美国海基弹道导弹预警观测平台发展现状及思考

唐 尧 张 进 张祥瑞

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

与其他导弹相比，弹道导弹以其射程远、覆盖范围广、飞行速度高、杀伤威力大、防御难度大等特点，成为目前各国特别关注的进攻性武器。为应对他国弹道导弹的威胁，各国也十分重视弹道导弹防御系统的发展。弹道导弹预警观测系统能够对弹道导弹目标进行预警探测、跟踪识别，是成功防御拦截来袭弹道导弹的重要前提和必需手段。本文重点探讨美国发展的三型海基弹道导弹预警观测平台，分析其特点及主要功能，对我国海基弹道导弹预警观测平台的发展提出几点思考。

1 弹道导弹及防御系统简介［1］

1.1 弹道导弹的定义、分类和功能

1.1.1 定义

弹道导弹是指一类除了一小段为有动力飞行并有制导的弹道外，大部分为沿着无动力的自由抛物体弹道飞行的导弹。其作战目的是用载有核武器或常规高效弹药或生化武器的弹头，攻击敌方重要的战略、战役和战术目标。

1.1.2 运动轨迹

弹道导弹的运动轨迹分成有动力飞行的主动段（又称助推段）和无动力飞行的被动段（末助推段、中段、末段）。

在主动段，弹道导弹垂直发射升空，然后转弯，在火箭发动机（一般为2～3级）推力和制导系统的作用下，沿预定轨道上升，作加速运动；当弹道导弹的运动参数（高度、速度、弹道倾角等）达到命中目标要求的参数值时，火箭发动机关机，弹头与弹体分离，进入被动段。

在被动段，弹头依赖其在主动段获得的能量在接近真空的大气环境中作惯性飞行（距地100 km以上），作用在弹头上的力主要是地球引力。被动段又可分为自由飞行段和再入段。自由飞行段的前段称为末助推段，其后段成为中段（这是弹道导弹的主要飞行时间段）。在再入段（也称末段），弹头再入稠密大气层，以极高的速度下落，攻击目标。

弹道导弹质心运动轨迹是一个近似椭圆的部分弧段。

图1 弹道导弹飞行中的速度、高度随时间的变化规律

图1显示了飞行中的弹道导弹的速度、所处高度随时间变化的规律。

1.1.3 弹道导弹的分类

弹道导弹按作战任务分类可分成战略弹道导弹、战术弹道导弹两大类。战略弹道导弹一般装有核弹头，通常射程在3 500 km以上，包括洲际弹道导弹（ICBM）、远程弹道导弹（IRBM）、潜射弹道导弹（SLBM），主要用于打击敌方的政治、经济中心，重要军事基地，核武器库，交通枢纽等重要战略目标；（战役）战术弹道导弹通常装有常规弹药（或小当量核弹头、生化武器弹头），除少数中程战术弹道导弹射程达到3 000～3 500 km外，大部分射程在1 000 km以内，多属近程弹道导弹，主要用于打击战役、战术纵深目标和部分战略目标，如集结的军队、坦克、飞机、舰船、雷达、指挥所、机场、港口、交通枢纽等。

弹道导弹按射程分类可分成洲际弹道导弹、远程弹道导弹、中程弹道导弹（MRBM）和近程弹道导弹（SRBM）4类。

弹道导弹按发射平台分类可分成地面、潜艇水下发射两类。地面发射包括早期的基地发射、地下发射、陆基公路机动发射和陆基铁路机动发射。潜艇水下发射时，弹道导弹被弹射出水面后火箭发动机才点火。随着军事科技的发展，已出现了潜射远程（或洲际）弹道导弹。

1.2 弹道导弹的作战性能特点分析

弹道导弹（尤其是洲际弹道导弹），具有弹头飞行速度极快（高达7 km/s，马赫数为10～25），飞行时间极短（10 000 km射程的导弹，助推段为3～5 min，弹头飞行时间为25～27 min），以及威力大、命中精度高、突防能力强、可靠性高、成本低等优点。

弹道导弹的缺点是其在助推段向上飞行时，火箭发动机喷出的尾焰容易被天基卫星发现，连续检测可在弹头分离时测得弹头的运动参数（位置、速度、高度、倾角等），从而推导出导弹的全部轨迹，因而易被弹道导弹防御系统识别、跟踪和拦截；同时，弹头的高速飞行使其机动、变轨困难。

1.3 弹道导弹防御系统

1.3.1 定义

弹道导弹防御系统是用于探测、拦截并摧毁正在高速飞行的敌方弹道导弹弹头，使弹头失去进攻能力的武器系统。

1.3.2 组成

弹道导弹防御系统包括三大部分：

（1）目标探测、识别、跟踪系统，要求能全天候监视敌方弹道导弹发射阵地动向，及时准确地探测到敌方弹道导弹发射，迅速可靠地发出弹道导弹攻击告警并确定其攻击规模和可能攻击的目标；正确识别真假弹头；实施精确跟踪以便有效拦截真弹头并判定防御效果；

（2）反弹道导弹导弹（反导拦截导弹或反导拦截器），用于拦截、摧毁来袭的敌方弹道导弹真弹头；

（3）作战管理指挥、控制、通信（BM/C3）系统，它把前面两部分功能有效地联系起来，成为一个密切协调的整体，进行有效的弹道导弹防御。

具体地说，弹道导弹防御系统的基本组成应包括以导弹预警卫星为主的弹道导弹预警系统，以远距离识别跟踪雷达组成的目标识别、跟踪系统，以反导拦截弹（或反导拦截器）为主的反弹道导弹系统，以及BM/C3系统。

1.4 发展海基弹道导弹预警观测平台的理论基础

对于通过空域搜索来探测目标的预警雷达，其性能可通过以下的警戒雷达方程进行评估：

式中：R为目标的探测距离，m；Pav为雷达平均功率，W；A为天线口径物理面积，m2；tS为搜索时间（对搜索区域扫描1次所花的时间）；σ为目标的有效散射面积（RCS，又称雷达截面积），m2；Nf为系统噪声指数（其常用值约为2）；KB为玻尔兹曼常数，为1.38×10-23J/K；TO为参考温度，为290 K；LS为雷达系统指数（其值一般为5～10）；为信噪比；ΩS为角搜索区域，rad。

雷达一经造好，式中的Pav、A、Nf、KB、TO、L值就固定下来，在给定S值的情况下，雷达探测距离R主要取决于ΩS和σ，而所要求的搜索区域的大小又取决于被测目标的轨迹信息的品质。被测目标的轨迹信息是由预警系统等其他传感器提供的。因此，如果先进预警节点提供品质优良的被测目标轨道信息，则可大大缩小预警雷达需要搜索的空域，从而能显著增加探测距离。

对于来袭的洲际弹道导弹，由于其射程超过10 000 km，运行路径必定越洋。因此，海基弹道导弹预警观测平台是预警节点的较好选择。下文主要对美国发展的三型海基弹道导弹预警观测平台进行探讨分析。

2 美国海基弹道导弹预警观测平台发展现状及特点分析

美国专门用于对弹道导弹进行预警观测的海基平台目前主要有X波段海基雷达平台（X band sea-based Radar，以下称SBX雷达平台）、霍华德·洛伦兹号导弹观测船以及无敌号导弹观测船。

2.1 SBX雷达平台［2-3］

2003年1月，美国政府从挪威Moss Maritime公司购买了一艘50 000 t半潜平台，用于安装当时世界上最大的X波段相控阵雷达。2005年7月，美国导弹防御局（MDA）将改装完成的平台命名为SBX-1。

SBX雷达平台是美国防部弹道导弹防御体系的重要海基节点，是用于支持远程弹道导弹防御系统的中段反导火控雷达。其主要功能为跟踪、识别弹道导弹并建立精确跟踪信息，区分诱饵，识别辨明导弹弹头，可为飞行中的地基拦截器持续提供制导数据。拦截后，并可对拦截效果进行评估。SBX雷达平台可支持地基中段反导系统的试验，有助于提高整个弹道导弹防御系统的实战能力。

SBX雷达平台长约121.3 m、宽约72.5 m，从水下浮体龙骨到雷达圆顶顶部约90 m。平台排水量约50 000 t，航速8 kn，人员编制约75人，能够在恶劣海况下稳定工作。搭载的SBX雷达体型巨大，是功率超高的相控阵雷达，作业频段为电磁波频段范围中适用于高精度跟踪导弹弹头的X频段。SBX雷达平台主要组成见图2。

图2 SBX雷达平台

SBX雷达能够辨认约5 000 km外篮球大小的物体，精度水平能够区分导弹弹头和诱饵，因此拦截器能够正确锁定来袭目标，其阵面参数见表1。

表1 SBX雷达阵面主要参数

当SBX雷达平台执行任务需要，从夏威夷港口航渡至西太平洋获得较优的战位时，由于其航速较低，需要在敌方导弹发射前预留大量的预警时间才能完成重新部署，机动性能较差。SBX雷达平台典型部署地点见图3。另外，SBX雷达平台在海上的运行成本较高，美国发展SBX雷达平台后续平台的计划也无限期搁浅。

图3 SBX雷达平台典型部署地点

2.2 霍华德·洛伦兹号导弹观测船

霍华德·洛伦兹号导弹观测船（Howard O.Lorenzen）［4］代号为 T-AGM-25，由VT Halter Marine造船厂建造，2008年8月开工，2010年6月以美国电子战之父霍华德·洛伦兹命名，并于同月下水，2012年1月交付给美国海军。该船于2013年12月完成全部海上试验后，于2014年移交美国空军。该船按美国防部的相关决策配备主要装备和雷达，美海军军事海运司令部进行监管与操船驾驶，美国空军对其进行指挥管理与任务部署。

霍华德·洛伦兹号导弹观测船搭载眼镜蛇王相控阵雷达系统（Cobra King），替代于2014年退役的搭载眼镜蛇朱迪相控阵雷达系统（Cobra Judy）的观察岛号导弹观测船（Observation Island）。因此，霍华德·洛伦兹号导弹观测船又称“眼镜蛇·朱迪替代计划”（Cobra Judy Replacement，CJR）。霍华德·洛伦兹号在任务能力上能够完全代替甚至超越观察岛号。

霍华德·洛伦兹号的使命任务为支持国内导弹试验；对他国导弹试验进行跟踪观测，获取其弹道轨迹、弹头数据特征等战略情报信息；并对全世界范围内的弹道导弹发射活动进行密切关注及预警探测。

图4 霍华德·洛伦兹号导弹观测船

该船长约162.8 m、宽约27 m、吃水约7.1 m、排水量约12 600 t、最大航速约20 kn、续航力12 000 n mile/12 kn。采用综合电力推进方式，主机采用4台MaK12M32C型发动机，单台发动机额定功率为5.5 MW，重84.8 t。本船同时配置1台Caterpillar C32柴油机，用作应急柴油机。

图5 霍华德·洛伦兹号导弹观测船

霍华德·洛伦兹号拥有综合任务能力，包括平台、雷达系统、以及其他任务相关装备，主要组成见图5。S、X波段天线阵面均达200余吨，X波段雷达以及通用雷达控制器由Raytheon公司生产，S波段雷达由Northrop Grumman公司生产。S波段雷达可作为主要搜索和获取目标，能够在多目标复杂对象中跟踪并收集有效目标的数据。X波段雷达能够提供特定可疑目标的超高分辨率数据。霍华德·洛伦兹号的雷达具备跟踪、识别3 000 km以上弹道导弹目标的能力。

S、X雷达系统均采用多波形、多带宽，以保证操作灵活性和数据采集的高质量。通用后端设备对雷达进行控制，并对雷达装备提供全面的数据和信号处理以及记录功能。通用后端设备为雷达操作、任务通信、气象数据等提供操作界面，同时其处理软件可按任务执行前与任务执行后进行综合处理，具备生成任务剖面、任务执行结果报告以及态势场景等文件的功能。另外，还可进行任务训练、数据分析、任务回放等操作。

服役后，霍华德·洛伦兹号按计划前往重点海域，执行弹道导弹预警观测任务。例如，2016年2月7日，朝鲜向太平洋发射了远程运载火箭。霍华德·洛伦兹号按计划靠近朝鲜半岛，抵达日本九州岛西北岸的佐世保港口，监测朝鲜的火箭发射过程。

2.3 观察岛号导弹观测船

观察岛号（Observation Island）导弹观测船［5-6］的前身是隶属于美国海事委员会的“水手级”商船，于1953年8月下水。1956年9月， 美海军采购该船，将其改装成“试验性辅助舰船”（EAG），重新命名为“观察岛号”，支持美海军舰队弹道导弹发展试验项目。1979年5月，观察岛号服役美军事海运司令部，重新命名为观察岛号导弹观测船，代号为T-AGM-23。观察岛号搭载美空军AN/SPQ-11“眼镜蛇·朱迪”相控阵雷达等设备，在全球范围内监测他国战略武器条约的遵守情况，并支持美军事武器试验项目，收集弹道弹道试验数据。

图6 观察岛号导弹观测船

该船长约172 m、型宽约23 m、吃水约8.7 m、满载排水量约17 200 t，2台蒸汽轮机驱动，单轴推进，最大航速约20 kn。

观察岛号搭载AN/SPQ-11“眼镜蛇·朱迪”相控阵雷达，X波段抛物面雷达，远程导弹射程精确测量系统，高频、甚高频和超高频通信系统等。其中，“眼镜蛇·朱迪”雷达为八边形结构，内径7 m，整个雷达天线重250 t、高约12.2 m，由12 288个收发元件构成。“眼镜蛇·朱迪”雷达使用真空管产生雷达信号，工作波段为S波段，频率为2 900～3 100 MHz，具备发射、接收和测距等功能，可以实现360°全方位探测。X波段雷达的工作频率为9 GHz，可作为“眼镜蛇·朱迪”雷达的补充，提高观察岛号搜集弹道导弹在飞行末段的情报数据的性能。远程导弹射程精确测量系统的频率范围覆盖了VHF和Ka波段。

观察岛号于2014年退役，在服役的三十余年中，平均每年在海上执行观测任务260余天。

2.4 无敌号导弹观测船

无敌号导弹观测船（Invincible）［7］代号为T-AGM-24，前身是1986年下水的Stalwart级T-AGOS-10海洋监视船。2000年4月，该船被改装为导弹观测船，参见图7。军事海运司令部保留对该船的监管权，该船的移动监视与导弹跟踪的任务由美空军部署。无敌号导弹观测船搭载美空军发展的眼镜蛇·双子星双波段雷达（Cobra Gemini），作为支持美空军的海上平台，常态化部署在印度洋和阿拉伯海，搜集战区相关国家发射的弹道导弹数据。

该船长约68 m、宽约13 m、吃水约4.9 m、空船排水量约1 600 t、满载排水量约2 285 t、4台Caterpillar D-398 柴油发电机，2台550 hp的推进电机，推进功率为2 400 kW，双轴双桨。最大航速11 kn，自给力30昼夜，续航力2 600 n mile。

无敌号导弹观测船的核心是眼镜蛇·双子星双波段雷达，见图8。该雷达重约50 t，探测距离2 000 km。其中S波段负责跟踪，X波段负责收集数据。S波段波束宽度是X波段的10倍，因而具有更好的跟踪能力，而X波段单脉冲更多的是简化反馈和接收问题。在搜索模式下，探测距离从300 km扩展到1 500 km仅需1 s。搭载眼镜蛇·双子星的无敌号导弹观测船并非搭载眼镜蛇王相控阵雷达系统的霍华德·洛伦兹号的代替品，而是补充品。后者重点跟踪洲际弹道导弹，前者则重点跟踪短程、中远程弹道导弹。

图7 无敌号导弹观测船

改装完成后，无敌号导弹观测船按计划前往重点海域执行弹道导弹观测任务。例如2012年，无敌号导弹观测船部署到波斯湾，于2012年5月在美导弹驱逐舰DDG-94与英国皇家海军的三艘舰艇的护航下，通过霍尔木兹海峡。2017年3月，无敌号导弹观测船在霍尔木兹海峡附近海域执行任务。

图8 无敌号导弹观测船

2.5 美海基弹道导弹预警观测平台特点分析

综合考虑SBX雷达平台、霍华德·洛伦兹号、无敌号、观察岛号等平台的特点，分析如下。

从机动性上看，搭载眼镜蛇王系统的霍华德·洛伦兹号可以迅速航行至世界上的任何角落，对突然发生的紧急情况迅速反应。而SBX只能以低速进行航行，或依靠外力进行转运，迅速反应能力较弱。无敌号吨位较小，远洋能力较弱。

从雷达功能上看，SBX仅通过一个X波段雷达对作用空域范围内的多目标进行跟踪观测，扫描视角较窄，在跟踪来袭导弹前，往往需要依靠其他探测器提供导弹目标的位置和轨迹信息。而霍华德·洛伦兹号通过S波段雷达与X波段雷达的密切配合进行工作。S波段雷达降低对特定目标个体的数据收集，专门用于搜索捕获目标，捕获后将其交给能够提供高分辨率目标特性的X波段雷达。

与观察岛号相比，虽然霍华德·洛伦兹号的系统更复杂，但却更容易维护。观察岛号需要技术熟练的工程师和维修人员，对部件级别进行故障排除和修复。需要测试设备工具和专业操作技能。而霍华德·洛伦兹号采用内置测试功能，便于雷达的快速故障排除及维修。此外，船员可以独立完成故障排查和替换组件的工作，同时，船上几乎配备全套的装备组件。

若观察岛号的S波段雷达发生故障，则任务无法执行。而对于霍华德·洛伦兹号，即使当S波段雷达发生故障，X波段雷达能够继续搜集目标数据。同时，观察岛号仅能提供标准格式的目标图像，霍华德·洛伦兹号能够提供高分辨率图像。霍华德·洛伦兹号能够同时有效跟踪1 000个以上的目标，而观察岛号仅能同时跟踪约100个目标。

从运营成本上看，SBX的运营成本高昂，而霍华德·洛伦兹号与无敌号相对较为经济。

3 思考与启示

3.1 典型导弹防御中海基预警观测平台的作用分析

以10 000 km射程的洲际弹道导弹的典型运行过程为例，对海基预警观测平台的作用进行分析。洲际导弹的运行时间助推段约5 min，中段约20 min，末段约1 min，见图9。

图9 10 000 km射程的洲际弹道导弹典型运行过程

当进攻方弹道导弹发射后，导弹在火箭发动机喷出尾焰的助推下升空，由于尾焰目标较为明显，防御方天基卫星利用红外技术发现目标，向后方发出告警信息。当进攻方导弹完成助推后，飞出大气层，尾焰消失，进入导弹飞行中段。中段飞行时，导弹热源消失，天基卫星较难实现对导弹目标的连续跟踪捕捉，容易丢失目标。

当缺乏海基预警观测平台的情况下，由于地球曲率的限制，防御方陆基探测雷达仅能在弹道导弹目标的中段末期和末段对弹道导弹进行跟踪观测，而此时的弹道导弹飞行速度极快，捕捉及拦截难度大。

当设置海基预警观测平台时，将其前置部署（见下页图10），当防御方天基卫星发现目标后，海基平台根据天基卫星的情报信息，搜索捕捉刚刚进入中段的弹道导弹。捕捉后，对其进行跟踪识别，分析导弹的运动参数，推导运动轨迹，为后方预警及拦截系统提供重要情报。同时，海基预警观测平台具备精确识别能力，则可进一步辨明导弹弹头，为拦截器提供制导信息。因此，海基预警观测平台的部署设置，能够有效减少预警时间，提高跟踪拦截的成功率，很大程度上降低来袭导弹对防御方国防安全的威胁程度。

图10 10 000 km射程的洲际弹道导弹典型运行过程（部署海基平台）

3.2 启 示

综上，为我国海基弹道导弹预警观测平台发展方向提出以下几点启示：

（1）前置部署预警探测雷达是有效缩短预警时间、提高拦截成功率的有效手段。

由于地球曲率的限制影响，同时考虑到弹道导弹助推段、末段运行时间短，中段运行时间长的特点，将预警探测雷达前置部署，靠近弹道导弹发射端，对其运行中段进行跟踪识别以及实施拦截，是缩短预警时间且提高拦截成功率的有效手段。

（2）为弥补天基、陆基预警探测体系的不足，未来对海基预警观测舰船需求将不断提高。

由于我国没有海外基地，对海上方向来袭弹道导弹的预警观测，无法将陆基雷达前置部署；同时，由于技术手段和装备发展水平的限制，天基预警雷达对处于运行中段的弹道导弹目标较难实现连续跟踪，无法从诱饵中精确识别有效弹头。因此，具备机动性能、搭载相控阵雷达的海基预警观测平台可有效解决以上问题。同时，通过参考美国装备发展情况，霍华德·洛伦兹号在机动性、雷达性能以及运营成本等方面优于SBX雷达平台，因此，发展海基预警观测舰船能更好地符合未来的装备需求。

（3）发展海基预警观测舰船，可对他国弹道导弹试验活动进行探测侦察，获取战略情报数据。

美国发展霍华德·洛伦兹号导弹观测船，并将其前置部署于西太平洋，对朝鲜的导弹试验活动进行探测侦察，搜集相关情报。可见，发展海基预警观测舰船对我国完善战略情报数据库也具有十分重要的军事意义。