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6up美国NMD的技术构成与工作原理

发布时间:2021-01-30 21:40

  目前,美国正在加速研制NMD系统,并为其正式部署制定行动方案。虽然布什新政府积极谋求部署国家导弹防御系统,但要真正完成该系统的部署并非易事,“NMD”是一个技术极其复杂的系统。它是运用已中止的星球大战开发研究中获得的成果,保护美国本土不受任何弹道导弹的攻击。

  国家导弹防御系统是一个十分复杂的系统。美国人所说的“国家导弹防御(NMD)系统”,是指用于保护美国全国50个州免遭有限数量远程弹道导弹攻击的地基战略弹道导弹防御系统。按照现在的构想,NMD系统将主要由预警系统、“地基探测系统”、“地基拦截弹”(GBI)和“作战管理与指挥、控制、通信”(BM/C3)系统等部分组成。

  构成美国NMD系统之一的预警系统。预警系统包括两大部分:一部分是部署在空间的预警卫星,也称天基探测系统。近期用现有的“国防支援计划”(DSP)预警卫星,远期用正在研制的“天基红外系统”(SBIRS)预警卫星,利用星上的红外探测器,及时发现敌方弹道导弹的发射;另一部分是改进的现有预警雷达,主要用于确认预警卫星的预警,并提供来袭导弹的飞行弹道数据。计划改进的预警雷达有5部:3部是沿着北极圈部署的“弹道导弹预警雷达”,分别配置在美国阿拉斯加州的克利尔、格陵兰岛的图勒和英国的菲林代尔斯;2部是部署在美国东西海岸的“铺路爪”雷达,分别配置在加利福尼亚州的比尔空军基地和马萨诸塞州科德角的奥堤斯空军基地。精密复杂的探测系统是美国NMD系统的核心,该系统主要包括:

  1、探测器系统。NMD计划中的天基探测系统是国防支援计划的导弹预警卫星,卫星上装有3.6公厘直径的中红外线微米)望远镜,可监视地球上1/3区域,以3颗卫星即可构成全球导弹预警卫星网。红外线秒对地球某个特定区域扫瞄一次,每次扫瞄可测出导弹发射时产生的尾焰和热辐射红外线信息,然后通过卫星将有关信息发射到地面处理系统,与资料库中存储的红外线图像和弹道数据进行对比和确认,并利用两颗卫星的不同数据算出发射点和落点,再送到指挥中心发出预警。天基探测系统对洲际导弹有十余分钟的预警时间。

  2、弹追踪系统。太空导弹追踪系统(SMTS)以前称为智能眼卫星,也是一种天基探测系统,轨道高度约900公里,卫星上装有红外线、中红外线和远红外线、可见光探测器,用于支援国家、战区弹道导弹防御系统。即使陆基成像雷达无法运作,SMTS也能提供武器系统所需目标追踪、识别和杀伤评估,拦截弹能根据SMTS的追踪数据发射和修正。SMTS可精确预测弹头落点和时间,从而可采取相应的防御手段。SMTS还能够引导陆基和海基雷达跟踪目标,使其探测距离大增,把防御区域增大3倍以上。SMTS重量只有450公斤,体积小,探测器种类也多,它将作为NMD最主要的天基探测系统。

  3、机载探测系统。NMD计划的机载探测系统除了机载光学探测器试验台外,目前还处于概念研究阶段。机载光学探测器试验台是由波音767客机改装的,飞机上装有长波红外探测系统,其焦平面陈列有3800个单元,直径为60公分。在14到24公里高空飞行时,该系统可对天空作全空域扫瞄,6up用于对来袭导弹的中后段和未段探测。全面监视美本土必须使用40架这种飞机,目前已研制了一架,仅作为试验之用。其他机载光学探测系统有:空中预警机上加装红外搜索和追踪装置、“看门人”计划、增强型机裁全球发射探测器计划、机裁助推段探测系统等。

  陆基探测系统也就是上升段的早期预警系统,其设有5个雷达站,分别是安装在阿拉斯加州克里尔的铺路爪AN/FRS-115雷达,以及装置在英国菲林代尔斯、格陵兰图勒、美国东岸和西岸的同型雷达站。此外,还有安装在阿拉斯加州的陆基雷达和飞行拦截通讯系统。主要用于对战略导弹和潜射弹道导弹等来袭目标作末段、中末段防御、捕获和追踪识别,为陆基拦截弹提供初始状态,导引杀伤评估信息,支援拦截弹进行大气层外的目标识别分类,为独立的下一层防御提供预警。

  地基雷达是一种X波段的高精度、多功能雷达,主要执行三大方面的任务:对来袭目标进行监视、跟踪和识别;引导地基拦截弹飞向目标;对拦截结果进行评估。美国已经在夸贾林靶场建成一部试验用的地基雷达样机,其探测距离约2000千米。而未来实际部署的地基雷达的探测距离将扩大到4000千米。

  由于地基雷达的视野将受地平线的限制,为了在雷达视距之外拦截来袭的导弹,美国国防部设想的NMD系统还将需要几部前沿部署的X—波段雷达,用于为已经发射出去的地基拦截弹提供飞行中的目标修正数据和目标识别数据。未来一旦部署了“天基红外系统”的低轨道卫星(由24颗小卫星组成的星座),也可以由该卫星代替前沿部署的X—波段雷达。

  “地基拦截弹”是用于在大气层外(100千米以上的高度)拦截来袭导弹的先进动能武器,由一个称之为“大气层外”(EKV)的动能杀伤弹头和多级助推火箭等组成。EKV本身是一个能够自主作战的高速飞行器,由红外导引头、制导设备、姿控与轨控推进系统和通信设备等组成,通过直接碰撞摧毁来袭导弹的弹头。

  地基拦截弹包括在北达科塔州安装的100枚陆基拦截弹、一台陆基成像雷达和北达科塔州的信号处理站,以及作战、指挥、管理和通讯系统。陆基拦截弹为反弹道导弹导弹,一般为2级或3级有翼导弹,大部分携带有核弹头,采用无线电指令制导。反弹道导弹导弹按拦截高度可分为高空和低空拦截两种。前者主要是利用核爆炸产生的X射线和电磁脉冲破坏大气层外的来袭导弹。后者主要是利用核爆炸产生的中子流、γ射线、冲击波等的综合效应摧毁稠密大气层内的来袭导弹。

  “作战管理与指挥、控制、通信”系统(包括大约14个“飞行中拦截弹通信系统”)是国家导弹防御系统的“大脑”和“中枢神经”。其主要功能是:接收、处理和融合各种探测器获取的目标数据;制定防御作战交战计划;下达发射拦截弹的命令;并通过通信系统把整个系统联结成为一个协调工作的整体和引导作用。引导作用是由阵地目标跟踪雷达和拦截导弹引导雷达组成,其任务是对来袭导弹进行最后识别,并引导拦截导弹实施拦截。而指挥控制中心是整个反弹道导弹导弹防御系统的神经中枢。它通过“人-机”系统,指挥与控制整个系统协调一致地完成任务。

  防御弹道导弹攻击的作战是一个非常复杂的过程。世界上任何国家想要用弹道导弹攻击美国,其射程至少要要在5000千米以上。这样的弹道导弹从发射到击中目标最多只需飞行大约30分钟的时间。“国家导弹防御系统”必须在这样短的时间内,及时探测到导弹的发射,跟踪来袭弹道导弹并测量飞行弹道参数,识别出真假目标,然后发射拦截弹进行拦截并判断拦截的结果。如果第一次未能拦截到来袭的导弹,还要再次进行拦截。

  敌方发射弹道导弹,交战过程开始;首先利用预警卫星及时探测敌方弹道导弹的发射,并向整个国家导弹防御系统发出弹道导弹攻击的警报;引导预警雷达搜索和探测来袭的导弹,并开始在作战管理中心制定交战方案;

  地基拦截弹发射后,X波段地基雷达继续跟踪来袭导弹,同时也跟踪已经发射的地基拦截弹,并通过作战管理系统的 “飞行中的拦截弹通信系统”(1FICS),向拦截弹提供高分辨率的目标跟踪信息。拦截弹利用这些数据进行机动,以便足够地接近目标。

  地墓拦截弹到达预定的交战空域后,大气层外与助推火箭分离,其上的导引头探测器开始捕获、跟踪和识别要拦截的来袭导弹弹头,制导计算机根据导引头获得的目标数据,指挥轨控与姿控推进系统工作,使EKV精确地飞向要拦截的目标,最后通过直接碰撞摧毁目标。为了提高拦截的成功概率,对每一个来袭的导弹弹头要同时发射2枚拦截弹进行拦截。

  由此看来,战略弹道导弹从发射开始,就会受到部署在36000公里高度的赤道上空地球同步轨道上的DSP预警卫星监视和追踪;低轨道上的智能眼卫星可对导弹进行追踪和测轨,它们监视、追踪和测量助推段的强烈尾焰和热流所构成的一种信号强烈的热辐射体。

  导弹在中段飞行会受到早期预警雷达系统监控,依靠DSP预警卫星送来的资料进行探测和追踪,然后将这个雷达网所获取的目标弹道资料及落点,提前告知作战指挥中心及陆基雷达。导弹在飞行的中末段及重返段,会受到陆基雷达的追踪、识别及测轨;此时导弹在不同高度上受到高空区域防御或海军战区防御系统的动能拦截弹、“爱国者”或海军区域导弹防御系统的增程拦截弹、美以合制的箭Ⅱ式拦截弹分层截击,这些不同类型的导弹防御系统构成绵密的拦截网。

  理论上,这个系统构成的防御网是可行的,但实际效果如何很难说了。特别是美多次拦截弹试射失败,更使人怀疑整个极为复杂的系统能否发挥预想中的威力。但是以美国的经验和技术,这种SDI计划的衍生物极有可能完成部署。