【軍事博評】William:日本真有能力攔截朝鮮飛彈?淺談彈道導彈防禦謬誤

2017-10-14 09:30:19
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

 

早前朝鮮兩度試射火星12型中遠程彈道導彈,作全射程測試,兩枚彈都飛越日本北海道上空的宇宙空間,彈道最高點分別為550公里和770公里。無論陸上自衛隊還是海上自衛隊都沒有進行任何攔截,只是發出防空警報。

香港報紙及網媒界對此作了多番推測,例如以日本憲法的防衛原則、導彈沒有進入日本領空或不以日本作目標,或者以外交層面進行解釋等等。然而,幾乎沒有任何香港媒體由軍事角度解釋為何沒有進行攔截(甚至連外媒都沒有幾個)。事實上,就算日本想攔截火星12型,當時他們也沒有辦法,因為現時他們擁有的反彈道導彈系統根本無力對這個飛行高度的飛彈進行任何攔截。

現時日本可用的反導系統基本上只有金剛級神盾驅逐艦所用的SM-3 BLK1A型攔截彈,以及陸自用的愛國者3型末端攔截彈。由於火星12飛越日本時仍是中段彈道,從沒進入大氣層,愛國者3型自然無法攔截。情況較尷尬的是海自的神盾驅遂艦。

據資料顯示,最近北海道而又具彈道導彈攔截能力(BMD)的海自神盾驅逐艦,是第二護衛隊群第六護衛隊的霧島號,母港在東京的橫須賀,其餘三艘所屬的護衛隊都部署在日本南部,或者在長埼上塢維修(海自另有兩艘未具備BMD能力的神盾艦,正排期改裝)。

鑑於首都圈需要一艘反導艦艇長期坐鎮,霧島號很難離開防區太遠,而且第一次試射前幾天,友人剛遊橫須賀,看到霧島仍泊在泊位上。東京距北海道約1000公里,日本現在持有的SM-3 BLK-1A型攔截彈最大射程只有500至700公里,亦即是說,當日北海道對於彈道導彈防禦而言是「真空帶」,SM-3 BLK-1A型根本射不過去。

而且就算霧島就在札幌市,也幾乎無法有效攔截,因為SM-3 BLK-1A的紅外線動能攔截器要打到垂直高度550公里高空也極為勉強了(關於SM-3 BLK-1A的射程數據,可參看下面的圖表)。

行文至此,大概都沒有什麼懸念,可以收筆……且慢,在有關火星12飛越日本上空,以及有關彈道導彈攔截技術的報道當中,一般紙媒及網媒對攔截似乎都有個誤解,就是反彈道導彈的最大射程就是它的攻擊範圍,任何進入這範圍的東西都可以成為它的目標,這可是大錯特錯的。對地攻擊的彈道導彈當然可以「玩盡」最大射程了,因為目標根本不會走動,只要依據彈道學原理,輸入足夠的能量及射角,理論上就可以打到地球上任何一點。

然而無論是防空導彈還是反彈道導彈,它的目標都是極高速移動的物體。單以反彈道導彈的攔截與飛行特性來看,已有大量因素影響導彈的實際攔截距離及成功率。現時美國SM-3型攔截彈的基本攔截原理是:神盾系統在收到早期預警系統的報告後,將雷達波束收束並集中搜索近地軌道,一旦發現長程彈道導彈,就計算其軌跡及可能的攔截點,然後發射SM-3型導彈。導彈飛出大氣層後放出紅外影像導引的輕型外大氣層攔截器(LEAP),繼續飛向預定攔截點,到達攔截點前紅外尋的頭會搜索飛行中的彈體或彈頭,一經發現,便會啟動攔截器上的姿勢制禦火箭,修改軌道,最終撞上目標。

全攔截過程雖然歷時可能只有10-15分鐘,但因為中間變數較多,其實大大影響其攔截成功率。就彈道學原理而言,變數可包括以下幾項。

  1. 攔截彈本身的飛行包絡線:導彈本身的飛行時間、所能達到的射高、不同階段、不同角度所保持的能量與速度都嚴重影響導彈的實用有效射程。下圖是美國防務學者Joan Johnson-Freese根據SM-3 BLK 2 的飛行數據繪製出的導彈飛行包絡線(同時加入SM-3 BLK-1的包絡線),顯示導彈在不同射高下,其實際射程也大有不同,而且幾乎所有射線都顯示導彈在初段脫離大氣層(大約發射後100-200秒)具備最大的速度,而達到其最大有效射程大約2/3後,飛行速度會因為地球重力(1)及仍有少量的空氣阻力而大幅下降,所需飛行時間也愈來愈長,代表導彈所餘下的動能愈來愈少。正因為此,大部分反導攔截彈的最大有效射程事實上只有其最大射程的一半至2/3。

  1. 攔截態勢:和空對空導彈的「動態射程」相似,如果對方是直衝守方而來(或飛行路徑是一直接近守方的),攔截彈只要飛去預定的攔截交匯點,就有很大機會遇上目標,「射擊窗口」也相對大得多。然而,中段攔截涉及區域防衛,導彈很多時只是會飛越防區 / 有效射程、其落點多遠在射程範圍之外,而且導彈進入實際射程範圍時是遠離守方(通常是後半段)的話,與攔截彈的相對接近速度會大大降低,攔截彈要「追」上目標也愈加困難。

  1. 開火時間與相對速度之間的問題:大部分用作ICBM長程預警的雷達屬於波幅較寬的長波雷達,其最遠距離並未精確到可以準確計算導彈的軌道,通常要等攔截單位所用的波束較窄(或距離較近)的雷達進行更精確的定位,才可有效制導攔截彈進行攔截,然而礙於地球曲線的問題,對方飛彈要升到相當高度,例如上升到雷達可見的「地平線」,才能開始精確計算工作並預熱攔截彈。結果等接戰計算完成、發射飛彈時,彈道導彈在有效攔截範圍內已經飛行了相當時間並升至更高高度。加上之前述及的因素,「攔截窗口」容許的攔截機會可以比理想狀況少得多。

 

一個十分有趣的情況的是,如果敵方導彈發射距離較近(如上圖,模擬俄國在薩拉托夫附近發射SS-19時,波蘭發射陣地的發射窗口),上升速度夠快,就算早早升上雷達的「地平線」,由於彈道解算及導彈預備工作仍需一段時間(例如1-2分鐘,敵方導彈的距離與射高關係的軌跡上0s的點,代表攔截彈剛發射時(0秒)導彈的位置),有可能出現十分尷尬的局面:即使對方彈道導彈深入防區,己方就算發射攔截彈,都有可能「追」不到目標,白白讓對方繼續前進並飛離防區。

解決的方法不是沒有,例如將預警雷達空基甚至天基化,突破水平線的限制,強化現有陸基與海基的導彈預警體制(註3),美國就曾於2013年利用過SSTS-D進行過試驗,不過現時衛星仍只能用紅外探測器為導彈防禦系統提供初步數據(而不是更準確的雷達數據),而類似預警搜索雷達的重量都十分大,耗電高,現時的空基及天基平台均難以有效支持;另一個方法是反彈道導彈融入CEC能力(聯合接戰能力),導彈可先射出,然後由前線另一個已經先解算好射擊數據的平台(例如另一條更接近導彈的的神盾艦,或者陸上THAAD的X波段雷達)接力進行中繼導引,讓導彈能更早飛往目標預定軌道。SM-3 BLK 1A/B已經具備有限的CEC能力,但暫時只能對抗中程彈導導彈,至於未來反導真正主角SM-3 BLK 2,則暫未有消息,估計因為涉及更廣闊的空域的定位,進行CEC的難度會更大,需要更多時間研發吧。

除此以外,彈道導彈防禦其實還有十分多的變數,例如對方彈頭有沒有使用降低雷達截面積的措施(可以縮短守方偵察距離)、能否擕帶更多誘餌以增加對方的軌道解算難度、是否具備中段變軌能力(2)等等,故美軍將領亦坦言類似的反彈導系統(尤其是海基中段攔截)要在恰當的時間及恰當的地點出現,才能作出有效的攔截。

說回日本。這兩次火星12型彈道導彈的飛越,對日本幾乎沒有損失,反而進一步加強他們設置彈道導彈防禦系統的決心及說服力。現時日本已經與美國合作研發SM-3 BLK2型反彈道導彈,估計2020年前後研究將會完成,2025年前能作實際部署;另方面,日本亦打算像波蘭及羅馬尼亞一樣,向美國購入陸上版神盾反彈道導彈發射站,作為SM-3的發射平台,以分擔海基反導的神盾艦的負擔。這系統可以兼容SM-3及SM-2 BLK IV / SM-6(具備一定程度的短程及短中程彈道導彈內大氣層攔截能力,當然,以SM-2系列進行內大氣層攔截不是太好,因為這東西的內大氣層空速始終不夠快),同時進行中段攔截與末端大氣層內攔截。至於早前有意恰購的THAAD,日本可能因價格及成本效益問題而擱置購買了;再講,南韓現時部署的THAAD雷達亦可為日本反導系統提供更精確數據,減少他們自己解算目標軌道的時間,並更快作出反擊。

註1:現時SM-3的KEV最多只有10至15倍超音速,可還未達第一宇宙速度,即7.9公里/秒(大約是23倍超音速),結果仍會給重力「拉」回地面。

註2:一般人似乎以為彈道導彈變軌是對抗攔截的「神器」。事實上,變軌的確有助提高攔截難度,但本身亦存在很多弱點,例如:軌道變化過猛,可能令彈頭過載太大,失控解體;容易錯失原有目標;具多次變軌能力的彈頭要更為大型,變相減少可搭載彈頭數目等。而且以紅外線作為主要目標搜索手段的LEAP攔截器而言,愈大的彈頭其實是愈好的目標。

註3: 對於海基導彈預警系統,一般軍迷都會想起X波段海基導彈預警平台,不過一來這雷達當初是作為部署阿拉斯加的地基長程攔截導彈的配套,以朝鮮例子而言,南韓和日本都有雷達系統,這海基平台部署在日本海並不會把預警時間提前多少,而且前進部署有相當危險性。二來這系統似乎仍是處於測試階段,服役10年來並沒有做過長期的海上部署,對於突然的飛彈襲擊而言似乎.......

發佈於 軍事博評
By 2017-10-14

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