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極音速飛彈與雷射炮:即將改變未來戰場的新武器

2019年中共建政70年舉辦閱兵大典,圖為東風17型極音速飛彈。 圖/美聯社
2019年中共建政70年舉辦閱兵大典,圖為東風17型極音速飛彈。 圖/美聯社

中國於去年國慶閱兵中展出東風17型極音速(Hypersonic)飛彈、俄羅斯第一個先鋒(Avangard)極音速飛彈部隊也正式成軍服役後,美國代理海軍部長湯瑪斯.莫德利(Thomas Modly)日前向海軍各單位發出一份備忘錄,提到美國已經像1957年一樣,又處於「衛星時刻(Sputnik Moment)」之中。當時蘇聯搶先發射了世界上第一枚人造衛星進入地球軌道,讓美國在太空科技的競爭中處於落後的危機。這一份備忘錄明確顯示,美國對於目前極音速飛彈的發展落後於中、俄兩國,有很深的危機感。

美國2021會計年度的國防預算草案最近出爐,五角大廈新編列了32億美元以加速發展各型極音速武器,其中多款極音速飛彈將從今年開始試射。美國急起直追的強烈企圖心,說明了極音速武器已成了兵家必爭之地,更將是未來主導戰場勝負的重要武器之一。

極音速武器的特性是速度超越5倍音速,如俄羅斯就宣稱,先鋒極音速飛彈的終端速度高達20倍音速。這種高速可以輕易突破世界上所有的防空系統,換言之,目前沒有任何一個國家有辦法反制這種新型武器。

前後線模糊,極音速飛彈將改變戰場生態

過去的彈道飛彈難以攔截,原因在於彈道飛彈的彈頭重返大地層後,會以數倍於音速的高速落下,舊型的防空飛彈系統就算偵測的到,也沒有足夠時間反應。

不過隨著相位陣列雷達的進步,防空飛彈的反應速度越來越快,新型的防空飛彈系統逐漸能攔截到垂直落下的彈道飛彈。但是極音速飛彈比彈道飛彈更難以防禦,除了極音速飛彈的速度更快以外,還有另外兩個極為關鍵的原因。

其一,傳統的彈道飛彈是以幾乎垂直的方式落下,縱然少數的彈道飛彈有變軌欺敵的能力,但整體來說,彈道飛彈的彈道較好預測。而且這種拋物線式的彈道,飛行時間也較長,讓攔截方有較為充裕的反應時間。

然而,極音速飛彈的彈道低伸,攻擊的角度不固定,再加上很有可能會如目前的反艦飛彈或巡弋飛彈一樣,在彈道末端會進行蛇行式的閃避動作,以避免遭到攔截,更大幅加深了反制這種武器的困難度。

其二,彈道飛彈的拋物線彈道很高,多數的彈道飛彈都會先衝出大氣層,再落下重返地表。飛這麼高的彈道飛彈會是很醒目的目標,長程預警雷達能不受地球曲率的影響,有效偵測到彈道飛彈來襲。

極音速飛彈卻不同,發射以後不會離開大氣層,在大氣層的邊緣處就會釋放出極音速彈頭,這種被稱為極音速滑翔載具(HGV)的彈頭,會高速俯衝而下,達到5倍音速以上的速度。這樣的彈道特性導致了長程預警雷達難以偵測到極音速飛彈。

彈道飛彈與極音速飛彈的不同彈道特性示意圖。 圖/作者提供、鳴人堂後製
彈道飛彈與極音速飛彈的不同彈道特性示意圖。 圖/作者提供、鳴人堂後製

極音速飛彈除了速度快,另一個特點是攻擊距離極長,動輒有1、2千公里的射程,傳統的目標獲取方式已經沒有辦法滿足極音速飛彈的作戰需求。

也就是說,發射單位無法依靠自己,取得這種遠距離目標的座標資訊,更難以識別這個目標是敵是友。比較可行的兩個解決方案,一是利用在太空中的衛星,二是以戰區資料鏈來串連前方的偵察單位與後方的發射單位。

衛星的好處是居高臨下,對於整個戰場一覽無遺,缺點是即時性較差,對於固定目標比較有用,在面對會快速移動的敵方艦艇或機動型飛彈發射車時,很可能在衛星傳回空拍影像,進行處理判讀後,已經失去作戰的時效性。

而戰區資料鏈的優點是傳輸快,能將目標資訊即時分享給戰區內的所有單位,還能連結無人偵察機、水面艦艇與空中預警機。但缺點是要讓陸海空三軍的作戰單位都安裝資料鏈,會非常的昂貴,而且在廣闊的戰區中有訊號如何中繼的問題。

由極音速飛彈的這些特性,已經可以看出這款武器將如何改變戰場生態。未來前線與後方的界線將會趨於模糊,前方單位可以指揮上千公里外的極音速飛彈攻擊目標,三軍協同作戰將會變的非常重要,甚至延伸到太空中。

資訊傳遞能力將決定攻擊速度,在戰場上沒有一個地方是安全的,隨時都可能受到極音速飛彈的攻擊。戰事很可能在開戰後的幾個小時內就分出勝負,勝出的一方在短短的時間裡,就利用極音速飛彈摧毀大部份的敵方目標,戰爭會以5倍音速以上的速度進行,大幅壓縮戰場上的時間與空間。

俄國超高音速飛彈2019年12月27日正式服役。 圖/擷自影片
俄國超高音速飛彈2019年12月27日正式服役。 圖/擷自影片

雷射炮反制極音速飛彈?

面對極音速飛彈來勢洶洶的威脅,俄羅斯與美國也不斷積極研發反制與攔截的可行方法。由於地面發射的防空飛彈,需要一段時間讓飛彈爬升並加速,與高速來襲的極音速飛彈相比,反應速度實在太慢,很難有效攔截。

所以,俄羅斯提出的新構想,是以MiG-31攔截機或未來的MiG-41攔截機,掛載新型的長程多功能攔截飛彈,由空中發射以縮短反應時間。至於美國方面,則偏向使用雷射等高能量武器;因為雷射以是光速前進,速度遠比極音速飛彈還要更快,攔截的成功率在理論上應該會更高。

美國從十幾年前就注挹大筆經費發展雷射武器,近幾年更不斷進行測試。陸軍正在全力研發的「高能雷射戰術載具驗證車(HEL-TVD)」與「高能雷射機動驗證車(HEL-MD)」等系統,已在測驗中多次成功擊落來襲的飛彈與火炮。

空軍裝載在軍機上的「自衛型高能雷射驗證系統(SHiELD)」,也已完成擊落空對空飛彈、地對空飛彈的實驗。海軍則在去年於波特蘭號(USS Portland)船塢運輸艦上,安裝「固態雷射技術成熟化計畫(SSL-TM)」所發展出來的雷射炮,並出港進行海上測試。美國對於發展雷射武器非常積極,目前也領先全球,很有可能會在未來幾年內開始小規模量產服役。

美國陸軍全力研發中的「高能雷射戰術載具驗證車(HEL-TVD)」。 圖/Lockheed Martin
美國陸軍全力研發中的「高能雷射戰術載具驗證車(HEL-TVD)」。 圖/Lockheed Martin

雷射炮的特點在於技術門檻很高,初期要投入的研發成本驚人,也需要龐大且穩定的電力系統支援。可是在使用時,每一次發射的成本非常低廉,遠比目前一枚動輒要數萬美金的精凖炮彈要便宜太多,而且再填裝的速度也比傳統火炮要快許多。

特別是雷射炮還有一個很重要的特性,那就是大型雷射炮是由多組小型雷射光束所匯集而成,因此可以藉由控制小型雷射光束的數量,調整雷射炮的威力,以應付不同特性的目標並節省能源,這也暗示了未來的雷射炮可以精確選擇「干擾」、「擊傷」或「摧毀目標」,更有戰術應用上的彈性。

此外,雷射武器會受到重視,軍用無人機的快速普及是另一個重要原因。面對造價非常便宜的無人機,使用昂貴的防空飛彈來攔截並不划算,也因為造價如此便宜,很容易使用大量小型無人機進行飽合式的蜂群攻擊,讓防空系統來不及反應。

面對這樣的新威脅,最可行的反制方式仍是雷射或微波這種高能量武器,微波系統可以一次攻擊大範圍的無人機,干擾其電子裝置;雷射炮則反應速度快,單次發射成本便宜,同時技術最為成熟。

目前包括美國在內的雷射武器發展計畫,大都是以防禦性質為主,不過隨著未來發展,一定會逐漸出現攻擊性的雷射武器。現階段因為還無法解決電力供應的問題,暫時還不太可能將攻擊性的雷射武器安裝在軌道衛星上,由太空對地表上的目標發動攻擊,但用來干擾敵方衛星攝影鏡頭或天線的微型雷射,很可能早已經秘密踏入太空之中。

防禦性的雷射武器未來開始服役後,將會大幅改變目前戰場上的攻防態勢,畢竟傳統的飛彈速度再快,也快不過光速,反應再靈敏也遠遠不如雷射防禦系統,飛彈接下來要怎麼發展以突破雷射防禦,很值得後續觀察。

圖/取自the drive
圖/取自the drive

矛與盾之爭,台灣武器的發展規劃

以台灣的國力來說,雖然不太可能立刻投注大量的國防資源,加入研發極音速飛彈與雷射武器這場矛與盾的競爭之中,但是傳聞中的雲峰巡弋飛彈應該是採用衝壓引擎,屬於高空高速的攻陸飛彈,終端速度可以高達數倍音速。

雲峰飛彈是否已經量產部署,屬於國防機密,外界不得而知,不過雲峰飛彈如果真的存在,代表台灣已經擁有基礎的高空載具。未來是否要進一步發展超音速衝壓引擎(Scramjet)或極音速彈頭,讓台灣擁有更具嚇阻力的武器,同時延續雲峰飛彈的研發能力,是個政府可以嘗試思考的方向。

至於雷射武器,近日媒體報導國防部將以「雷護專案」為名,編列9億3千多萬經費,委託中科院研發用於低空防禦的高能量雷射系統。目前看來這個計畫將用來反制低空滲透的巡弋飛彈、無人機與傳統火炮,剛好可以補足國軍低空防禦能力不足的問題。

不過以美國發展雷射武器的情況來看,這樣的投資金額大概只是前期研發的規模,離武器化還有一段距離,但願意跨出第一步仍然值得讚許。先從低空防禦開始,也能為接下來技術更成熟時,研發攔截極音速飛彈的雷射防禦系統奠立一定的基礎。

雲峰飛彈是否已經量產部署,屬於國防機密,外界不得而知,不過雲峰飛彈如果真的存在,代表台灣已經擁有基礎的高空載具。圖為2019年蔡英文總統視導花蓮空軍防空部隊。 圖/總統府提供
雲峰飛彈是否已經量產部署,屬於國防機密,外界不得而知,不過雲峰飛彈如果真的存在,代表台灣已經擁有基礎的高空載具。圖為2019年蔡英文總統視導花蓮空軍防空部隊。 圖/總統府提供

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