對象、變軌時機(jī)、變軌曲率半徑、變軌持續(xù)時間、 變軌次數(shù)等主要指標(biāo)。變軌時機(jī)的選擇需要對攔截彈預(yù)警的支持，目前滑翔導(dǎo)彈較難實(shí)現(xiàn)對攔截彈預(yù)警。

滑翔導(dǎo)彈機(jī)動變軌飛行能力及其合理使用是決定滑翔導(dǎo)彈能否利用機(jī)動變軌飛行進(jìn)行突防的關(guān)鍵。在滑翔導(dǎo)彈機(jī)動變軌飛行設(shè)計(jì)和使用時，還應(yīng)注意到，滑翔導(dǎo)彈變軌飛行曲率半徑、持續(xù)時間、變軌次數(shù)不但涉及滑翔導(dǎo)彈的突防能力還涉及滑翔導(dǎo)彈的最大射程，合理的設(shè)計(jì)可使滑翔導(dǎo)彈取得最大射程，而過多的變軌飛行次數(shù)將影響滑翔導(dǎo)彈的射程，其原因在于每次變軌飛行都會使滑翔導(dǎo)彈飛行速度降低，這是滑翔導(dǎo)彈突防設(shè)計(jì)時不能忽略的。

目前在役反導(dǎo)武器攔截滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈時，可能存在能力不足問題，主要表現(xiàn)為攔截彈飛控能力和對機(jī)動彈道預(yù)測能力不足，主要問題可能還是攔截彈飛控能力問題。

4　結(jié)束語

彈道導(dǎo)彈突防與飛機(jī)反空空導(dǎo)彈和空地導(dǎo)彈攔截有相似之處，飛機(jī)反導(dǎo)彈攔截除使用硬殺傷手段打擊攔截武器外，還使用掛載干擾吊艙、釋放拖曳式誘餌以及機(jī)動飛行規(guī)避攔截等手段，其中針對攔截武器目標(biāo)探測和跟蹤系統(tǒng)的干擾技術(shù)和誘餌示假技術(shù)被當(dāng)前慣性彈道導(dǎo)彈突防設(shè)計(jì)所借鑒和參考。

目前滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈試圖采用機(jī)動變軌飛行技術(shù)，規(guī)避攔截彈攔截，這與飛機(jī)機(jī)動飛行擺脫攔截彈攔截的作法相似?？墒褂玫淖鞣ㄊ牵寒?dāng)滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈能夠確定反導(dǎo)武器布設(shè)位置時，可使用彈道規(guī)劃技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大范圍的側(cè)向彈道躲避；當(dāng)滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈能夠預(yù)警攔截彈發(fā)射，甚至能夠測量攔截彈的來襲方向和飛行軌跡時，可采取快速、小范圍的機(jī)動躲避。前一個作法需要情報信息支持和導(dǎo)彈射程余量支持，后一個作法需要彈載攔截彈告警和探測技術(shù)支持。

當(dāng)前滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈突防正處于開創(chuàng)性的發(fā)展階段，滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈在彈道預(yù)測方面給目前反導(dǎo)武器帶來困難，其突防問題主要是針對攔截彈的躲避問題，隨著攔截彈在臨近空間飛行能力的提升，對滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈的威脅將不斷增加，滑翔變軌飛行彈道導(dǎo)彈需要進(jìn)一步提升突防能力，后續(xù)還將有大量的研究工作?！?/p>