美国陆基中段防御核心能力分析评估*

唐毓燕

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美国陆基中段防御核心能力分析评估*

唐毓燕

（北京电子工程总体研究所，北京 100854）

基于美国陆基中段防御系统发展情况与公开情报信息，结合美国弹道导弹防御工业基础与技术水平，运用系统工程方法，对其预警与跟踪识别能力、保护区、导弹单发杀伤概率、多目标能力、对付目标能力水平5项核心能力进行了定量分析或定性评估，有助于更深入准确地认识美国陆基中段防御能力。

陆基中段防御；预警与跟踪识别能力；保护区；导弹单发杀伤概率；多目标能力

0　引言

美国陆基中段防御（ground-based midcourse defense，GMD）系统自2004年部署以来，采用“边部署、边试验、边改进”的发展思路，通过循序渐进开展系列飞行试验，逐步验证系统能力，并持续扩展装备部署，美国本土导弹防御能力得到稳步提升，现已针对来袭远程与洲际弹道导弹威胁目标建立起重点弧段预警探测多重覆盖、信火一体高效指挥控制的陆基中段防御初始能力［1］。

目前，关于美国陆基中段防御相关文献多为情报跟踪与发展研判相应内容，本文着眼于美国陆基中段防御的使命任务与特点，辨识其核心能力指标，基于公开情报信息，运用系统工程方法，进行反设计与分析评估，以便更深入准确地认识美国陆基中段防御能力。

1　美国GMD系统发展现状

GMD系统采用全球分布式部署结构，是美国全球一体化分层弹道导弹防御系统（ballistic missile defense system，BMDS）的核心组成，包括预警探测与跟踪识别系统、指挥控制/作战管理与通信系统（command and control， battle management and communications，C2BMC）、拦截装备3类要素。预警探测与跟踪识别系统执行早期预警、目标跟踪与识别、提供杀伤评估信息等任务，包括天基高轨红外预警卫星系统、预警雷达、AN/TPY-2雷达（包括萨德雷达和前置雷达2种应用模式）、海基X波段雷达（sea-based X-band radar，SBX）、远程识别雷达（long range discrimination radar，LRDR），其中现役天基高轨红外预警卫星系统由5颗静止轨道国防支援计划（defense support program，DSP）卫星［2］、6颗天基红外系统（space-based infrared system，SBIRS）静止轨道 （geosynchronous earth orbit，GEO）卫星、4颗SBIRS大椭圆轨道（highly elliptical orbit，HEO）卫星组成；预警雷达包括5部改进型早期预警雷达（upgraded early warning radar，UEWR，格陵兰图勒站、英国菲林戴尔斯站、阿拉斯加州克利尔站、加利福尼亚州比尔站、马萨诸塞州科德角站）、1部丹麦眼镜蛇雷达（阿拉斯加州谢米亚岛）、1部台湾新竹铺路爪雷达；12部AN/TPY-2雷达分别部署于韩国星州郡、日本青森县车力基地和京丹后市、以色列内盖夫、土耳其马拉迪亚、卡塔尔、罗马尼亚、阿联酋、关岛、夏威夷、威克岛、白沙靶场；1部海基X波段雷达母港为阿拉斯加艾达克岛，可海上按需移动；1部远程识别雷达部署于阿拉斯加州克利尔空军基地。C2BMC系统接收传感器早期预警、跟踪识别等信息，进行融合处理、威胁排序、作战计划制定、资源调控、网络管理，并组织实施火力拦截、杀伤评估及后续交战，包括陆基中段反导火控单元、陆基中段防御通信网络、飞行中拦截弹通信系统（inflight interceptor communications system，IFICS）、外部系统接口等设施。拦截装备在C2BMC系统的指挥控制下，执行对来袭目标具体拦截作战任务，包括陆基拦截弹（ground-based interceptor，GBI）及其发射设施。

2　美国GMD系统核心能力分析评估

GMD系统主要用于对进攻美国本土的远程或洲际弹道导弹实施陆基中段防御，其核心能力主要包括预警与跟踪识别能力、保护区、导弹单发杀伤概率、多目标能力、对付目标能力水平5个方面。

2.1　预警与跟踪识别能力分析

预警与跟踪识别能力可进一步细分为早期预警能力、目标类型识别与型号识别能力、探测覆盖范围、跟踪精度、目标真假识别能力5个方面。

2.1.1早期预警能力分析

美国弹道导弹防御早期预警主要依托天基红外系统、预警雷达、AN/TPY-2雷达实现，以天基为主、地基为辅，天地联合实施弹道导弹发射告警与来袭告警。

DSP卫星配备有红外望远镜、高分辨可见光电视摄像机2种载荷，卫星主轴保持对地定向，采用6 r/min自旋转工作方式，红外望远镜视场12°，其轴线与卫星主轴夹角6°，每隔10 s左右对约1/3地球表面区域重复扫描1次，能在弹道导弹发射后60～90 s内发现主动段目标传送给地面/海基移动接收站，地面/海基移动接收站进行持续累计信息处理后再传给指挥中心，全过程需要约3 min［3］；高分辨可见光电视摄像机用于消除高空云层阳光反射虚警，红外望远镜没有发现目标时可见光电视摄像机每隔30 s向地面接收站发送1次电视图像，一旦红外望远镜发现目标可见光电视摄像机以1～2帧/s的速率向地面/海基移动接收站发送电视图像。

SBIRS-GEO卫星采用双探测器方案，包括1台高速扫描探测器与1台高分辨率凝视探测器，探测波段覆盖中波红外、短波红外、可见光。扫描探测器的一维线阵在东西方向瞬时视场约10°，通过两维指向机构控制，实现东西、南北视场20°×20°搜索，覆盖整个地球圆盘，扫描周期约3 s；凝视探测器视场约0.7°×7°［4］，可通过面阵拼接技术实现更大范围视场，成像周期约0.1 s，可根据扫描探测器信息将目标画面拉近放大，详细确认是否发生弹道导弹发射活动。SBIRS-HEO卫星部署于典型“闪电”轨道，轨道倾角约63.4°，轨道周期12 h，配置1台高速扫描探测器，性能参数与GEO卫星类似，重点对地球北极地区进行扫描，扫描周期约1 s。SBIRS卫星具备穿透云层探测能力，可在弹道导弹发射10～20 s内将预警信息发送至地面运行控制系统。

预警雷达与AN/TPY-2雷达预警探测会受到地球曲率限制，可根据具体部署情况，辅助进行弹道导弹早期预警校核，实施天地一体联合预警。

综合美国现有5颗DSP卫星、6颗SBIRS-GEO卫星、4颗SBIRS-HEO卫星以及地面预警雷达、AN/TPY-2雷达，弹道导弹早期预警以SBIRS卫星为主体，DSP卫星与地面预警雷达、AN/TPY-2雷达辅助，可实现对弹道导弹发射告警时间不大于20 s，弹道导弹主动段关机前给出来袭告警。

2.1.2目标类型识别与型号识别能力分析

目标类型识别是指对目标进行关于弹道导弹、临近空间高超声速飞行器、空气动力目标、火箭发射等的分类识别；目标型号识别是指对目标进行具体所属型号的识别，如“火星”-15、“大浦洞”-2、“烈火”-5弹道导弹等。SBIRS卫星监测到目标发射信息后，在充分建立对手国家情报资料与数据库先验信息条件下，利用目标火焰光学特征以及位置、速度、加速度、飞行高度、飞行轨迹等运动特征，结合发射点、国别、射程估计等信息，进行目标类型识别与型号识别。

根据SBIRS卫星的跟踪能力，目标类型识别概率在弹道导弹发射80 s后一般不低于99%，主动段关机前可无限接近100%。对于目标型号识别概率，与对手国家弹道导弹型号数量、特征差异性及先验信息掌握程度有关，根据美国弹道导弹预警探测系统完备程度及综合情报获取能力，平常通过监测各国弹道导弹飞行试验情况，积累大量基础数据，对远程、洲际弹道导弹发射80 s后型号识别概率预计不低于90%，主动段关机前应不低于99%。

2.1.3探测覆盖范围分析

对于预警探测与跟踪识别系统探测覆盖范围，可分天基高轨红外预警卫星系统、陆基/海基导弹防御雷达两类装备分别进行分析。

（1） 天基高轨红外预警卫星系统探测覆盖范围分析

5颗DSP卫星覆盖范围如图1所示，部署情况及状态如表1所示［2-3］。

表1 　美国5颗DSP卫星部署情况及状态

图1 　美国5颗DSP卫星探测覆盖范围

6颗SBIRS-GEO卫星部署情况及状态如表2所示［2］，其前4颗卫星扫描覆盖范围如图2所示，瞬时视场覆盖地表范围约边长430 km的正方形区域。

表2 　美国6颗SBIRS-GEO卫星部署情况及状态

图2 　美国前4颗SBIRS-GEO卫星探测覆盖范围

4颗SBIRS-HEO卫星部署情况及状态如表3所示［2］。每颗SBIRS-HEO卫星每天可观察北极地区时间不小于12 h，通过4颗SBIRS-HEO卫星交替工作，可实现对北半球高纬度地区全天24 h持续双星监视与跟踪定位。

DSP卫星与SBIRS-GEO卫星均可实现对中、低纬度区域全球覆盖，并且对中东、东亚等重点区域均可实现至少双重甚至三重覆盖，结合SBIRS-HEO卫星可实现除南极大陆以外的全球覆盖。DSP卫星与SBIRS-GEO卫星的位置可根据实际任务需求机动调整，以强化对特殊军事行动支持力度。

（2） 陆基/海基导弹防御雷达探测覆盖范围分析

根据美国陆基/海基导弹防御雷达跟踪威力参数［1］，结合公开情报信息，针对初级突防水平远程和洲际弹道导弹（弹头前向雷达散射截面在P、L波段约0.2 m2，在S、X波段约0.1 m2），可以分析得到除威克岛、白沙靶场用于试验的AN/TYP-2雷达以外美国陆基/海基导弹防御雷达探测覆盖范围如图3所示。

表3 　美国4颗SBIRS-HEO卫星部署情况及状态

图3 　美国陆基/海基导弹防御雷达探测覆盖范围（针对初级突防水平弹道导弹）

2.1.4跟踪精度分析

（1） 天基高轨红外预警卫星系统跟踪精度分析

图4 　SBIRS双星对“火星”-15洲际弹道导弹主动段跟踪精度仿真分析

（2） 陆基/海基导弹防御雷达跟踪精度分析

分析美国陆基/海基导弹防御雷达对来袭弹道导弹目标跟踪精度，首先需要研究分析其距离、方位角、俯仰角测量误差。考虑到雷达测量系统误差可通过跟踪标校星等手段基本消除，下面重点分析雷达测量随机误差特性。雷达测距随机误差经验公式可表示为

雷达测角随机误差主要与雷达天线波束宽度与信噪比有关，经验公式可表示为

雷达波束宽度经验公式可表示为

基于公开情报信息，结合美国导弹防御雷达技术水平，分析评估美国陆基/海基导弹防御雷达测量精度情况如表4所示。

对于朝鲜“火星”-15洲际弹道导弹从平安南道顺川发射进攻美国本土中部密苏里州哥伦比亚市典型用例，日本青森县AN/TPY-2雷达、谢米亚岛“丹麦眼镜蛇”雷达、艾达克岛母港海基X波段雷达、克利尔UEWR雷达、克利尔LRDR雷达可参与作战，在跟踪数据率1 Hz情况下，其跟踪范围与跟踪精度如表5所示，其中克利尔LRDR雷达跟踪位置误差与速度误差如图5所示。如果跟踪数据率提高至5 Hz以上，速度误差可进一步减小约20%～50%。综合考虑GBI大气层外拦截器（exoatmospheric kill vehicle，EKV）导引头对弹头目标500 km以上作用距离［7］、EKV最大4过载能力［8］，跟踪精度最低的UEWR雷达也能满足陆基中段防御中末制导交班要求，精度链可以闭合。

表5 　美国陆基/海基导弹防御雷达跟踪弹道目标精度

图5 　克利尔LRDR雷达跟踪弹道目标精度分析

2.1.5目标真假识别能力分析

目标真假识别主要依托美国陆基/海基导弹防御雷达及弹上导引头具体实施，其识别能力与目标场景复杂程度、传感器装备性能与具体识别算法等密切相关，外界难以进行准确定量分析，只可在一定程度上定性评估。文献［1］对美国预警探测与跟踪识别系统的识别技术手段与特征进行了分析，结合美国弹道导弹防御试验实施情况，可以初步判定：对于头体分离无突防弹道导弹或少量诱饵有限突防弹道导弹，美国预警探测与跟踪识别系统现有能力可以对弹头目标进行有效识别，但面对多弹头与大量诱饵/干扰强突防场景，目前尚无相关证据表明能够进行有效对抗，美国自评价具备有限的突防对抗能力。

2.2　保护区分析

计算美国陆基中段防御保护区，先要分析GBI拦截弹飞行能力。

2.2.1GBI拦截弹飞行能力分析

目前主要部署的GBI拦截弹由三级助推器和EKV组成，其中三级助推器为轨道科学公司研制的OBV火箭，据公开资料，一、二、三级发动机分别为Orion 50S XLG、Orion 50 XL、Orion 38或其改进型，燃烧时间分别为69，71，66.8 s，可为GBI拦截弹提供最大约7 km/s飞行速度，GBI拦截弹射面飞行能力如图6所示，最大拦截距离不小于5 000 km，最大拦截高度超过2 500 km［1］。

图6 　美国GBI拦截弹射面飞行能力

2.2.2保护区分析

对于远程或洲际弹道导弹中段防御保护区，一般是指敌方某型远程或洲际弹道导弹从某发射点进攻目标区域范围，中段防御系统能够拦截的目标进攻弹道对应的攻击点所构成的区域。以朝鲜“火星”-15洲际弹道导弹为例，据公开资料其最大射程可达13 000 km，在时间链与能量链闭合（即时空交会）约束条件下，GBI拦截弹飞行中保持与基地视距指令通信，美国陆基中段防御格里利堡和范登堡GBI拦截弹对应的保护区如图7所示。

2.3　导弹单发杀伤概率分析

表6 　美国陆基中段防御导弹单发杀伤概率

2.4　多目标能力分析

美国陆基中段防御多目标能力可进一步分为预警探测与跟踪识别多目标能力、指控处理多目标能力、拦截多目标能力3个方面，并取决于三者中的最低能力。

2.4.1预警探测与跟踪识别多目标能力分析

（1） 天基高轨红外预警卫星系统多目标能力分析

天基高轨红外预警卫星系统主要针对主动段弹道导弹目标进行跟踪，扫描范围覆盖南极大陆以外全球表面区域，SBIRS卫星系统可以实现全球大规模来袭弹道导弹主动段低数据率（约3 s周期）监视，单颗SBIRS卫星可对地表18.5万平方千米（边长430 km的正方形区域）内的主动段弹道导弹目标进行10 Hz数据率凝视跟踪，通过面阵拼接技术也可对地表185万平方千米内的主动段弹道导弹目标进行1 Hz数据率凝视跟踪。

（2） 陆基/海基导弹防御雷达多目标能力分析

美国陆基/海基导弹防御雷达均为相控阵雷达，每部雷达应对弹道导弹的多目标能力主要与目标场景复杂度、目标搜索方式、跟踪目标距离（对应雷达脉冲重复周期）、跟踪数据率、波束宽度、目标识别等因素密切相关。在单纯实施弹道导弹防御时，考虑到美国天基高轨红外预警卫星系统的全球监视跟踪能力，美国陆基/海基导弹防御雷达可采用消耗资源最小的高精度目标指示搜索方式，在头体分离无突防或少量诱饵有限突防场景下，各雷达典型跟踪距离对应的多目标能力如表7所示。实际运用时，导弹防御雷达会结合目标突防场景、目标斜距分布、波束覆盖情况、目标识别概率等因素灵活选择跟踪识别信号波形与跟踪数据率，多目标跟踪情况将随着雷达资源调度而动态演变。

表7 　美国陆基/海基导弹防御雷达多目标能力

在多弹头与大量诱饵/干扰强突防场景下，多弹头及其伴飞物将散布更广空域范围而消耗雷达更多波束资源，复杂场景也将持久消耗雷达更多宽带识别资源，导弹防御雷达对付弹道导弹多目标能力将进一步降低。

2.4.2指控处理与拦截多目标能力分析

美国陆基中段防御的指挥控制核心处理算法主要在北方司令部陆基中段防御火控单元或格里利堡陆基中段防御火控单元实施，均为固定指挥所，指控处理能力可根据实际需要配置，不是多目标能力限制瓶颈所在。

拦截多目标能力则主要受限于所部署的GBI拦截弹数量，当前为44枚（格里利堡40枚、范登堡4枚），后续将持续增加部署数量。

2.5　对付目标能力水平分析

美国陆基中段防御主要作战对象为进攻美国本土的远程或洲际弹道导弹，结合上述对预警与跟踪识别能力、保护区、导弹单发杀伤概率分析，现阶段美国陆基中段防御可有效应对30～40枚头体分离无突防或少量诱饵有限突防远程/洲际弹道导弹的能力。

3　结束语

本文基于美国陆基中段防御系统发展情况与公开情报信息，对其预警与跟踪识别能力、保护区、导弹单发杀伤概率、多目标能力、对付目标能力水平5项核心能力进行了定量分析或定性评估，有助于更深入准确地认识美国陆基中段防御能力。

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Analysis and Evaluation of Core Capabilities of US Ground-Based Midcourse Defense

TANGYuyan

（Beijing Institute of Electronic System Engineering， Beijing 100854， China）

Based on the development of the U.S. ground-based midcourse defense system and public intelligence information， the early warning and tracking identification capabilities， protection zone， missile single-shot kill probability， multiple targets capability and ability level to deal with threat targets are quantitatively analyzed or qualitatively assessed applying systems engineering methods with the industrial foundation and technical level of US ballistic missile defense， which will contribute to understand the capabilities of the U.S. ground-based midcourse defense more thoroughly and accurately.

ground-based midcourse defense； early warning and tracking identification capabilities； protection zone； missile single-shot kill probability； multiple targets capability

2023 -04 -10 ;

2023 -05 -23

唐毓燕（1975），男，重庆合川人。研究员，博士，研究方向为目标探测跟踪与识别技术。

10.3969/j.issn.1009-086x.2023.03.002

TJ76

A

1009-086X（2023）-03-0010-10

唐毓燕.美国陆基中段防御核心能力分析评估[J].现代防御技术,2023,51(3):10-19.

Reference format:TANG Yuyan.Analysis and Evaluation of Core Capabilities of US Ground-Based Midcourse Defense[J].Modern Defence Technology,2023,51(3):10-19.

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