汪丰麟 李沁远 范 博 张 杰 朱启超
1.国防科技大学空天科学学院 湖南 长沙 410073 2.国防科技大学前沿交叉学科学院 湖南 长沙 410074
高超声速武器是一类能在大气层内以超过5 Ma速度受控飞行的武器, 具有打击速度快、机动性能好、突防能力强等特点, 吸引以美俄为首的军事大国在该领域展开激烈角逐. 俄罗斯率先将“先锋”（Avangard）、“匕首”（Kinzal）高超声速助推滑翔导弹投入现役, 积极开展“锆石”（Zircon）高超声速巡航导弹的国家试验工作, 并披露了“小精灵”（Gremlin）、“幼虫-MD”（Larchinka-MD）、“锐利”（Ostrota）与Kh-95等多款高超声速巡航导弹的发展计划. 美国密集进行高超声速武器试验, 全力推动“常规快速打击”（conventional prompt strike, CPS）、“远程高超声速武器”（long-range hypersonic weapon, LRHW）和“空射快速响应武器”（air-launched rapid response weapon,ARRW）三大高超声速助推滑翔武器项目形成装备级成果, 并试图借助“吸气式高超声速武器概念”（hypersonic air-breathing weapon concept, HAWC）、“超声速推进先进冲压发动机”（supersonic propulsion enabled advanced ramjet, SPEAR）、“一次性吸气式高超声速多任务演示器”（Mayhem）等项目在高超声速巡航导弹武器领域取得突破. 预计到2030年, 将有一批发展成熟的高超声速武器型号进入各国装备序列,成为其作战体系的有机组成部分. 与此同时, 高超声速武器技术的快速发展打破了攻守双方的平衡态势,加剧了各国对高超声速武器防御体系的构建需求.从介绍高超声速武器的防御难点入手, 分析国外典型高超声速武器防御体系的建设现状与存在问题,预测了高超声速武器防御体系的发展趋势.
高超声速武器按照技术路线可分为高超声速助推滑翔导弹和高超声速巡航导弹两大类. 高超声速助推滑翔导弹的飞行起始段与弹道导弹类似, 但其搭载的高超声速滑翔飞行器在与助推器分离后不进行弹道飞行, 而是在直接再入后利用气动力进行远距离超高速滑翔. 其射程从数百千米到上万千米不等, 飞行速度可达5 Ma～20 Ma, 且在滑翔飞行过程中能以较大过载进行横向机动. 高超声速巡航导弹则是以超燃冲压发动机为主要动力的巡航导弹, 其能以5 Ma～10 Ma 速度自主飞行1 000 km 以上, 可在巡航段进行连续机动变轨. 以上技术特点使得高超声速武器和传统的弹道导弹、巡航导弹武器相比,极大降低了自身被探测与跟踪的概率, 压缩了防御体系的反应时间, 增加了拦截武器的命中难度. 现有防御体系要实现对高超声速武器的有效拦截, 需要面对以下三大难点.
1.1 发现跟踪难
高超声速武器的飞行弹道基本位于20 km～40 km高度的临近空间范围内, 大大低于传统弹道导弹的弹道顶点高度, 导致陆基与海基预警雷达对目标的截获距离在地球曲率的影响下受到明显压缩, 由5 000 km 以上减少至1 000 km 以下. 同时, 高超声速武器的高速飞行会使飞行器表面形成一层等离子体鞘套, 引起自身雷达特征信号的显著下降, 从而对雷达的识别跟踪造成剧烈干扰[1]. 这导致现有的雷达系统无法对高超声速武器的发射飞行过程实施精确的全程监测.
天基红外探测平台是广泛用于导弹预警跟踪的另一种技术手段. 对于高超声速助推滑翔武器来说,其助推器火箭发动机的尾焰具有十分明显的红外特征信号,基本与助推段的弹道导弹一致,在3 μm～5 μm中波红外波段的辐射强度为104W/sr～105W/sr 量级,依托现有高轨红外卫星可以实现高超声速助推滑翔武器的发射预警. 高超声速滑翔飞行器与助推器分离后进行无动力滑翔, 基本仅有气动加热产生红外辐射, 特征信号强度与飞行速度呈正相关. 飞行器滑翔起始阶段的速度高度均较高, 红外辐射强度大, 容易被天基平台识别跟踪. 但随着飞行轨迹逐渐下探、飞行速度逐渐下降, 飞行器的特征信号强度将下降一个数量级左右, 难以被高轨卫星稳定探测. 对于中低轨卫星而言, 尽管高超声速滑翔飞行器的红外特征信号远大于惯性段弹道导弹, 部分卫星平台可以实现对飞行器的识别跟踪, 但由于现有星载红外凝视传感器的性能局限性, 加上部分卫星缺乏下视能力, 卫星在轨密度也存在不足, 难以对滑翔段高超声速滑翔飞行器实现全域全程探测跟踪, 并获得高精度的目标数据[2]. 高超声速巡航导弹在发射时通常也需要火箭助推器将其加速至发动机启动速度, 然后由超燃冲压发动机提供巡航段的飞行动力. 高超声速巡航导弹配备的助推器功率较小, 红外辐射强度远小于处于助推段的高超声速助推滑翔武器与弹道导弹. 同时, 超燃冲压发动机的红外特征信号强度仅为103W/sr 量级, 甚至比高速飞行气动加热产生的特征信号更低[3]. 此外, 高超声速巡航导弹的飞行速度略低于高超声速助推滑翔武器, 且飞行高度通常贴近临近空间下界, 大气背景辐射与云层反射的影响更加显著, 气动加热产生的特征信号更不明显. 这些因素使得高超声速巡航导弹更难被天基红外平台有效捕获跟踪.
1.2 拦截窗口小
由于陆基、海基超远程预警雷达系统和天基红外探测系统难以提前为拦截武器系统提供高超声速武器的精确目标信息, 使得拦截系统获得目标准确位置与运动参数的时间点大幅后推. 而高超声速武器极快的飞行速度使其由截获点到目标点的飞行时间急剧压缩, 以500 km 的截获距离为例, 飞行速度为0.7 Ma 的亚音速巡航导弹将在约35 min 后击中目标, 而速度为10 Ma 的高超声速武器仅需约2.5 min.这就导致面对高超声速武器打击时拦截系统难以获得充足的时间来进行拦截方案生成与拦截弹发射准备, 同时无法进行二次、多次拦截以提高拦截成功率.
另一方面, 高超声速武器在飞行过程中可以进行大范围机动, 其飞行弹道与最终落点对于防御方而言具有不可预测性, 从而进一步增大拦截系统为拦截弹解算射前参数的难度. 而对于已处于飞行状态的拦截弹而言, 在较大范围内进行高速机动的高超声速武器, 将迫使拦截弹不断修正弹道方案、进行跟随机动, 增大拦截弹的能量损失与弹载燃料消耗,降低拦截有效性.
1.3 应对手段少
目前的防空反导系统的作战对象主要分为空气动力目标（aerodynamic target）和战术弹道导弹目标（tactical ballistic missile）两个类别. 由于两种作战对象在弹道特征、飞行速度、机动能力、抗毁伤能力等目标参数上存在显著差异, 各国主流的防空反导系统往往有针对性地分化出不同的装备型号, 在技战术指标上具有很大差别.例如,美国部署的SM-2 防空导弹主要承担针对固定翼飞机、无人机与巡航导弹目标的区域防空任务, 射界上限在25 km 左右, 使用破片杀伤战斗部进行目标毁伤；
PAC-3 防空导弹负责中近程战术弹道导弹的末段拦截, 最大射高24 km,采用特制的高爆战斗部（又称“杀伤增强器”）；
末段高空区域防御系统“萨德”（terminal high altitude area defense, THAAD）导弹可承担战术弹道导弹的末段和中段拦截, 射高为40 km～150 km, 配备动能战斗部进行直接碰撞杀伤；
而搭配“宙斯盾”系统进行海基中段反导的SM-3 导弹最低射高达80 km 以上, 同样采用动能战斗部. 然而, 高超声速武器的典型飞行高度恰好位于绝大多数现役防空拦截弹的射高上界与反导拦截弹的射高下界之间. 在尝试拦截高超声速武器时, 防空拦截弹气动控制装置的工作效率将受到高空稀薄大气的严重影响, 导致拦截弹机动性急剧下降；
反导拦截弹受到的空气阻力将显著高于正常工况, 且装备的导引头难以在气动加热的干扰下稳定工作, 降低动能战斗部的杀伤成功率. 这就意味着现有的防空反导系统基本无法应对处于滑翔或巡航阶段的高超声速武器.
除难以在高超声速武器巡航段实施拦截之外，现有手段也缺乏在发射段与末段进行有效防御的能力.和弹道导弹的上升段拦截类似, 尽管高超声速武器在发射段往往目标明显、飞行速度慢、机动性能差,但拦截作战要求防空反导系统抵近前沿部署, 在高烈度冲突环境下难以实现. 末段拦截则存在前文所述的拦截窗口小、失败率高等问题. 另外, 各国发展的高超声速武器体现出小型化、通用化的发展趋势,使高超声速武器的发射平台具有更强的生存能力与隐蔽性. 俄罗斯的“匕首”导弹可由米格-31K、图-22M3 一类的战术飞机挂载,“锆石”导弹计划发展成一款陆海空通用的装备型号, 新近曝光的“小精灵”“幼虫-MD”导弹甚至可以由苏-57 隐身战斗机的内置武器舱装载；
美国海基CPS 导弹、陆基LRHW 导弹与空基ARRW（AGM-183A）导弹也都将基于现有发射平台形成战斗力. 这导致对高超声速武器发射平台进行预先识别与优先打击的“攻势防御”同样存在较大难度.
近年来, 各军事大国面对高超声速武器的实际威胁, 开始进行高超声速武器防御体系的发展论证与前期建设工作. 这其中, 美俄两国凭借在相关领域的深厚技术积淀和在弹道导弹防御系统建设中积累的经验, 率先取得了一定的成果.
2.1 美国的高超声速武器防御体系
自2017年起, 美国导弹防御局（Missile Defense Agency, MDA）在美国太空发展局（Space Development Agency, SDA）与美国国防部高级计划局（Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）的协助下,开始进行美国高超声速武器防御体系的建设工作. 基于MDA 的顶层规划,美国将以现有的弹道导弹防御体系为基础, 通过对传感器网络、指挥控制系统与拦截武器三大模块的升级改造, 力争在2030年之前初步建成具备高超声速助推滑翔武器拦截能力的防御体系.
2.1.1 传感器网络
美国现有的弹道导弹防御体系已初步具备了陆基、海基、天基全面覆盖的预警探测能力. 其中陆基平台包括AN/FPS-108“丹麦眼镜蛇”雷达, AN/FPS-115、AN/FPS-132“铺路爪”雷达, AN/TPY-2 雷达, 以及不久前投入使用的“远程识别雷达”（long range discrimination radar, LRDR）；
海基平台为1 部“海基X波段”（sea-based x-band radar, SBX）雷达；
天基平台包括第一代“国防支援计划”（defense support program, DSP）、第二代高轨“天基红外系统”（spacebased infrared system, SBIRS）、低轨“天基跟踪与监视系统”（space tracking and surveillance system, STSS）与计划中新一代的“下一代过顶持续红外”（next generation overhead persistent infrared, Next-gen OPIR）系统[4]. 但这些传感器主要针对传统的中远程弹道导弹目标. 因此, MDA 计划针对现有的陆基、海基传感器平台进行改进, 以提供雷达视距内的高超声速武器探测跟踪能力. 同时, MDA 认为天基平台在高超声速武器探测方面具有更大优势, 但现有天基平台轨道过高、传感器灵敏度不足, 无法对高超声速武器形成全程跟踪. 为此, MDA 与SDA 展开合作, 计划在低轨道建设覆盖全球的天基红外传感器系统.
SDA 在2019年公布了“国防空间体系架构”（national defense space architecture, NDSA）, 计 划 在2025年前部署数百颗低轨道小型卫星, 实现全球覆盖, 构成提供态势感知、定位导航、指挥控制、通信传输等服务的7 个功能层, 对现有高成本大型卫星星座进行功能性补充与备份[5]. 在七大功能层中, 跟踪层（tracking layer）重点对包含高超声速武器在内的导弹威胁进行探测、识别与跟踪, 计划由“宽视场”（wide field of view, WFOV）卫星网络和“高超声速与弹道跟踪天基传感器”（hypersonic and ballistic tracking space sensor, HBTSS）卫星网络两大部分组成. SDA在2020年10月授予SpaceX 公司与L3 哈里斯公司各4 颗WFOV 卫星的开发与制造合同, 计划在2022年对其进行部署[6]. HBTSS 卫星网络的发展计划则由MDA 主导, 又称“天基传感器层”（space sensor layer,SSL）计划. 与WFOV 卫星网络相比, HBTSS 卫星网络在更低轨道高度上部署搭载有灵敏度更高红外传感器的卫星星座, 但单个卫星的监视范围更小, 因此,又被称作“中视场”（medium field of view, MFOV）卫星网络. 2021年1月, MDA 授予诺斯罗普·格鲁曼公司与L3 哈里斯公司开发HBTSS 卫星原型的合同[7].SDA 在2021年8月利用天鹅座飞船向国际空间站运送了诺斯罗普·格鲁曼公司开发的“原型红外有效载荷”（prototype infra-red payload, PIRPL）, 用以开发服务于HBTSS 的高超声速导弹识别算法[8]. 2021年11月, 诺斯罗普·格鲁曼公司宣布完成了HBTSS 卫星原型的关键设计审查[9]. 预计到2025年, 将有70颗左右的WFOV 卫星与HBTSS 卫星在轨组网, 提供区域级持续跟踪能力, 最终在数年内建成由数百颗卫星构成的全球跟踪网络. 其中, WFOV 卫星网络将承担高超声速武器的早期探测与预警任务, 并将目标信息传递给HBTSS 卫星网络, 由后者进一步获取高精度跟踪数据, 为拦截弹提供实时目标指引. 此外, MDA还基于搭载在商业卫星网络上的传感器构建了“天基杀伤评估”（space-based kill assessment, SKA）系统,用于对拦截杀伤效果进行有效评估, 并可为二次拦截决策提供信息支持[10].
2.1.2 指挥控制系统
MDA 正在将指挥、控制、作战管理与通信（command, control, battle management, and communications；
C2BMC）系统向螺旋8.2-5 版本过渡, 通过集成LRDR 雷达、“弹道导弹防御过顶持续红外架构”（BMDS overhead persistent infrared architecture, BOA）7.0 版本、美国陆军“一体化防空反导作战指挥系统”（integrated air and missile defense battle command system,IBCS）与在轨的SKA 系统, 重点增强针对高超声速目标的态势感知与跟踪监测能力. 未来, C2BMC 系统将继续升级至螺旋8.2-7 版本, 进一步提升天基、陆基、海基传感器的协同水平, 降低传感器系统、数据分析系统和武器平台之间的信息传输延迟, 同时强化基于Link16 数据链的高超声速威胁信息传递能力. 同时, SDA 也在NDSA 功能层中规划了由数百颗低轨卫星构成的传输层（transport layer）, 计划通过天基卫星网络来实现跟踪层卫星网络与地面武器系统的高带宽、低延迟互联, 并为联合全域指挥与控制（joint all-domain command and control, JADC2）的实现提供硬件支撑.
通过升级改造指挥控制系统与打造实时数据传输链路, MDA 将为高超声速武器防御体系赋予三大能力：“动态传递”（cued organic）、“远程发射”（launch on remote）与“远程交战”（engage on remote）[11]. 动态传递能力通过打通威胁信息在外部传感器网络与拦截武器系统自身传感器系统之间的链路, 使拦截武器系统在高超声速目标由外部传感器范围进入自身传感器范围时可以即时响应, 形成接力探测跟踪, 缩短防御体系的反应时间. 远程发射能力使拦截武器系统可以利用外部传感器的探测跟踪数据提前发射拦截弹, 在目标进入自身传感器范围后继续引导拦截, 可将拦截点前推至拦截武器系统传感器的感知范围外沿, 有效拓展拦截窗口大小. 远程交战能力使拦截弹可以全程依靠外部传感器数据进行拦截, 进一步将拦截点前推至拦截弹的有效射程外沿, 增大单一拦截武器系统的防御范围, 提升防御体系的整体作战效能.
2.1.3 拦截武器
MDA 一方面尝试基于现有防空反导系统获得针对高超声速武器的有限反制能力；
另一方面积极推动新型高超声速武器拦截系统的开发进程. MDA 在2018年以“高超声速防御武器系统”（hypersonic defense weapon system, HDWS）项目的名义授出多达21份的概念定义研究合同, 并在一年后选择了其中5个技术方案进入概念完善阶段[12]. 这5 份方案为：洛克希德·马丁公司基于THAAD 改进的“飞镖”（Dart）方案与基于PAC-3 MSE 改进的“女武神”（Valkyrie）末端拦截方案, 雷神公司基于SM-3 改进的“标准-3 霍克”（SM-3 HAWK）方案与采用定向能技术的“非动能高超声速防御概念”方案, 以及波音公司的“超高速拦截器”（hypervelocity interceptor,HYVINT）方案[13].随后在2019年底, MDA 披露了“区域滑翔段武器系统”（regional glide phase weapon system, RGPWS）项目,计划运用HDWS 项目的技术成果, 在2025-2030年形成针对处于滑翔段的高超声速助推滑翔武器的海基拦截能力[14]. 然而, 项目的招标方案确定工作在2020年7月被宣布延期, 随后MDA 局长约翰·希尔海军中将表示, MDA 此前开展“防御性高超声速导弹”的设计工作被“暂停”, 因为MDA 需要在寻找远期更加“优雅”方案的同时兼顾当前日益迫切的高超声速武器防御需求[15].MDA 在2021年1月公布了取代RGPWS 项目的“滑翔段拦截器”（glide phase interceptor, GPI）项目, 将在前期研究的基础上开发一款基于“宙斯盾”系统、可以装入舰载垂发装置的拦截武器, 并于2030年前完成部署[16].2021年11月,MDA宣布将由洛克希德·马丁公司、诺斯罗普·格鲁曼公司与雷神公司进行GPI 项目的研发工作[17]. 在滑翔段拦截方案之外, MDA 还计划使用海基SM-6 导弹对高超声速助推滑翔武器实施末段拦截, 预计在2023年进行首次试验[18]. 除了主流的动能拦截方案, MDA 也对定向能拦截方案表现出关注, 并在2020年要求雷神公司继续发展超远程、高功率的非动能防御能力,同时开发配套的高功率微波试验台[19]. 另外, DARPA也在2018年发起了“滑翔破坏者”（Glide Breaker）项目, 但很可能不涉及具体拦截武器型号的研发, 而是重点关注高超声速武器拦截系统的使能技术, 例如：新式弹载姿态轨道控制系统与变推力火箭发动机[20].
2.1.4 存在问题
美国高超声速武器防御体系存在的主要问题在于投入有限、进展缓慢、功能单一.
近年来美国在高超声速武器研发领域的投入飞速增长, 2023 财年的预算申请额已达47 亿美元, 但同期MDA 仅为高超声速防御项目申请约2.3 亿美元, 为进攻性武器研发预算的5%. 面对主要战略竞争对手日益增长的高超声速威胁, 美国在高超声速武器防御体系上的相对低投入无疑会影响其作战能力的形成速度. 同时, 这也体现出美国在高超声速武器领域有采取“以攻代防”策略的潜在倾向, 可能试图通过尽快获取对等的高超声速打击能力来实现制衡.
另一方面, 美国高超声速防御体系中的大量关键项目仍处于技术验证与原型设计阶段, 距离形成有限的高超声速武器防御能力还有相当差距. 考虑到同期美国进行的进攻性高超声速武器中, 计划进度最快的ARRW 项目也要到2023 财年才能形成早期作战能力（early operational capability, EOC）, 且大概率由于试验事故频出而推迟入役时间, 预计美国在未来5年左右的时间以内, 仍要面对在高超声速攻防两大领域同时受制于人的局面.
此外, 美国构想的拦截方案主要针对高超声速助推滑翔武器, 对高超声速巡航导弹的目标特性与拦截手段缺乏关注. 面对俄罗斯即将装备的以“锆石”为代表的高超声速巡航导弹, 美国正在建设中的高超声速武器防御体系可能仍然缺乏应对能力.
2.2 俄罗斯的高超声速武器防御体系
俄罗斯一方面在高超声速武器领域发展势头强劲, 另一方面也对高超声速武器的防御问题十分重视. 俄罗斯总统普京在2019年5月曾表示, 俄罗斯必须在其他国家研发出高超声速武器之前获得针对此类武器的防御手段[21].目前,承担俄罗斯高超声速武器防御体系建设任务的是在2015年由原空军与空天防御兵合并组建而成的俄罗斯空天军. 为满足拦截高超声速武器的任务要求, 俄罗斯在发展高超声速武器防御能力时, 主要关注预警探测网络与防空反导系统两个领域.
2.2.1 预警探测网络
俄罗斯基于国防总体需求与当前技术能力, 重点发展陆基装备, 兼顾更新天基早期预警卫星平台,形成以“沃罗涅日”（Voronezh）远程预警相控阵雷达与“集装箱”（Container）超视距雷达为骨干, 以经过现代化改装的“第聂伯河”（Dnepr）雷达、“达里亚尔”（Daryal）雷达、“伏尔加河”（Volga）雷达、“顿河-2N”（Don-2N）雷达等老式导弹预警雷达和可机动部署的“共振-N”（Rezonans-N）雷达、机动式的“天空-M”（Nebo-М）雷达为补充的陆基导弹预警系统, 以及由“苔原”（Tundra）高椭圆轨道卫星与地球静止轨道卫星构成的“穹顶”（Kupol）天基导弹预警系统, 可提供高超声速武器的发射预警与探测功能.
“沃罗涅日”雷达是俄罗斯国家导弹预警系统（SPRN）陆基部分的基础, 包括工作在米波波段的“沃 罗 涅 日-M”（Voronezh-M）、“沃 罗 涅 日-VP”（Voronezh-VP）雷达, 分米波波段的“沃罗涅日-DM”（Voronezh-DM）雷达, 以及厘米波波段的“沃罗涅日-SM”（Voronezh-SM）雷达. 据报道,“沃罗涅日”雷达的最远探测距离达6 000 km, 探测高度150 km～4 000 km, 可对空气动力学目标、弹道导弹与空间目标实施高精度探测跟踪. 俄罗斯已在列宁格勒州、加里宁格勒州、伊尔库茨克州等地区部署了7 部“沃罗涅日”雷达, 另有3 部于摩尔曼斯克、沃尔库塔与塞瓦斯托波尔在建, 初步建立起以俄罗斯欧洲部分为重点、囊括周边重点战略方向、覆盖国土全境的导弹预警探测网络. 其中, 正在塞瓦斯托波尔建造的雷达是“沃罗涅日”雷达的升级型号, 又称“亚赫罗马”（Yakhroma）雷达. 未来, 所有“沃罗涅日”雷达都将升级到“亚赫罗马”雷达的标准[22].
“集装箱”雷达利用地球电离层反射无线电波的原理, 可实现对地平线以下较低空域目标的超视距探测, 探测距离可达3 000 km, 从而有效填补“沃罗涅日”雷达在低空的探测盲区. 由于“集装箱”雷达工作在短波波段, 而高超声速武器飞行时形成的等离子体鞘套可对该波段电磁波形成较强散射, 因此,“集装箱”雷达在理论上拥有对高超声速武器的良好探测能力[23]. 同时,“集装箱”雷达在侦测到高超声速武器后, 能够通过数据链将信息传递至“沃罗涅日”雷达, 后者可快速定位目标, 引导防空导弹进行拦截.首部“集装箱”雷达已自2019年12月起进入战斗值班状态, 其接收天线部署在莫尔多瓦共和国, 发射天线位于下诺夫哥罗德州, 从而对欧洲与中东地区空域的航空活动实现有效监测[24]. 俄罗斯还计划于2024年在阿穆尔州部署第2 套“集装箱”雷达, 主要针对远东方向的潜在威胁. 考虑到美国可能将首批列装的高超声速武器部署在欧洲与亚太地区, 俄罗斯陆基预警探测网络的先期布局可以有力缓解相应战略方向的空防压力.
俄罗斯还在北部地区部署了多部工作于米波波段的“共振-N”雷达, 可探测1 200 km 以内的弹道导弹目标与600 km 以内的空气动力目标, 探测高度100 km, 据称具备对隐身目标与高超声速目标的探测能力. 该系统可通过公路或铁路快速机动部署,主要用于北极方向的威胁识别与预警, 并可为防空导弹系统提供目标数据. 另外, 安装在轮式汽车底盘上的“天空-M”雷达被部署在克里米亚半岛与远东地区, 对空中目标的探测距离达600 km, 同样可对隐身目标与高超声速目标进行探测识别.
“穹顶”天基导弹预警系统则用于替换自苏联时期开始建设的“眼睛”（Oko）系统, 截止2021年底已有5 颗“苔原”卫星在轨组网. 该系统最终将由10 颗位于高椭圆轨道与地球静止轨道的导弹预警卫星构成, 实现对潜在战略对手地面与水面弹道导弹发射动态的全天候监视跟踪, 也可为高超声速助推滑翔武器的发射提供早期预警.
2.2.2 防空反导系统
俄罗斯近期连续曝光了S-500“普罗米修斯”（Prometheus）、A-235“努多尔河”（Nudol）、S-550 等多款新型防空反导系统, 均号称具有对抗高超声速武器的能力. 其中, S-500 防空导弹系统是S-400“凯旋”（Triumph）系统的升级, 其特点在于将多种传感器、多套指挥控制系统、多型火力单元集成配置, 形成覆盖多空域、多目标种类的一体化防空反导防天武器系统. 据报道, S-500 防空导弹系统的最大拦截距离达600 km, 最大射高达200 km, 可同时跟踪拦截10 个飞行速度超过7 km/s（约20 Ma）的高速目标,具备打击空气动力目标、弹道导弹、高超声速武器与低轨道卫星的能力[25]. 该装备于2021年7月在卡普斯汀亚尔试验场完成了拦截高速弹道导弹目标的试射任务, 并于同年9月完成了国家测试. 首批一个旅的S-500 防空导弹装备已交付给位于莫斯科近郊克拉斯诺兹纳缅斯克的空天军第15 特种集团军,该部承担了莫斯科与中央工业区的保卫任务.
A-235 战略反导系统则将取代现有的A-135“阿穆尔河”（Amur）系统, 用于建立首都区的反导屏障[26].据报道, 该系统配置了高、中、低3 层反导拦截弹, 可击落洲际弹道导弹与低轨道卫星目标, 但具体性能指标尚未公开. 由于A-235 系统使用拦截弹的飞行速度可达高超声速, 俄罗斯军事专家阿列克谢·列昂科夫认为其具有拦截高超声速武器的能力[27]. 与A-135 系统相比, A-235 系统除了具有更优的技战术性能, 还在A-135 装备的核战斗部之外增添了定向破片战斗部的选项, 有效降低了对地面的附带损伤. 同时, A-235 系统的部分拦截弹具备车载机动发射的能力, 相较固定发射井发射的A-135 系统而言极大拓展了防御灵活性.
S-550 反导系统由俄罗斯国防部长绍伊古在2021年11月的一次电话会议上首次曝光, 该装备的技术细节尚未得到官方公布. 据部分军事专家推测,S-550 系统可能是S-500 的近程与廉价版本, 从而使S-500 能够与其形成和S-400/S-350“勇士”（Vityaz）类似的高低搭配关系[28]. 但俄新社的报道指出, S-550可能是S-500 系统的功能特化型号, 重点提供反导拦截与反卫星能力, 其作战目标包括美国X-37B 试验飞行器在内的弹道导弹、低轨道卫星与高超声速滑翔飞行器[29]. 该系统可能在2025年左右投入使用, 将与S-500 一同承担高超声速武器的防御任务.
除了基于动能杀伤的传统防空反导系统之外,俄罗斯还利用自身在电子战领域的技术积累, 研发针对高超声速武器的电子战系统, 通过干扰高超声速武器的导航制导控制来使其无法命中目标, 从而实现对高超声速武器的软杀伤. 据报道, 俄罗斯现役的“克拉苏哈”（Krasukha）系列、“季夫诺莫里耶”（Divnomorye）、“摩尔曼斯克-BN”（Murmansk-BN）、“汞-B”（Rtut-B）等多型电子战系统可对高超声速武器的卫星定位与雷达制导功能进行有效干扰, 阻止高超声速武器对目标的精确打击[30]. 同时, 俄罗斯还在积极列装运用人工智能技术的“贝利娜”（Bylina）电子战系统, 能够自主识别高超声速武器威胁, 以更快反应速度、更高压制功率、更强多目标应对能力来防御高超声速武器的进攻.
2.2.3 存在问题
2021年10月初, 俄罗斯举行了首次反高超声速武器军事演习, 并宣布演习取得了圆满成功[31]. 然而,这并不意味着俄罗斯已经完全建成了具备高超声速武器应对能力的防御体系. 俄罗斯在高超声速武器防御体系领域的信息公开与在高超声速武器领域具有高度相似性, 即以公布型号与关键性能指标为主,基本不涉及对具体研发动态、技术细节与详细参数的介绍, 导致各方信息存在较多缺失与自相矛盾之处, 甚至可能混杂有战略欺骗的要素. 基于公开信息分析, 其在高超声速武器防御体系建设方面尚存在一些较为显著的问题, 体现在探测网络有效性与拦截系统可靠性两个方面.
由于俄罗斯现有的高超声速武器预警探测网络基本依赖于陆基装备进行构建, 探测范围被局限在雷达视距内, 因此, 其对临近空间高超声速武器的探测跟踪能力远低于对传统弹道导弹目标. 尽管俄罗斯发展了以“集装箱”雷达为代表的超视距雷达系统,理论上可以实现对高超声速目标的超视距探测, 但超视距雷达受其工作原理限制, 探测精度较为有限,且工作状态受电离层变化影响较大, 通常仅具有远程预警功能, 难以为拦截武器提供制导, 也就无法实现高超声速武器拦截线的外推. 同时, 俄罗斯目前正在建设的天基“穹顶”系统与美国SBIRS 系统具有相似性, 仅能提供高超声速武器的发射预警与助推段跟踪, 对于处于滑翔状态的高超声速滑翔飞行器与飞行状态的高超声速巡航导弹而言, 其探测精度尚不足以实现有效跟踪. 总体来看, 目前俄罗斯构建的高超声速武器预警探测网络是否能形成对高超声速武器的全程探测跟踪令人生疑.
同时, 俄罗斯对高超声速武器拦截系统的范畴定义与对拦截系统性能的评价标准极为含混, 导致其可靠性有较大概率达不到对外宣传的标准. 除了S-500、A-235 与S-550 系统之外, 俄罗斯目前宣称拥有高超声速武器拦截能力的防空反导系统还包括S-350、S-400、“山毛榉-M3”（Buk-M3）、“铠甲-S”（Pantsir-S）等, 装备功能涵盖战略反导、远程防空反导、中近程防空、末端防空等多个领域[31].以S-400 防空导弹系统为例, 其针对空气动力目标的拦截距离为250 km, 针对弹道导弹目标的拦截距离为60 km,最大拦截高度为27 km, 各方面技术指标都没有超出传统防空反导系统的范畴, 且未体现出针对高超声速目标的专门优化. 尽管其可拦截最大速度为4.8 km/s（约14 Ma）的目标, 但一般仅针对不具备机动变轨能力的再入段中程弹道导弹, 而对在飞行全程拥有大过载机动能力的高超声速武器而言可能缺乏应对能力. 最新的S-500 防空导弹系统则号称可以拦截速度超过7 km/h 的目标, 但对目标飞行高度与机动能力语焉不详, 因此, 同样难以评价其对高超声速武器的真实拦截效能. 再如“铠甲-S”弹炮合一防空系统,其集成了双管30 mm 火炮与近程防空导弹, 主要承担要地与野战末端防空任务, 用于拦截20 km 距离、15 km 高度、速度1 km/s（约3 Ma）以内的空中目标.即使考虑到高超声速武器一般会在飞行末端进行减速以进行精确制导, 其机动性能仍然超出了“铠甲-S”系统的拦截能力, 仅在理论上存在被拦截可能性. 因此, 尽管俄罗斯宣称在2021年10月的军事演习中基于自动化指挥控制系统, 初步建立了统合全部参演预警探测装备与防空系统的一体化防空综合体,但其各拦截武器子系统仍不能确定具备对高超声速武器的有效打击能力, 对高超声速武器进行全方位梯次拦截也就无从谈起.
尽管高超声速武器防御体系的建设工作仍将在较长一段时期内处于早期阶段, 但现有规划已体现出各国对高超声速武器防御难题的积极思考. 为进一步提升防御体系的作战效能, 形成对抗高超声速武器的有效能力, 高超声速武器防御体系正体现出传感器分布式网络化、指挥控制系统扁平化、拦截手段多样化、体系运行智能化的发展趋势.
3.1 传感器分布式网络化
高超声速武器在临近空间高速飞行机动的能力,严重影响了陆基、海基预警探测系统的发现跟踪距离；
其相对较低的红外辐射特征, 又使得现有天基传感平台无法形成有效探测. 除此之外, 拥有高超声速武器预警探测能力的传统传感器系统具有成本高昂、目标明显、抗毁伤能力差的特征, 自身往往就易成为高烈度军事冲突过程中遭受打击的首批目标,生存能力堪忧. 因此, 未来高超声速武器防御体系中的传感器系统势必将以分布式传感器网络的形式存在, 体现出全域全时探测、全波段覆盖、弹性运行的特点.
除了来源于现有弹道导弹防御体系的天基、陆基、海基传感器系统之外, 高超声速武器防御体系的传感器系统还将涵盖航空器、临近空间飞行器、近地轨道卫星等多领域平台. 据报道, 美国MDA 曾在2016年的一次试验中使用MQ-9 无人机对弹道导弹目标进行探测跟踪, 而日本防卫省已对相关技术表现出兴趣, 计划将其应用于高超声速武器防御[32]. 包括预警机、战斗机在内的有人航空器也可作为分布式节点整合到传感器网络中. 位于临近空间的飞艇与长航时无人机则可在高超声速武器的滑翔/巡航高度长期驻留, 能够形成较大范围内的高超声速武器探测能力. 而以美国HBTSS 卫星为代表的近地轨道卫星星座, 则具有对高超声速武器实现全程精确跟踪的潜力. 另一方面, 由于高超声速武器在不同飞行阶段与速度高度状态具有不一样的目标特性, 各预警探测平台将综合利用多波段雷达、红外、可见光等探测手段, 确保实现对高超声速武器的有效探测. 此外, 由分布式传感器节点构成的整个系统将形成动态弹性的运行机制, 使得传感器系统的传感器密度、探测能力与信息更新频率具备局部可调节性, 有效提升对重点方向、热点地区潜在高超声速武器攻击的应对能力,同时增强了传感器系统的运行稳定性与抗损能力.
要构建覆盖全域的分布式传感器网络, 需要重点关注传感器平台的成本控制问题. 如果单个传感器平台的建设就消耗了大量资源, 则整个传感器网络的成本将高昂到不可接受. 美国HBTSS 卫星的发展计划就曾因建设与运行成本问题受到美国国会的质疑[33]. 被迫付出巨大代价构建传感器网络的防御方, 将承受来自高超声速武器进攻方的成本强加, 势必影响其战略层面的发展均衡性与可持续性. 考虑到单个传感器平台的性能提升, 对整个传感器网络探测跟踪能力的影响具有边际递减效应, 且分布式传感器网络对传感器平台的性能与可靠性要求明显低于集中式的传感器系统, 这一问题可以通过依托于民间商业项目进行传感器平台开发与传感器网络构建来解决. 以天基传感器网络为例, 目前SpaceX公司的“星链（starlink）”卫星网络正受到广泛关注,其通过合理设计平台性能指标、利用成熟技术进行工业化生产, 将生产规模扩大至万颗以上等手段, 成功将单颗卫星成本控制在100 万美元以内. 若基于类似思路发展天基传感器平台, 即使将平台有效载荷更换为相对较为精密昂贵的各类传感器模块, 其总体成本也会远低于现有的各类军用大型天基预警探测平台,从而有效降低整个传感器网络的制造与运行花费.
3.2 指挥控制系统扁平化
高超声速武器极大压缩了防御体系的反应时间,对其响应速度提出了严峻考验. 传统防空反导系统的运行独立性强、流程分离度高、指挥层级多, 导致其在被整合到防御体系中时存在协同效能差、信息传输慢、网络化难度大的弱点, 极大影响体系的工作效率. 因此, 打通系统之间的信息壁垒, 降低指挥层级与指挥控制节点数量, 实现指挥控制系统的扁平化, 将成为高超声速武器防御体系的又一发展方向.
建立扁平化运行的高超声速武器防御指挥控制系统, 意味着形成作战要素的全面统合. 高超声速武器防御作战是跨越陆、海、空、天、电的多域联合作战，需要充分利用各作战域的传感器、指挥控制节点与拦截武器平台, 将各平台由归属于分立系统的单元抽象为体系中具有相应功能的要素, 形成统一态势感知、统一决策指挥、统一任务规划. 将实现高效的信息处理与决策生成. 由于体系内包含的作战要素大大增加, 数据产生总量成倍上升, 需要以更高的效率与可靠性来完成作战信息的分析提炼, 并基于人工智能技术实现辅助决策, 乃至于赋予指挥控制系统自主决策能力. 最后是进行指挥控制流程的充分精简. 利用数据链技术打通各作战要素之间的直接数据交互, 将信息传输流程由单一系统链状结构、多系统树状结构升级为网状结构, 减少信息流转层级,从而有效提升“从传感器到射手”的信息传递效率.
然而, 指挥控制系统的扁平化发展也在两个方面遭遇挑战. 第一, 高超声速武器防御体系从属于更高层级的作战体系, 其作战要素往往担负多重任务,而单纯针对高超声速武器防御需求的指挥控制系统结构优化可能反而为各要素在其他职能领域发挥作用设置障碍, 甚至干扰其他作战体系的正常运转. 为此, 需要加强顶层设计牵引, 以构建攻防一体的联合作战体系作为总体目标, 自上而下推动高超声速武器防御体系的指挥控制系统重构. 第二, 扁平化结构的指挥控制系统对作战要素之间数据传输的实时性与可靠性提出了更高要求. 针对这一问题, 除了对各作战平台的数据链设备进行提升传输速率、降低通信延迟、增强抗干扰能力的技术升级之外, 还可基于低轨卫星、无人机、无人艇等平台构建分布式的数据传输网络, 保证数据链路在复杂电磁环境下的稳定高效工作.
3.3 拦截手段多样化
当前各型拦截武器在防御高超声速武器时表现不佳, 拦截成功率低. 因此, 一方面需要基于现有拦截武器进行深度技术改进, 使其获得应对高超声速武器威胁的作战能力, 另一方面则可通过原理与思路创新来丰富拦截手段, 最终实现对高超声速武器的全程有效反制.
以现有拦截武器为基础进行技术改进与性能升级, 能够以较低成本与较高效率形成对抗高超声速武器的初步能力. 由于高超声速武器具有高空高速高机动的飞行特性, 需要对拦截武器的飞行弹道规划、制导算法设计、动力系统管理等要素进行优化,推动新型战斗部技术、高空机动变轨技术、变推力发动机技术等领域的研发工作, 从而提升拦截武器的有效射程、飞行速度、机动能力与命中精度, 增强其拦截高超声速武器的能力.
与此同时, 以激光武器、高功率微波武器、粒子束武器为代表的定向能武器具有系统反应速度快、发射命中间隔短、目标毁伤效果好的特点, 对高超声速武器的拦截任务表现出较好适用性. 陆基、海基定向能武器平台对尺寸重量的限制较为宽松, 能以较大输出功率毁伤目标, 但发射能量在大气层内传输损耗较大；
空基、天基定向能武器平台受能量损失的影响较小, 理论上对临近空间飞行的高超声速武器具有更好的拦截能力与更远的拦截距离, 但武器系统的体积重量严重受限, 导致输出功率较低, 通常不足以实现对目标的直接毁伤. 因此, 陆海基定向能武器平台可能在未来承担针对高超声速武器的要地防御与末段拦截任务, 而空天基定向能武器平台将更多关注对高超声速武器的弹载电子设备与传感器进行软杀伤. 前任美国国防部研究与工程副部长迈克尔·格里芬曾表示, 可以将高超声速武器拦截弹的战斗部由动能拦截器替换为定向能拦截器, 通过在较近距离利用定向能破坏高超声速武器的弹载电子设备来实现拦截, 从而降低对拦截弹的导引精度要求[34].
2022年2月, 美国独立智库“战略与国际研究中心”（Center for Strategic and International Studies,CSIS）发布了一份名为《复杂防空：反制高超声速导弹威胁》的研究报告, 作者在报告中描述了不同于传统“直接命中毁伤”的“广域毁伤机制”概念, 为防御高超声速武器提供新的潜在思路[35]. 通过在高超声速武器的潜在飞行路径上构建由惰性或者含能微粒构成的“尘埃墙”, 可以加速高超声速武器的表面烧蚀,引发高超声速武器的结构与空气动力学破坏, 降低其机动性能与命中精度. 此外, 通过在拦截弹上搭载高能微波装置, 对微波覆盖区域内高超声速武器的弹载电子设备进行干扰破坏, 同样可以实现对高超声速武器的拦截. 未来还可在通用助推器上分别搭载模块化的有效载荷, 既包括“尘埃弹头”、高能微波弹头等新式战斗部, 又包括传统的动能拦截战斗部与破片杀伤战斗部, 形成对高超声速武器的分层多次拦截, 提高拦截成功率.
3.4 体系运行智能化
对于传统防空反导体系而言, 目标识别、探测跟踪、作战决策、任务规划、效果评估等环节的大量工作仍然依托于人工过程. 高超声速武器防御体系跨越多域、要素众多, 且作战流程的运转效率面临高超声速武器极快打击速度带来的巨大压力, 使得人力因素成为制约体系作战效能提升的最大短板之一.因此, 利用以人工智能技术为代表的新兴技术来实现高超声速武器防御体系的智能化改造, 将成为反制高超声速武器的关键一招.
高超声速武器防御体系的智能化运行, 意味着传感器系统识别跟踪效率的提升. 运用算法对接传感器网络产生的海量数据, 能够形成对目标信息的立体感知, 实现对目标的快速识别与威胁判定, 并提高对目标状态与拦截效果的评估能力, 为拦截方案制定与多次拦截决策提供协助. 其次是指挥控制系统运转速度的提高. 利用人工智能技术进行目标与战场信息的精确传递, 并基于自主流程生成决策辅助信息, 可以极大提升人工分析决策效率, 乃至于实现独立的自主拦截决策. 最后是拦截武器作战效果的加强. 针对单一拦截武器平台而言, 人工智能技术可以优化拦截武器在复杂环境条件下的自主控制能力与机动性能, 提升拦截武器对高超声速武器的拦截成功率；
针对拦截武器系统而言, 人工智能技术能够实现不同类别拦截武器资源的快速合理分配, 有效增强防御体系对高超声速武器的多层次拦截能力与多目标应对能力.
但是, 高超声速武器防御体系的智能化改造也会伴生新的问题. 由于人工智能技术仍处于发展的早期阶段, 人工智能神经网络算法的运行过程尚处于黑箱状态, 增大了依托人工智能技术构建防御体系的潜在技术风险. 另一方面, 高超声速武器具有准战略武器属性, 再加上近年来高超声速武器技术呈扩散态势,装备性能指标不断提升, 甚至可能得到人工智能技术的进一步赋能, 导致各军事大国面临的高超声速武器威胁越来越大, 发展自动运行、自主决策的智能化高超声速武器防御体系的动机日益增强, 容易引发攻防双方的战略误判与冲突升级. 尤其是部分高超声速武器与高超声速防御武器均具有核常兼备属性, 在其中引入人工智能要素极有可能加剧战略态势失衡, 降低各军事大国之间的战略稳定性. 因此, 必须未雨绸缪,形成对相应风险的准确评估和提前应对.
高超声速武器对世界各军事大国现有的防空反导体系提出严峻挑战. 面对高超声速武器威胁, 美俄两国凭借自身技术积累, 在高超声速武器防御体系建设领域率先行动, 取得了大量成果, 但也暴露出一些问题, 总体仍处于发展建设的早期阶段. 综合各国发展现状考虑, 高超声速武器防御体系将以传感器网络、指挥控制系统、拦截武器系统三大领域为发展重点, 以全时全域探测、高效指挥控制、全程有效拦截为发展目标, 以人工智能为重要发展助力, 形成对高超声速武器的有效防御能力.
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