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2021/11/13 

軍事論壇

【軍事論壇】極音速飛彈發展 軍備競賽新階段
美國洛克希德•馬丁公司研發AGM-183A空射快速反應武器(ARRW)示意圖,不僅B-52或B-1B大型轟炸機可以攜帶,連F-15E系列戰術轟炸機也可掛載。 (取自美國空軍網站)

◎陸克強

 近期媒體報導,不少國家投入大筆經費研發次世代武器─「極音速飛彈」(HGV、HCM),引發各界關切。此款飛彈飛行速度是音速5倍以上,比起傳統武器更快更精準,也更難偵測與攔截,可能讓全球軍備競賽進入新階段。

  預警時間極短 反制難度高

  極音速飛彈原理早在第二次世界大戰末期,就有德國科學家提出類似概念。而在冷戰時期美蘇也都進行過許多實驗,受限於飛行控制計算能力和材料限制,美蘇後來都把主力放在能夠快速攻擊對方內陸目標的洲際彈道飛彈。但隨著反彈道飛彈能力增強,傳統彈道飛彈在終端彈道上,幾無法變軌的老問題重現。而新一代的反彈道飛彈系統已具有攻擊大氣層外彈道飛行階段的能力,這也是為何俄「中」對於美軍部署反彈道飛彈的反應,愈來愈激烈的主因。

 極音速飛彈和彈道飛彈最大的不同在於「再突入」階段,彈道飛彈在上升段推進結束後就讓酬載進入慣性投射階段。但是極音速飛彈在上升段推進器脫離之後,並非依慣性彈道飛行,而是重新突入大氣層開始極音速滑翔。根據設計目的和作戰需求不同,極音速飛彈的最高飛行速度可達10至25馬赫不等。而且設計上為增加操控機動性,某些尾段也會加裝小型推進發動機,不僅能夠延長極音速飛彈的射程,還能增加在終端彈道的機動性。這種加裝發動機的極音速武器設計又被稱為戰術助推滑翔體(TBG),理論上將能夠達到和現有巡弋飛彈相近的命中精度。

 由於極音速飛彈的飛行彈道位於大氣層邊緣和上層,成為目前反彈道飛彈系統難以對付的目標。過去只要能夠由早期預警雷達或衛星偵測發射地點和射角射向,就幾乎能夠推算出大概目標。但極音速飛彈涵蓋攻擊範圍增加到數倍甚至是數十倍,原本可執行區域反彈道任務的飛彈系統不僅會備多力分,且在攔截性能上,也無法應付更為刁鑽的極音速飛彈。

  雖然理論上極音速飛彈可藉由重複使用發射載具運送到上層大氣層之後,再藉由小型助推器發射,但是在考量發射時間和成本的狀況下,目前仍是以改裝現役彈道飛彈為主。也因此,極音速飛彈和傳統彈道飛彈的發射模式基本上無差別,只有到彈頭分離之後才能夠判斷究竟要面對的是什麼。

 彈道頂點遠低於傳統彈道飛彈

 雖然極音速飛彈的最高飛行速度可達10馬赫以上,但是和一般洲際彈道飛彈的彈頭突入大氣層速度相較仍慢許多。因此極音速飛彈的生存性並非只仰賴速度,而是依靠機動性和航速的綜合運用。尤其是如果有終端精確導引需求的話,極音速飛彈還必須進一步降低飛行速度,才能夠讓各種感測器發揮作用。因為在極音速狀況下,彈體周邊的空氣將會因為高熱而電離化,遮斷大多數的電磁波頻譜。雖然極音速飛彈在射程中斷的飛行軌跡難以捉摸,但是當接近目標之後,為了讓感測器發揮作用而降速。再者,飛行動能也因機動和空氣阻力持續消耗,如果目標有性能足以使用的區域防空系統加上預警資料鏈協助的話,要進行終端彈道攔截的可能性反而比對抗傳統彈道飛彈的機會要大。

 極音速飛彈的另外一項優勢,就是彈道頂點高度遠低於傳統彈道飛彈,因此對於陸基長程預警雷達來說,搜獲極音速飛彈的有效距離將隨之大幅縮短,代表敵方需要投入更多預算和資源建立與維護空載及軌道監視預警系統才能夠有效發現極音速飛彈。以現有陸基或海基早期預警雷達,一般可在命中14分鐘前偵獲射程3500公里左右的彈道飛彈發射軌跡,但如果換成飛行高度較低的極音速飛彈,有效預警時間就僅有4分鐘。這對於機動目標或固定目標而言都是非常短的預警時間,也代表現有對抗傳統洲際彈道飛彈的大型早期陸基預警系統和固定式反彈道飛彈基地的作戰效能將顯著衰減。

 極音速飛行的運用限制

 雖然極音速飛彈具有無可否認的戰略優勢,但是並非絕無缺點。其中最大的問題就是在突入大氣層滑翔時的機體高熱,除了邊界層電離化問題會干擾通訊與導引系統運作外,更大的麻煩是會讓結構產生高熱,影響空氣動力外型和結構強度。雖然彈道飛彈的彈頭在重返大氣層時也必須承受高熱,但因時間只有幾10秒,要解決耐熱問題並不困難。可是極音速飛彈至少有80%的飛行路線都是在大氣層內,這表示載具將必須承受長達數十分鐘的高熱。換言之,極音速飛彈的彈體結構和表面材料都必須使用更高級的輕量化耐高溫材料製造,而且載具內部還必須強化航電冷卻系統才能確保有效運作。

 另外,極音速飛彈還有感測器的問題要解決,這代表得採用伸縮式遮罩設計,等減速降溫之後才打開。再不然就得研發能夠同時承受長時間耐超高溫,並且能夠讓所望電磁波頻譜穿透的新式遮罩。而這一切都需要材料學和航空工程學的突破與巧思才能達成,絕非一蹴可幾。除此之外,極音速飛彈必須面對的另一關鍵問題就是飛行操控。在大氣層邊緣或高高空以極音速飛行時,載具需要處理震波和邊界層的複雜交互影響關係,而且由於極音速飛彈的體積遠小於太空梭之類的大型載具,只要輕微的氣動力外型變化,就可能影響飛行穩定性,因此極音速武器的設計,必須在兼顧體積與重量限制的條件下,能在高溫下保持足夠強度。

 除此之外,若是以精確點目標打擊為考量的話,極音速飛彈還必須考量到減速和低高度飛行操控的需求。就目前的實驗數據顯示,若是極音速飛彈要達到跟現役聯合直接攻彈藥(JDAM)相近的精確度,終端彈道速度勢必得降到3馬赫以內,才能夠有足夠的時間完成目標鎖定和終端彈道修正。極音速飛彈必須要預留減速飛行時間和空間,因此會增加在接近目標時的脆弱性。

  大國競相投入研發

 即便極音速飛彈有其先天的弱點和技術門檻,但由於兼具彈道飛彈的快速全球打擊能力和巡弋飛彈的作戰彈性,因此除了中共的DF-ZF載具之外,美軍成功進行3項極音速飛彈零件原型的測試,將為發展新武器提供資訊。美國洛克希德•馬丁公司研發AGM-183A空射快速反應武器(ARRW),也就是極音速飛彈。據報導,不但B-52或B-1B大型轟炸機可以攜帶,連F-15E系列戰術轟炸機也可以掛載。目前AGM-183A的整體尺寸過小,助推火箭僅有1節,射程推估僅約800公里,未來如改以2節式火箭推進,即可大幅度增加射程。

  除美、「中」之外,俄羅斯、北韓也積極投入極音速飛彈的發展,澳洲計畫與美國合作,打造飛彈及相關系統,規模高達1000億美元,其中一項正是極音速飛彈。日本亦展開極音速飛彈相關研究,防衛省副大臣視導防衛裝備廳,官方推特刊出照片,可看出彈體及內部配置的飛彈模型,顯示日本已經具備相關研發能量。因此極音速飛彈勢將成為未來西太平洋地區高強度衝突的影響要素,也是對於傳統核武戰略鐵三角的挑戰。

(作者為軍事作家)

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