02 空基助推段激光攔截技術
2016年4月，美國導彈防御局（MDA）表示正計劃使用機載激光武器來防御中、俄高超聲速打擊武器，計劃投入2300萬美元，開展2項不同的高能激光武器技術，分別為勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）開展的“二極管泵浦堿金屬激光系統”（DPALS）和林肯實驗室的光纖合成激光器（FCL)。
（1）林肯實驗室光纖合成激光器（FCL）
FCL計劃啟動于2011年，2012年輸出功率實現2.5kW。2013年，利用21個獨立的光纖放大器，合成實現17.5kW輸出功率。2014年，輸出功率達34kW。2015年，利用42個光纖放大器，實現44kW輸出功率。2017年，林肯實驗室將演示一部功率密度達7kg/kW的30kW光纖激光器。2018年，輸出功率達50kW，功率密度達5kg/kW。
（2）LLNL實驗室“半導體泵浦堿金屬激光系統”（DPALS）
DPALS計劃啟動于2011年，2013年峰值輸出功率達3.9kW，激光器運行時間達4min。2014年、2015年，DPALS的輸出功率分別達5kW、14kW，且激光器累計運行時間超過100min，且無任何部件的性能下降。2017年，LLNL實驗室將演示一部平均功率30kW的DPALS系統，并計劃完成120kW激光武器系統的初步設計，包括增益單元和泵傳輸系統。2019年，DPALS系統的輸出功率將達到120kW，其功率密度達3kg/kW水平。至2019年，MDA將在DPALS、FCL兩種方案中“二選一”，繼續開展未來助推段攔截激光武器系統研制。
2016年8月26日，MDA發布“低功率激光反導武器演示系統”招標書，旨在開發用于高空長航時無人機的高能激光反導武器，特別是驗證助推段反導攔截作戰概念。諾·格公司“全球鷹”無人機、波音公司“魅眼”無人機、通用原子公司“復仇者”無人機等均參與了該項目競爭。搭載激光武器的高空無人機平臺的飛行高度約10.7km，遠大于目前美國空軍研究實驗室（AFRL）正在開展的基于AC-130運輸機的“高能液態激光區域防御系統”（HALLADS）的飛行高度。
按照計劃，低功率激光武器將于2021年開展飛行演示，遠距離激光束穩定性和目標駐留時間測試，確定導彈助推段攔截的可行性。
2022年，MDA計劃投產一部300kW激光武器原型機，并在2025年安裝到一架高空長航時無人機上，開展激光武器助推段導彈攔截試驗。
為適應無人機平臺應用，機載激光武器需嚴格控制功率密度。在本世紀初，基于波音747平臺的氧碘化學激光武器（ABL）的功率密度為55kg/kW。目前，林肯實驗室FCL項目已達40kg/kW，而DPALS項目更是實現35kg/kW。到2019年，FCL“組合光纖激光器”（FCL）和“半導體泵浦激光系統”（ DPALS）的功率密度將分別達到5kg/kW、3kg/kW。
圖7 美國MDA機載激光武器發展路線圖
按照MDA的發展路線圖，為實現中空長航時無人機的載荷需要，機載激光武器的功率密度最少需達到5kg/W，而MDA的目標是實現2kg/kW或更低，以實現高空續航幾天或幾周。
在助推段導彈跟蹤方面，1995年美國空軍ABL項目的試驗數據表明，光電傳感器可用于助推段導彈的捕獲與跟蹤。對于飛行在10km高空的傳感器來說，隨著戰術彈道導彈爬升至大氣層上方，傳感器將增加對助推段導彈的截獲距離。直徑1~20cm的中波光學傳感器對助推段導彈的截獲距離約600km，而直徑20cm的中波紅外搜索跟蹤系統對助推段導彈的截獲距離可達800km。為了實現360°空域覆蓋，載機需在機首、機尾各安裝一部光電紅外吊艙。
目前，通用原子公司已利用MQ-9“死神”無人機搭載雷聲公司“多光譜瞄準系統”（MTS-C）光電紅外轉塔，完成了多導彈目標精確跟蹤演示驗證。MTS-B包含短波和中波紅外傳感器，而MTS-C的長波紅外傳感器可跟蹤“冷”彈體、處于助推段燃盡的彈道導彈、余焰或尾氣等，可識別并跟蹤1000km范圍內的導彈目標。而在利用無源傳感器的跟蹤演示驗證之后，MDA計劃在2019年開展激光跟蹤試驗。
03 天基傳感器技術
2017年3月，美國導彈防御局MDA發布了“用于跟蹤高超聲速滑翔飛行器的天基微型傳感器實驗”項目公告，主要面向國防領域主要承包商、商業公司、國家實驗室、大學及大學附屬研發中心等機構征詢天基微型傳感器實驗方案。
MDA計劃利用兩顆基于模塊化設計、開放式系統架構和通用用戶界面的50千克級低軌衛星，驗證傳感器、光學設計、通信和指向精度等。該項目計劃于2017年授出一份雙星合同，涉及衛星發射、在軌運行等內容，并通過至少兩年的彈道導彈防御試驗評估其技術性能和作戰效能。
該衛星的主要技術指標包括：單星總質量不超過50千克；設計壽命目標為5年，至少為2年；軌道高度不大于1000千米；可接近實時地向地面系統提供跟蹤數據，精度能夠滿足BMDS作戰需求；衛星能夠安裝于通用多衛星適配器上，以分攤發射成本。
表2 美國反導系統攔截彈性能對比
俄羅斯高超聲速武器防御對策
在高超聲速武器防御領域，俄羅斯方面目前主要依賴其新推出的S-500防空反導系統與“沃羅涅日”戰略預警雷達相結合的方式，對各類目標進行預警攔截。
沃羅涅日戰略預警雷達探測距離可達6000千米，目前其覆蓋范圍已足以保證俄全方位預警能力。該雷達主要用于探測彈道導彈，可同時跟蹤約500個彈道目標，同時可對高超聲速飛行器具備一定的預警探測作用。
S-500系統射程高達600公里，可對10個目標同時發起攔截打擊。據稱該系統具備多類型目標攔截能力，可對小型無人機、低空巡航彈、高速彈道導彈和高超聲速飛行器進行有效攔截。該系統將與俄方“沃羅涅日”戰略預警雷達一起，對高超聲速飛行器進行有效防御。
從美國公布的MDA的2018年預算可以看出，在高超聲速武器防御方面，美國將考慮整體系統架構平衡性，利用現有傳感器、C2BMC系統進行改進、論證，并在技術層面上針對新概念武器、傳感器等關鍵技術進行研發。此次MDA預算的總體思想是在利用現貨技術論證反高超能力的同時，開發關鍵技術，增強防御能力。在具體裝備方面，MDA在2017年3月發布的“用于跟蹤高超聲速滑翔飛行器的天基微型傳感器實驗”項目將與2016年提出的增程型“薩德”系統（THAAD-ER）和空基助推段激光攔截技術一起，初步構建了美國天基、空基、地基立體化高超聲速武器防御體系。根據MDA規劃，美國試圖在2019年獲得針對大部分高超聲速威脅實時預警能力，以確立自身在該領域內的優勢地位。而俄羅斯除S-500等少數裝備外，俄缺少明確的反高超聲速武器手段。近期俄方更多的是進一步增強其進攻性高超聲速武器的技術水平，并盡快裝備部隊，值得我國對此密切關注。
作者：張昊/中國電子科技集團第十四研究所 來源：《飛航導彈》2019年第1期
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