从反卫星试验看美国海基中段导弹防御系统发展.docx

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从反卫星试验看美国海基中段导弹防御系统发展

从反卫星试验看美国海基中段导弹防御系统发展

北京时间2008年2月21日上午11点26分，美国东

部时间20日22点26分，美军在夏威夷西部太平洋海域通

过“伊利湖”号“宙斯盾”巡洋舰发射一枚“标准

-3”导弹，

在距离地面247千米高度成功拦截失控的间谍卫星

USA-193。

“标准-3”导弹和“宙斯盾”武器系统是此次试验

的重要装备，它们是构成美国海基中段导弹防御系统的主要美国的反卫星能力具有实战水平。

组成部分。

美国此次采用导弹对卫星进行拦截进

步证实了

试验概况

标准-3”导弹在发射升空约3分钟后以直接碰撞方式

击中卫星燃料箱，卫星被导弹击中后产生了一团火球，整颗卫星因此而分裂成小碎块。

被击中的失控间谍卫星名为USA-193/NROL-21。

有关资

料显示，该卫星是美国新一代雷达成像侦察卫星，安装有

E-305“增强成像系统”（EIS），为美国国防部和中央情报局提供高分辨率合成孔径雷达图像情报，属美国国家侦察办公

室（NRO）的“未来成像体系”（FIA）计划。

卫星重约2270千克，其体积大致相当于一辆家用轿车，卫星燃料箱内携带有453千克的有毒燃料一一联氨。

按照设计，卫星原本应运行近地点351千米、远地点367千米、倾角58.5°的近地轨道

上，但卫星在2006年12月升空入轨数小时后，星载计算机月19日，卫星与地面失去通信联系，2007年1月22日，卫星轨道高度下降，运行于近地点271千米、远地点282千米的近地轨道，如果不加干涉，卫星最终将于2008年3月的第一周再人大气层。

便出现故障，导致卫星太阳能电池帆板未能展开。

2007年1

图所示为此次卫星拦截试验的拦截区域与拦截窗口

示意图。

其中可视时间是指从夏威夷岛上能够观察到卫星的时间，即窗口时间，从该图可见，卫星从地平线升起至降下的全部窗口时间仅有8分钟。

卫星被击落后，绝大部分碎片将在24-48小时内坠入大气层燃烧掉，而停留在轨道中的其余碎片也将在未来40天内坠入大气层。

由陆基、空中、海

基、天基等平台组成的探测网确认美军的“标准-3”导弹准确击中了即将坠入大气层的间谍卫星。

伊利湖”号和其他两艘被派往太平洋的“宙斯盾”战

舰与携带的导弹在1月进行了改造。

由于卫星不具有传统弹道导弹那样明显的热源性特征，因此对承担拦截任务的“标准-3”导弹提出了很高的技术要求。

为完成本次拦截任务，美国共改造了3枚的“标准-3”导弹（总造价1000万美元）的红外引导系统，整个拦截行动耗资约6000万美元。

标准-3”导弹

标准-3”导弹用于在大气层外拦截来袭的近程至中远

程弹道导弹，导弹的前两级保留了“标准2”Block4A导弹所使用的MK72固体助推器和MK104双推力火箭发动机以及舵控制系统。

第三级为MK136双脉冲固体火箭发动机，具有2个独立的推进剂药柱，按指令分2次点火，从第1个脉冲点火燃烧结束至第2个脉冲点火之前的时间延迟是可变的，以实现能量管理的灵活性。

导弹第三级的惯性制导系统采用改进的具有选择可用性抗干扰模块（SAASM）的GPS接收机、电源以及与“宙斯盾”武器控制系统相连的上行和下行链路。

导弹的中段制导采用利用上行链路提供的目标状态

和GPS提供的自身状态制导，即指令修正加GPS制导，末段制导采用具有初始目标识别能力的长波红外成像寻的制导方式。

标准-3”导弹的第四级是MK142动能战斗部，以前称

（LEAP）动

为动能杀伤器（KKV），又称“大气层外轻型射弹”能战斗部。

LEAP高度模块化，可自动调节飞行方向和高度，进行大机动飞行。

LEAP动能战斗部长560毫米，直径254

毫米，质量约23千克，是目前质量最小且唯一采用固体推进剂姿轨控系统的动能战斗部。

LEAP动能战斗部主要由导引头、固体姿轨控系统、制

导装置和弹射机构组成。

单色长波红外成像导引头采用

X256元碲镉汞焦平面阵列，采用低温冷却，由可抛离的头

罩进行保护，具有视野宽的特点，可实现目标获取，识别和

末制导功能。

其对典型战术弹道导弹的作用距离大于

300千

米，跟踪精度为微弧度，制导精度约0.15米。

固体姿轨控系

统的燃料为4.5千克，与液体姿轨控系统相比，具备与垂直装置包括采用干涉式光纤陀螺的惯性测量装置（IMU）和热电池。

弹射机构提供LEAP与第三级的机械和电气接口，避免冲击力对LEAP造成影响，以及提供LEAP动能战斗部最终与第三级的分离。

发射系统更好的兼容性，其末段机动能力大于

3千米。

制导

LEAP动能战斗部目前主要存在两个问题：

其一是单色

红外导引头目标识别能力有限，必须研制双色红外导引头来实现有效的末段识别；其二是固体姿轨控系统可利用的变轨速率不足，难以适应末段性能需求。

这2个问题将在“标准-3”Block2中得到解决。

标准-3”导弹目前包括4个型号，分别为“标准-3”

Block1A、Block1B、Block2和Block2A导弹。

“标准-3”

Block1A导弹是基本型，是产前试验和有限作战能力产品，

在减少成本的同时，提高了可靠性和可维护性。

标准-3”

Block1B导弹正处于研制计划中

，采用双色红外导引头替代

目前的单色红外导引头，增加1个新的先进信号处理器，提高对弹头、碎片和诱饵的识别能力。

将固体姿轨控系统改为

推力可调的姿轨控系统（TDACS），采用10个相同的TDACS

枢轴小推力发动机，其中

4个用于动能战斗部的横向运动，

其余6个用来保持导引头对目标的角度和视角调整。

这些小

推力发动机可动态改变推力和燃烧时间，并增大推力，应对

各种目标。

该系统便于生产，能明显降低成本。

标准-3”

Block1A/1B导弹的最大作战距离1200千米，最大作战高度

500千米，最小作战高度70千米，

最大飞行速度3.0-3.5千

米/秒。

弹长6.58米，弹径348毫米，翼展1.57米，发射质量1501千克。

“标准-3Block2”导弹将组合“标准-3Block1B”导弹的双色红外导引头和新的直径为534毫米的第二和第三级火箭发动机，从而保持弹径的一致。

该弹弹长8.1米，最大作战距离1500千米，最大飞行速度4.0-4.5千米／秒，它

将使海基弹道导弹防御系统的防御区域扩大2倍。

“标准-3”

Block2A导弹弹径与Block2—致，但采用第三代动能战斗部和新的蚌式头罩，可进一步提高作战距离和速度。

宙斯盾”武器系统

宙斯盾”武器系统是一种全天候、全空域的舰载指挥

和武器控制系统，用于保卫航母舰队以及执行舰队区域防御

任务。

除具有战区弹道导弹

防御能力外，“宙斯盾”武器

系统还可满足防空作战、反水面作战和反潜作战的需要。

自1983年装备第一艘“提康德罗加”级巡洋舰以来，“宙

斯盾”武器系统经过了不断的改进和创新，一直保持着世界领先水平。

“宙斯盾”武器系统具有联合体系结构，由战备状态检测系统支持的AN/SPY-1雷达、指挥与决策系统、“宙斯盾”显示系统、武器控制系统组成。

AN/SPY-1雷达为固定式E/F波段无源电扫描相控阵雷

达，具有搜索、探测、跟踪、制导等多种功能。

AN/SPY-1

雷达目前包括A、B、D、F、K等型号。

AN/SPY-1A雷达由4个八边形天线阵面组成，天线阵面

尺寸3.5米X3.5米，每个阵面有4480个移相器和1120个方形驱动器，全部排列在140个阵列模块内，天线质量5915千克。

其工作频率3.1-3.5G赫兹，峰值功率4-6兆瓦，平均功率58千瓦，脉冲压缩128:

1，带宽10兆赫兹（持续相干）

和40兆赫兹（瞬时），系统增益42分贝，每个阵面覆盖范围

110°，探测距离463千米，跟踪能力大于

100个目标。

AN/SPY-1B雷达采用新的天线设计，降低了天线旁瓣，

提高了信号处理机性能，具有多任务功能和部分战术弹道导弹防御能力。

天线阵面尺寸3.7米X3.7米，每个阵面有4350个移相器，天线质量3587千克。

AN/SPY-1D雷达天线阵面尺寸、移相器数量、天线质量

与AN/SPY-1B相同，加强了电子对抗能力，增加了双波束搜索能力，提高了濒海环境下系统的性能，并能满足部署在近岸环境下的战术弹道导弹防御系统的需要。

AN/SPY-仆/F（V）雷达用于出口，天线阵面尺寸2.4米X

2.4米，每个阵面有1856个移相器，峰值功率600千瓦，平均功率为24千瓦。

AN/SPY-1K雷达是最小、最轻、最低成本的型号，用于

轻型驱逐舰、护卫舰，具有多任务能力。

天线阵面尺寸

1.7

米X1.7米，每个阵面有912个移相器。

AN/SPG-62型I波段连续波多普勒照射雷达为“标准-3”导弹提供目标照射

指挥与决策系统是全舰的指挥与控制中心，负责建立战

术原则，显示并处理各传感器的数据，做出敌我识别、威胁判断、目标优先顺序指定和火力分配，协调和控制整个作战系统的运行。

“宙斯盾”显示系统使作战人员能评估作战态势，并向舰载和非舰载武器系统和单元发送指令。

武器控制系统负责按照指挥与决策系统的火力分配指令，对武器系统实施目标分配、拦截计算、指令发射和导弹导引等功能，连接并控制MK99导弹火控系统。

武器控制系统所有数据都反

馈给指挥与决策系统，显示在“宙斯盾”显示系统屏幕上供决策参考。

截至目前为止，“宙斯盾”武器系统共发展了7个型号，

即基线0-7。

基线5包括3个改型，其中，基线5.3集成了联合战术信息分发系统和OJ-663彩色显示器。

基线6是首个主

要改进型号，提高濒海作战能力，增加协同作战能力，提供

低层战区弹道导弹防御能力。

基线

7的主要改进包括升级

集成协

AN/SPY-1D（V）雷达，采用商用现货的计算体系结构，同作战能力和战术弹道导弹防御能力。

作战使用

天基红外预警卫星和其它外部预警探测系统获得的目

标数据以及AN/SPY-1雷达直接获取的目标数据被传送至指挥与决策系统，进行敌我识别、威胁评估和目标分配，雷达指示武器控制系统拟定拦截计划，选定交战的火力单元和

号，

标准-3”导弹编号，武器控制系统指示火控系统和发射装

置装定导弹发射诸元，并命令发射“标准-3”导弹。

通常第一级助推器使导弹从发射装置中飞出，第二级双

推力固体火箭发动机使导弹进入中段飞行。

第三级发动机与第二级双推力固体火箭发动机分离后，可进行推力矢量控

制，第一次脉冲点火时高度为

60千米，在约90千米高空处

抛离头罩；第二次脉冲点火，延迟时间大约为10秒，工作时间10秒，使拦截速度达到4000米/秒，启动导引头。

当红外导引头截获目标时，进入末段飞行，对目标进行红外成像与识别，然后采用比例导引制导，通过约5g的轨控机动修正航向、自主寻的，在与目标碰撞前约30秒，具有小型钨棒的LEAP动能战斗部由第三级弹出，并启动其固体姿轨控系统，实施机动，瞄准已知目标的位置。

在直接碰撞目标前，

LEAP抛散小型钨棒，以足够的动能撞击目标的弹头。

装备与发展

目前，美国的弹道导弹防御系统按照Block的模式进行

研发与部署：

Block2004:

最多采购20〜30枚“标准-3”BlocklA导

弹；

Block2006:

6枚“标准-3”Blo-ck1A导弹装备在1艘巡

洋舰上；

Block2008:

约50枚“标准-3”Bl-ock1B导弹装备在2

艘巡洋舰上；

Block2010:

约80枚“标准-3”导弹装备在4艘巡洋舰

上。

标准-3”导弹的关键技术之一是LEAP动能战斗部，

目前进行的LEAP动能战斗部改进计划包括：

采用先进全反射光学部件，提高导引头性能，减少零件数量；改进长波红外导引头的焦平面阵列技术，使同一个敏感元阵列内具有种截然不同的长波成像能力，简化双色导引头的集成；采用先进信号处理器，支持先进的识别算法；改进变轨推进系统，增强变轨能力：

在LEAP技术的基础上研究低成本、轻型动能战斗部。

随着微波集成电路（毫米ICS）的发展，“宙斯盾”武器系

统将采用有源相控阵雷达替代目前的无源相控阵雷达；商用现货计算环境和网络结构不仅增加了系统能力，而且实现开放式体系结构的基础，开放式体系结构使新技术的引入和未来升级更加容易。

随着“标准-3”导弹和“宙斯盾”武器系统的不断改进

和发展，美国海基中段弹道导弹防御系统的作战能力将得到进一步的提高，逐步实现对中远程和远程弹道导弹的防御能力，实现一体化弹道导弹防御系统的构建，并具有新的反卫星功能。