临近空间高超音速武器防御综述

李淑艳，任利霞，宋秋贵，王锦玉

(1.中国电子科学研究院 北京100041;2.北京航天拓扑高科技有限责任公司， 北京100176)

(3.北方自动控制技术研究所， 太原030006)

0 引言

临近空间是指高于一般航空器飞行高度，而又低于航天器轨道高度的空间区域。目前，国际上对临近空间区域具体高度范围尚无统一的定义，大多数观点认为其高度下限为20 km ～30 km，上限为100 km ～150 km［1］，该高度区间大气层大致包括:大部分大气平流层、全部中间层和部分热层区域。飞行在该空间区域，既可以避免绝大多数的地面攻击，又可以提高军事侦察和对地攻击的精度。对于情报收集、侦察监视、通信保障以及对空对地作战等，临近空间具有极大的发展潜力。

临近空间高超音速武器是指部署在临近空间、执行特定任务的飞行器以及与之配套的地面技术装备所构成的系统。该类武器具有飞行速度快(5 Mach～16 Mach，甚至更高。1 Mach=340 m/s)、飞行距离远、机动能力和生存能力强等特点，可远程快速到达、高速精确打击、快速组合发射、远程快速投送，即可携带核弹头实施战略威慑，又可灵活选载精确弹药攻击高价值或时间敏感目标，也可携带传感器实施全球重要目标的快速战略侦察。

目前，各军事强国都在大力开展各类临近空间高超音速武器的技术研发与样机试验，其中美国和俄罗斯处于世界领先水平。

美国“FALCON”计划的重要项目之一是研制通用再入飞行器(CAV)和高超声速巡航飞行器(HCV)。CAV是一种高超声速滑翔再入飞行器，可以投送约454 kg的战斗载荷，打击精度达3 m，基本型最大打击距离5 560 km，横向机动距离可达1 800 km，增强型最大打击距离16 700 km，横向机动距离可达5 500 km。HCV可从常规军用跑道上起飞并可重复使用，其飞行高度为35 km～75 km，飞行速度约为10倍音速，能够在2 h内将5 500 kg的载荷投送至16 600 km远处的多个目标。

除CAV和HCV外，美军还研制了X-51超燃冲压长航时飞行器，并在加利福尼亚州爱德华兹空军基地进行了一系列的试飞。该飞行器由包括美国空军、美国国防部高级研究计划局、美国国家航空和航天管理局、波音以及普拉特＆惠特尼公司联合研制。在试飞中，X-51利用普惠公司制造的吸气式超燃冲压引擎，可提供超过200 s的动力冲压支持，使飞机在短时间内提速至5 Mach。一旦研制成功，X-51将为美国提供新的“全球快速打击”能力［2］。

俄罗斯的临近空间高超音速武器发展计划为GLL-VK高超音速飞行器计划。该计划展示了俄罗斯独特的武器设计思想，采用弹道导弹的发射系统和动力型高超音速巡航导弹技术相结合，形成“弹道+巡航”的组合式导弹，可在26 km～50 km的高度上以8 Mach～14 Mach的速度巡航。该型导弹已经成功进行了低弹道飞行试验，最高速度达到了14 Mach。

1 临近空间高超音速武器的作战特点

临近空间高超音速武器与巡航导弹、战斗机等现有空气动力飞行器、弹道导弹等威胁目标相比，具有以下4 个作战特点［3］:

(1)与现有空气动力飞行器相比，飞行高度高、速度快、打击距离远，飞行过程易造成黑障。

现有空气动力飞行器一般飞行速度小于3 Mach，且升限一般不超过30 km。临近空间高超音速武器与之相比，飞行速度约在5 Mach～16 Mach，甚至更高。飞行高度在30 km～100 km之间，射程可达15 000 km。

高超音速飞行中，飞行器与大气层的激烈摩擦及其对大气层的挤压，使得飞行器周围的温度激增，高温高压的作用使得大气发生离解和电离，电子密度大大增加，在临近空间高超音速武器周围形成一个电离气体层(即等离子体鞘套)。该电离层将对电磁波产生吸收和反射，造成信号的衰减，形成黑障［4］。

(2)与弹道导弹相比，临近空间高超音速武器采用非惯性弹道飞行，具有一定的滑翔或巡航能力，隐蔽性高且突防能力强。

临近空间高超音速武器通常采用轴对称锥形体、翼身组合体、升力体和乘波体等气动外形，具有一定的升阻比特性和高机动性，尤其横向机动性很强，例如下滑弹头横向机动后还可继续飞行3 000 km～5 000 km。与弹道导弹不同，临近空间高超音速武器在大气中进行有动力巡航或无动力滑翔飞行，属于航空动力学范畴，其飞行航迹具有很强的机动性，探测系统既无法使用类似轨道目标的轨道动力学规律预测轨迹，也不能获得类似空气动力目标的较大反应时间，临近空间高超音速武器具备很强的机动突防能力［5］。

(3)攻击附带损失小，战斗部比重大［6］。

与现有空气动力飞行器采用的涡轮(涡扇)等喷气发动机相比，临近空间高超音速武器没有高转速的涡轮(涡扇)机构，与弹道导弹推进火箭相比，临近空间高超音速武器只携带燃料，不携带氧化剂，大大减轻了弹体重量，可装载更多战斗部件，提高战略打击毁伤能力。

(4)与其他飞行器相比，更需要不间断的低时延、高可靠的超视距测控［7］。

在航天测控方面，卫星按轨道动力学在空间开普勒椭圆轨道上无动力飞行，因此卫星测控只需测量一段轨道就能实现动力学定轨;在弹道导弹方面，由于弹道导弹在末级关机点后基本是在空间惯性轨道上无动力飞行，因此末级关机点的运动状态基本决定了后续弹道和打击精度，故测控的最重要任务是对关机点的状态测量;和以上航天器不同，临近空间高超音速武器在飞行全程依靠自主动力或空气动力飞行，需进行全过程连续跟踪测量和实时定轨，其测控覆盖范围包括发射场覆盖、飞行轨道覆盖、过顶覆盖等。

临近空间高超音速武器比卫星飞行高度低，比飞机飞行距离远、飞行速度高，其飞行轨迹往往会飞越人口稠密地区上空，需采用地基多站接力及天基测控系统实现低时延、高可靠的超视距覆盖，完成实时、精确的“飞行遥控”。综合以上分析，临近空间高超音速武器对实时测量和精确遥控具有高度依赖性。

2 临近空间高超音速武器对防御系统的威胁

由于临近空间高超音速武器具有以上特点，其对防御体系形成了以下三方面的严峻威胁和挑战［8］。

1)防御方的反应能力急剧缩短。

(1)攻击突然性增强。未来的临近空间高超音速武器可依托空基、地基、舰载发射，发射平台多变，发射方式灵活，发射准备时间短，导致发射突然性增强。作为时敏目标，高超音速武器飞行速度快，故防御方的反应能力形成了严峻的挑战。

(2)预警时间急剧减小。针对国土边境的预警时间(发现后判定为临近空间目标)只有约3 min(按高度20 km、10 Mach的目标计算)～11 min(按高度100 km、6 Mach的目标计算);针对国土纵深要地防御(距边境1 000 km)的预警时间也只有8 min～19 min，而现有国土防空系统对常规飞机的预警时间一般大于30 min，急剧压缩的预警时间对防御系统反应能力提出了严酷要求［2］。

2)增大了来袭方位的不确定性，形成了新的防御半径和作战空间。

由于临近空间高超音速武器飞行距离远且机动性强，机动飞行距离可达数千千米，横向机动范围数百千米，增大了临近空间目标防御方位和作战半径的不确定性，需要防御方在更为广域区域展开作战。

3)进一步凸显了现代防空作战“攻强防弱”的矛盾。

现代防空作战“攻强防弱”矛盾具体体现在:

(1)发现目标更加困难。传统防空体系主要针对飞机类空气动力目标，其中雷达等传感器的探测距离小，探测高度低，仰角小，数据率低，对临近空间飞行器这类高速高机动性基本没有探测能力，现有空间目标监视系统对空间目标的监视、编目能力差，对未知低轨目标的全天候、全天时监视和属性判别能力不足，受地平线限制和目标高机动影响，地基探测系统难于实现对临近空间目标的有效预警［2］。

(2)难以实现对目标的跟踪和拦截。由于高超音速临近空间目标飞行高度一般处于传统巡航导弹、作战飞机、弹道导弹和空间目标的飞行间隙，且过顶时间短，防空系统难以在这一高度拦截，此外弹道导弹防御系统都是针对弹道导弹的弹道预测。高超音速临近空间目标具有比弹道导弹和亚音速巡航导弹更强的突防性能，需要研制能实现对高超音速临近空间目标有效跟踪和拦截的新型装备。

(3)传统防御体系面临清零危机。临近空间高超音速武器的出现，进一步增大了对传统防御系统的时空压力，且高机动性造成了传统防御体系的更多盲区和能力缺失，现有防御能力面临清零危机。

3 防御需求分析

临近空间将成为未来战场的战略高地，快速发展的临近空间飞行器将构成高空威胁。临近空间高超音速武器将战争扩展到了临近空间，使作战模式发生革命性转变，很可能成为未来威胁最大的空天武器。

临近空间高超音速武器与现有空气动力目标相比，飞行高度高、飞行速度快，难以预警与跟踪，因此临近空间防御的首要需求是预警防御能力。针对临近空间高超音速武器及其搭载平台的防御能力需求，应包括症候情报支持、预警探测、精确持续跟踪和准确的航迹预测、指挥控制、电子对抗与火力拦截武器相结合的打击、大范围的信息传输与分发共计6方面打击能力。

(1)症候情报支持能力

由于临近空间高超音速武器发射时间短，搭载平台和发射方式多变，发射突然性加大，故对其症候情报的获取能力极为重要，应能获取临近空间高超音速武器的部署位置、发射阵地等中长期信息。此外，能够具备掌握与临近空间高超音速武器相关的战备动员、兵力补充、演习试验、后勤保障、装备调动、部队部署等综合情况的能力，并通过综合分析获得症候，实施超前预警，使得实时预警、持续跟踪、全程电子对抗以及拦截武器系统等做好先期作战准备。

(2)预警探测能力

由于临近空间高超音速武器飞行高度高，且可基于空基、地基、海基平台发射，故需要研发平流层飞艇载预警雷达等空基探测装备，超视距地发现和获取临近空间高超音速武器及其搭载平台的方位、距离、速度三维探测信息，并完善地基远程预警探测网，完成地空一体，无缝覆盖临近空间高超音速武器的来袭空域，并尽早提供关于临近空间目标的实时预警信息，为作战部队(拦截武器系统)预留作战准备时间。

(3)精确持续跟踪和准确航迹预测能力

临近空间高超音速武器具有速度快、掠空时间短的特点，要求预警探测系统快速响应，及时捕捉和精确跟踪目标。在预警雷达探测体制，由于机械扫描雷达具有响应时间长、数据率低的不足，需探索具有方位和俯仰二维相扫能力的相控阵雷达对临近空间高超音速武器进行精确跟踪。

此外临近空间高超音速武器的飞行航迹具有很强的机动性，预警探测系统无法用常规轨道动力学方法对临近空间高超音速武器准确定轨，故临近空间高超音速武器的机动突防能力较强。要求预警探测系统能够依据临近空间高超音速武器的运动模型，实施超视距的不间断连续跟踪，并准确预测未来航迹和落点［9］。

(4)拦截临近空间高超音速武器的指挥控制能力

高超音速技术飞行器再入最大速度可达20 Mach，能在1 h内打击全球任何目标。应对这一全新的空袭模式，指挥控制系统如何组织管理各类新研预警探测装备、指挥控制武器实施拦截，尚是未解决的难题。相应的防御作战机理还在探索阶段，指挥控制机制也尚未建立。防御临近空间目标的作战，要求指挥控制系统要在极短的时间内组织管理各类作战资源，完成情报处理、属性识别和威胁判别，实现全自动自主运行，以提高系统的作战反应时间和作战响应能力。

(5)电子对抗和火力拦截武器相结合的打击能力

在预警情报信息的支援下，需要临近空间电子对抗系统针对来袭高超音速武器和作战平台的复合制导、指控信息传输链路(人在回路中链路、武器数据链、机间数据链等)和末制导，实施有效的压制性或欺骗性干扰［10］。

(6)大范围的信息传输与分发能力

临近空间高超音速武器打击距离远，飞经区域广，具有打击大纵深目标的能力。需要提供能够支持覆盖作战地区的指挥控制、武器拦截、电子对抗等信息的有效传递，保障预警、跟踪、辨识、决策、拦截、评估各个环节任务的有效实施。并具备恶劣电磁环境下各类信息的传输能力;能够支持预警信息高效、安全的按需传输与分发，有效协调通信资源的调度和管理;能够支持信息共享，并具备根据作战需要快速开发和部署组合型应用业务的能力;能够支持传感器平台与作战人员、武器平台之间网络互通和业务的互操作，从而完成通信覆盖范围保障，信息传输实时性保障，传输容量保障，传输可靠性保障，快速接入保障。

［1］ Hampton Stephens.Near-space［J］.Air Force agazine，2005，88(7).

［2］ 张国华.临近空间目标探测分析［J］.现代雷达，2011，33(6):13-19.Zhang Guohua.Analysis of near space target detection［J］.Modern Radar，2011，33(6):13-19.

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［6］ 许 志.高超音速飞行器动力学与动态特性分析［D］.西安:西北工业大学学报，2005.Xu Zhi.Analysis of dynamics characteristic for hypersonic vehicle［D］.Xi＇an:Northwestern Polytechnical University，2005.

［7］ 袁 伟.临近空间高速飞行器测控链路设计与仿真平台实现［D］.西安:西安电子科技大学学报，2012.Yuan Wei.The design of high speed near space vehicle TT＆C link and simulation platform implementation［D］.Xi＇an:Xi dian University，2012.

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