根据报道,2020年11月16日,美国成功在夏威夷附近海域使用宙斯盾驱逐舰,发射RIM-161“标准3”导弹击落了一枚模拟的洲际弹道导弹靶标,这是人类历史上首次成功的由海上平台对洲际导弹目标进行的反导系统拦截测试。该实验证明,美国完全有能力在海洋建设一支浮动的反洲际导弹阵地,对于洲际打击能力不足的国家可谓是一个巨大的现实威胁。
虽然最近几年中美都展示过中段拦截弹道导弹的技术,但是我想大部分的军迷朋友都不了解标准3是什么样的一种导弹,尤其是当大家听到如此强悍的导弹只不过是一枚长6.55米,重1.5吨,比起S-300PMU2的48N6导弹还略轻一点的防空导弹时,大家一定会感到震惊——是什么力量让它如此“娇小”的身躯具备拦截如此飞行高度的弹道导弹的能力呢?
今天,我们就来认识一下让标准3如此紧凑有效的“杀手锏”——动能拦截器(KKV,也叫KW)。
导弹载荷和射程的取舍——只有越轻,才能飞得更高
拦截洲际弹道导弹早已有之,早在上世纪60年代,美,苏,中都先后开始了自己的反导拦截系统的开发。其中,比较为人所知的是世界上唯一战备值班的苏联A-35/135“橡皮套鞋”核战斗部拦截导弹,以及我国“640工程”下的“反击系列”拦截导弹。
无论是苏联的A-35橡皮套鞋,还是中国的640工程,都给人一种直观的感觉:尺寸超级大,部署难度高,配套设备特别多。而且,由于当时计算机系统薄弱,就算是苏联倾尽全力为莫斯科打造的A-35反弹道导弹系统,由于计算机的薄弱(当时最好的苏联M-40晶体管计算机只能达到每秒40000次计算),锁定目标也很少,而且很难分辨导弹弹体、分离的弹头和诱饵弹。最要命的是,由于战斗部会在高空核爆炸,它在摧毁来袭导弹同时,也会释放强大的EMP,这会导致本国的雷达系统短暂失明,甚至部分缺乏保护的设备会被烧毁,所以它必须在战斗部起爆前关掉该方位的雷达,以避免被EMP烧毁。
因此,在1985年苏联人员的评估中,A-35、A-35M系统只能在每一个方向拦截1枚来袭导弹,或者集中火力击毁一个方向同时密集来袭的6枚潘兴2导弹——这显然无法抵御冷战高峰时美苏各自部署的数千枚弹道导弹。因此,在美苏部署的核弹头突破10万(1980年巅峰时期美国约4-5万,苏联5-6万),弹道导弹超过2000枚(潜艇和地面中程弹道导弹都计入的情况)的大背景下,这种系统可谓是“双拳难敌四手”,而且部署成本远大于部署同等数量的核导弹,因此双方不约而同选择了建设机动性更强,生存力更高的机动式洲际导弹和性能更强的“俄亥俄级”、“台风级”核潜艇,企图用“二次核反击”、“确保互相毁灭”的手段迫使对方不敢打核战争。就这样,双方终于把对手逼上了谈判桌,开始了旷日持久的核裁军,而反弹道导弹也一度销声匿迹。
不过,到了1991年海湾战争时,一个前所未有的战斗出现了——爱国者导弹在实战中成功拦截了伊拉克的“飞毛腿”导弹。虽然在战后的统计中,PAC-2导弹反导弹能力并不如宣传的那样夸张,但是这确实是给大家眼前一亮——原来,弹道导弹确实是可以拦截的!这样一来,无论是大国欺负小国的战争,还是两个不大的国家彼此互相残杀,在双方都没有足够的弹道导弹储备下,只需要购置良好的防空导弹,即可有效降低对手的弹道导弹威胁。因此,在1991年后,不仅爱国者导弹大卖,连俄罗斯的S-300也搭上了顺风车,一路在军火市场上高歌猛进,而且也确实是在2020年纳卡冲突中展现了实力:阿塞拜疆的S-300PMU2成功击落数枚亚美尼亚的飞毛腿导弹。
在海湾战争硝烟还未散去时,美国已经在认真分析海湾战争的反导成功数据和失败数据。根据最终的结果,爱国者2导弹虽然成功击中了41枚飞毛腿导弹,但是并未导致任何一枚被摧毁。经过大量实地调查后,美国终于确定了原因:因为爱国者导弹本来是为了防御飞机设计的,采用连续杆近炸战斗部,会在敌机5-10米处起爆,形成大量碎片把敌机打成马蜂窝;但是,洲际弹道导弹在重返大气层时会抛弃掉推进器,只留下一个圆锥形的弹头,在对于速度是飞机五倍以上,截面仅为飞机百分之一的弹道导弹目标时,这样大面积飞散的破片效率就会大幅减弱;同时,由于洲际导弹重返大气层的速度足有20-30马赫,会产生极大的摩擦热量,因此弹头又非常坚固,小型的破片打在上面就如同一把霰弹枪去轰炸一个坦克的装甲。因此,用破片战斗部去打中程、洲际导弹战斗部是不合适的。
经过一系列论证,美国终于找到了理想的反弹道导弹战斗部,这就是本篇的主角——动能拦截器。
动能拦截器——导弹中的APFSDS
谈起现代战争中的动能武器,大家一定不会陌生:无论是战场上应用最多的单兵轻武器,还是坦克炮发射的无炸药的APFSDS穿甲弹,都是动能武器的一份子。
说道坦克炮,对于坦克发展史有兴趣的朋友都会列举出一连串著名坦克炮和炮弹的数据,在此本人就不班门弄斧了。纵观坦克发展史,我们会发现,随着坦克越来越厚,装甲倾斜角度越来越大,传统的等口径装有炸药的穿甲弹已经不敷使用,在二战中期开始,各国便开始采用穿甲力更高的纯动能弹,一开始是APCR高速穿甲弹,它的原理是一个高强度的弹芯嵌套在一个风帽中,打中装甲后弹芯迅速穿入装甲内部;后来,英国人在6磅反坦克炮,17磅炮采用了更为先进的APDS穿甲弹,它发射后弹托迅速脱离,只剩下弹芯高速前进击穿坦克;最后,人们发明出了更具有效力的尾翼稳定次口径脱壳穿甲弹,即为目前坦克的主要反坦克武器。他们只有一个共同特点——将所有的推进剂的力量尽可能集中在一个截面很小的弹体之上,以强大的动能撕破敌人的坦克。
美国也是世界上APFSDS最先进的国家之一,海湾战争中,绰号“银子弹”的M829A1贫铀脱壳稳定穿甲弹击毁了大批坦克。联想到坚固的中远程弹道导弹的弹头外壳和越来越无力的碎片战斗部,美国人联想到,这不就是二战时越来越硬的坦克和越来越无力的装药穿甲弹的再现吗?所以,美国在上世纪90年代末,创造性的将导弹战斗部改成无炸药的动能战斗部,制成了适合拦截弹道导弹的动能拦截器,并广泛应用于爱国者PAC-3,THAAD(萨德),RIM-161标准3和NMD(国家导弹防御系统)之上。
采用动能拦截器后,导弹由于省去了数十千克乃至数百千克的大型碎片战斗部,整体变得更轻,但由于力量得以集中在导弹弹头之上,反而令其杀伤导弹的性能更加出色。成为当代反导系统首选战斗部。迄今为止,美国,以色列,中国,印度已经先后具备该技术的研发和装备能力。
集中力量于一点突破——动能拦截器的特点和难点
动能拦截器可以看做是一个无炸药导弹火箭。它的整体结构主要包括几点:导引头、控制系统、撞击器、火箭发动机和末端姿态控制器。
反导拦截弹的导引头大致类似于一般的防空导弹。不过,由于弹道导弹目标尺寸远小于飞机目标,而且动能战斗部必须准确撞击目标才会有效果,所以它的导引精度要求大于绝大多数的防空导弹,这也是制约它成本的最大原因。为了提升末端分辨率,目前末端导引头都采用复合制导,以主动雷达制导导引头为主力,辅之以末端红外成像技术,以确保在诱饵弹头和其他干扰因素下定位导弹真身所在之处,并迎头撞击。
为了确保撞击力度完全传递到目标之上,动能拦截器的弹头也必须是密度较大,质量较高的物体,一般是以钢铁甚至钨合金制造,高密度的弹体能够确保在碰撞时自身不被撞坏,同时最大限度把冲击动能转移到目标身上,使其彻底损毁失去危害性。这对于拦截内藏核战斗部的洲际导弹,装有生化弹头的战术导弹格外重要。
末端机动系统也是动能拦截器必须的装置。考虑到目前弹道导弹都能够末端变轨和机动,拦截方一般会选择导弹平飞的中段进行拦截(这就是所谓的“中段反导”),但是现实中很难确保每次都卡在对方飞行中段进行拦截,因此还有必要重视末端拦截——尤其是中国这样发达地区和首都都在沿海,且没有海外基地的国家,基本上只能进行末端拦截、因此,为了跟上导弹的机动性,动能拦截器也自然需要超过导弹弹头的机动性才能确保迎头撞击对方,这对于导弹飞控计算机、末端姿态控制器都是非常高的要求,所以这样的导弹成本通常远大于一般的防空导弹。
除了动能拦截器的本身以外,另一个部件也是格外重要——导弹的助推器系统。
由于反导本身的难度远大于防空,所以现实中为了拦截非常重要的目标,往往需要对一个目标发射多个导弹确保击毁。所以,爱国者3导弹在使用动能拦截器降低自身总重量的同时,还将备弹提升到原先的4倍,以确保足够的火力持续性。但是,在缩减火箭助推器的情况下,就意味着导弹获得的加速动能会变少,这就要求反导拦截弹的发动机需要特别设计——尤其是RIM-161这样的大小仅为海红旗9大小的拦截弹,要想飞到700km甚至1000km(RIM-161 BLOCK2),不经过仔细优化是难以做到的。
这样一来,反导拦截弹的发动机就不再是传统的防空导弹发动机,而更加接近一种中国人较少听到的飞行器——探空火箭(sounding rocket)。
在上个世纪60年代,当发射正规运载火箭和人造卫星还是个麻烦事的时候,美国人就广泛使用一种简易的火箭进行低轨道实验,这种火箭就被命名为“sounding rocket”。NASA从1961年以来,一直购买加拿大武器研制开发局出品的Black Brant(黑色黑雁)系列探空火箭,在1961年以来发射了800多枚,是世界上发射最多的探空火箭。一开始,黑色黑雁1号火箭只有700千克重,却能够带着68千克载荷飞上150公里高空,完成低轨道探测;到了最新的第12代黑色黑雁时,它的体重已经猛涨到5.3吨,可以携带110-410千克物体升到太空,最大高度可达1500公里——五倍于神舟飞船的高度。这样一来,在某些环境下,它就可以执行相当多的宇宙探测任务——当然这个高度也足以摧毁绝大多数在太阳同步轨道上的遥感卫星。
所以,美国人正是从大量的探空火箭试飞中,找到了小尺寸火箭如何飞上上千公里高空的诀窍——高能推进剂,优化的气动阻力外形,以及最关键的——载荷一定要小而精。这就是为何美国广泛使用动能拦截器作为反弹道导弹拦截弹的战斗部的主要原因。
大洋彼岸的追赶——我国动能拦截反弹道导弹的发展
中国作为反弹道导弹起步最早的国家之一,早在640工程时代就实现了模拟弹空中撞击导弹的伟大成就。在沉寂了30多年之后,在世人几乎都忘记了640工程的时候,2010年一篇爆炸性新闻传出——中国独立进行了陆基中段拦截实验!一时间,国际和国内舆论大为震惊,热度堪比2007年反卫星实验和2011年歼20亮相。而在这个时候,被认为“中国军事科技的唯一来源”俄罗斯却仍然停留在核战斗部和碎片战斗部反导的阶段,这也被很多人判断出“中国已经脱离了苏联/俄罗斯的设计囹圄”,开始向着世界最新潮流发展了。
如今,中国军迷已经适应了国内不断爆出的“华北不明飞行物”的新闻。在这些被广大爱好者(本人还有幸亲自目睹一次)拍下的瞬间中,我们不但能够看出有疑似高超音速滑翔器试飞的图像,也有疑似动能拦截器飞行的图像。
在多次民间人士拍摄这些视频后,中国官方也在有意无意透露着某些东西,如下面这篇报道:
中国研发动能拦截器并非仅仅延续640工程的反导计划。如今,中国的地缘政治环境比起1970年代又有了极大的改变,我国的最大导弹威胁从前苏联换到了南部,台湾地区、朝鲜半岛、中南半岛(越南)和印度都具备了自己的弹道导弹打击能力,这些导弹有的射程达到了洲际导弹级别(朝鲜火星15),有的达到了远程导弹水平(烈火5),还有的虽然射程不远,但足以打击到我国的重点城市(如台湾的导弹能够打到上海,浙江和福建地区,越南引进的“飞毛腿D”导弹可以最远打到中国三峡大坝,而韩国部署的600公里级导弹可以打到北京),一切都在说明中国面对的弹道导弹威胁正在急剧放大。
同时,中国最大的战略对手——美国已经紧锣密鼓推进海基反弹道导弹系统搭建,其前沿阵地已经推进到了日本列岛,具备潜在的对我国导弹上升段拦截能力。这样一来,我们如果要想确保我国核威慑能够阻止美国潜在的危险行为,那么我国的洲际导弹和反航母导弹就必须突破美国宙斯盾战舰位于中国前线的第一道拦阻网。因此,我国研发动能拦截器,也算是“知己知彼百战不殆”,只有了解反弹道导弹怎么运作,我们才能够知道如何去对抗这类导弹。
结语——好钢只有用到刀刃上才有价值
冷战结束后,全球核武器部署总量持续衰减。如今,五大核国家都不再维持冷战那么大规模的核武器储备,转向了“小而精”的有限核反击路线,但这也让美国企图以单方面的导弹拦截能力来动摇世界核平衡得到了可乘之机。面对美国咄咄逼人的“防御性攻势”,单方面把反导拦截系统部署于中国近海的行为,我国在短期难以扩张核武库的情况下,必然需要不断提升我国导弹的突防能力,这才能让我们有限的核武库全部突破敌人的防御,刺向敌人的心脏,从而构筑起不让美国玩火的强大战略威慑力。同时,我国亦可“以其人之道还治其人之身”,在中国东南,西南和大城市部署类似美国THAAD一样的陆基反导系统,在海军基地以055部署标准3一类的舰载反导系统,从而给我国织出来一张密不可透的“天网”,让周边自以为购置了弹道导弹就可威慑中国的敌对力量尽早收手,这样也是一种有效的战略威慑力。