不容小觑！美“萨德”系统战略布局与覆盖性能分析
不容小觑！美“萨德”系统战略布局与覆盖性能分析
“反导前锋-“萨德”的前生今世”对萨德系统进行了系统介绍，那么萨德系统到底具备什么样的能力？它的战术性能如何？笔者结合中外资料跟大家一起分析一下。先看个视频，在系统回顾一下萨德系统的情况。
一、部署历程
THAAD系统是目前唯一一种既能在大气层内也能在大气层外拦截来袭弹道导弹的武器系统。THAAD研制计划始于1987年，2007年进入生产阶段，2008年5月开始装备美国陆军。目前，美国共部署了5个THAAD导弹连。其中，1个部署在关岛，4个部署在德克萨斯州布利斯堡。每个THAAD导弹连由6部发射车（每部发射车为8联装），48 枚拦截弹，1部AN/TPY-2 雷达，火控与通信系统（TFCC）组成。
“萨德”系统AN/TPY-2雷达全球部署示意图
美国陆军最初计划购买9部用于THAAD系统的AN/TPY-2火控雷达和9部FBX-T前沿部署预警雷达，后调整至6部AN/TPY-2火控雷达和6部FBX-T雷达（共12部），详细叙述如下：2007年美国在日本北部青森部署了第一部AN/TPY-2（FBX-T）雷达，旨在应对朝鲜和中国的导弹威胁。不过一个THAAD反导营的标准配置是6套发射架，而部署日本关岛的这套系统仅有3套发射架，这可能成为今后驻外防区的标配。AN/TPY-2雷达有助于完善日本的雷达警戒体系，提升日本对周边空域的监控能力。2008年9月28日在以色列南部的内盖夫沙漠部署了一部FBX-T 雷达。2011年9月14日，土耳其宣布将在其东南部马拉蒂亚省部署一套FBX-T预警雷达。该雷达朝向伊朗，距离伊朗西部边境约700千米，可覆盖伊朗全境以及外高加索部分地区。一旦发现目标，该雷达能在第一时间将探测数据传送给位于罗马尼亚的发射阵地，另外部署在地中海的“宙斯盾”舰船也可通过“协同作战能力”（CEC）网络接 收来自该雷达的预警数据。土耳其位于地中海和西欧境内，此处部署 FBX-T雷达，其目的在于与“宙斯盾”舰船和“标准-3”拦截弹一起增强欧洲南部及整个欧洲地区的弹道导弹防御能力。截至2012年3月，美国共交付了7部生产型AN/TPY-2雷达。部署在美国本土4部，包括2个THAAD连各1部，太平洋威克岛和阿拉斯加州的朱诺各配备了1部，用于导弹防御试验。2013年初，美日决定在日本中部京都附近再部署1部同样的预警雷达，并在横田机场设立了一个联合行动协调中心。预警雷达的预警信息可通过该协调中心传送给美国，增加美军的反应时间，进一步增强美军的导弹防御能力。2014年，雷神公司继续升级 AN/TPY-2雷达的硬件和软件，提升系统的信号处理和数据处理能力，将一部升级版处理器集成到一个电子设备单元（EEU）中，可使雷达更快、更精确地识别弹头与非弹头，其处理能力是上一代产品的5倍，且具有更好的未来升级空间。此外，这种电子设备单元采用了标准化设计，并非为单部雷达定制的产品，因此一旦某部雷达即使发生故障，这种EEU 可随时用于补缺，确保雷达覆盖的连续性。2014年3月、10月，雷神公司分别提前6个月交付第9部、第10部AN/TPY-2雷达，作为美国陆军第4个、第5个THAAD反导营的火控雷达，负责导弹搜索、检测、跟踪和识别，并引导导弹拦截。雷神公司正在建造剩下的2部 AN/TPY-2雷达，2016年将交付第 12部AN/TPY-2雷达，至此该雷达的总投产合同金额达7.53亿美元。
2016年7月7日由朴槿惠政府公布部署THAAD的决定，THAAD将安装在位于东南200公里处的星州县的韩国空军基地--汉城。经过当地居民的**后，空军基地的场地随后更改为在原州的前高尔夫乡村俱乐部。2017年4月提前启动，6个THAAD发射器中有2个在5月2日前投入使用。
二、 部署目的
反导武器首先是起到战略威慑作用，其次是起到摄取情报和监视、控制对方的作用。譬如美国和北约要在波俄边境部署 THAAD，那么俄罗斯欧洲大部分地区的导弹发射等活动都在THAAD雷达探测范围内，甚至还可实现在俄导弹上升助推段就进行拦截。美国现在到处恶炒“俄罗斯扩张”和“中国***”, 想方设法在中俄二国一些邻国部署THAAD系统，以便将这些国家都纳入他的导弹防御体系，达到监视中俄等国的目的。据美军方公布的数字，仅研制、采购、和部署2个营的 THAAD 系统，其全寿命费用就高达 185 亿美元。这笔钱连本带利都得捞回。美国如此高调推销THAAD，既想起到遏制中俄的作用， 又达到控制了这些盟国目的，并且还帮助美国发展军事工业，可谓一石三鸟。
美国的在欧部署反导系统已经完成了第二阶段工作，正在开展第三阶段的部署工作。韩国部署THAAD系统后，可直接通过美国在日韩部署的卫星站接收预警信息，建立预警信息的新通道，实现美国亚太地区反导体系的灵活快速反应，不仅能够强化在亚太反导系统的拦截能力，还能够提升导弹试验监视能力、目标识别能力、联合探测和早期探测能力、缩短导弹预警时间，为本土防御的多次拦截作战奠定基础。同时，美国在亚洲找到了分阶段部署反导方案的立足点，推进针对中俄的全球反导战略布局。
将THAAD系统部署在韩国境内，当探测目标反截面积达到1m ²以上，上升到足够高度时，THAAD对其探测距离可以达到2000千米，部署THAAD意味着美国将可以对中俄的相当一部分国土面积进行监视，大大威胁到中俄的战略反击能力。THAAD主要用于防御射程大于600千米的近程和中程弹道导弹，其最大作战高度150千米，最小作战高度40千米。而朝鲜半岛从南到北延伸全长1100千米，韩国首尔位于其国土面积中心靠北的位置，所以THAAD的部署显然不是针对朝鲜，因为朝鲜距离韩国太近了，根本用不上这种反导系统。这种反导系统，所针对的只有两个国家——中国和俄罗斯，其中首先是针对中国，这也是为什么韩国此前一直不部署THAAD的原因。
目前，日本的反导拦截系统由两部分组成，一是由部署在海上的宙斯盾舰发射“标准 3”迎击导弹，在大气层外将敌方的攻击导弹摧毁。如果这一拦截失败的话，由在地面部署的“爱国者”PAC3 反导导弹进行再度拦截。如果日本部署“萨德”末端高空区域防御系统，将填补“标准 3”海基中段拦截导弹与“爱国者”PAC3 末端低层拦截导弹之间的拦截高度空白，将有效完善日本的反导拦截网[10]。
日本一直以防范朝鲜导弹为借口来推进反导建设，其实就朝鲜目前的导弹水平，还无法对日本形成致命的威胁，更不要说打到美国了，显然日本如此不遗余力地构建多层次的导弹拦截网真正用意还是针对中俄。
日本之所以成为美国在亚太推进反导计划的急先锋，积极谋求引进“萨德”反导系统，配合美国的亚太再平衡战略，就是因为日本看到了自己对于美国的重要性，想借机突出自身的战略价值。
日本地处东北亚第一岛链核心区域，如果在日本境内部署“萨德”系统，将可帮助美国填补该区域的陆上反导空白，在本土前沿形成海陆空反导网，可全方位拦截来袭导弹。总之，积极拉拢日韩部署“萨德”反导系统是美国实施“亚太再平衡”战略中的重要一环。在亚太地区，不仅是日韩，美国甚至还鼓动中国台湾、菲律宾部署“萨德”系统，企图打造一条从阿拉斯加经日本、韩国和台湾到澳大利亚的“反导弧”，其最终目的在于遏制中国快速增强的军事力量。
三、对我国及其他国家的影响
美国萨德系统的全球部署，首先的起到的影响就是战略威慑作用，在其前沿部署雷达AN/TPY-2的覆盖范围内，美国可以更加肆无忌惮的以其“世界警察”的身份行事，让美国在这些地区的国际事务话语权和主动权更加巩固。
根据美方目前在全球部署萨德系统中AN/TPY-2雷达的态势来看，美国已经不仅仅满足于将萨德系统应用于本土防卫，导弹拦截等方面，以AN/TPY-2雷达强大的探测感知能力，在其探测范围覆盖下包括我国在内的多个国家的导弹发射、试验等任务，美国将第一时间掌握情况，甚至有能力在上升阶段就进行拦截。
美国在韩国部署THAAD系统的计划，强烈地影响了韩国与其邻国的关系，特别是反对其部署的中国的关系，将其视为美国战略利益的延伸。朝鲜将THAAD的部署视为侵略行为，并通过进一步的测试加速了导弹和核计划。美国多次要求韩国引进和部署THAAD，第一步组成区域性导弹防御系统，下一步纳入正在建造的美日反导系统，最后纳入美国全球性的反导系统。这个系统名义上防御朝鲜，实际上剑指中国和俄罗斯。美国将 THAAD系统部署在韩国境内，比起部署在日本，大约又能向西、向北前推进、300千米的探测距离，能更方便地监视我国东北、华北、东南沿海大部分地区以及俄罗斯远东地区大部分的中远程导弹发射活动，因此遭到中俄的强烈反对和**。
美国国家科学院的报告中的给出了部署在土耳其、日本的AN/TPY-2和部署在英国、格陵兰、北达科他州和科德角的萨德的GBX（Stacked TPY-2）雷达的范围。该图显示了TPY-2雷达的作用距离约为1500公里，GBX雷达最大作用距离约3000公里，事实是否真的如此？这个作用距离可能是在什么样的条件下获得的呢？我们从雷达方程出发，一起来分析分析吧。
假设条件：
首先估计一下AN/TPY-2雷达的作用距离。假设雷达发射时间内采取20ms的相干积累，如果占空比为0.2，脉冲宽度为1ms的话，需要100ms的驻留时间。具体来说，假设在200 Hz的脉冲重复频率下实现20个1毫秒脉冲的完全相干积分。（然而，脉冲长度和脉冲重复频率的任何其他组合与雷达的平均功率和100毫秒的停留时间相一致，都会得出相同的结果。）假设所有其他参数要么是相对确定的，并且是对雷达作用距离最大化最为有利。
下面的雷达方程给出雷达最大距离和其他参数之间的关系，当然这个方程是最简单的估算雷达最大作用距离的方程。由于相控阵雷达其不同的工作模式所对应的方程是不同的，比如跟踪状态下的方程和搜索状态下的方程，这时候作用距离不但与下面所列参数有关系，还跟雷达的搜索空域、数据率、驻留时间等相关。
式各个参数的定义如下：
为了进一步简化雷达方程，我们假设相干积分没有损失，（Bτ）=1（即时宽带宽积为1），则雷达方程变为：
参数分析：
平均功率Pav：AN/TPY-2雷达平均功率取81000W。这是根据发射/接收模块的数量乘以每个模块的平均功率（取3.2 W）。已知AN/TPY-2模块数量为25344,由于没有公开发射模块平均功率，但是TPY-2天线中使用的模块似乎是第三代模块，第一代模块的峰值功率约为一般为6W，平均功率约为1.2W，第二代模块的峰值功率约为10W，平均功率约为2W，因此估计第三代模块的峰值和平均功率比第二代高60%，或峰值功率约为16 W，平均功率约为3.2 W。
天线孔径效率ρ: 天线孔径效率取0.8，这个数值可能很高，因为美国物理学会在导弹助推阶段研究中使用的AN/TPY-2雷达约0.65。
天线面积A：AN/TPY-2雷达天线面积为9.2平方米。
天线增益G：天线增益估计为103000（50dB），应该关系式G=ρ（4πA/λ2），其中波长λ=0.03 m。
积累脉冲数n：假设n=20个1毫秒脉冲的无损积分。
雷达截面积σ：假设目标是一个锥形弹头，雷达横截面在X波段为0.01 平方米。
噪声系数Fn：估计噪声系数Fn=1.4，相当于大约400 K的系统温度。2003年美国物理学会在导弹助推阶段研究假设系统温度为500 K（对于波束仰角刚擦过地面）。早期的X波段地面雷达（GBR）的系统温度为600 K（600 K/290K=2.1）。
脉冲重复频率fp：假设雷达发射模块占空比为0.2，与模块峰值和平均功率保持一致，假设脉冲长度为1毫秒，则得出则fp=200Hz。因此，对于相干积累20个脉冲的情况下，波束在目标的驻留时间是100毫秒。
信噪比S/N：考虑两种S/N情况。首先，S/N=20（13dB）低值（“检测”状态的典型值）和S/N=100（20dB）的高值（“识别”状态的典型值）。
目标波动损失ls：估计ls=8db=6.3。
由于GBX的平均功率、天线孔径和增益均大于TPY-2的两倍，其主要用于进行目标识别。因此，美国物理学会提出的GBX雷达的射程应比TPY-2雷达的射程大（2 x 2 x 2）0.25=1.68倍。
上图给出了AN/TPY-2（GBX）雷达在不同信噪比条件下的最大作用距离，由图可知，在检测信噪比为13dB的条件下：
AN/TPY-2雷达 的最大作用距离约为：860公里；
GBX雷达的最大作用距离约为：1448公里；
而在识别信噪比20dB的条件下：
AN/TPY-2雷达 的最大作用距离约为：576公里；
GBX雷达的最大作用距离约为：968公里；
上述最大作用距离值是在雷达波束的驻留时间100ms，相干积累20ms，目标RCS为0.01平方米的条件下获得的。
根据美国物理学会的包括GBX雷达的主要目的是用来进行目标识别，要求的信噪比在20dB。通过分析我们发现，在20dB信噪比、100ms驻留时间的条件下，GBX的对弹头目标（0.01平方米）最大作用距离只有约968公里，这跟其所宣称的3000公里的作用距离差距很大，而最大作用距离如果达到美国物理学会报告中所示3000公里范围所需的功率孔径增益积方面，则几乎差了约90倍，近两个数量级！即使将驻留时间提高到300ms，其最大作用距离也只有1200公里左右。因此这个3000公里的作用距离有可能是针对助推段导弹的，处于助推阶段的导弹雷达截面积要远远大于0.01平方米，假设目标雷达截面积为0.45平方米（液体导弹的截面积），驻留时间200ms，根据仿真分析，如下图，可以看出，当要求的识别信噪比在20dB时，GBX的最大作用距离可以到3000公里。
而对于萨德雷达而言，其中在13dB检测信噪比条件下最大作用距离约为860公里，20dB识别信噪比条件下做大作用距离约576公里。这个值在萨德雷达是“末端”（Terminal Mode-TM）模式下，与媒体所宣称的600公里左右的作用距离是相符的。
AN/TPY-2的潜力到底如何？
上述分析中860公里作用距离的估算，其假设条件如下：
弹头的雷达截面积为0.01平米
雷达的信号在目标的驻留时间为0.1秒
信噪比为20dB
这个结果显示TPY-2雷达能在860公里的距离上，一秒钟以内能实现对10个目标的探测与发现，然而这个0.1秒驻留时间的假设在TM模式或者FBM（前置部署）模式中都不适用。
在雷达的TM模式中，平均的探测距离约600公里，这个距离合理吗？在TM模式中，再入阶段，来袭目标或者是弹头或者弹头和碎片等一起下降。除非弹头再入发生翻滚，否则其RCS不会显著增大，其弹头的RCS会相对很小，可能比0.01平米还小。在TM模式下，萨德系统将TPY-2雷达作为一个火控雷达使用，雷达要对付的同时来袭的目标（弹头和碎片等）很多，并且雷达还必须具有探测跟踪新来袭目标的能力，因此在TM工作模式下在，TPY-2雷达的作用距离应该不会超过600公里，甚至更近。
在1500到1700公里的范围，主要是增加了雷达信号在目标的驻留时间，而驻留时间的增大，雷达对同时跟踪多目标的能力将下降，并且也没有考虑雷达在边搜索新目标边跟踪的状态下的性能下降。
在1800-2000公里的作用距离上，TPY-2雷达也应该采用更长的驻留时间来实现的。在FBM 前置雷达模式，雷达的主要任务是在更远的距离上跟踪远程导弹的助推段以及早期飞行段。然而在FBM模式下，雷达也应该具备搜索能力（及边搜索边跟踪能力），而这个能力会影响雷达的探测距离。无论是MDA还是其制造商都声称FBM模式主要是为了实现对弹道导弹助推段的探测。由于TPY-2雷达工作于X频段，而处于助推段的导弹一般具有比较的大的雷达截面积（弹头弹体尚未分离）。2003年美国物理学会助推段研究报告中使用0.094平米作为固体导弹的截面积，0.45平米作为液体导弹的截面积。在这种情况下，估算导弹的截面积由0.01平米增加9.4到45倍，这样即使用较短的驻留时间也能实现1800到2000公里的作用距离，即便是雷达需要使用一般的时间用于搜索探测。
由上图可以看出，当目标RCS为0.094平方米（固体导弹助推段），驻留时间为150ms（30脉冲积累）和300ms（60个脉冲积累）以及13dB检测信噪比条件下，雷达最大的作用距离可以达到1600到2000公里！
当目标RCS为0.45平方米（液体导弹助推段），驻留时间为50ms（10脉冲积累）和100ms（20个脉冲积累）以及13dB检测信噪比条件下，雷达最大的作用距离可以达到1800到2200公里！
因此当AN/TPY-2工作与前置雷达模式FBM下，在及边搜索边跟踪的情况下，由于雷达要分配额外的功率进行目标的跟踪，目标的探测性能会受到一定的影响，AN/TPY-2雷达对固体导弹和液体导弹的探测最大距离可以达到2000公里。
如果在助推段，目标的雷达截面积约为0.1平米，使用0.1秒的驻留时间，将雷达资源全部用于跟踪，理论上将TPY-2雷达应该是可以实现2900公里到3000公里的作用距离（跟踪距离）的。
从以上的分析可以看出萨德雷达不同的工作模式，其作用距离是不同的，位于末端TM模式下，其作用距离不超过600公里，位于前置部署FBM模式下，对于处于助推段的导弹跟踪的最大潜力作用距离约3000公里，搜索发现的作用距离应该不低于2000公里。
