美国“萨德”反导系统发展溯源与技术解析

美国“萨德”反导系统发展溯源与技术解析
作者：萨特
来源：《现代兵器》2017年第11期
无论“萨德”系统的部署牵扯着怎样的政治神经，作为一种由科学理论支撑、由技术构建的武器系统，其本身都不应被蒙上任何形式的神秘主义色彩。

当然，由于技术层面的高度复杂性，要将其基本脉络梳理开来并不容易。

但只有透过“迷雾”，我们才有可能将“萨德”系统的技术与政治属性间的辩证关系弄清。

至于这一点的重要性则毋需多言……
早期技术铺垫
“萨德”系统是一种高度复杂的武器系统，其出现不会是凭空而起，也不可能是一蹴而蹴，必然有一个漫长的技术演化过程。

事实也的确如此。

在冷战中的50年代后半期，人们似乎有理由设想，技术的高速发展依其本性将损害世界军事格局的稳定。

急剧的技术突破在当时成了常规事态，而非例外现象。

紧随远程轰炸机来了高精度远程雷达，然后是原子弹、氢弹、人造地球卫星、洲际弹道导弹等等。

只要大量资源被用于研究和开发，似乎就没有理由认为发展速度会慢下来。

不仅如此，在技术发展背后，似乎有一种攻防竞赛模式。

随着新的进攻手段被发现，人们就做出巨大的努力去发展出反制手段，这反过来又刺激了进攻手段的创新。

因此，虽然美苏双方在整个50年代都做出了重大努力去增强对远程轰炸机的防御，可是远程导弹正处于其研制的最后几个阶段，而预料到这一新挑战，反弹道导弹的研制工作业已开始。

美国人是这样想的也是这样作的。

1956年，在艾森豪威尔政府的主导下，美国陆军和空军分别推出了用于在末段高空拦截洲际弹道导弹的“奈基—宙斯”区域反导项目和用于在中段拦截洲际弹道导弹的“向导”广域反导项目，两种反导方案均以核弹头来弥补精度的不足。

在对技术现状进行评估后，美国陆军的“奈基—宙斯”系统被获准进一步发展。

该系统后来经过一系列技术升级，采用大气层内外高低两层拦截体制，被改称“奈基”X系统，并在1975年10月1日作为“卫兵”项目的实质内容被部署于北达科他州大福克斯反导防区。

虽然由于复杂的原因，“奈基”X系统部署不到一年就被拆除。

但作为“萨德”系统的前身，“奈基”X为日后掌握更为高效可靠的高空未段反导能力，进行了大量的技术铺垫和经验积累。

由SDI到“萨德”系统
“奈基”X系统虽然被拆除，但由美国陆军主导的末段高空反导系统在技术上却并没有停止研发。

而且，1981年随着里根总统的上台又一次赢来了发展的契机。

1983年3月23日，时任美国总统里根提出了战略防御倡议（SDI），俗称“星球大战”计划。

该计划试图通过天基和地基系统来防御苏联洲际导弹的攻击，从而改变同归于尽的核平衡态势。

末段反导系统很自然地被作为组成部分之一融入了“星球大战”计划。

SDI要求防御系统能在弹道导弹飞行的4个阶段，即助推段、助推后段、中段和末段的全程进行防御。

其反导手段包括核杀伤和非核杀伤两大部分，非核伤杀由动能和定向能两大类型的技术手段构成。

这样，SDI就形成了多层次、多种杀伤手段、天地基并举的反导体系。

由于定向能武器在技术上尚未达到实用阶段，而美国政府又明确指出“重点放在非核杀伤的各种技术上”，所以在SDI的分阶段部署中，继续由美国陆军主导的末段反导系统，不但重要性较之以往有所提高，而且技术门槛也较之“奈基”X时代有了巨大提高——由核杀伤到非核杀伤的技术路线牵移决定了这一点。

此外，由于没有因前一发拦截弹的核杀伤战斗部引爆对后续拦截弹的后效影响，在对付集束或是分导式弹头的饱和攻击方面，非核杀伤要比核杀伤手段的效率更
高。

SDI计划的最初目的是为了建立一个能够极大抵消苏联核攻击手段的大型系统，但是后来苏联方面的威胁越来越小（冷战后期的美苏双方对抗的缓解），项目重点开始逐渐转向防御有限的进攻和意外事件（目标从超级大国转向中等强国）。

据此在1987年，SDI计划开始出现了瓦解的迹象，战略防御计划局提出了国家导弹防御计划（NMD），美国陆军空间与战略防御司令部则提出了战区弹道导弹防御的高空防御技术开发计划。

这实际上意味着高空末段反导系统开始从“星球大战”计划中剥离出来，再次出现成为一个独立项目的趋势。

1989年，美国防部正式公开此项计划。

1990年，当时的战略防御计划局（即现在的弹道导弹防御局）对合同进行公开招标。

到了1991年，随着美国总统老布什将SDI的工作重点从防御针对北美大陆的大规模攻击调整为突出战区导弹防御，SDI计划下马的可能性进一步增大，而战区弹道导弹防御的高空防御技术开发计划的重要性则在不断上升。

也正因为如此，1992年9月，洛克希德·马丁公司赢得了演示/验证合同，目标是对大气层内/外战区弹道导弹防御系统所需全部技术进行集成。

到了1993年10月，克林顿政府在正式取消“星球大战”计划的同时，进一步明确了陆基拦截弹的技术指标和战区防御规模。

美国国防部据此将“战区弹道导弹防御的高空防御技术开发计划”升格为战区高空区域防御系统，即“萨德”系统。

在克林顿之后的小布什时代，“萨德”系统正式纳入战区导弹防御系统（TMD）的框架内，与地基中段防御计划（GMD）成为一个互相补充的反导防御体系，统称导弹防御系统（MD）。

“萨德”系统在1999年8月前共进行了11次飞行试验，其中前3次为非拦截试验，2次成功、1次失败；后8次为拦截试验， 6次失败、 2次成功。

1999年8月2日进行最后一次拦截试验，也以失败告终。

遭受重大挫折的战区高空区域防御系统在此后五年多时间里再没有进行拦截试验。

美国陆军于2004年对该系统进行重新设计，并重新命名为“末段高空区域防御系统”。

由于“战区”和“末段”的英文单词都是以“T”开头，所以缩写仍为“萨德”系统。

由于独特的大气层内外反导能力，“萨德”系统填补了仅用于大气层内防御的“爱国者”和仅用于大气
层外防御的“宙斯盾”导弹防御系统之间的空白
从此，“萨德”系统进入了一个新的发展阶段。

调整后的“萨德”系统于2005年11月恢复飞行试验，部署前共计划进行14次试验。

2006年10月，“萨德”系统从白沙导弹靶场移至位于夏威夷考艾岛的太平洋导弹靶场。

2007年1月，“萨德”系统首次在太平洋导弹靶场进行飞行试验。

2007年4月，“萨德”系统进行同样的试验，再次成功。

2007年6月，“萨德”系统拦截弹成功完成低空飞行试验。

2007年10月，“萨德”系统在太平洋导弹靶场成功完成大气层外的拦截试验。

至此，从早期的“奈基”X系统技术再发展，到“星球大战”计划的组成部分，再到纳入TMD的框架中来，“萨德”系统经过近40多年的发展，终于进入了技术成熟阶段，迈入了可供实战部署的门槛。

技术难点与性能考量
作为美国反导体系的重要一环，“萨德”系统究竟在其中扮演着一个什么样的角色是很多人关心的问题。

美军现在的反导体系共分三层五级，即助推段、上升段（也叫助推后阶段）、中段、高空末段与低空末段（统称为再入段）。

每一个层级都有一套对应的反导系统，如此层层
相接、环环相扣，构成一个严谨的体系。

助推段和上升段主要依靠前置部署的无人机（助推段）、天基（助推段）或是空基（上升段）高能激光武器系统，中段所对应的GMD系统依靠的是GBI陆基拦截弹（脱胎于“民兵”洲际导弹）和“标准”3BlockIA陆基/海基拦截弹（实质就是陆基和海基两个版本的“宙斯盾”系统），末端拦截所对应的TMD系统则主要由负责在40千米以上的超高空和大气层外拦截的“萨德”系统和在大气层内40千米以下高度拦截的“爱国者”-3防空导弹系统构成。

如此一来，“萨德”系统在整个美国反导体系中的位置也就清楚了——它是处于“爱国者”-3防空导弹系统与“宙斯盾”系统之间的一个反导层级。

不过，高空末段反导究竟意味着什么呢？事实上，作为一个层级严密、结构严谨的反导体系中的关键一环，若要了解“萨德”系统的作战效能考量与技术难点，那么就必须对高空末段反导的一些特性有所了解。

首先来讲，高空末段反导在整个弹道导弹防御过程中，并非是一个很好的时机。

正如前文所述，弹道导弹的飞行分助推段、中途段和再入段。

最理想的拦截应该在助推段，核爆炸和核污染效应基本上都被发射国吸收，能够做到可靠的上升段拦截的话，自然达到最大限度地威慑。

中途段拦截会造成空间核爆炸，反导威慑作用要低很多，但对目标国的危害仍然较小。

但再入段拦截却由于诱发核爆炸和随后的核污染都要由目标国吸收，成了最后没有办法的办法。

不过，虽然高空末段反导在整个弹道导弹防御过程中不是一个好时机，但其技术难度却依然极为复杂。

有一种观点认为，再入段拦截由于射程和反应时间要求最低，反导系统可以部署在目标周围守株待兔，并且有时间进行两次甚至三次拦截，拦截手段在技术难度上相对助推段和中途段较低，这其实是不对的，特别是对于高空末段来讲尤为如此。

在40千米以上高度的高空末段，不但洲际导弹的分导式子弹头已经依次释放，需要拦截的目标众多，反导防区面积因此较之低空末段反导成指数倍扩大。

而且，由于弹道导弹进入大气层前已经开始俯冲阶段，弹头轨迹倾角大，不断增加的加速度也使得数量众多的子弹头成为马赫数7倍以上的高超音速目标，识别、分辨、捕捉都非常困难。

再考虑到子弹头本身经过了加固，各种突防装置的普遍采用，这就对高空末段反导手段的探测、跟踪、制导火控系统以及拦截弹本身提出了很高的技术性能要求。

另外，由于高空末段拦截域本身处于大气层边缘，空气稠密程度差别很大，即需要在大气层内（40～100千米高度）以气动控制，也需要在大气层外（100～150千米高度）以非气动控制的方法，进行直接碰撞式的动能拦截。

再加上分导弹头很可能在末段采用了对抗性的机动变轨设计，脱靶量又要小于0.3米，而拦截弹与目标的相对空间位置变化率大，系统应具有极高的目标数率和快速自适应能力。

这就使其战斗部动能杀伤拦截器（KKV）的制导律问题变得空前复杂起来，必须采用以留美的苏联科学家库特金于1960年代初提出的滑模变结构控制理论为基础的自适应滑模制导律才能解决。

业内人士普遍认为“萨德”系统这类高空末段反导系统的技术难度要高过中段反导
变结构控制是一类特殊的非线性控制系统。

它在动态控制过程中，系统的控制器结构可以根据系统当时的状态偏差及其各阶导数值（或者是根据某些外界扰动的影响），有目的地以跃变的方式按设定规律作相应改变，从而获得所期忘的状态轨变。

滑模控制就是其中一种，它是预先在状态空间中设定一个特殊的超越曲面，由不连续的控制规律，不断变换控制系统结构，使其沿着这个特定的超越面向平横点作滑动，最后渐近稳定至平横点。

其物理意义在于：当在大气层边缘作战的动能杀伤拦截器与目标的相对距离较大时，适当放慢趋近滑模的速率；当动能杀伤拦截器与目标的相对距离趋于零时，则使趋近速率迅速增加，确保视线角速度不发散，从而令导弹在整个拦截域都有很高的命中精度……虽然滑模变结构控制理论于60年代初就已经被提出，但时至今日对其数学模型的优化仍是极为前沿的理论科学。

更何况，从理论到工程实践有着不小的距离，如何将自适应滑模制导律用于拦截器的姿控系统设计，在实用层面上满足动能拦截器高精度、快响应的要求，将红外成像、动力直接碰撞、能量管理控制机动、气动光学和推力矢量、气动力/直接力复合控制等先进技术进行高度集成，同样是一个复杂程度不亚于理论层面的工程问题。

这就是为什么业内人士普遍认为“萨德”系统这类高空末段反导系统的技术难度要高过中段反导的原因所在，也可以解释了为什么在1999年8月前，“萨德”系统的试验接连遭遇重大挫折，以至在此后五年多时间里再没有进行拦截试验，项目几乎下马。

不过，正所谓“挑战越大，回报越高”。

高空末段反导技术门槛过高的特性，同样可以解释了为什么一旦“萨德”系统的关键技术获得突破，很快就身价倍增，以至于成为了一项政治筹码的原因所在——美国人掌握了一项人无我有的技术，而且由于技术门槛的限制，在可预见的时间内具有排他性。

当然不可否认，作为美国反导系统的重要组成部分，作为战区导弹防御的基石，“萨德”系统的技术门槛最终在战术性能指标上的反映也的确是十分高效的。

“萨德”系统最小拦截高度15～40千米，最大拦截高度150千米，最大拦截距离200千米，拦截弹主动段飞行时间16～27秒。

事实上，“萨德”系统最大亮点在于它的作战高度，它既可在大气层内40千米以上的高空，又可在大气层外150千米以下的高度拦截来袭的弹道导弹，号称“全球唯一能在大气层内外拦截弹道导弹的陆基反导系统”，而这个高度正好是射程在3500千米以上远程和洲际导弹的末段和射程3500千米以下中近程导弹的中段。

此外，还需要指出的是，“萨德”系统不但能够在拦截窗口中拥有2～3次拦截机会，而且能够实施齐射，这实际上意味着一种有效的抗饱和攻击能力。

架构与作战流程
“萨德”系统系统由携带8枚拦截弹的发射装置、AN/TPY-2型X波段雷达、火控通信系统（TFCC）及作战管理系统组成。

洛克希德·马丁空间防务、卡特彼勒防务和喷气飞机公司是该系统发射装置及拦截弹的主承包商，雷声公司是AN/TPY-2雷达的主承包商，波音、霍尼韦尔
和洛克达电子则作为管理与指挥系统的承包商。

“萨德”系统的8联装导弹发射装置安装在一辆奥什科什公司的10×10重型扩展机动战术卡车上，该车装有自动装弹系统。

虽然该系统的很多组件都可以用一架C-130运输机空运，但由于尺寸问题，其发射装置却需要使用C-17运输机或C-5运输机空运，这在一定程度上削弱了“萨德”系统的战术布署能力。

该系统的拦截弹由一级固体助推火箭和作为弹头的动能杀伤拦截器组成。

全弹长6.17米，起飞重量约 600千克。

动能杀伤拦截器主要由用于捕获和跟踪目标的中波红外导引头、信号处理机、数字处理机、采用激光陀螺的惯性测量装置和用于机动飞行的轨控与姿控推进系统等组成。

红外导引头通过向弹载计算机传输目标导弹战斗部的红外成像进行制导。

整个动能杀伤拦截器（包括保护罩）长2.325米，底部直径370毫米，重量约60千克，飞行速度为2000米/秒。

具有很高的毁伤动能。

“萨德”系统最大亮点在于它的作战高度，它既可在大气层内40千米以上的高空，又可在大气层外150千米以下的高度拦截来袭的弹道导弹，号称“全球唯一能在大气层内外拦截弹道导弹的陆基反导
系统”
动能杀伤拦截器装在一个双锥体结构内，前锥体前有一个保护罩，在大气层内飞行期间，何护罩可减小气动阻力，保护导引头窗口不受气动加热影响，在导引头即将捕获目标前抛掉。

导引头为侧窗式结构，采用全反射科斯克光学系统和256×256中波红外凝视焦平面阵列。

该焦平面阵列很可能是一种锑化铟多色焦平面阵列，其技术细节至今仍是美国的头等机密，详细情况外界几乎一无所知。

动能杀伤拦截器的姿轨控系统是普惠洛克达因公司生产的液体二元推进剂姿轨控系统，用于拦截器姿态控制和机动飞行。

可在要求较高的温度、冲击和振动飞行环境下工作。

“萨德”系统的标准雷达配置是1台AN/TPY-2 X波段固体有源多功能相控阵雷达，这是世界上性能最强的陆基机动反导探测雷达之一。

一部雷达就可完成探测、搜索、跟踪和目标识别等多项任务。

该雷达警戒距离远，兼顾战略与战术，天线阵面积为9.2平方米，安装有30464个天线单元，方位角机械转动范围-178°～+178°，俯仰角机械转动范围0°～90°，但天线的电
扫范围、俯仰角及方位角均为0～50°。

该雷达对反射面积（RCS）为1平方米（典型弹道导弹弹头的反射面积）的目标的最大探测距离约1200千米。

AN/TPY-2 X波段固体有源多功能相控阵雷达采用模块化设计，有很强的地面机动性，可采用舰船、火车或拖车进行点对点运输，还可根据作战需要由C-5或C-17运输机空运至指定地点。

AN/TPY-2 X波段固体有源多功能相控阵雷达的任务是，对自身所能控制的区域进行目标搜索，一旦获取目标之后就自动转入跟踪状态，那么相应的状态评估体系就此建立，相应的一系列目标数据分析就此产生，从而做出首次拦截杀伤评估以及是否进行二次拦截等的综合评估。

至于“萨德”系统的作战管理/指挥、控制、通信、情报（BM/ C3I）系统由一个战术操作站（TOS）和一个发射车控制站（LCS）组成。

发射车控制站也即通信中继车。

TOS与LCS都是由“悍马”高机动多用途车搭载的机动模块，由安装在拖车上的15千瓦电源供电。

两者采用相同的环境控制单元和气体颗粒过滤单元，用于提供对核生化武器的防护。

为确保与陆军和联合部队相互配合作战的能力，BM/C3I系统能够支持各类通信协议。

BM/C3I网络各组成部分之间的主要通信线路是“联合战术信息分发系统”。

在这个网络上，探测器与BM/C3I系统各组成部分能够相互报告跟踪数据和其他关键的战场信息，也能向其他防空系统报告跟踪数据和其他重要的战场信息。

其负责全面的任务规划，协调并执行拦截来袭的弹道导弹，并与其他防空系统接口，以便实施联合作战。

具体来说，即实现导弹连自身的作战协调、执行导弹连的发射技术流程，与特遣部队、邻近的高层和低层单元以及外部系统的协同。

此外，还包括管理建制雷达和远程雷达，以便完成侦察、任务控制、作战控制等功能。

随着关键技术门槛的突破，2007年1月，“萨德”系统进入生产与部署阶段。

2008年5月28日，首批末段高空区域防御系统正式装备美国陆军，部署在陆军防空反导司令部第11防空炮兵旅第4炮兵团A连。

截止到2016年年底，共有5个装备“萨德”系统的反导防空炮兵连完成组建。

一个完整的“萨德”系统作战建制（即美国陆军第11防空炮兵旅第4防空炮兵团阿尔法连那样的反导防空炮兵连），包括24枚拦截弹、3辆发射车、1套火控系统和1部AN/TPY-2雷达。

“萨德”系统的作战管理/指挥、控制、通信、情报（BM/C3I）系统
作为战区导弹防御系统的基石，“萨德”系统的典型作战流程如下：AN/TPY-2雷达在对目标进行截获、分析并制定拦截方案后，作战管理/指挥、控制系统开始协调发射单元进行发射准备。

此后，根据AN/TPY-2雷达的火控数据，作战管理/指挥、控制系统进行射击诸元装定，先发射1枚拦截弹拦截敌方来袭目标，如果拦截失败，将再发射1枚拦截弹进行2次拦截。

2次拦截失败，那么将把来袭目标转交给PAC-3系统进行第3次拦截处理。

值得注意的是，作为一种开放式系统，如果将“萨德”系统放到整个反导系统的“大环境”中，那么依托上层系统的资源支撑，其作战效能还将产生增益效应，实际的效能边界具有延展性、模糊性和不确定性。

以2013年9月“萨德”系统与海基“宙斯盾”的联合反导试验为例。

2013年9月10 日，美国导弹防御局、弹道导弹防御系统作战试验局、太平洋司令部、陆军和海军等部门在西太平洋夸贾林环礁的里根试验靶场开展代号为FTO-01 的导弹防御系统实战拦截试验，以试验反导系统在面临多枚导弹打击情况下的应对能力。

试验中，负责中段的“宙斯盾”系统和负责末段高空区域拦截的“萨德”系统联机协同，成功拦截了2枚空射中程弹道导弹靶弹。

试验按实际作战弹道由C-17运输机发射了2枚空射中程弹道导弹靶弹，预定打击区域为夸贾林附近。

在接到天基预警卫星信息后，前沿部署模式的AN/TPY-2 X波段雷达探测到靶弹，并将跟踪信息中继给指挥、控制、作战管理和通信（C2BMC）系统。

“阿利·伯克”级“宙斯盾”驱逐舰上的AN/SPY-1 雷达探测并跟踪到第1枚靶弹。

“宙斯盾”系统制定火控方案，发射“标准”3Block1A 拦截弹，成功拦截了第一枚靶弹。

“萨德”系统末段部署模式的AN/TPY-2 X 波段雷达同时也探测并跟踪到了第2枚中程靶弹。

“萨德”系统在制定火控方案后，发射1枚拦截弹，成功击毁第2枚靶弹。

此外，为防止“宙斯盾”系统对第一枚靶弹拦截失败，还对其发射了1 枚“萨德”系统拦截弹作为备份手段。

“萨德”系统的效能边界究竟在哪里？这次试验无疑问以最直观的方式向我们展现了其延展性、模糊性和不确定性。

结语
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高空末段反导的技术门槛较高，但跨越门槛的收益却十分巨大。

事实上，正是由于独特的大气层内外反导能力，“萨德”系统填补了仅用于大气层内防御的“爱国者”和仅用于大气层外防御的“宙斯盾”导弹防御系统之间的空白，使美国拥有了从中段到末段的严密反导能力。

在正在构筑的美国全球反导体系中，其地位不可取消、不可替代，十分关键。

AN/TPY-2 X波段固体有源多功能相控阵雷达，可完成探测、搜索、跟踪和目标识别等多项任务
同时需要看到的是，“萨德”系统的关键技术在10年以前就已经接近成熟，而美国军工科研与采购体系又一向有着边生产边技术升级改进的传统。

这意味着目前部署的“萨德”系统与10年前的“萨德”系统决不可能是同一个版本。

事实也的确如此，举例来讲，据公开渠道的信息显示，在2014年年底，美国国防部就计划提高“萨德”系统拦截弹的射程。

为此，美国导弹防御局与洛·马公司就研制增程型末段高空区域拦截弹进行了多次秘密磋商。

洛·马公司防空反导事业发展部负责人于2015年1月7日对新闻界公开表示，新的增程型拦截弹将使用和原有拦截弹相同的发射装置和动能杀伤拦截器。

但不同于原有的拦截弹的单级设计，增程型拦截弹将采用两级发动机设计和更大的助推器，以缩短动能杀伤拦截器在被释放前与目标的距离，从而加大与“宙斯质”中段反导系统的拦截域重叠范围，拉长拦截射击“窗口”，为提供更多的拦截机会创造可能。