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文 | 张学峰
本月初,美国国务院批准了对沙特阿拉伯和阿拉伯联合酋长国的军售计划。其中,沙特将以超过30亿美元的价格购买300枚“爱国者”导弹,以补充不断消耗的库存。
经过近40年,“爱国者”从一种中远程防空系统,发展为典型的末段反导系统——从雷达到导弹,从制导体制到杀伤机理,几乎全换了一遍,可谓脱胎换骨。
“爱国者”多次应用于实战,是进行实弹拦截最多的反导系统。不过,在遭遇“不配合的对手”时,它真的能发挥作用吗?
“爱国者”英文为PATRIOT,由“相控阵跟踪拦截目标”(Phased Array Tracking to Intercept of Target)的英文首字母和第二个字母凑成,美国人用这种“双关”手法为武器起名,是一个小传统。该系统的编号是MIM-104,最初由雷神公司作为主承包商研制,是一套中远程防空系统,经过不断升级,具备了末段反导能力。
2013年4月11日,部署在韩国首尔附近的爱国者PAC-2导弹。
基本型“爱国者”防空系统最早于1984年装备部队,编号为MIM-104A。1988年,进行了首次“爱国者先进能力”(PAC)升级,主要是进行了软件升级,被称为PAC-1型,或者“爱国者”-1,具备了有限的战术弹道导弹拦截能力。
之后,为进一步增强反导能力,美军进行了“爱国者先进能力”-2升级,进一步优化了雷达的搜索算法。同时,对导弹本身进行了改进,对拦截弹道导弹进行了优化,将其破片从2克,增加到45克,并改进了引信。
【注:破片,即破片杀伤战斗部,是战斗部的主要类型之一,主要是靠高能炸药爆炸作用下,形成大量高速破片,利用破片的高速碰击、引燃和引爆作用毁伤目标。】
交战程序也得到了优化,两枚导弹之间的发射间隔增加到3到4秒,以便第二枚导弹在第一枚导弹爆炸后,区分弹道导弹弹头。PAC-2于1987年首次测试,并于1990年装备陆军部队,正好赶上海湾战争。
20世纪90年代,PAC-2导弹再次被大幅改进,4种不同的改进型统称为制导增强型导弹(GEM)。GEM导弹的主要升级是换装了一种新的、反应更快的近炸引信。试验表明,原来的PAC-2导弹上的引信在与弹道导弹交战时引爆弹头的时间太晚,因此有必要缩短引信延迟。GEM导弹还获得了一个新的“低噪音”高性能导引头,以减少导弹雷达导引头的干扰,并更好地探测低雷达截面(RCS)目标。GEM型导弹在2003年入侵伊拉克的所谓“伊拉克自由”行动中被广泛使用。
在制导增强型的基础上,又升级了GEM-T和GEM-C导弹,“T”代表战术弹道导弹,“C”代表巡航导弹。这些导弹都被换装了全新的制导头,专门用于更有效地对抗巡航导弹等低空、小反射面目标。GEM-T还使用了新的引信,该引信进一步针对拦截弹道导弹进行了优化,并提高了导引头对低雷达横截面目标的灵敏度。这两者统称GEM+,于2002年11月装备部队。
PAC-3型导弹对几乎系统的每个方面都进行了重大升级,从导弹到雷达再到制导体制。升级分三个阶段,分别为配置1、2、3。而我们常说的PAC-3则是指最终的型号。该系统的雷达由AN/MPQ-53换为AN/MPQ-65,导弹也是全新型号,制导体制由TVM制导方式改为主动雷达制导。战斗部由破片杀伤战斗部改为动能杀伤战斗部(也就是通过撞击直接摧毁来袭导弹)。导弹外形、重量大幅度减小。原来装备1枚导弹的空间,可装备4枚PAC-3导弹。
【注:主动雷达制导,是由导弹本身携带发射讯号的雷达,不需要依靠其他的载具协助,利用目标反射回来的雷达波讯号作为导引依据。】
PAC-3之前的“爱国者”防空反导系统,导弹末段采用了TVM制导方式,也就是“经由导弹”的制导方式。为什么要“经由导弹”呢?因为传统的指令制导方式,雷达直接向导弹发送指令,其制导精度,特别是由测角误差导致的线误差,会随着目标距离的增加而降低,直到无法接受。
TVM制导方式,是为导弹安装一个无线电测向仪,可以通过接收反射的雷达波而精确测量目标的方位角,随着导弹和目标越来越近,它的测量精度就越高。导弹通过下行数据链将方位信息传给雷达,雷达再融合自身获得的目标数据,精确计算出目标的方位、距离、速度等信息,然后把制导指令传输给导弹,控制导弹命中目标。
TVM制导解决了打击多个远距离目标的技术难题,问题在于雷达的工作负担太大,既要搜索、跟踪目标,又要接受导弹下传的信息,还要发送指令控制导弹。而且导弹从探测目标、下传信息、再到接收指令,有一定延时,拦截弹道导弹这种高速目标时误差较大。
而PAC-3导弹,在末端使用毫米波主动雷达导引头,制导精度大幅度增加,可以直接命中。
相对于AN/MPQ-53雷达,AN/MPQ-65雷达增加了第二个行波管(TWT),增大了搜索跟踪能力,交战算法也得到改进,可以同时满足TVM制导和末段主动雷达制导,制导PAC-2的导弹和PAC-3的导弹。
爱国者PAC-3导弹。
上面谈到的两种雷达,都是无源相控阵雷达,最新型的AN/MPQ-65A则采用了氮化镓收发组件的有源相控阵雷达。该雷达由雷神公司研制,具有更大的探测距离和抗干扰能力以及识别能力。另外,除了主阵面以外,增加了两个新的、用于探测侧方和后方的小阵面,尺寸是主阵面的四分之一,提供360度覆盖。该雷达计划于2022年投入使用。
洛克希德·马丁公司在PAC-3导弹的基础上,研制了PAC-3“分段增强型”(MSE)导弹,使用更大的双脉冲发动机、更大的弹翼,并对其他结构进行修改以提高机动性、射程和射高。
2015年10月6日,美国陆军接收了第一批PAC-3 MSE。之所以叫分段增强型,主要是指对发动机那一段进行了改进、增强。PAC-3 MSE比以前的PAC-3更重,这将使发射器上可以携带的数量从16个减少到12个。
关于爱国者-3导弹的最大射程和射高等参数,不同的数据来源给出了不同的范围。一般认为,PAC-3导弹针对弹道导弹的最大拦截高度不超过2.5万米,最大拦截距离约20-30公里,主要用于拦截中近程弹道导弹。分段增强型的PAC-3 MSE射程会更大一些,有来源称其射程提高到了35公里以上。
在海湾战争之前,弹道导弹防御是一个从未经过实战验证的概念。“爱国者”开创了实战中进行弹道导弹拦截的先河。
不过,在光鲜背后,略有一些尴尬。
沙漠风暴行动期间,美军从位于沙特阿拉伯境内的基地袭击伊拉克目标。
在沙漠风暴行动期间,除防空任务外,“爱国者”用于拦截射向以色列和沙特阿拉伯的伊拉克“飞毛腿”以及在其基础上发展的“侯赛因”短程弹道导弹。
很多媒体报道“爱国者”的第一次“战斗使用”发生在1991年1月18日,其实,这是一次“乌龙”事件。当时,它的计算机发生故障,这一天没有“飞毛腿”射向沙特阿拉伯。该事件被广泛误报为“历史上第一次成功拦截敌方弹道导弹”。
在整个战争期间,“爱国者”导弹与超过40枚弹道导弹交战。1991年2月15日,美国总统老布什前往雷神公司位于马萨诸塞州安多弗的“爱国者”制造厂。他在那里宣称,海湾战争期间,“爱国者”与42枚“飞毛腿”交战,拦截了41枚。按照这一说法,拦截成功率超过了97%。
对此,1992年4月7日,麻省理工学院的西奥多·波斯托尔(Theodore Postol)和特拉维夫大学的鲁文·佩达祖尔(Reuven Pedatzur)在美国众议院委员会作证说,根据他们对录像带的独立分析,“爱国者”系统的成功率低于10%,甚至是零成功率。
当然,他们的质疑同样遭到质疑。
当天,哈佛大学肯尼迪学院的Charles A. Zraket和战略与国际研究中心的彼得·齐默尔曼(Peter D. Zimmerman)就以色列和沙特阿拉伯所部署“爱国者”的成功率和准确性的计算作证,对波斯托尔报告中的许多陈述和方法表示不认同。彼得·齐默尔曼质疑波斯托尔的分析,并指出在沙特阿拉伯坠落的飞毛腿导弹残骸上,布满了“爱国者”战斗部的破片。
恐怕关于“爱国者”在第一次海湾战争中的拦截效果,将永远是一个谜,但是有一点可以确定,97%的成功率显然是不可能的。
海湾战争期间,“爱国者”导弹还因为一次重大技术问题,导致拦截失败,间接造成美军重大人员伤亡。1991年2月25日,一枚伊拉克“飞毛腿”导弹袭击了沙特阿拉伯达兰军营,炸死美国陆军第14军需支队的28名军人。那次拦截失败是由“爱国者”系统的软件错误引起的。
“爱国者”于2003年第二次被派往伊拉克,为入侵伊拉克的部队提供防空和导弹防御能力。这次,它拦截了9枚导弹,包括Al-Samoud 2和Ababil-100战术弹道导弹,其中6枚被GEM型导弹拦截、1枚被GEM+拦截、2枚被PAC-3拦截。
2003年3月27日,两枚“爱国者”导弹成功拦截了伊拉克军队从巴士拉北部向联军最高指挥部科威特多哈兵营发射的1枚Al-Samoud 2导弹,避免了联军可能遭到的重大损失。
15枚未被拦截的导弹,因为伊拉克导弹本身精度与稳定性差,美军判定其并不会构成威胁,所以主动放弃了拦截。但是至少一枚由反舰导弹改装的巡航导弹成功穿过了防空网,落在科威特一个购物中心附近。
“爱国者”虽然“长了眼睛”,打起仗来照样六亲不认,甚至打自己人更狠。
2003年3月23日,“爱国者”击落了一架英国皇家空军的“狂风”战斗机,致两名机组人员死亡。不过,第二天美国空军的F-16CJ野鼬鼠战斗机就“还以颜色”。
次日,一架美国空军F-16CJ被“爱国者”导弹的雷达锁定,就在“爱国者”准备向这架飞机发射导弹时,F-16CJ“先下手为强”,发射了一枚“哈姆”反辐射导弹,摧毁了“爱国者”的雷达系统。
没过几天,“爱国者”再次发威,这次倒霉的是美国海军。4月2日,两枚PAC-3导弹击落了一架美国海军F/A-18“大黄蜂”战斗机,飞行员内森·怀特成了“爱国者”的刀下冤魂。
2018年7月11日,一架以色列军用直升机在叙以边境地区搜寻被爱国者导弹击落的无人机残骸。
伊拉克战争后,以色列、沙特、阿联酋等国装备的“爱国者”,还多次击落无人机,以及胡塞武装使用的近程弹道导弹。
“爱国者”面临的对手,相对初级,而且还比较配合。
首先,“爱国者”拦截的这些弹道导弹,仍然采用了头体不分离的技术,雷达散射面积(RCS)比较大,相对容易探测锁定。
其次,这些弹道导弹的射程相对较低,最大速度、再入速度(再入,指弹道导弹弹头再次回到大气层)也较低,拦截难度也较低。
最后,这些导弹技术水平大致处于上世纪60年代,基本没什么突防装置和突防手段,既不能机动变轨“躲着走”,也没什么假目标,就是一股脑地往下扎。
然而,稍微配合不好,“爱国者”命中率就会大打折扣。
海湾战争期间,伊拉克对飞毛腿重新设计,减轻弹头重量,同时增大了燃料箱,以增加速度和射程,但这些变化削弱了导弹结构,在飞行过程中不稳定,使飞毛腿在再入时有解体的趋势。一旦解体可能会出现更多的目标,结果,“爱国者”就不清楚哪个部分包含弹头。这也被美方视为拦截概率不高的原因。
先进弹道导弹则有更多的手段实施突防,面对这样的导弹时,“爱国者”力有不逮:
第一,先进弹道导弹,大多采用头体分离技术,有的弹头还使用了隐身涂层,弹头的雷达反射截面积变小,大大降低了地面雷达捕获的距离,也会降低导弹导引头的锁定距离。导弹导引头锁定的距离越近,之前造成的累计误差就越大,导弹必须在如此近的距离内,短时间内进行修正,可能会“手忙脚乱”。
第二,先进弹道导弹,普遍采用机动变轨技术,可能是中、末段的变轨,或者是进行螺旋状机动。据俄罗斯媒体称,其“伊斯坎德尔”弹道导弹,在末端再入时,能进行过载超过9G的机动,极大增加拦截误差,特别是对直接碰撞、动能杀伤的PAC-3导弹而言,直接撞上的难度就更大。
第三,先进弹道导弹,也普遍使用诱饵技术。前段时间的俄乌冲突中,就曝光“伊斯坎德尔”导弹,通过尾部的“窗口”,释放一些诱饵。这些诱饵最大限度模仿导弹自身的雷达信号特征,有的诱饵还相当于一部小型的干扰机,用于干扰地面雷达或者导弹的导引头。
第四,在拦截弹道导弹时,“爱国者”的阵地部署受限制非常大,面对的威胁并不仅限于弹道导弹。可能大家平时感觉符合最大拦截距离、最大拦截高度这两个条件就万事大吉了,其实还差得远。末段反导系统要想拦截来袭弹道导弹,通常要部署到落点(或者说保卫目标)的后方。但这时,拦截对方的巡航导弹就成了大问题,因为这可能会导致不容易探测到超低空飞行的巡航导弹。
第五,“爱国者”使用逆弹道拦截技术。导弹先飞到来袭弹道导弹的预先路线上,然后再迎头打过去。这对它的发射装置距离落点,或者说距离保卫目标的距离还有额外的要求。航路捷径(指导弹阵地离空中目标的速度矢量在水平面上投影的垂直距离)也不能超过限制条件。所以末段反导的条件限制极为苛刻。
所以,反导领域有句话,“不怕来袭导弹打得准,就怕打不准。”这就好比为来袭导弹在保卫目标周围精心设置了一个陷阱,但是眼看着导弹飞来,却突然偏离出这个陷阱,那就很难抓住目标了。
正是因为“爱国者”有那么多的局限,美国人才搞起了“萨德”区域反导系统。“萨德”系统被冠以“末段高空区域反导”系统的名称,其实它拦截的位置,已经位于很多导弹的中段了;为了和“爱国者”有效协同,近年来还打通了和“爱国者”之间的壁垒,可以通过“萨德”系统,发射、制导爱国者的拦截弹。
同时,导弹的突防技术也在不断发展,特别是高超音速导弹的发展,给反导系统带来了麻烦。总体而言,在导弹和反导系统的矛盾对抗中,弹道导弹和高超音速导弹仍然占据优势。
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