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美国导弹防御系统的世界最先进的反导系统:美国THAAD

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  随着朝鲜半岛局势的日益紧张化,尤其是朝鲜向美国发出“核攻击作战”的通告,以及韩国媒体报道朝鲜中程导弹部署到东海岸后,美国也针锋相对的进行了防御部署,如调动海基X波段雷达加强对朝鲜的监视,向西太平洋地区增派战舰。作为更直接的措施,4月3日美国国防部宣布将在关岛部署一个THAAD连,4月16日整套THAAD系统部署到关岛安德森空军基地。美国陆军装备的反导系统中,THAAD系统知名度远低于陆基中段防御系统(GMD)和爱国者3防空导弹系统,但它在美国导弹防御系统中的作用,却是独一无二的。

  THAAD系统原名战区高空防御系统,虽然在2001年美国导弹防御局对导弹防御系统进行重定义后,它已经改称末端高空防御系统,不过缩写都是THAAD。THAAD系统设计用于为美军及其盟军、大城市以及关键基础设施提供拦截3500千米以内射程弹道导弹的防御能力,也具备进一步扩展到防御中远程导弹和洲际导弹的潜力。每一套THAAD系统包括5个组成部分:THAAD拦截弹、AN/TPY-2火控雷达、导弹发射车、火控通信单元和专用支持设备。

  THAAD具有独一无二的大气层内外拦截能力,填补了大气层外SM-3和大气层内爱国者3之间的空白 。THAAD的拦截弹设计上可用于大气高层和大气层外拦截,是目前世界上唯一具备大气层内外拦截能力的反导拦截弹。尽管大气层内外拦截的要求提高了设计的难度,但THAAD拦截弹本身相当简洁,主要由一台固体火箭发动机和一个动能杀伤器组成。THAAD拦截弹全长6.17米,其中发动机部分长度为3.845米,动能杀伤器部分长度为2.325米,动能杀伤器顶端为长度0.766米的头罩。发动机和动能杀伤器的直径也有所不同,发动机直径为0.34米而动能杀伤器最大直径0.37米。虽然导弹结构并不复杂,但无论发动机还是动能杀伤器都达到了很高的水平。据推测这台ATK公司负责研制的固体火箭发动机总质量约510千克其中推进剂质量450千克以上,推进剂比冲274秒左右,整个发动机燃烧时间仅有约12秒。THAAD拦截弹使用单级固体火箭发动机就达到了约2.7千米/秒的燃尽速度,在单级固体导弹中是数一数二的,也是THAAD导弹拦截中短程弹道导弹的基础。基于高性能的固体火箭发动机,THAAD系统的拦截弹的射高覆盖了40~150千米的范围,射程高达200千米,防御范围比原有的各种末端反导系统有了很大提高。

  THAAD拦截弹拥有大气层内外拦截能力,要比传统的末端反导系统先进的多。俄罗斯S-300/400防空导弹系统的48N6E3导弹的最高速度也超过了2千米/秒,但它使用气动舵面控制,只能在30千米高度以下的空域作战,而THAAD拦截弹的动能杀伤器使用转向姿态控制系统(DACS)高效的调节自身的姿态和弹道,具备了大气层外机动和拦截的能力。THAAD拦截弹动能杀伤器为了实现大气层内外拦截能力,质量要比SM-3导弹只用于大气层外拦截的LEAP重的多。动能使用普惠洛克达因公司研制的转向姿态控制系统,继承了“和平卫士”洲际导弹第四级的发动机技术,使用双组元液体推进剂,不仅可靠性高而且性能也相当出色。为了降低弹头摩擦加热对红外传感器的影响,它不仅选用了受此影响较小的中红外波段,而且使用了光学侧窗,THAAD拦截弹的光学侧窗是它最明显的标志之一,曾多次在航展上摘去整流罩展示。THAAD系统独具一格的设计,使它可以利用大气阻力过滤弹道导弹释放的轻诱饵和部分重诱饵,降低了识别诱饵和弹头的难度,提供了拦截具有各种突防措施的弹道导弹的能力。 THAAD系统还因此具备了“射击-查看-射击”的能力,本身即可提供两层防御,提高了对弹道导弹的拦截概率。从理论上说THAAD系统也具备扩展到拦截洲际导弹的能力,这不仅是“忧思科学家联盟”里部分人的看法,美国官方2008年反卫星试验的论证阶段也曾将THAAD作为备选系统,间接证明了THAAD系统的潜力。考虑到美国陆基中段防御系统(GMD)自部署以来,从未成功进行过诱饵干扰条件下的拦截试验,THAAD系统末段有限的洲际导弹拦截能力,堪称是美国导弹防御最后的保护伞。

  THAAD系统另一个值得大书特书的部分是它的AN/TPY-2火控雷达,该雷达由雷锡恩公司研制,是一种X波段有源相控阵雷达。AN/TPY-2雷达主要由天线部分、电子设备部分、主动力单元、冷却单元和控制单元组成,整套雷达相当复杂。AN/TPY-2雷达天线平方米,天线个,而且使用了新一代的固态接收/发送单元,单元的峰值功率高达16瓦,平均功率也比第一代固态接收/发送单元至少翻一番,这使整部雷达的平均功率超过60千瓦,另有说法认为AN/TPY-2雷达的平均功率高达81千瓦。由于雷达功率巨大,它使用的发电机功率超过1000千瓦,而且不得不配备专门的冷却单元,不过对比雷达性能的跨越,这样的代价是值得的。AN/TPY-2雷达不仅雷达阵面大而且平均功率高,神算天师论坛765210,巨大的功率孔径积使它实现了远高于普通X波段火控雷达的探测距离。根据外界的估算AN/TPY-2雷达对0.01平方米目标的探测距离约870千米,可在580千米距离上对0.01平方米目标进行识别,如果换算为雷达反射截面积更大的目标如1平方米目标,它的识别距离将高达1800千米左右,几乎是宙斯盾系统现有的AN/SPY-1D雷达的3倍。AN/TPY-2雷达工作在X波段,而且雷达阵面较大,这意味着它的波束很细,或者说它的角分辨率高横向测量误差小,粗略估算在1000千米距离上该雷达的横向测量误差约为5千米。由于该雷达工作在X波段外加雷达瞬时工作带宽较大的关系,它的距离分辨率同样很高,可能达到了0.2米以下,这对从诱饵中分辨出弹头是十分有利的。AN/TPY-2雷达不仅性能强大,而且设计上考虑到空运的需求,它的各个部分都可以通过C-5或是C-17运输机快速空运,机动和部署十分灵活。由于性能强大和运输部署方便的特点,AN/TPY-2雷达不仅成为THAAD系统的火控雷达,还承担起美国导弹防御系统的早期预警、中段跟踪识别和末段探测跟踪等任务,成为美国导弹防御系统中必不可少的一部分。性能强部署灵活的AN/TPY-2雷达用于早期预警,有效的弥补了美国X波段反导雷达数量的不足,目前美国已经在日本、以色列、土耳其和卡塔尔等地都部署了AN/TPY-2雷达用于弹道导弹预警。美国导弹防御局的多次飞行拦截试验中,AN/TPY-2雷达还多次承担早期预警探测的任务,如宙斯盾反导系统的FTM-15试验中就使用威克岛上的AN/TPY-2雷达为宙斯盾反导战舰上SM-3导弹的发射提供目标数据,去年的FTI-01综合试验中AN/TPY-2雷达同样大显身手。AN/TPY-2雷达虽然性能上佳,不过由于技术难度大尤其是有源接收/发送模块的生产量问题,生产一部雷达需要约30个月的时间,生产速度慢是制约该雷达部署的主要因素之一,。目前雷锡恩公司已经向美国导弹防御局交付了8部AN/TPY-2雷达,其中作为预警用途前置部署在日本、以色列、土耳其和卡塔尔各一部,还有一部即将部署到日本中部用于加强对朝鲜弹道导弹的早期预警,此外现有的3个THAAD连各配备一部AN/TPY-2雷达。目前部署到关岛的第3个THAAD连,使用的就是最新交付的第8部AN/TPY-2雷达。

  相比于高性能的拦截弹和雷达,THAAD的发射车相对平庸,它选用美军HEMTT重型高机动战术卡车家族中的M1120型号作为底盘。美军使用的HEMTT家族战术卡车数量高达1.3万辆以上,而且爱国者防空导弹系统也使用HEMTT战术卡车,THAAD系统这样的选择对于降低后勤压力有很大好处。THAAD系统的每辆发射车安装8联装发射器,除了战术卡车底盘带来的高机动性,据称还具备30分钟内完成战斗准备的能力。THAAD系统的火控和通信单元也可圈可点,它提供了发射准备、制导控制、拦截和评估等诸多功能,而且与导弹防御系统集成,可以和各个组成部分如天基预警卫星和陆基预警雷达交换情报和信息,甚至可以通过Link16等数据链传递的数据发射THAAD拦截弹。或许是由于THAAD系统尤其是拦截弹技术上的挑战性,THAAD系统的研制相当坎坷。1992年美国陆军选定洛克希德公司作为THAAD系统的主承包商,当时作为战区弹道导弹防御系统的一部分,它的名字是战区高层防御系统。得益于过去数十年里导弹防御技术的积累,尤其是1980年代“星球大战”计划中动能拦截技术的实用化,洛克西德公司很快完成初步研制,于1995年在白沙靶场开始了飞行试验。不过即使是技术力量雄厚的美国,也低估了导弹防御的难度,1995年12月THAAD的拦截试验由于软件错误失败,1996年3月由于机械故障动能弹头未能分离,随后7月的试验中弹头导引头没能识别到目标再次失败,1997年3月和1998年3月由于电子设备故障拦截试验连续失败。由于试验接连不断的失败,即使对导弹防御极为热衷的美国国会也削减了THAAD系统的研制预算,而1999年3月的拦截试验中,THAAD系统更是多处出现问题,导致拦截失败。多次失败不仅导致研制进度的延迟,而且让原定的1998年的采购成为泡影。1998年美军终于痛下决心对THAAD项目进行重构,而在简化了实验条件后,1999年6月和8月THAAD系统完成了两次成功拦截,这证明THAAD系统的基本设计问题不大。事后的报告显示,THAAD系统这段时间的失败,主要是由于质量控制出现问题,以及转向与姿态控制系统性能不足导致的。

  THAAD系统的作战包线年开始THAAD系统的研制进入工程和制造发展(EMD)阶段,2003年12月项目通过了系统关键设计评审(CDR),2004年5月洛克希德马丁公司开始THAAD系统的生产。经过多年的卧薪尝胆,2005年11月22日THAAD系统重振旗鼓成功完成了代号FTT-01的飞行试验,2006年7月FTT-03试验中THAAD系统首次实现了成功拦截,击毁了Hera靶弹,让长期以来备受压力的THAAD系统有了喘息的击毁。THAAD系统的研制从此走上快车道,虽然靶场的试验环境设定越来越复杂,但自2006年的第一次拦截实验以来总计10次拦截试验都获得了成功,100%的成功率在美国诸多反导系统中是独一无二的。从FTT-03到FTI-01试验,THAAD系统拦截了弹头分离和不分离的弹道导弹靶标,其中既有射程数百千米的飞毛腿类短程弹道导弹靶标,也有射程约3000千米的空射中程弹道导弹靶标,在试验中THAAD成功在靠近射高低界、射程近界和远界对诸多类型的目标成功实现了拦截,THAAD系统还试验了双发齐射拦截,而且既有一次齐射拦截两个目标,也有两发THAAD拦截弹先成功拦截了靶弹随后又击毁了最大的残骸碎片的记录,这些飞行和拦截试验充分检验了THAAD系统的设计指标,证明了THAAD系统具备拦截各种类型中短程弹道导弹的能力。根据美国导弹防御局2013财年的预算报告,截至2017财年美军将采购6个连的THAAD系统和11部AN/TPY-2雷达,THAAD拦截弹的采购数量也将达到320枚之多,最终将为6个THAAD连采购500多枚THAAD拦截弹。远景虽好,但THAAD系统生产装备的现状并不是那么令人满意,目前洛克希德马丁公司已经向美国导弹防御局交付第3个连的THAAD系统,并签订了第4个和第5个THAAD连的生产合同,不过现有的3个THAAD连都没有满编,如发射车只配备了3部而导弹也只有额定的一半,预计2015财年前5个THAAD连才能满编。相对而言AN/TPY-2雷达的生产要好得多,根据雷锡恩公司的消息,目前第9部和第10部雷达已经制造了一半,而第11部雷达的生产合同已经签订,它们将分别配备给第4、第5和第6个THAAD连。虽然近些年来美军自用的THAAD系统采购数量不断下滑,但THAAD系统以其独一无二的性能,在国际军火市场上大受青睐,2011年阿联酋与美国签订价值34.8亿美元的合同,购买两套THAAD系统。2012年阿联酋又增购了9辆发射车和48枚THAAD拦截弹,同年卡塔尔也签订合同订购两套THAAD系统,其他一些国家如日本、沙特和以色列也对THAAD系统表示了浓厚的兴趣。