书城科普小军迷告诉你:什么是新概念武器
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第3章 急速破袭——动能武器(1)

动能武器是指依靠自身足够的动能对要攻击的目标造成毁灭性破坏的武器。从毁伤机理来说,是通过把一定的能量投射到目标上,达到毁伤敌有生力量和设施的目的。

这里作为新概念提出的超高速动能武器,显然不是指那些原始的或低技术的直接碰撞杀伤武器,而是指那些依靠超高速飞行的非爆炸性弹头所具有的巨大动能,能够通过直接碰撞的方式拦截并摧毁卫星或导弹弹头等高速飞行目标的高技术武器。

地面神盾——动能拦截武器

一、什么是动能拦截武器

1.基本概念

有一种轻小型化、自动寻的,利用非爆炸性高速飞行所具有的巨大动能,通过直接碰撞(或加辅助杀伤装置)方式精确命中来袭目标的武器,叫动能拦截武器。动能拦截武器技术是现代空天防御战争中颇受重视的一种拦截杀伤目标的方式,这项新技术是在导弹技术的基础上迅速发展起来的。它被应用在当前发展弹道导弹防御武器系统、反卫星武器系统和其他防御武器系统方面作为主要推动力,是发展现代防御体系的主要技术基础,是实现提高综合防空和防天、中远程精确打击、海上封锁、陆上军事争夺及制电磁权等军事能力的重要手段。

动能拦截武器又被称为光电技术、信息技术高度密集的智能武器,它具有在复杂的电磁干扰环境中自动识别和选择目标的功能,并对目标单位实施摧毁性打击。探测系统、制导与识别系统以及动力系统三部分是一个典型的动能拦截武器的主要组成部分。它追求高精度射击,高精度制导和快速响应控制是其关键技术,由红外成像导引头实现对目标的精确探测,利用姿控轨控发动机系统的直接侧向力对动能拦截武器实现快速变轨和姿态控制,使动能拦截武器具有相当高的制导精度。

动能拦截武器技术的出现和广泛应用将带动一场以提高精确打击能力为核心的跨世纪的重大军事技术革命。目前,世界发达国家和地区都在竞相发展这项技术,特别是美国,其反导拦截器普遍采用直接碰撞动能杀伤方式。俄罗斯在现有大气层内破片杀伤式反导拦截器进一步轻小型化的基础上,也在开展直接碰撞动能杀伤方式的关键技术研究,并有一些总体方案论证。俄罗斯也正在加紧向减少脱靶量、实现直接碰撞动能杀伤的方向发展。

2.分类

近20年来,国外主要是美国开发研制了多种类型的动能拦截武器,并通过大量试验充分验证了其技术的可行性。按照不同的动能杀伤方式,动能拦截武器可分成两种类型。一种是拦截器本体直接碰撞杀伤,另一种是拦截器带有杀伤增强装置。

(1)拦截器本体直接碰撞杀伤

这种拦截器不带任何杀伤增强装置,它可以从地基发射阵地或从空间航天器上发射,要求有很高的制导精度,通常在外大气层空间才有可能实现,一般用于反战略弹道导弹,由于在空间不受气动阻力的影响,体积小且质量轻。这种碰撞方式最典型的有大气层外轻型射弹和“智能卵石”。这类拦截器主要由导引头、弹上计算机、惯性测量装置、推进系统等组成。

(2)拦截器带有杀伤增强装置

当拦截器制导精度尚未达到本体与目标相撞时,杀伤增强装置能增大拦截器与目标碰撞的面积。杀伤增强装置可分为伞型和抛散型两种类型。美国的大气层外拦截器和反卫星拦截器采用典型的伞型杀伤增强装置。这种杀伤增强装置是折叠式可以径向展开的伞状结构,把金属伞展开,迎着近于法线方向与目标相撞,以增大碰撞面积,提高杀伤概率。

大气层外拦截器的伞型杀伤增强装置前端是红外导引头,中心是可展开的杀伤机构。该装置重5.85千克,有一个搀和金属粉末的塑料充气网,展开成八角形,展开直径为0.914~3米,以扩大拦截器杀伤机构的横剖面。

反卫星拦截器杀伤增强装置采用穿透与冲击两组杀伤机理,两种杀伤机理互补,提供很高的杀伤概率。冲击机构是一个增强聚酯薄膜板,穿透机构则是分布在薄膜上的小球。可膨胀的聚酯薄膜板与高密度小球组合使用,达到穿透和压碎目标结构、撞掉关键附属部件的目的。

美国的增程拦截器采用典型的抛散型杀伤增强装置来杀伤目标。这种装置与战斗部有相似之处,在遭遇前抛出相对拦截器低速飞散的金属碎片,以扩大碰撞面积。该装置采用24个214克重的破片,破片材料为钨,这些破片围绕弹体中心以低速径向速度向外抛散,形成以导弹为中心的破片圆环。这些圆环有效地增大了拦截器的直径,使目标或被拦截器本体碰撞或被破片击中。低速向外扩散的破片方案的一个主要优点是,减小了破片分布对引信引爆时间误差的敏感程度,使雷达导引头的测距数据足够精确,以引爆杀伤增强装置中的炸药,炸药爆炸为破片提供了低的径向速度。双保险引信也为飞行终止系统提供保险引信功能。该杀伤增强器长12.7毫米,重11.1千克。

二、不断成长的动能拦截器

1.发展过程

美国是动能拦截器技术发展最先进的国家,自1983年实施战略防御倡议以来,已发展了三代不同技术水平的动能拦截武器,进行了几十次各种动能拦截武器的悬浮试验、靶场飞行试验和拦截试验。动能拦截武器技术已取得重大进展,技术日趋成熟与实用,有的已进入演示验证和工程研制阶段。目前国外已开发和研制的三代不同技术水平的动能拦截武器,划分阶段如下。

(1)第一代动能拦截武器技术

美国的第一代动能拦截武器研制始于1983年,主要有美国SDI计划中最初研究的几种拦截弹上的弹头或动能拦截器,质量为40~200千克不等,基本上采用单模红外寻的导引头,动能拦截武器机动能力小,导引头视场也小,要求外部的目标探测跟踪系统的探测精度达到200米左右。其特点是:第一,助推器的质量、体积都比较大;第二,基本采用惯性指令修正和末段红外寻的制导方式;第三,基本上都采用单模红外寻的导引头,不具有真假目标识别能力;第四,对外部设备测轨依赖性比较强。因此,第一代动能拦截武器未能投入使用。

(2)第二代动能拦截武器技术

第二代动能拦截武器以地基中段防御拦截弹上的大气层外拦截器、战区高空区域防御拦截弹的动能拦截武器和海军“标准”-3(SM-3)拦截弹上的大气层外轻型射弹为代表,是美国现在发展国家导弹防御系统和战区导弹防御系统拦截武器的核心技术。第二代动能拦截武器实际是一种轻型化的动能拦截武器,尺寸和质量比第一代动能拦截武器小一个数量级左右,并将动能拦截武器推向模块化、多用途的发展方向,并侧重研究供战术弹道导弹防御用的多种拦截弹方案。

(3)第三代动能拦截武器技术

第三代动能拦截武器是一种超级灵巧、能自主识别真假目标的、高度智能化的先进动能拦截武器,以先进拦截器技术中的动能拦截武器为代表。美国近年来动能拦截武器技术愈来愈向提高制导精度,动能拦截武器质量、尺寸向小型化,一弹载多个动能拦截武器方向发展。它主要有三个特点:

(一)质量小、成本低,能压缩通信传输率和简化总体结构;

(二)自主识别真假目标,有很强的独立作战能力;

(三)采用复合导引头。

动能拦截武器及其关键技术正在朝着轻小型化、智能化和通用化的方向发展,而且新技术、新概念也不断出现。十几年来,动能拦截武器的尺寸和质量几乎减小了一个数量级。随着动能拦截武器的轻小型化,动能拦截武器技术的发展步入良性循环,已经产生了一些明显的好处。如在同样拦截能力的条件下,动能拦截武器的轻小型化,意味着拦截武器助推火箭质量的减轻、拦截弹成本的降低以及机动能力的提高,同时也为研究新的方案打下了基础。目前,美国仍在继续谋求微小型动能拦截武器的发展和应用。

目前,国外新概念动能拦截武器的研究主要包括:

(1)针对弹道导弹中段可能释放大量带有诱饵的真假弹头提出的“多对多”拦截策略,有代表性的主要有三种:

(一)“米达斯阿”方案

“米达斯阿”方案是美国利弗莫尔国家实验室于1992年倡议研究的一种方案,设想以“爱国者”导弹或“标准”-2Ⅳ型导弹为基础,用一个“机动飞行器”代替这些导弹上原有的弹头段,作为“米达斯阿”拦截弹的第二级。“机动飞行器”上有一台主发动机(也称“反冲”发动机),并携带大约24个小型、三轴稳定的动能拦截武器,用以拦截战区弹道导弹投放的多个子弹头目标。

(二)微型中段防御拦截器方案

美国国防部正在研究一种有风险的新型导弹防御器技术。所设想的这种技术是由20~40个微型拦截器组成的一套装置,每个拦截器只有垒球大小,重2千克。如果开发成功,这些用于拦截弹头的拦截器可以从一枚导弹上发射出去,在空间拦截一群目标。

拦截主要采取先导者—后续者方案,这是为了能够以较高的拦截和杀伤概率应付提前释放的多个子弹头的导弹威胁。

(三)蜂群式方案

蜂群式方案是美国陆军利用已有的单轴稳定(自旋稳定)拦截弹技术,如增程拦截弹技术,在一枚拦截弹上携带上百个微小型的动能拦截武器(质量为500克左右),类似放出去的一个蜜蜂群一样,在大气层外拦截由弹道导弹所释放出来的大量小弹头。

(2)质量矩动能拦截武器,为一种新概念的动能拦截武器,是美国海军开始探索研究的一种用于大气层内外导弹防御的动能拦截弹,它以简单的电子设备和推进技术为基础,将“机动弹头”与“视网膜计算机”芯片相结合。

2.应用现状

美国在1992年以前试验的动能拦截器是第一代动能拦截武器,分别用于助推段、中段、末段的弹道导弹防御和反卫星。目前正在研制和装备的是第二代动能拦截武器,主要用于弹道导弹的防御。

(1)用于地基中段防御拦截弹的大气层外拦截器

地基中段防御系统是一种先进的动能杀伤防御武器,计划研制始于1992年,其任务是在大气层外(100千米以上的高度)拦截处于弹道中段的高速弹道导弹弹头,并通过直接碰撞摧毁它们。该拦截弹由动能杀伤弹头——大气层外拦截器、两级固体助推火箭和发射拦截弹所需的地面支援设备等组成。

(2)用于海基中段防御拦截弹的大气层外轻型射弹

海基中段防御系统是一种可以在海上机动部署的中段防御系统。根据部署位置的不同,该系统既可拦截在中段的上升段飞行的弹道导弹,也可拦截在中段的下降段飞行的弹道导弹。该系统以美国海军“宙斯盾”巡洋舰和驱逐舰上现有的设备为基础,主要由改进的雷达、作战管理系统和新研制的“标准”-3动能杀伤拦截弹等组成。

(3)用于战区高空防御拦截弹的动能拦截器

THAAD为美陆军战术弹道导弹的高层防御系统,是美国洛克希德·马丁公司目前正在研制的一种机动部署的地基战区反导系统,主要用来防御射程为600~3500千米的弹道导弹。THAAD的拦截高度为40~150千米,拦截距离可达150~200千米。

(4)末端防御拦截弹PAC-3美国

PAC-3“爱国者”导弹是世界上第一个已部署的动能武器型号。它将精确的导引头和敏捷的弹体结合在一起,具有很强的机动性,过载能力达100,专用于反导,并可以用于拦截攻击导弹阵地的高速反辐射导弹。

(5)反卫星武器系统

美国研制的动能拦截武器除用于弹道导弹防御外,还较早地用于反卫星计划。20世纪70年代中期,美国先后研制了两种动能反卫星武器系统。一种是美国空军研制和试验的机载动能反卫星武器系统,这种系统在1985年成功进行了反卫星拦截试验;另一种是美国陆军研制的地基动能反卫星武器系统。此外,有消息表明,美国又重新启动了天基动能拦截器的研究计划。

3.发展趋势

根据国外动能拦截武器的技术发展,其发展趋势如下:

(1)轻小型化。在相同拦截条件下,动能拦截武器的轻小型化意味着拦截导弹起飞重量的减轻,有利于系统的优化和系统机动性能的提高。

(2)智能化。能自主识别真假目标,并选择关键部位进行攻击,有很强的独立作战能力和抗干扰能力。

(3)通用化。同一种类型的动能拦截武器可以应用到多种武器系统中。

(4)系列化。将逐步形成大气层外作战动能拦截武器、大气层高层作战动能拦截武器和稠密大气层内作战动能拦截武器等系列。

(5)低成本化。利于动能拦截武器的大批量装备和广泛使用。

需要说明的是,动能拦截武器的发展不一定同时具备以上全部特点。根据不同的需求和应用,可能具有以上特点中的一项或几项。

破天神矛——电磁发射武器

一、神矛的锋利之处

电磁发射武器作为动能武器的主要攻击力量,具有以下特点:

1.超高速、大动能。电炮能够驱动弹丸以高速飞行,速度可达2000~8000米/秒,对于小质量弹丸,甚至可达10000米/秒以上。由于电炮炮弹比常规炮弹有更高的速度,因此它具有足够的动能对要攻击的目标造成灾难性的破坏,能更有效地摧毁硬目标。