滑翔变轨飞行弹道导弹突防问题思考

陈方予,陈　晗,张东俊,郭冬子,钟世勇,薛晓强

(1.北京机电工程总体设计部，北京 100854； 2.北京华航无线电测量研究所，北京 100013)

0　引言

随着反导武器的出现，弹道导弹突防技术从20世纪90年代开始得到快速发展，针对的主要突防对象是美国和俄罗斯的几型现役反导武器。

前期弹道导弹突防采取的主要措施是针对反导武器系统中的反导雷达，采用弹载雷达干扰装置压制反导雷达，使其不能生成拦截窗口，同时使用雷达诱饵和红外诱饵，干扰反导雷达和拦截弹对导弹目标的探测，加强干扰效果。前期有些弹道导弹出于其它用途，设计了小范围的拉起、平飞和俯冲等变轨飞行动作[1]，但这些动作设计的初衷不是用于突防，而且这些动作只在导弹飞行过程中某一时段内实施，将其作为整个导弹飞行过程中完整的突防措施是不够的。这一时期弹道导弹突防主要使用的是雷达干扰技术和拦截弹导引头示假技术。

随着滑翔弹道导弹研究的兴起，许多弹道导弹突防技术研究人员开始关注并研究在大气层内滑翔变轨飞行的弹道导弹突防能力，有些研究人员认为大气层内滑翔变轨飞行是当前弹道导弹突防的一个重要发展方向[2]。

目前弹道导弹突防技术表现出两个不同发展方向，一个是基于干扰反导雷达和拦截弹导引头的干扰技术，另一个是基于变轨飞行摆脱拦截的飞行技术。了解这两种突防技术的作用机理，对认识这两种突防技术在今后弹道导弹突防技术发展中的作用是有益的。

压制和干扰雷达探测目标的雷达干扰技术经过数十年的发展，干扰机理清楚，干扰结果明确，在国外多次战争实际对抗中已得到验证。弹道导弹使用干扰技术干扰反导武器系统中的目标探测系统，可以说是弹道导弹突防的一种有效手段。

目前一些滑翔变轨飞行弹道导弹研究人员认为，大气层内滑翔变轨飞行的弹道导弹具有较强突防能力，主要理由包括：一是大气层内滑翔变轨飞行的弹道飞行高度在大气层内，拦截低界高于大气层高度的拦截弹(如SM-3)不能对其拦截，另外较低的飞行高度能够减小地(海)面反导雷达对其探测的通视距离(通视距离受地球曲率半径影响)；二是认为现有的反导武器作战对象是针对惯性弹道的弹道导弹，对大气层内滑翔变轨飞行的弹道导弹拦截存在不适应性。前一个理由显而易见，但不能作为滑翔变轨飞行弹道导弹突防可依赖的保证；后一个理由实际上也需要仔细分析。本文针对弹道导弹滑翔变轨飞行对现有反导武器作战可能产生的影响，试探性地作一些探讨，希望能为滑翔变轨飞行弹道导弹突防设计人员提供一些参考借鉴。

1　弹道导弹滑翔变轨飞行

反导武器的出现，使发展日趋成熟的惯性弹道导弹受到被拦截的威胁，弹道导弹设计者一方面研究增强惯性弹道导弹的突防能力；另一方面，从弹道导弹飞行弹道入手，研究大气层内滑翔变轨飞行弹道导弹的突防能力。

早在20世纪30年代，德国科学家Saenger 提出助推+跳跃滑翔飞行超远程飞行器概念后[3]，人们就一直没有放弃在大气层内利用空气动力增加飞行距离的想法，包括后期的助推+滑翔机动高速运输系统和近期的临近空间高速飞行器，其设计的初衷都是利用空气动力增加飞行器的飞行距离。

如图1所示，助推+滑翔变轨飞行弹道导弹弹道由主动段、惯性段、滑翔段、俯冲段组成。主动段、惯性段和俯冲段均相对较短，滑翔段相对较长，在俯仰向有起伏。

这种滑翔弹道的主要特点是：整个弹道在大气层外时间较短，在100 km高度以下临近空间和大气空间内时间较长，导弹滑翔飞行速度较高，Ma数可达10以上。

图1　助推+滑翔变轨飞行弹道导弹弹道示意

2　滑翔变轨飞行弹道对目前反导武器作战的影响

目前滑翔变轨飞行的弹道导弹设计的主要对象还是飞行距离，多数并不针对特定的反导武器，只是认为导弹滑翔变轨飞行对目前在役的反导武器具有广泛的突防作用。

目前在役的反导武器拦截弹道导弹作战时，作战过程大致分为目标截获、拦截窗口生成、发射拦截弹并指令制导拦截弹，拦截弹由指令制导转自主制导，拦截弹自主跟踪并杀伤目标等环节。下面试探讨弹道导弹滑翔变轨飞行对这些作战环节可能产生的影响。

2.1　对反导雷达截获目标的影响

滑翔导弹长时间在大气层内高速飞行，气动加热可能产生高温尾迹，高温尾迹中可能存在高温造成的空气分子离解、电离形成的等离子鞘套，等离子鞘套具有特殊的电磁特性与光电特征，可能会导致滑翔导弹雷达目标特征和红外目标特征延展。相关研究结果表明，等离子鞘套对于雷达目标探测，一般表现为目标RCS增大，特殊情况下，等离子体厚度和浓度处于某个特定值时，对于某个特定频率的雷达探测信号，等离子鞘套具有发散和吸收照射电磁信号的作用，此时目标RCS会减小[4-5]，需要说明的是，这种RCS减小现象是在一些特定条件下出现的特殊现象，不能作为导弹突防设计时目标RCS值可靠的设计输入，因为很多情况下，滑翔导弹飞行时RCS具有增大特征。

雷达发现目标主要依据目标回波信号的信噪比，目标RCS一定情况下，当目标作临近飞行时，在某一距离上，目标回波信号功率满足一定信噪比要求时，雷达就会发现目标[6]。滑翔导弹的变轨飞行不会对反导雷达发现目标产生特别影响。

雷达跟踪目标是基于对目标运动轨迹的预测，通过对测量目标运动参数的滤波，得到目标运动轨迹。用于目标运动轨迹滤波的滤波器传输函数模型的建立是基于对目标运动模型的掌握。雷达观测空中目标时，常使用卡尔曼滤波技术[7]。

滑翔变轨飞行弹道导弹的飞行弹道，在俯仰向会呈现起伏状态，这种多次起伏轨迹可看成是由多段近似平衡滑翔段组成，每一个近似平衡滑翔段中，导弹受力状态是确定的，导弹的飞行轨迹符合一定运动学规律[8]，这个规律如同惯性弹道规律一样，可用于雷达目标飞行轨迹滤波器的设计输入。

针对平衡滑翔和跳跃滑翔弹道导弹飞行弹道的雷达目标跟踪技术目前已有较多研究成果，许多研究论文提出或分析了雷达对跳跃滑翔弹道导弹目标的跟踪方法[9]，有理由相信，反导雷达在跟踪滑翔变轨飞行弹道导弹方面，理论上没有不可逾越的障碍。另外，观察以往惯性弹道导弹飞行试验时，地面雷达一般均能完整跟踪导弹的再入过程，包括弹道末段的导弹俯冲过程，这说明雷达能够跟踪导弹的变轨飞行，可以推断，导弹滑翔变轨飞行对反导雷达的目标截获不会产生难以克服的困难。

2.2　对拦截窗口的影响

目前反导武器多采用逆轨前置法拦截弹道导弹，拦截时先在目标飞行轨迹前方预设一个交会区域，即生成一个拦截窗口，然后发射拦截弹在拦截窗口内拦截目标。

反导武器生成拦截窗口是基于对导弹目标运动轨迹的预测和拦截弹的作战能力。反导武器通过对目标运动参数测量，预测目标后续运动轨迹，然后根据拦截弹作战能力，确定出拦截窗口。

拦截弹作战能力包括拦截高界、低界、远界、近界，飞行速度，可用过载，拦截交会角、杀伤半径等。一般而言，拦截弹作战能力越强，反导武器拦截区域就越大，过载能力越强，越有利于拦截机动目标。

雷达对目标轨迹的预测是基于对目标的跟踪和对目标运动规律的掌握，对于沿惯性弹道飞行的导弹，反导武器截获目标后，根据惯性弹道特点，即可实现对目标运动轨迹预测。

弹道导弹滑翔变轨飞行，其运动规律呈现分段变化状况，这种分段变化状况对目前反导武器通过测量前面一段飞行轨迹去推算后续飞行轨迹生成拦截窗口的作法将产生影响。这一影响根据滑翔导弹变轨飞行程度不同而不同，如果滑翔导弹采取频繁、快速、大幅度上下机动变轨飞行，则可能使反导武器预测的拦截交会点位置不适合拦截弹拦截，即生成不了拦截窗口；如果反导武器对滑翔导弹的变轨飞行规律没有相应的认识和利用措施，那么即使已经生成了拦截窗口，拦截窗口也会受滑翔导弹变轨飞行影响，产生变化，给拦截弹拦截造成困难，甚至有可能失去拦截窗口。这些现象都与滑翔导弹的机动变轨飞行状况紧密相关，如果滑翔导弹机动飞行动作慢、强度弱，反导武器容易适应，则有可能通过本身的动目标适应能力即可将其产生的影响消除；如果滑翔导弹机动飞行动作快、幅度大，超出反导武器的适应能力，则滑翔导弹可能成功突防。

滑翔导弹弹道预测是目前反导武器实现对其拦截首先需要解决的问题，对滑翔导弹飞行能力(射程)的了解，前段飞行轨迹和飞行速度的测量，攻击目标位置的估计，以及导弹飞行前方航路下面地理情况的了解，均有利于预测滑翔导弹的弹道轨迹。

有针对性地选择中制导律和提高拦截弹作战能力有利于减少滑翔导弹变轨飞行对反导武器拦截窗口的影响。

2.3　对末制导的影响

滑翔导弹在大气层内高速飞行，产生的等离子鞘套可能使滑翔导弹的雷达目标特性和红外目标特征发生延展，影响拦截弹导引头对打击瞄准点位置的选择。对此拦截弹雷达导引头可采取发射宽带探测信号，对目标进行一维距离成像，在逆轨拦截状态下，选择前部点作为瞄准点；对于红外导引头，可采取焦平面成像技术，通过分析目标图像温度梯度特性，选择弹头高温驻点作为打击瞄准点。

拦截弹处于末制导状态时，滑翔导弹快速大曲率半径的变轨飞行理论上有可能导致目标在导引头视窗内产生穿窗现象，以及拦截弹脱靶现象，出现这些情况的根本原因是拦截弹的过载能力不够。

目标机动变轨飞行使拦截弹脱靶，在飞机对抗空空导弹和地空导弹拦截时，被认为是一种可用的手段，尤其对于机动性能较好的“苏-27”、“苏-30”、“苏-35”等战机[10]，虽然这些战机的高机动性能设计最初是用来在空中格斗时抢占有利位置的，但俄罗斯人认为，战机的高机动性能，还可用来摆脱拦截弹跟踪。文献[11]研究了战机在拦截末段，使用机动性能摆脱拦截的方法，研究结果指出，战机的起始机动距离、机动方向和机动速度是影响拦截弹脱靶量的主要因素，只有当这三者均处在一个合理的区间范围时，才能使拦截弹脱靶。相比之下，如果滑翔导弹使用这种摆脱拦截技术，对照影响摆脱效果的三个因素，可以看到，目前滑翔导弹难以预警拦截弹，机动起始距离难以控制，机动方向同样也难以确定，使用起来缺少必要条件支持。目前拦截弹道导弹多采取逆轨拦截方式，且有交会角限制，滑翔导弹尽量大角度地横向机动飞行可能有利于摆脱拦截。

3　相关思考及总结

弹道导弹滑翔变轨飞行对目前使用逆轨前置法拦截的反导武器的拦截窗口会产生影响，对因拦截窗口位置变化而引入的拦截弹飞行控制会产生影响，对反导武器的目标探测、目标跟踪、制导指令传输影响不大。

滑翔导弹变轨飞行突防针对的主要对象应该是拦截弹，滑翔导弹本身的目标特性可能不是突防设计的重点。

滑翔导弹变轨飞行突防设计的核心指标应该是适用对象、变轨时机、变轨曲率半径、变轨持续时间、 变轨次数等主要指标。变轨时机的选择需要对拦截弹预警的支持，目前滑翔导弹较难实现对拦截弹预警。

滑翔导弹机动变轨飞行能力及其合理使用是决定滑翔导弹能否利用机动变轨飞行进行突防的关键。在滑翔导弹机动变轨飞行设计和使用时，还应注意到，滑翔导弹变轨飞行曲率半径、持续时间、变轨次数不但涉及滑翔导弹的突防能力还涉及滑翔导弹的最大射程，合理的设计可使滑翔导弹取得最大射程，而过多的变轨飞行次数将影响滑翔导弹的射程，其原因在于每次变轨飞行都会使滑翔导弹飞行速度降低，这是滑翔导弹突防设计时不能忽略的。

目前在役反导武器拦截滑翔变轨飞行弹道导弹时，可能存在能力不足问题，主要表现为拦截弹飞控能力和对机动弹道预测能力不足，主要问题可能还是拦截弹飞控能力问题。

4　结束语

弹道导弹突防与飞机反空空导弹和空地导弹拦截有相似之处，飞机反导弹拦截除使用硬杀伤手段打击拦截武器外，还使用挂载干扰吊舱、释放拖曳式诱饵以及机动飞行规避拦截等手段，其中针对拦截武器目标探测和跟踪系统的干扰技术和诱饵示假技术被当前惯性弹道导弹突防设计所借鉴和参考。

目前滑翔变轨飞行弹道导弹试图采用机动变轨飞行技术，规避拦截弹拦截，这与飞机机动飞行摆脱拦截弹拦截的作法相似。可使用的作法是：当滑翔变轨飞行弹道导弹能够确定反导武器布设位置时，可使用弹道规划技术，实现大范围的侧向弹道躲避；当滑翔变轨飞行弹道导弹能够预警拦截弹发射，甚至能够测量拦截弹的来袭方向和飞行轨迹时，可采取快速、小范围的机动躲避。前一个作法需要情报信息支持和导弹射程余量支持，后一个作法需要弹载拦截弹告警和探测技术支持。

当前滑翔变轨飞行弹道导弹突防正处于开创性的发展阶段，滑翔变轨飞行弹道导弹在弹道预测方面给目前反导武器带来困难，其突防问题主要是针对拦截弹的躲避问题，随着拦截弹在临近空间飞行能力的提升，对滑翔变轨飞行弹道导弹的威胁将不断增加，滑翔变轨飞行弹道导弹需要进一步提升突防能力，后续还将有大量的研究工作。■