美军融合GPI与HBTSS系统提升反高超声速能力分析

导读：高超声速导弹路径的不可预测性、超过5马赫的航速与高机动性使其难于被探测、跟踪与拦截，加上相关技术的不断发展，对传统的防空系统构成了新的挑战。美国导弹防御局(MDA)正在致力于研究能够探测跟踪高超声速导弹等的新型传感器与拦截器技术，以建立针对高超声速导弹等的“分层”防御体系。

美军融合GPI与HBTSS的反高超声速能力计划分析

导弹防御局 (MDA) 仍在持续构建导弹防御系统 (MDS) 的组件，测试其能力，并计划应对不断演变的高超声速威胁。

MDA 应对高超声速威胁的努力包括研发部署滑翔阶段拦截器 (GPI) 与高超声速和弹道跟踪空间传感器 (HBTSS)。其中：

• GPI是一种导弹，被设计用于在高超声速武器的滑翔阶段将其击落，该型概念适合MDA的导弹防御架构，可为作战人员及其盟友提供可靠的分层防御，以抵御区域高超声速导弹威胁，将由使用宙斯盾武器系统的舰船集成垂直发射系统发射，相关目标细节则将可能首先来自于HBTSS这类空间传感器;
• HBTSS是一种基于空间传感器的概念，将能够探测导弹发射，以及第一、第二和第三级分离，能用于跟踪高超声速武器的独特飞行路径，可以帮助GPI找到目标，并在高超声速导弹飞向目标时，在几秒钟内将目标信息传递出去 。

美国国防部计划通过将GPI与HBTSS集成，构建具备全球范围内探测、跟踪高超声速威胁等能力的太空架构，以实现GPI一旦由美军驱逐舰上的宙斯盾弹道导弹防御系统(BMD)发射，其将能够连接到HBTSS以获取更新的跟踪数据，并且能够在威胁离预定目标太近之前将其摧毁。

滑翔阶段拦截器(GPI)的技术分析

美国海军已经以标准-6(SM-6)导弹的形式部署了高超声速防御能力，并声称该型导弹可对高超声速导弹进行末段拦截，但现阶段部署的SM-6导弹射程有限，因此美军提出的滑翔阶段拦截器(GPI)概念，旨在实现在比海军现阶段部署的高超声速防御能力更远的距离进行拦截，由此允许防御舰船推迟交战窗口，从而能够提升舰船的自我防御能力。

GPI是一种防御性高超声速武器，GPI将从海军的宙斯盾巡洋舰上发射，并被设计用于在高超声速导弹的滑翔飞行阶段，即在高超声速导弹再入地球大气层，以超过 5 马赫的速度在大约 70 公里的高度滑翔飞向预定目标的阶段，对高超声速导弹进行拦截。

GPI计划是美国导弹防御局(MDA)于 2019 年 12 月开始的区域滑翔阶段武器系统(RGPWS)计划的后续计划，着眼于“概念研究，以了解针对高超声速威胁的动能和非动能机会”。有关 GPI 所需能力的细节披露有限，在此仅依据调研资料对该型高超声速导弹拦截器的研究基础、关键设计要求以及系统集成技术进行梳理。

梳理可知，GPI将基于RGPWS的研究基础以及三大承包商的技术积累开发，并将使用经过验证的宙斯盾平台，提供区域高超声速导弹防御。“宙斯盾”系统已经配备了可以同时执行搜索、跟踪和导弹制导任务的大功率雷达，GPI与该系统的集成， 将为海军的尖端防御系统增加另一项强大的能力。只是尚不清楚GPI和RGPWS是否与美国国防高级研究计划局(DAPRA)的“滑翔破坏者”高超声速防御计划有关。

诺斯罗普·格鲁曼公司、洛克希德·马丁公司和雷神技术公司于2021年9月被MDA选中设计GPI，三个公司还于2021 年 11 月就 GPI 概念设计与MDA签订了其他交易协议。其中：

• 雷神技术公司将应用来自其现阶段正在开发的高超声速打击武器的数据来帮助加速 GPI计划的实施;
• 洛克希德·马丁公司将其在开发和部署终端高空区域防御以及THAAD 武器系统方面的成功经验，与其宙斯盾武器系统专业知识相结合，开发GPI。

MDA局长希尔表示，GPI计划尚处于初期阶段，相关工作仍处于采收过程的早期阶段，但计划在2022财年实现几个重要里程碑，包括系统需求审查和进入技术开发阶段，并计划在2022年夏末之前确定继续执行该计划的国防承包供应商及其相关提案。

根据MDA的声明可知，雷神导弹和防御公司分别获得2097万美元、洛克希德马丁公司2094万美元和诺斯罗普格鲁曼公司1895万美元。每个供应商必须在2022年9月之前提供原型的概念设计。据悉，雷神技术公司所属的雷神导弹与防御公司已2022年9月于完成了GPI原型系统需求评审，并将开始进行GPI的初步设计。该公司的GPI概念采用了低风险设计，即使用已在“宙斯盾”舰上部署的成熟“标准”导弹技术，同时开发了适用于高超声速环境所需的关键技术。而其他两家公司的进展尚未见信息披露。

MDA还计划将2022财年预算中的1.36亿美元用于拦截器的研究、开发、测试和评估。并在2023财年为反高超声速技术申请了约2.25亿美元，其中包括GPI计划的资金。据点名报道，MDA还在提交给国会的未拨款优先级清单中将3.18亿美元用于这些类型的能力。

MDA只是透露GPI有可能在21世纪30年代投入使用，其速度、承受极端高温的能力和机动性将使其成为第一款旨在应对这种先进威胁的导弹，有望弥补美海军末段拦截弹 SM-6 与陆军战区高空区域防御(THAAD)的射程较短这一不足。

并且，MDA不仅计划将GPI与HBTSS集成，还计划将GPI安装到陆基导弹防御系统中。

HBTSS反高超声速能力研究最新进展

高超声速和弹道跟踪空间传感器(HBTSS)，是一个由数十颗在轨卫星组成的大型卫星星座，是“下一代高轨持续红外预警系统”过顶持续红外(OPIR) 多层卫星星座的关键部分，旨在感应热信号，能够规避由于距离地球较近而导致的有限视野问题，实现全球覆盖，提供连续监测与跟踪，从而能够实现从导弹的初始发射阶段开始对其进行识别和跟踪，直至完成对导弹的拦截。

图注：HBTSS提供对高超声速威胁的连续跟踪和切换，以便能够瞄准从陆地、海上或空中发射的敌方导弹的概念图

高超声速和弹道追踪空间传感器(HBTSS)，是一个由数十颗在轨卫星组成的大型卫星星座，构成了“下一代高轨持续红外预警系统”头顶持续红外(OPIR) 多层卫星星座的关键部分，旨在感应热信号，帮助识别和跟踪导弹从初始发射阶段直到拦截，能够规避由于距离地球较近而导致的有限视野问题，实现全球覆盖，提供连续监测与跟踪。

美国国防部将该传感器作为优先投资项目，源于其能够提高几乎所有导弹防御系统的效率，通过有效的轨道规划，该型传感器将有望持续监测、跟踪弹道导弹和高超声速武器，并提供目标数据，从而进一步完善美国导弹预警体系。

• HBTSS采用了一种“信噪比”算法，能够检测、区分和追踪现阶段的导弹防御体系结构无法处理的高超声速武器威胁;
• 将采用比现有系统性能提高100倍的红外传感器(将其置于近地轨道上)，以减小探测距离，提高探测精度，降低探测时间延迟;
• 当受到其他OPIR系统的干扰时，HBTSS的这些卫星甚至可在“近全球范围”的威胁进入美国地面防御系统作用范围之前实施跟踪;
• 但HBTSS需能够消除杂波，有效检测威胁，还需能够在不同的航天器之间实现有效传递跟踪数据，并管理数据。

梳理可知，HBTSS传感器将跟踪高速滑翔阶段的导弹，将跟踪和定位信息输入一种传感器融合架构——弹道导弹防御过顶持续红外架构(BOA)，相关数据以近乎实时的方式不断更新，并被用于跟踪高超声速导弹。目标相关数据最终将通过BOA以及MDA独立的指挥与控制、战斗管理和通信(C2BMC)网络，利用卫星通信转发给海军宙斯盾弹道导弹防御系统和陆军战区高空区域防御拦截器等射手。

诺斯罗普·格鲁曼公司已经于2021年11月完成了HBTSS原型的关键设计审查 (CDR) ，建立了精确、及时的传感器覆盖技术方法。同时该公司还于2021年被MDA授予了一份价值 1.53 亿美元的 HBTSS 项目 IIB 阶段部分合同将继续发展HBTSS的能力，以支持作战人员火控质量数据需求，并将在HBTSS原型卫星的发射和早期轨道测试中验证灵敏度和火控服务质量，以支持高超声速威胁杀伤链的构建等。

MDA正在研究如何使HBTSS 和 GPI共同克服传感器间隙问题，同时能够在比现阶段更远的距离上应对威胁，还计划于2023 财年第二个季度与美国太空部队和太空发展署合作，发射两个原型高超声速和弹道跟踪空间传感器，并进行数月的在轨测试，以验证其持续跟踪和快速处理对高超声速威胁的观察的能力，以及有效传递信息以拦截导弹的能力。

此外，SDA也在同时发展一项初期导弹预警网络项目，其最终目标在于部署由70颗广角视野(WFOV)卫星组成的大型星座，并早在2020年10月授予L3哈里斯公司价值1.93亿美元的合同，为SDA制造初期计划的8颗WFOV卫星中的4颗，SpaceX公司则制造另外4颗。

据称，未来SDA的WFOV卫星将与MDA的HBTSS协同工作，即由WFOV进行目标的初步探测与跟踪，为HBTSS提供提示数据，确认后将由HBTSS卫星进行后期探测，并为拦截弹提供更为精确的火控数据。

小结：MDA正在致力于开展滑翔阶段拦截弹(GPI)与高超声速和弹道跟踪空间传感器(HBTSS)计划的研究工作，以提升高超声速武器防御能力。旨在实现由HBTSS探测高超声速导弹发射和与助推器分离的第一、第二和第三阶段，将信息实时传递给弹道导弹防御系统过顶持续红外架构(BOA)，创建高超声速滑翔导弹的轨迹，并通过卫星通信由BOA和指挥控制战斗管理通信系统(C2BMC)把火控质量数据发送给宙斯盾舰，最终发射GPI实现高超声速滑翔导弹的有效拦截。然而高超声速滑翔导弹的防御极具挑战性，如何使HBTSS和GPI共同克服传感器间隙问题，同时能够在比现阶段更远的距离上应对威胁就是MDA现阶段亟待解决的难题之一。(来源：北京蓝德信息科技有限公司 研究员 姜林林)

主要参考文献

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2 Better Oversight and Coordination Needed for Counter-Hypersonic Development.2022.

3 Raytheon, Northrop, Lockheed to compete for hypersonic interceptor.2021.

4 Missile Defense Agency Lays Out How It Plans To Defend Against Hypersonic Threats.2021.

5 US Selects Top Defense Firms To Develop New Interceptor System That Can Kill ‘Chinese, Russian’ Hypersonic Arsenal.2021.

6 Pentagon's Emerging Glide Phase Interceptor Will Destroy Hypersonic Missiles.2021.

7 Satellites Will Deliver Critical Information to Intercept Hypersonic Missiles.2021.

8 MDA Requests Contractors to Submit Sea-Based Missile Interceptor Concepts.2020.