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自由共和國》廖宏祥/美俄延長「新戰略武器裁減條約」與中國的極音速武器

美國研發的 極音速武器,美軍研究四種發射方式, 空射型最快2022年底服役。(法新社檔案照)

廖宏祥/曾任麥道航太駐台代表、戰爭學院榮譽講座

中國的東風17。(歐新社檔案照)

俄羅斯國防部官方網站於2018年3月11日拍攝的鏡頭中,俄羅斯的超音速導彈在俄羅斯南部的一次測試中成功飛行。(美聯社檔案照)

美俄雙方已於一月底同意延長《新戰略武器裁減條約 》(New START) 至二○二六年。美國曾要求中國加入該條約談判但遭到拒絕。而中國在過去的十五年已積極發展極音速武器。

極音速武器是指能夠以超過五倍音速飛行的武器。它有兩類:極音速滑翔飛行器和極音速巡弋飛彈。前者以彈道飛彈助推到高空,然後將飛行器與助推器分離開,接下來以滑翔方式操縱到其目標。後者則從噴射機或火箭發射,在達到超音速後點火「超燃沖壓發動機」以實現極音速。

中國的極音速技術發展

為了開發極音速技術,中國科學院力學研究所於二○○八年啟動「復現高超聲速飛行條件激波風洞」計畫,並於二○一二年開始運行其JF-12「高超聲速激波風洞」。二○二○年四月中國《國家科學評論》暗示該風洞被用於開發「星空-2」飛行器。

該風洞能覆蓋五到九馬赫速度,和二十五到五十公里高度的飛行包絡線。其溫度可達攝氏三千度,測試時間一三○毫秒,以收集高速流場、衝擊結構和其它氣動力學數據,有助於分析熱燃特性,如火焰穩定度和燃燒恢復溫度等。

中國文獻稱JF-12的性能優於美國太空總署(NASA)的極音速風洞(HTF)。然而NASA自一九八○年代即擁有該技術,因此此一說法令人懷疑。例如,他們聲稱JF-12的一三○毫秒是世界上最久的,其實有誤導之嫌,因為NASA用來設計X-43A極音速飛行器的風洞可承受兩個級數以上的測試條件。

過去由NASA格倫中心等美國研究機構,公開發表並在許多學術會議討論所創新的計算流體力學演算法。中國派出無數的技術人員參加這些會議,從中獲得了亟需的資料。因為設計極音速飛行器至少有三分之二的工作需要電腦模擬,因此美國毫無管制的公開關鍵技術,無意中幫助了中國在這方面的努力。在北京的全球競爭意圖下,西方研究學術界的做法所產生的反效果可想而知。

中國的超級電腦同樣也使用了美國設計製造的中央處理器、圖形處理器和記憶體等,以設計極音速飛行器。為了防止未受到《經濟間諜法》保護的類似事件繼續發生,美國必須儘早實施保障措施。

中國對極音速武器防禦的研究

解放軍急於發展極音速技術,但他們更擔心美國可能會在第一島鏈或第二島鏈部署先進的極音速武器,對中國構成直接威脅。因此負責防禦技術發展的中國航天科工集團第二研究院在二○一二年提出能防禦極音速武器的架構。

該架構的第一部分是優化的感測器網絡,能偵測一千公里範圍內的各種飛行器。儘管低軌道的紅外線感測器無法提供準確的三維坐標,但仍可作預警之用。第二是高速數據處理中心,能處理大量不同類型的數據,並實時區分雜訊和干擾。第三是高性能的指揮管制系統,可整合空域圖像,並能快速處理從感測器到攔截武器的指揮數據鏈。第四是地面、機載和低軌道攔截武器的混合體系。他們為此倡導地面防空飛彈和機載空對空飛彈,但對技術更複雜的低軌道武器則似乎沒有解決方案。

同屬航天科工集團的空空飛彈設計研究院遵循相同的美軍防禦概念,主張不但使用傳統的動能攔截器,也應運用定向能武器;因為它們具有低風險、低成本、快速反應和操作靈活性優勢。

受到美軍空載化學氧碘雷射武器平台的啟發,解放軍也認識到雷射武器在防禦極音速飛彈的價值,因為它可即時用光束照射並摧毀目標。但是安裝在飛機上的雷射武器容易受到振動和噪音的影響,造成雷射光束控制、高精度瞄準、追蹤、和快速損害評估不易等問題。同時機載攔截器的另一項挑戰是部署高效的火控雷達,以鎖定數百公里甚至數千公里外的目標。此外,極音速飛行器通常用陶瓷基複合材料屏蔽,尤其在鼻錐體部分,以保護結構不受高熱影響。而陶瓷耐高溫的特性可有效抵禦雷射光束的熱量,從而使雷射武器失效。因此美國雖然在二十多年前就已經開始研究,但進展仍很緩慢。

解放軍戰略支援部隊下轄的航天工程大學則建議用由預警機和地面雷達組成的現有監視系統進行早期偵測,同時部署陸基和艦載的高功率、高分辨率的長程相位陣列雷達,以偵測和追蹤如彈道飛彈彈頭和極音速飛行器的高速小型目標。與此同時,解放軍三一○○二部隊的工程人員也提出極音速飛彈防禦的類似架構。

解放軍火箭軍工程大學將攔截超音速武器分為四個階段。首先,預警衛星會偵測到敵方武器的發射,並立即發出警報並開始追蹤。其次,預警雷達接收來自衛星的數據,以檢測並獲取較精確的軌跡。第三,感測器網路將區別真目標與假誘餌,並將資訊傳給指管中心。最後,指管中心向可用於攔截的武器平台下達命令以攻擊來襲彈頭。

從這四個階段,他們提出了一些可資改進的方向,如預警、定位與追蹤,及攔截武器的導引系統。同時他們也遵循了美國國防部飛彈防禦局的策略,將極音速目標的彈道分為助推階段、中端階段和末端階段,並擬定相對應的技術發展方向。更重要的是,這些單位建議縮短解放軍指揮鏈的長度,改造成較扁平的指揮管制架構,以優化信息流並縮短反應時間。

雖然上述的中國開源出版物並未提供足夠細節,但它們提供粗略的系統操作概念。假如運用西方的系統工程,可完善這些概念並細化為工程開發的頂層系統需求。因為中國飛彈之父錢學森發展的系統工程論有其侷限,而西方的系統工程方法雖是公開的,但真正在航太國防領域有實戰經驗的華人畢竟不多,因此美國假如要防止這些人為中國效力應該不太困難。

對美國與盟友的啟示—軍備裁減

中國的火箭軍工程大學認為極音速武器可以改變戰略平衡,並影響敵對國家的意圖和決心。因為解放軍認為極音速飛行器具有核武無法比擬的威懾力,美國應將極音速武器納入新的軍備裁減條約。但極音速飛行器目前並不在現有的條約範圍內,因此美國應與俄羅斯擴大《新戰略武器裁減條約 》,並說服中國加入。但目前中國沒有動機加入類似條約,因為解放軍擁有大量瞄準西太平洋美軍基地和盟友的短、中程彈道飛彈,而中國本土卻完全未受到類似的威脅。

在迅速變動的地緣政治環境,華盛頓應更新《飛彈技術管制機制》(MTCR) ,並改變其過分謹慎的政策,以協助鄰近中國的盟友,尤其是台灣,建構攻擊能力。此外,如果美國在任一島鏈部署極音速武器,北京將意識到戰略平衡的變化對其不利。用開啟冷戰序幕的肯南《長電報》來詮釋,共產黨徒「對理性邏輯無感,但對武力邏輯卻十分識相」。總之,除非中國能同樣感受到其鄰居所遭受到的「武力邏輯」,否則北京不會改變其威脅態勢。而這也正是美國能迫使中國共產黨政權參加軍備控制談判的實力基礎。

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