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中段反导

中段反导(英语:Midcourse Defense)指的是反导拦截系统在弹道导弹飞行中段实施的拦截行动。典型的中段反导系统都是针对中远程和洲际弹道导弹研制的,因为这些射程上千公里的弹道导弹的飞行全程可分为初、中、末三段,其中初段是导弹发射后直到飞出大气层的一段;中段是在大气层外飞行的阶段;末段又称再入段,是再入到大气层的飞行阶段。而中段反导就是对大气层外,处于飞行中段的弹道导弹进行拦截。

中段反导于1983年3月,在美国总统里根提出的“战略防御倡议”(SDI)即“星球大战”计划中被明确提出。中段反导主要包括陆基中段、海基中段防御系统两大类。美国拥有全球最成熟的海基反导技术,以“宙斯盾”作战系统为支撑的弹道导弹防御系统试验成功率超过90%,,在陆基中段反导的研究上,发射拦截试验的成功率在55%左右。在俄罗斯,并没有“陆基中段反导”的概念,而是采用“地基战略反导”说法,相应的武器系统是在研的A-235陆基机动与地下井发射相结合的战略反导系统。此外,法国以色列印度等国也在研发陆基中段反导系统。

2010年1月11日,中国首次陆基中段反导拦截技术试验圆满成功,使中国成为继美国之后,世界上第二个掌握该项反导技术的国家。截至2023年4月14日,中国共成功进行七次陆基中段反导拦截技术试验。美国从1999年开始陆续进行过20次中段反导试验,仅成功11次,成功率仅为55%。

技术背景

弹道导弹的飞行通常分为初段、中段和末段。初段是导弹发射后直到飞出大气层的一段;中段是在大气层外飞行的阶段;末段又称再入段,是再入到大气层的飞行阶段。反导技术主要是针对这三个不同的飞行阶段进行拦截的技术。反导拦截技术按发射地分为陆基、海基和天基,分别指反导系统在陆地、海上和天空发射;按照拦截时机不同又分为三大类:“助推段”防御系统、“中段”防御系统、“末段”防御系统。所谓中段反导拦截,通常是对处于飞行中段的弹道导弹进行拦截。

不同射程的弹道导弹在飞行中段的空域高度不同,一般在200~2000千米高度上下,近程弹道导弹的飞行中段高度一般为200~300千米;中近程弹道导弹的飞行中段高度最大800千米上下;中程弹道导弹的飞行中段高度最大1000千米上下;远程(洲际)弹道导弹的飞行中段高度最大2000千米上下。对弹道导弹在飞行中段的拦截按高度也可分四层,对其拦截武器方案总体上也被划分为“三段(助推段、中段、末段)六层或七层”。助推段的弹道导弹机动能力差,通常不采取突防措施,拦截相对容易。但助推段飞行时间比较短,这就对预警、跟踪、拦截的反应速度要求都很高,而且拦截窗口很小,对拦截弹的加速能力要求高,要比导弹晚发射,还要“追”上去,难度比较大。而且,在助推段拦截,己方拦截平台靠对方较近,自身生存也成问题。总体成本较高、技术难度大。而末段拦截的主要问题是一旦拦截不成,那基本上就没有补救措施了。而且对于洲际弹道导弹远程导弹来说,通常携带核战斗部,在末段拦截即便成功,也可能造成本国领土较大范围的核污染。

进行中段拦截就成为军事大国拦截中远程弹道导弹、洲际导弹的主要方式。弹道导弹的中段飞行时间较长,给进行拦截提供了更多窗口。中段拦截还能利用弹道导弹飞行速度较慢的一段。弹道导弹在助推段结束时达到最快速度,洲际导弹可以达到大约22倍音速。然后导弹凭借惯性飞行,直到飞行到弹道顶点时,基本是在减速,过了弹道顶点开始下落,又开始加速。在弹道顶点时弹道导弹弹头速度最慢,如果利用弹道顶点附近相对较慢的速度,可以降低拦截难度。

发展状况

综述

中段反导拦截由来已久,它始终都是导弹防御系统发展的核心和最高技术系统,被明确提出来是在1983年3月美国总统里根提出的“战略防御倡议”(SDI)即“星球大战”计划中。该计划提出了建立四段三层拦截体系,四段是按照洲际弹道导弹的助推段、后助推段、中段和末段四个飞行阶段而定的。前两段构成第一层,后两段分别为第二层和第三层。以后虽然经历了老布什政府“有限导弹防御计划”和克林顿政府NMD及TMD阶段,但中段反导拦截不但没有放弃,还始终是系统发展的核心。而到布什政府则直接将反导系统按导弹弹道分为了助推段、中段和末段拦截系统,其中的中段拦截主要包括陆基中段、海基中段防御系统两大类,只有美国在发展海基中段拦截系统。美国拥有全球最成熟的海基反导技术,以“宙斯盾”作战系统为支撑的弹道导弹防御系统试验成功率超过90%。相比之下,其陆基反导系统仍有待完善,基于陆基雷达和固定拦截弹发射井的陆基反导试验多次失败。

美国是拥有类型最多、数量最多中段反导系统的国家。命名为GMD系统从2004年开始部署,共在加利福尼亚州范登堡空军基地阿拉斯加州格里利堡部署了44枚地基拦截弹(GBI)。

俄罗斯,并没有“陆基中段反导”的概念,而是采用“地基战略反导”说法,相应的航空武器系统是在研的A-235陆基机动与地下井发射相结合的战略反导系统。此外,法国以色列印度等国也在研发陆基中段反导系统。

美国中段反导发展历程

1993年,美国提出的国家导弹防御系统取代了此前里根政府时期提出的“星球大战计划”,其定位于陆基中段拦截,当时主要针对已经飞出大气层外目标速度约7公里/秒的洲际弹道导弹。2001年小布什上台后,谋求建立一体化的导弹防御系统,将威廉·克林顿时期的战区导弹防御系统和国家导弹防御系统合二为一,统称导弹防御系统。2002年,小布什政府将“国家导弹防御系统”(NMD)改名为陆基中段防御系统(GMD),以分辨它和其他导弹防御计划的不同处。2004年7月22日,第一套陆基拦截系统部署于美国北部的阿拉斯加州。12月15日,马绍尔群岛举行的拦截测试失败,因为阿拉斯加科迪亚克岛的拦截器发射后16分钟出现异常运动。

2005年1月18日,美国战略司令部指挥官督导设立“整体导弹防御联合机制指挥部”,一旦该机构启动,将推动发展科技和能力进行全球导弹防卫和支援。2月24日,美国国防部导弹防御处测试了神盾系统海基拦截效能,成功拦截靶弹。11月10日“伊利湖号”号导弹巡洋舰舰侦测追踪并拦截到一枚刚发射两分钟的两节式靶弹。2013年1月27日,美国军方试射了“地基中段防御”导弹防御系统(GMD)拦截弹。

2020年11月17日,美国导弹防御局(MDA)和装备有“宙斯盾”弹道导弹防御系统(BMD)的美国军队驱逐舰约翰·芬恩号在夏威夷附近地区的FTM-44反导测试中发射的标准—3拦截导弹,首次成功拦截了一枚靶标洲际弹道导弹(ICBM),导弹被拦截导弹的动能弹头直接击中,并被摧毁。该试验证明标准—3导弹具有拦截洲际弹道导弹目标的能力。

中国中段反导发展历程

2010年1月11日,中国首次陆基中段反导拦截技术试验圆满成功,使中国成为继美国之后,世界上第二个掌握该项反导技术的国家。此后,中国分别于2013年1月27日、2014年7月23日、2018年2月5日、2021年2月4日、2022年6月19日、2023年4月14日多次进行了陆基中段反导拦截技术试验,试验达到了预期目的。2016年7月,中国官方媒体公布了2010年和2013年中国两次中段反导试验的画面。

组成机构

中段反导拦截系统一般由拦截导弹、雷达或卫星等传感器和战斗管理系统组成。用来对敌方弹道导弹进行探测和跟踪,然后从地上或海上发射拦截器,在敌方系统弹道导弹的飞行中段进行拦截。拦截弹根据发射平台可以分为陆基和海基两种,传感器也可以根据架设平台分为像“铺路爪”这样的陆基传感器,“宙斯盾”这样的海基传感器,以及“红外预警卫星”这样的天基传感器。

中段拦截导弹实际上是由一个大型的助推火箭和拦截弹头这两部分组成。助推火箭相当于运载火箭,把弹头送到大气层。中段拦截的弹头相当于一个小的"导弹",不过这个弹头在外观上看起来与一般的导弹有所不同,因为是在外层空间飞行,没有空气阻力,所以外型不像在大气层内飞行的导弹,不需要做空气动力学等方面的考虑。中段拦截的弹头有动力、跟踪、目标识别等系统,同时有自己的杀伤部分。动力系统要推动弹头,最终瞄准目标弹;制导系统捕捉目标导弹的物理特征,特别是红外特征,对它进行跟踪、识别,引导带有动力的弹头和目标弹相撞,将其摧毁。

弹道导弹从发射到进入中段飞行的时间很短,如果想要在中段实施拦截,就要尽可能提前发现对方发射的弹道导弹,同时要在其上方进行跟踪、计算飞行弹道,这样才能计算出最佳拦截点,紧接着将中段拦截弹发射到拦截点的位置,释放拦截弹头。这样才算完成一个完整的拦截过程。构成一个完善的中段反导拦截系统,要有强大的导弹预警监测系统,而构成这个预警监测系统的核心就是导弹预警卫星,还要辅助于一些远程测控雷达,同时还要有高效、快捷指挥系统。信息系统获取的信息进入到指挥系统后,要通过计算机快速处理,为拦截段设计拦截诸元、设计拦截弹;拦截弹以足够的精度进入到空间位置,释放弹头,弹头工作,捕捉到目标弹;弹头的推进系统推进拦截弹头,在制导系统的制导下,精确地到达拦截目标附近,摧毁所要拦截的弹道导弹。

优劣分析

优势

首先,中段反导可多次拦截以提高拦截成功率。弹道导弹在助推段后即进入飞行中段,而要拦截助推段是要将拦截和探测系统前置到导弹发射区域。而作为拦截系统最早可以拦截的时机便是导弹的中段飞行阶段。这样做也可以为后续的拦截预留充足的准备时间。以美国的陆基中段反导为例,即使在一次拦截失败后,还能有第二次拦截的机会,若再次失败,则可以将拦截任务转给末段反导系统(主要是“萨德”和“爱国者”导弹系统)。

其次,中段拦截的高度大,覆盖范围广。这是因为中段拦截是从导弹源头实施拦截,而在导弹射角一定的情况下,此时射向变换距离较小。如果进入末段,在相同射向角的情况下,射向变换距离较大,弹头飞行范围也较大,需要多个系统实施拦截。例如,美国陆基中段反导系统的拦截弹(GBI)的防御距离达到数千千米,所以美国一开始计划部署的国家导弹防御计划(NMD)只计划了两个西海岸的反导拦截基地,就实现了对美国本土的导弹防御。

最后,中段拦截可减少附带伤害。因为中段拦截多发生在外层空间,碰撞后的碎片残骸会在坠入大气层的过程中燃烧尽。这一点对来袭导弹带有生化弹头尤其有效。

劣势

中段反导系统牵扯的子系统众多,各个技术难点十分突出。以拦截弹的飞行速度为例,美国海基中段的“标准”3 Block1导弹关机速度为2.5-3.3千米/秒,拦截高度160千米。改进后的“标准”3 Block2关机速度达到5-5.5千米/秒,拦截高度达到500千米。部署在美国本土的GBI拦截弹的关机速度超过7千米/秒。而作为高空拦截系统的THAAD导弹关机速度只有2.8千米/秒,拦截高度就下降到了150千米,不过这样的拦截高度已经可以胜任拦截射程在2000千米的弹道导弹。

拦截弹的弹头由于采用了动能碰撞技术(KKV),也就是拦截弹的弹头速度非常高,利用其本身的质量和高速度撞击摧毁目标。因此对拦截弹头在制导、姿态控制、弹头载荷等各方面提出了更高的要求。

中段拦截最难的是对来袭导弹释放的诱饵弹头的识别问题。中段飞行处于太空中,由于失去了大气压强,可以在将其释放后迅速膨胀为气球。而这些气球表面涂有金属锡箔涂层,可以反射雷达信号。并且可以在内部加装加热装置,模拟成真弹头的热红外特征。而要识别这样的诱饵是需要发展大功率X波段雷达,因为只有X波段是可以穿过大部分的气球薄壁,从而识别出真弹头。

拦截记录

中国

美国

参考资料

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为什么是中段拦截?解读中段反导拦截系统.中国数字科技馆.2023-09-15

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中国陆基反导拦截试验提升解放军保卫国土能力——中新网.中国新闻网.2023-09-15

中国实现反导“六连胜”,美国针锋相对,提前6个月发射核导弹.百家号.2023-09-15

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观察|字少事大!中国成功试验中段反导,若部署意义有多大.今日头条.2023-09-15

国防部深夜发布!第七次成功.每经网.2023-09-15

中国拿出看家战略中段反导系统,第6次成功试射,严厉震慑美国!.南阳政法-今日头条.2023-04-22

中段反导,有必要科普的三个问题.今日头条.2023-09-15

极简科学课 | 什么是陆基中段反导拦截技术.中央纪委国家监委.2023-09-15

比中国先跑了数年的美国,反导系统搞得怎么样.腾讯网.2023-09-15

观察|字少事大!中国成功试验中段反导,若部署意义有多大.m.toutiao.com.2022-06-15

中国成功进行陆基反导试验技术只有美国能比(图)-中新网.www.chinanews.com.2022-06-20

重磅!中国成功进行陆基中段反导拦截技术试验.m.toutiao.com.2022-06-15

中国成功实施陆基中段反导拦截技术试验.m.toutiao.com.2022-06-15

中国成功实施陆基中段反导拦截技术试验.中华人民共和国国防部.2022-06-20

中国成功实施陆基中段反导拦截技术试验.今日头条-国防部.2023-04-14

大国之盾!中国首次公开陆基中段反导拦截视频.荆楚网.2023-09-15

陆基中段反导拦截技术解读 与末段拦截系统原理区别.闽南网.2023-09-15

技术派|反导试验“五连胜”,中国中段反导技术走向何方?.澎湃新闻-今日头条.2023-04-24

陆基中段反导更具难度 中国成功拦截意义重大.中国新闻网.2023-09-18

我国初具反弹道导弹能力 中段反导技术难度很大.新浪网.2023-09-18

美国最新海基反导试验首次同时成功拦截两枚导弹.中国新闻网.2023-09-18

美国军队试射陆基中段防御拦截导弹.央视网.2023-09-18

美军洲际弹道导弹拦截试验成功.搜狐网.2023-09-18