朝鮮的核棒子雖然還很細小,但竟然已經能戳到自己的軟肋上了!當美國總統問我們的航母在哪裏的時候,美國人民都喊了起來:“我們的導彈防禦系統在哪裏?”
和窮酸鄙陋的朝鮮相比,美國儼然是個無所不能的超級大富豪。特朗普的煩惱是手頭的傢伙太多,他自己肯定也很想弄明白那一大堆薩德、愛國者、宙斯盾,還有什麼NMD、GMD、TMD裏,到底哪個才是最趁手懟回去的傢伙。
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【 三層攔截 】
要攔截彈道導彈,首先得了解一下它的彈道是怎麼樣的。彈道導彈有三個飛行階段:助推段、中段和末段(再入段)。
助推段 - Boost Phase
:導彈點火升空,在火箭發動機的推動下逐漸加速,並由制導系統控制調整姿態,轉向目標方向。達到預定速度和彈道傾角後,火箭發動機關機。如果彈道導彈全程飛行時間為30分鐘的話,這階段約3-5分鐘。
2016年2月26日11:01p.m.,一枚民兵III洲際彈道導彈從加州范登堡空軍基地發射升空
關機前的主動段,導彈尾焰會產生強烈的紅外輻射信號,就像夜空中的火炬。部署在地球同步軌道上的早期紅外預警衞星可以在發射後幾十秒內探測到。這時導彈速度較低,且無法機動,相對比較容易攔截。但是這一階段基本都在發射國境內及毗鄰地區,受到嚴密保護,龐大的反導彈系統難以接近。
中段 - Midcourse Phase
:彈頭沿着橢圓軌道作亞軌道飛行,高度可達1200公里以上,飛過遠地點後開始下落。這一階段彈頭和火箭分離,並可釋放誘餌,飛行時間約25分鐘。
在中段,彈頭進入無動力的被動段,彈道和速度均比較恆定,容易預測攔截點,攔截窗口較大,攔截後附帶損傷小;難度在於彈頭速度快,距離遠,飛行高度遠遠超過普通地空導彈的射高,還可以變軌並拋出誘餌。而且彈箭分離後彈頭體積很小,不發出任何光線、電磁、紅外輻射,信號特徵非常小,如果在上升段沒有被捕捉鎖定,在這一階段想要探測跟蹤難度極大。
末段 - Terminal phase
:彈頭最後下落的一段,如果是飛出大氣層的洲際彈道導彈則稱為再入段。彈頭重返大氣層,速度不斷增加,落地速度超過20倍音速,飛行時間約2分鐘。
另一次試驗中,民兵III彈頭再入大氣層,準確命中距范登堡6800公里的誇賈林環礁里根靶場。這屬於常規驗證性試射,旨在定期檢驗現役民兵III導彈的作戰效能。
末段接近目標區,容易部署反導武器。但導彈下落速度非常高,還可能彈出多彈頭,攔截窗口極小,沒有第二次攔截機會。如果攔截高度過低,即便成功摧毀彈頭,殘骸產生的碎片反而會造成更大的地面附帶殺傷區域,核戰鬥部或者生化武器的話情況會更糟。
朝鮮洲際彈道導彈命中美國主要城市的預計時間:洛杉磯33分鐘、芝加哥37分鐘、紐約38分鐘
理論上在這三個階段都可以對彈道導彈進行攔截,美國也都嘗試過。但實踐中三個階段各有難點,尤以上升段最為困難。最理想的方式就是在太空中對上升段進行攔截,既容易發現目標,速度也慢,還沒有機動變軌、釋放誘餌及多彈頭等抗反導措施,更沒有附帶損害 — 這也正是著名的“星球大戰”計劃想要做的。
【 從星球大戰到NMD 】
冷戰後期,毛熊趁着美國深陷越戰泥潭,瘋狂趕造從坦克、飛機到核潛艇、洲際彈道導彈的一系列進攻武器。1978年蘇聯的核彈頭數首次超過美國,並在整個80年代保持領先。1985年達到39137枚對23510枚,超出2/3以上。
美國一看不行了,和傻缺的老毛子硬拼肯定得輸,得靠技術優勢整個王炸。1983年裏根總統提出“戰略防禦計劃”,依靠美國在太空技術方面的優勢,計劃在外太空大規模部署高能定向武器(激光、高能粒子束、電磁動能武器等),輔以地面的常規反導武器,以對抗蘇聯的大規模核攻擊,保證自己戰略核力量的生存能力和威懾能力。其核心部分是龐大的天基衞星探測及反導系統,因此又被稱為"星球大戰"計劃。
這個計劃即使在今天看來也過於激進前衞,以80年代的技術水平根本無法實現。由於費用昂貴,技術難度過大,加上蘇聯解體後反導壓力大大減輕,美國在花費了近千億美元之後,於1993年由克林頓總統宣佈“星球大戰”時代結束,相關資源縮編,改組為彈道導彈防禦組織,2002年又再次改為導彈防禦局。
現在也有很多聲音説整個星球大戰計劃就是個驚天騙局,是美國政府為了用軍備競賽拖垮蘇聯而採取的宣傳手段而已。因為如此聲勢浩大的工程,到最後幾乎沒有任何看得到的裝備成果。對此五角大樓堅決否認,聲稱是技術缺陷導致計劃流產。
無論真假,當時的許多預研成果今天已被應用於更切實可行的反導系統中;而客觀上蘇聯紅色大廈的轟然倒塌中,星球大戰計劃造成的軍備競賽也有一份功勞。
克林頓時期推出了“彈道導彈防禦”計劃,以取代華而不實的星戰計劃。它包括兩個部分:
國家導彈防禦系統 - NMD
(National Missile Defense)用於保護美國本土,
戰區導彈防禦系統 - TMD
(Theatre Missile Defense)用於保護美國海外駐軍及盟國,均採用更為傳統可靠的陸基或海基反導導彈系統。
2002年NMD改名為
陸基中段防禦系統 - GMD
(Ground-based Midcourse Defense),以便和並行發展的
“宙斯盾”海基反導系統 - ABMD
(Aegis Ballistic Missile Defense)區分開來。
有點暈了吧,看看下面這張圖可以將來襲彈道導彈的飛行階段以及美國反導系統的對應關係解釋清楚一些。
概括地説:助推段目前沒有攔截能力,中段有陸基的GMD(前身是NMD)和海基/陸基版宙斯盾標準-3,末段(就是TMD)陸基高空有薩德,低空有愛國者-3。
除此之外,以防空為主的標準-6也具有有限的海基末端反導能力;甚至F-35也宣稱具有探測彈道導彈的能力和攔截助推段彈道導彈的潛力,這些非專職的反導手段這裏就不討論了。
【 動能殺傷 】
以飛機等常規空中目標為作戰對象的現代防空導彈,都採用預製破片戰鬥部(好比是手雷)或者連續杆戰鬥部(好比是鏈鋸)。導彈並不需要直接命中,接近到目標一定範圍時,無線電或者激光近炸引信引爆裝藥,大量預製破片或者連成環形的連續杆向四面高速飛散。只要其中任何部分擊中飛機,就足以破壞脆弱的氣動表面或者毀傷油氣管路,令飛機失去控制。對付動輒飛出9G過載的高機動性戰鬥機,這樣撒大網的方式是最優化、最高效的設計。
著名的俄製“山毛櫸”地空導彈戰鬥部殺傷範圍示意圖,右側那個酒桶狀的物體就是重達70公斤的戰鬥部,三個小圖是它的預製破片,分兩種類型,一種是工字型的較大破片,有4000塊,另一種是菱形的較小破片,有1500塊,每片只有幾克重。
在2014年7月17日馬航MH-17航班被擊落後,西方和俄羅斯都對這次事件中“山毛櫸-M1"地空導彈的殺傷機制進行了大量分析。飛機墜毀在烏克蘭陸地上,大部分殘骸得以保留下來,因此可以比較準確地還原出777機頭和機翼的受損情況。由下圖可以看出它的戰鬥部在駕駛艙左側引爆後,預製破片的散佈區域呈圓環型,只有機頭和右翼外側遭到破壞。即使在如此近的距離,面對毫無機動能力的民航客機,實際產生破壞作用的彈片也不到總數的1/4。
而面對彈道導彈時,這樣的設計就顯得不夠用了。一方面彈道導彈末段速度十倍于飛機,近炸戰鬥部需要經過激活引信、啓動電雷管、引爆裝藥、產生破片這一系列過程,雖然每步都只需毫秒級時間,但在十幾倍音速的相對攔截速度下足以錯過最佳起爆點,只擊中助推火箭而不是前面的戰鬥部;另一方面彈道導彈的彈頭結構緻密,僅依靠少數幾十克重的破片帶來的動能不足以徹底摧毀來襲導彈;如果攔截高度達到大氣層邊緣,沒有空氣作為爆炸衝擊波的介質,高性能裝藥的威力無法發揮。而攔截之後產生的碎片殘骸反而對地面造成更大範圍的附帶損害。
這就好比對手扔了塊大石頭來砸你,你抓起一把豆大的小石頭扔過去抵擋。即使有部分小石頭擊中了大石頭也不足以把它砸得粉碎,裂成幾塊的碎塊反而會砸到你身邊更多的人。
因此反彈道導彈系統必須着重在以下三個方面進行重新設計:
1、尋的制導系統:地基、天基搜索/跟蹤網絡提供彈道導彈預警信息,彈載主動火控系統實現分米級的精確引導(傳統防空導彈的雷達精度只有米級)
2、姿態控制系統:通過矢量噴氣進行精確姿態控制,在大氣層內/外均能夠迅速敏捷地調整方向(傳統導彈的氣動舵面控制依賴空氣、敏捷性較低)
3、戰鬥部:採用
動能殺傷飛行器 - KKV
(Kinetic Kill Vehicle),沒有裝藥(或者裝藥量很小),將戰鬥部的啓動時間/步驟壓縮到0。
所有這些改進的目的就是為了以精確的動能殺傷代替概略的破片殺傷,用“命中即毀(Hit-to-Kill)”的直接撞擊方式,將整枚高超音速攔截彈巨大的動能全部作用在目標上,徹底摧毀來襲導彈的戰鬥部。這是一種針尖對麥芒式的硬殺傷,對精度和速度要求極高。
也就是説,對手再向你扔一塊大石頭,這次你還擊用的是一顆鉛球。你還扔得又遠又準,鉛球在半空直接把巨石擊成粉末。
美國已經服役的四種反彈道導彈專用彈全部都採用了動能殺傷戰鬥部。下面就按射程來看一看這幾種反導系統。
【 愛國者-3 】
射程:20/35公里 (PAC-3/MSE)
射高:15/22公里 (PAC-3/MSE)
速度:5馬赫+
價格:300萬美元/枚
愛國者”大概是所有反導系統里名頭最響的一個。1990年海灣戰爭時愛國者大戰飛毛腿是歷史上首次在實戰中成功攔截彈道導彈,令它名揚天下。美國軍方宣稱愛國者PAC-2在沙特和以色列的攔截成功率分別為80%與50%,但戰後的調查發現實際成功率低於10%。
1991年2月12日,特拉維夫,愛國者升空攔截伊拉克發射的飛毛腿導彈
愛國者的早期型號反導效果差其實也不能怪它,因為它的基型MIM-104A是純粹為攔截飛機/巡航導彈等傳統空中目標設計的,不具備反導能力。後來的PAC-1/2加入了有限的反導功能,但仍然採用半主動雷達制導體制,戰鬥部也仍然是預製破片式,只是破片重量從2克大幅度增至45克,共700個破片。
而為反導專門研製的PAC-3,除了名字還叫愛國者外,其實是一種全新的導彈,連生產商都從之前的雷錫昂變成了洛克希德·馬丁。
尋的制導系統
:PAC-3採用了Ka波段毫米波主動雷達導引頭,制導精度誤差小於0.17米,可以判別出目標的頭部、質心和尾部,精確選擇撞擊點摧毀來襲導彈的彈頭段。相比之下C波段半主動雷達制導的PAC-2精度誤差達5米,就是個老花眼,得依靠近炸引信和預製破片概略殺傷。
姿態控制系統
:PAC-3的彈體前部裝有180個微型脈衝固體火箭發動機(被稱為姿態控制發動機-ACM),可以矢量精確調整飛行彈道,在高速飛行中達到直接撞擊所需精度。而PAC-2還是依靠尾翼的氣動翼面進行機動。
戰鬥部
:PAC-3雖然是動能殺傷體制,但它的彈體直徑太小,所以採用了名叫“殺傷增強器(Lethality Enhancer)”的戰鬥部:24個214克的重型破片分兩圈環繞在主裝藥周圍,裝藥引爆後破片以低徑向速度向外投射,像撐開一把傘一樣增大有效攔截直徑。
PAC-3用於保護戰術地域內的指揮中心、彈藥庫、機場等高價值目標,它的作戰對象是射程300-1000公里的中短程戰術彈道導彈,如飛毛腿、東風11/15。受雷達、彈體和發動機的限制,PAC-3的反導作戰距離從PAC-2反飛機的100公里大幅縮小到20公里。
為了增大防禦範圍,在PAC-3基礎上研製了分段增強型PAC-3 MSE,採用了更強大的雙脈衝發動機、更大的氣動舵和更粗的彈體,作戰距離增加到35公里,也僅具備末端低空反導點防禦的能力,是美國現役反導系統中最弱的一種。
PAC-3單枚價格約3百萬美元,而它的攔截對象飛毛腿價格低至15萬美元,這費效比確實有點低。
PAC-3射程縮短、戰鬥部體積減小,因此彈體和彈翼直徑都比PAC-2縮小了很多,彈重更是隻有1/3。從外觀上看最大的區別就是原來一個單元四聯裝發射箱帶4枚導彈,現在一箱四彈可以攜帶4x4共16枚,火力密度大大增加(也有簡配為4x2的,因為價格實在是太辣手)。
而PAC-3 MSE彈體增大後需採用新型發射箱,一個單元攜帶3x4共12枚。數一下一個單元有幾個發射箱就能分辨出是哪個型號的愛國者。
目前駐韓美軍部署有八個連的PAC-3,並逐步將這些單位從中部的美軍基地向首爾周邊移動,以保護首都圈。
【 薩德 】
射程:200公里
射高:150公里
速度:8.2馬赫
價格:約150萬美元/枚
“反對薩德”現在已經成為中國婦孺皆知的口號,但是薩德到底是一種什麼樣的導彈,會引起中國政府和民間如此的強烈反彈,很多高喊口號的人可能也不太清楚。如果不是因為薩德入韓引起的軒然大波,現在它或許還是一款默默無聞的小眾導彈。
但實際上薩德比愛國者要厲害得多,看看上面列出的射程和射高,均為PAC-3的十倍,已經超出了大氣層高度50公里,可以兼顧大氣層內外攔截,將反導防禦從PAC-3的末段低空推向了末段高空的大氣層邊緣。
薩德的全稱是末段高空區域防禦系統Terminal High Altitude Area Defense(THAAD),中文將縮寫音譯為“薩德”。該項目的發展過程幾多曲折,早年12次試驗8次失敗僅4次成功,飽受質疑,幾乎被取消。直到小布什政府上台後,因為伊朗、朝鮮的彈道導彈發展迅速,愛國者系統越來越顯得力不從心,才開始加大經費投入,加快了研製步伐。自2006年以來,14次飛行測試獲得了100%的成功。
2008年薩德才正式列裝,目前美國陸軍僅裝備了6個連。每連配備一套薩德系統,由指揮系統、火控雷達、6部發射裝置和48枚攔截彈組成,價格高達8億美元。
薩德的攔截彈長6.17米,以900公斤的發射重量達到200公里射程和8馬赫的速度,充分體現出美國和洛·馬在彈體材料、火箭發動機和固體燃料等方面領先世界的技術水平。
尋的制導系統
:薩德導彈在導彈頭部開有光學窗口,採用先進的碲化銦焦平面陣列紅外導引頭,它看到的紅外圖像不是一個光點,而是具有細節的像素點陣。因為飛行高度很高,高層大氣稀薄,在太空低温黑暗的背景環境下具有很強的遠距離小型高速目標精確探測、跟蹤能力。
但另一方面採用紅外導引頭也限制了薩德在大氣層中低層的使用。薩德的射高為40-150公里,這個4萬米的下限就是因為在低層稠密的大氣中,高達8馬赫的高速飛行對彈體的氣動加熱將嚴重干擾紅外引導頭,無法正常工作。薩德導彈的頭部有一個保護罩,飛行高度達到高空才會拋掉,露出紅外光線窗口開始搜索目標。也就是説實際上薩德是沒有反飛機能力的,只能專職反導。
由BAE系統公司新罕布什爾工廠生產的薩德紅外導引頭組件
姿態控制系統
:薩德的姿態控制系統遠比PAC-3複雜。它的主發動機採用大型彈道導彈上使用的擺動噴管技術,彈體前部採用側向液體伺服姿控火箭,全程都採用高效的矢量噴管調姿。液體發動機可以隨機調整噴射時間和推力大小,重複使用,比PAC-3的上百個固體小火箭高效得多。
薩德KKV部分的液體發動機伺服姿控系統,兩個金屬罐是燃料箱,前部有四個側向噴口,後部還有六個較小的噴口。
戰鬥部
:薩德的動能殺傷戰鬥部就是助推火箭之前的彈體部分,裏面裝滿了紅外導引頭、電子控制設備、伺服姿控系統等組件,並沒有專門的殺傷部分,加上頭部保護罩在內質量也只有約60公斤。
薩德的設計目的是保護整個戰區地域內的高價值目標,作戰對象是射程1000-3000公里的中程戰術彈道導彈,如朝鮮的勞動、東風16/21。它的攔截彈射程兩百公里,還是屬於戰術級的裝備,不能攔截洲際彈道導彈。之所以令中、俄兩大國如鯁在喉,是因為它擁有戰略級的地面雷達。
AN/TPY-2雷達
:這是一部X波段固體有源多功能相控陣雷達,是世界上性能最強的陸基機動反導探測雷達之一,由雷錫昂研製生產。它的天線陣面積為9.2平方米,安裝有30464個天線單元。
AN/TPY-2雷達擁有兩種模式:
終端模式
Terminal Mode (TM) 和
前沿部署模式
Forward-Based Mode (FBM) 。
終端模式用於薩德導彈連自身的火力控制,探測再入段的導彈彈頭,將攔截彈精確引導到其紅外導引頭的有效範圍內,最大作用距離600公里。
前沿部署模式用於探測、跟蹤、分類識別處於助推段和中段早期的彈道導彈,向GMD等中段反導系統提供探測數據,對彈道導彈彈體大小的目標作用距離達到2000公里。這種模式下AN/TPY-2雷達和作戰單元分離,獨立工作。
X波段雷達精度很高,但波束過窄,不適合大範圍搜索。AN/TPY-2雷達難以獨立發現助推段彈道導彈,必須依靠天基紅外預警衞星獲得目標指示,然後才能夠對目標進行截獲跟蹤和識別。就好比大晚上用一隻蒙着黑布只留一個小孔的手電筒,在操場上找一根扔到空中的火柴,沒有外界幫助的話找到的概率是非常低的。
兩種模式的硬件完全相同,只是控制軟件、操作邏輯和通信組件不同,兩種模式之間的轉換時間小於8小時。
薩德的導彈發射車採用10x10 Oshkosh重型戰術卡車,裝有八聯裝圓型發射管,這也是它和安裝在牽引拖車上並採用方形發射管的愛國者系統最容易區分的特徵。
薩德系統可由C-17戰略運輸機空運,迅速部署到受彈道導彈威脅的前沿地區。當然它並不是野戰防空系統,長期部署時仍需進行半永久性陣地施工,構築發射場地,對周邊電磁環境、射界、水電供應的要求也很高。
薩德發射車由C-17運輸機運抵烏山空軍基地,隨後部署於星州高爾夫球場。
【 薩德入韓 】
薩德系統的性能確實非常強悍,它的到來在朝鮮半島這個火藥桶上又加上了一把柴。但它對中國的影響並沒有輿論宣傳中的那麼大。
受地球曲率影響,2千公里外的目標必須達到23萬米以上的飛行高度才能被直射的雷達電磁波發現。因此,説AN/TPY-2雷達可以監視半個中國戰機的一舉一動是不可能的。它只能看到200多公里以上的高層空域,而能達到這個高度的只有彈道導彈和火箭了。
薩德對中國的主要威脅來自它的雷達,平時能夠監控中國的新型彈道導彈以及各種太空武器的試驗,特別是在距離較近的渤海海域進行的潛射洲際彈道導彈試驗,蒐集彈道參數;戰時配合預警衞星儘早探測、跟蹤中國針對美國本土發射的陸基洲際彈道導彈,以及針對太平洋上美國水面艦艇編隊的反艦彈道導彈,向GMD、海基宙斯盾等中段反導系統提供更多的預警時間和攔截數據。
至於攔截彈本身,攻擊範圍完全侷限在朝鮮半島境內,對中國本土沒有任何影響。薩德的攔截高度、速度也不足以應對洲際彈道導彈,處於一種“只能動眼不能動手”的位置。
薩德入韓這一事件中最蹊蹺的地方就是它的選址,韓美雙方考察了多個備選地址後,最終部署在韓國南部慶尚北道星州郡的樂天星州高爾夫球場。駐韓美軍幾乎所有主要軍事基地,特別是平澤的美陸軍第二師駐地(全球最大美軍海外基地,也是世界上面積最大的單一基地)和烏山、羣山兩座大型空軍基地都處於薩德保護圈內。而這裏距離首爾市中心的直線距離約為202公里(我在Google地圖上實測,這一距離在各種媒體上有多個版本,從295公里、250公里到200公里、170公里的説法都有),不多不少剛剛好超出薩德的最大射程。
韓國不顧周邊中、俄兩大國的極力反對,頂住國內外政治、經濟、地方民意上的巨大壓力,強硬推進薩德系統的引進。韓國方面一直表示薩德不是政治問題,而是單純防禦目的的國家安全問題。然而韓國首都圈集中了全國超過45%的人口,就這樣徘徊在薩德保護傘外處於裸奔狀態,確實令人匪夷所思。
實際上薩德入韓,韓方只是提供了場地和後勤供應,薩德系統的所有權、操作權和作戰權全在美方,連高達10億美元的部署費用都是美國自己掏的腰包。
對
美國
來説,部署薩德可以更好地保護自己的駐韓部隊,同時利用強大的AN/TPY-2雷達窺探中俄腹地的彈道導彈、太空武器試驗,為日本、美國本土和海軍艦隊提供更長時間的導彈預警,也給韓國這個馬前卒以大哥會罩着你的印象。
日、韓都是美國的軍事盟國,但均為雙邊關係,即日美聯盟和韓美聯盟。日韓之間則是世仇,還有領土爭端,不是聯盟關係,互相看不順眼。日、韓各自部署有愛國者三反導系統,美國分別在2006年和2014於日本青森和京都府部署有兩部AN/TPY-2雷達,均聯入美國的戰略反導體系。如果把日、韓的各種反導系統整合為一體,政治上和軍事上都可以大大加分。
日本媒體上展示的目前東亞地區三部AN/TPY-2雷達的部署位置及探測範圍,韓國薩德的位置標錯了!
對
韓國
來説,這更多的是一份政治投名狀。對美可以借花獻佛,滿足美國長久以來部署薩德的打算,更緊密地把自己捆綁在美國戰車上;對內可以平息國內對朝核的恐懼;對朝可以作出強硬不屈的姿態;對華可以藉機敲打,發泄對朝鮮施壓不力的怨恨。至於能不能保護本國最重要的目標,不是他這個馬仔能説了算的。
雙方最終選擇星州高爾夫球場這麼一個偏南的縱深位置,既遠離朝鮮部署在三八線附近的強大遠程炮兵火力,又顯得有所保留,不過分刺激不可理喻的朝鮮和憤怒的中俄方面,還為今後引進更多薩德系統打下伏筆。大家都在打自己的小算盤,各取所取。
本來準備這一篇就把美國的四種反導系統全部介紹完的,寫到薩德就發現要説的東西太多,篇幅太長了。於是只好把下篇改成中篇,在接下來一篇裏繼續介紹宙斯盾和GBI這兩種中端反導系統。