美国正在研制针对中国高超音速武器的系统

中国去年底试飞远程高超音速滑翔飞行器被媒体描述为在开发新型超高速机动武器的竞赛中接近“人造卫星时刻” 。但即使美国高级军事官员公开担心导弹至少在目前实际上是无敌的,五角大楼正在悄悄地采取一种全新的方式来帮助击落这些武器。

去年 12 月下旬,美国国防部导弹防御局 (MDA)为L3Harris Technologies 和诺斯罗普·格鲁曼 (Northrop Grumman) 两家承包商开了绿灯,让他们从设计转向原型制造高超音速和弹道跟踪空间传感器 (HBTSS) 系统。这项技术旨在解决五角大楼最棘手的技术挑战之一:如何检测和跟踪利用当今雷达网络盲点的高超音速滑翔飞行器

俄罗斯和中国分别在 2019 年和 2020 年部署了高超音速滑翔飞行器,但预计美国要到 2023 年才能部署类似的进攻性武器。与弹道导弹有效载荷轨迹相比,高超音速滑翔飞行器可以在前往目标的途中机动. 这使得跟踪它们变得非常困难。当一枚大型火箭将它们提升到接近太空边缘的高度并释放它们时,这些武器就开始了它们的旅程。然后,滑翔飞行器转向更平坦的轨迹——要么离开大气层,要么留在大气层内——并在无动力的情况下航行。他们使用空气动力升力以高超音速穿越大气层到达目标。这种接近空间的轨迹和改变航向的能力让高超音速滑翔飞行器避开了用于跟踪弹道导弹的空间和地面传感器的组合。五角大楼可以检测到发射——但由于地面雷达的视线限制,高超音速滑翔飞行器随后滑出视线,直到武器飞行后期。因此,防御系统几乎没有时间来阻止来袭武器。

HBTSS 旨在通过从发射到撞击的持续跟踪远程导弹来解决这个问题。它还将有能力将关键信息传递给舰船、飞机和地面部队,使他们能够发射自己的导弹来应对来袭的威胁。该探测系统依赖于一个新的轨道传感器网络,这是五角大楼已经开始将其置于近地轨道的密集和多层卫星星座的关键部分。实验和原型有效载荷已于去年 6 月送入轨道,初始运行有效载荷计划于 2022 年和 2023 年发射。这些传感器检测热信号以识别导弹发射,并使美国军方能够跟踪目标,被描述为从摇篮到- 严重的目标监护。

HBTSS 的一些关键组件是“信号到杂波”算法,旨在区分快速移动的威胁与温暖和不规则的地球表面。这是一项比地面雷达更困难的任务,地面雷达在导弹穿过寒冷和毫无特色的天空背景时跟踪它们。L3Harris Space & Airborne Systems 导弹防御主管 Paul Wloszek 说:“想象一下,一个灯泡在灯泡背景中移动,你必须挑选出那个灯泡。” “你必须知道它在哪里——以及它的速度——才能将它击落。”

为了解决这个问题,五角大楼在 2019 年 10 月分别聘请了 L3Harris 和诺斯罗普·格鲁曼(以及其他两家公司随后退出竞争)来开发足够灵敏的跟踪算法,以区分信号和噪声。2020 年底,L3Harris 和诺斯罗普·格鲁曼公司将他们各自的算法与紧凑、强大的计算机处理器配对,这些处理器小到可以集成到航天器中。两家公司都进行了成功的“信号链演示”,证明了他们的系统能够在杂乱的背景下检测和跟踪昏暗的目标。信号链演示验证了支持所谓的高超音速杀伤链所需的灵敏度——在识别和打击目标之间按顺序要求的离散动作。

其他天基资产已经为美国提供了架空红外感应。但 HBTSS 与众不同的关键特征是需要生成五角大楼所谓的“火控质量”跟踪数据。这是非常精确的信息,地面指挥和控制系统可以使用这些信息来引导导弹拦截器抵御高超音速威胁。

“能够从太空看到温暖的轨道穿过温暖的地球——这确实是一项艰巨的科学,”MDA 主任海军中将乔恩希尔在去年春末的参议院军事委员会战略力量小组委员会的听证会上说。“但我们已经搞定了。我们已经证明我们可以在实地做到这一点。这种能力使我们能够覆盖全球。”

12 月 27 日,乔·拜登总统签署了2022 财年国防授权法案,其中包括 HBTSS 的 2.56 亿美元。这笔资金将支持跟踪算法的持续开发,并开始组装将于 2023 年发射的红外传感器。L3Harris 和诺斯罗普·格鲁曼公司都将分别交付两个 HBTSS 原型,包括软件和硬件。然而,国会目前在 2022 财年的拨款问题上陷入僵局。如果政府无法达成协议,HBTSS 可能会被限制在 2021 年该项目的支出水平:1.3 亿美元,这笔款项可能会危及项目的进度。麻省理工学院核安全与政策实验室的研究附属机构高超音速专家大卫赖特说,在这种情况下,五角大楼可以将现有系统拼接在一起,以提供类似 HBTSS 的东西。

“拥有 HBTSS 会很好,但我不清楚它是否为您提供了独特的功能,”Wright 说。他解释说,HBTSS 所承诺的能力也可以在没有新的天基计划的情况下通过依靠放置在正确位置的地面传感器来实现。这可能涉及仔细定位配备强大雷达的船只,以扩大防御区。“我认为这是一个我可以想象军方想要的系统,因为他们希望能够持续跟踪这些系统——它可以在[地面]雷达范围之外进行跟踪——但我不相信这是必要的,”赖特补充道。

安全世界基金会的军事太空专家维多利亚·萨姆森(Victoria Samson)同意有必要在其整个飞行路径中跟踪高级威胁,但指出 HBTSS 的倡导者可能低估了应对这一备受瞩目的挑战的任务。“我认为它比支持者所允许的要复杂得多,在 [操作] 要求中增加高超音速可能比其他任何事情都更能体现其在国家安全人员中的知名度提高,”萨姆森说。

除了传感器,五角大楼正在重新考虑击败高超音速滑翔飞行器所需的制导导弹。2021 年 5 月下旬,MDA 透露它已将目前部署的Standard Missile-6认证为航母打击群用来对抗高超音速滑翔飞行器的最后一道防线。2021 年 11 月,MDA 聘请了三家公司来推进一种新武器的设计,称为滑翔相位拦截器,旨在应对高超音速威胁。这在洛克希德马丁公司、雷神公司和诺斯罗普格鲁曼公司之间展开了一场三方竞争,以在十年内部署一种新武器。

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