爱国者-3型导弹

MIM-104爱国者导弹（英语：MIM-104 Patriot）是美国雷神公司制造的中程地对空导弹系统。它取代胜利女神导弹与MIM-23鹰式导弹，成为美军中高空防空武器。爱国者导弹系统在海湾战争中成功拦截了伊拉克军队发射的飞毛腿导弹，这是历史上首次在实战中成功拦截弹道导弹，这使其声名大噪，成为此次战争中美军的代表性武器之一。之后经多次升级，爱国者导弹成为美国战区导弹防御系统中负责末端中低层反导的重要组成部分。20世纪60年代，美国陆军考虑要发展新一代的防空武器，以取代MIM-14胜利女神-力士与MIM-23鹰式导弹。该新武器系统被命名为FABMDS（Field Army Ballistic Missile Defense System，野战陆军弹道导弹防御系统）,1963年这个项目改名为AADS-70（ARMY Air Defense System 1970s，陆军防空系统-1970）,1965年8月，陆军导弹司令部最终确定该武器系统是一种既能拦截高性能飞机、又能拦截近程弹道导弹的地对空导弹系统，定名为SAM-D（Surface-to-Air Missile-Development，地对空导弹-发展型）。1967年5月，雷神公司被选为主承包商；1969年11月，SAM－D进行了第一次发射测试；1973年，工程发展阶段开始，一年后，在1974年1月项目需求发生了重大变化，SAM－D被要求采用指令+TVM（Track-Via-Missile）制导模式。因为项目要求的变更，研发进度被拖延并导致了经费削减。直到1975年TVM经过验证测试后，项目才在1976年1月进入了全尺寸发展阶段，并在当年5月被正式命名为爱国者（patriot，来自系统所使用的雷达代号“Phased Array TRacking (to) Intercept Of Target”的首字母缩写），测试导弹获得三军统一命名编号XMIM－104A。1977年开始进行在电子干扰环境下发射多枚导弹拦截不同目标的试验；1980年10月，MIM－104A导弹获得了第一份生产合同；1982年，第一套爱国者导弹系统样机交付部队；1984年，达到了初始作战能力（IOC）。MIM-104A是爱国者导弹刚服役时的基础型号，只能拦截飞机而并不具备设计中的反导功能。1985年3月开始进行的爱国者先进能力升级（Patriot Advanced Capability，PAC），该计划分多阶段，第一阶段是为了使爱国者导弹具有反战术弹道导弹的能力进行的地面设备软件升级。升级后加高了雷达的搜索扇面（从25°增加到90°左右）。1986年9月在美国白沙导弹试验场，升级后的爱国者PAC-1在26000英尺高度成功拦截了一枚速度2马赫的长矛导弹，拦截弹的战斗部爆炸破坏了长矛导弹的控制面，使其坠毁在距目标2千米的地面。爱国者系统的第二阶段的改进代号为PAC-2。PAC-2进一步改善了地面雷达算法，并且第一次对拦截弹进行了升级。对导弹引信和战斗部的改进可以将来袭的敌方导弹摧毁而不只是将其打击偏离弹道。新的战斗部每个预制破片的重量从2克增至45克，破片的速度也稍快些，大大增强了对付密结构的战术弹道导弹战斗部的摧毁效力。M818E2双模脉冲多卜勒引信替换了原来的XM818引信。该引信有双锥波束：窄锥波束探测距离更大，用于对付导弹目标；较宽的锥型波束则用于对付飞机。作战时通过雷达至导弹的上行数据链传递目标是导弹还是飞机以及接近速度和横向速度的信息，使引信的性能最佳化。1987年11月PAC-2测试成功，并于1990年交付陆军。PAC-2被投入海湾战争战场并取得了巨大的成功。制导增强型导弹（Guidance Enhanced Missiles，GEM）于1996年开始装备，编号为MIM-104D。主要改进内容包括4点：改进导弹的动力装置、引信和C波段前置接收机，从而提高了导弹的射程、射高和制导精度，使其能够拦截射程达600公里的战术弹道导弹。GEM进一步升级为GEM-T与GEM-C。GEM-T称为GEM+（MIM-104E），加装了一个Ka波段毫米波主动雷达制导头，使引导头成为采用半主动C波段雷达制导头与主动制导头相结合的双模制导头，并于2002年11月列装。GEM-T（MIM-104F）为针对低空低RCS目标如巡航导弹的升级型号。PAC-3的发展有三个独立阶段，其中前两个阶段主要对雷达、通信系统进行改进，而第三阶段使用了来自洛克希德·马丁公司全新设计的拦截弹，一般所称的爱国者3型导弹或PAC-3都是特指此新型导弹。第一阶段改进计划即PAC-3(1)包括：使用了GEM拦截弹；改进火控计算机，使其数据处理速度和存取数据的容量分别达到原来的4倍和8倍；增加可擦写磁盘系统和数据记录仪，使作战单位能够借助光盘及内装的数据记录器采集作战过程中的所有数据；改进地面雷达处理器，使其具备在杂波中分辨巡航导弹的能力。为了配合硬件改进，还采用新型的控制软件，解决了PAC-1/2系统作战软件对战术弹道导弹目标飞行轨迹推算能力不足、难以进行交战控制管理的问题。第二阶段PAC-3(2)是PAC-3(3)形成战斗力前的过渡型号，主要包括对爱国者导弹营系统和导弹连系统两方面的改进。 在营级系统方面的改进是对爱国者导弹营的通信能力增强改进计划，主要是与Link-16联合战术信息分发系统（JTIDS）联网，使爱国者具备与TMD信息互通和共享的能力,可从其它雷达系统中将目标的数据提供给爱国者火力单元。 在导弹连系统方面的改进包括：使用了GEM+拦截弹；升级了AN/MPQ-53雷达达的计算机系统和显示控制系统，采用运算速度更快的芯片和存储器并改进了雷达波束控制算法，以减小雷达副瓣，提高对抗反辐射导弹的能力。第三阶段PAC-3(3)系统采用了体积更小，具有主动雷达制导引导头和直接动能碰撞（KKV）战斗部的新型专用弹道导弹拦截弹ATM2，也可同时之前系统的拦截弹兼容。由于新型拦截弹的直径比旧型的导弹缩小了0.155米, 一辆发射运输车得以携带16枚爱国者三型导弹（四具发射器当中，每个发射器配备四枚导弹）。相比之下，旧型导弹只有四枚（每车四个发射器，每个发射器一枚导弹)。地面系统也进行了全面强化，雷达升级为AN/MPQ-65。2003年，仅有的50枚左右仍处于测试阶段的PAC-3被投入伊拉克自由行动，并在两次实战拦截中都成功摧毁了目标。PAC-3拦截弹源自星球大战计划的ERINT（Extended Range Interceptor，增程拦截器）项目，ERINT于1992年6月进行首次飞行试验，于1994年被选为PAC-3系统的拦截弹，于1995-1997年内进行了多次靶场测试与拦截试验。PAC-3或称ATM2由一级固体助推火箭、制导设备、雷达引导头、姿态控制与机动控制系统和杀伤增强器等组成。全弹长4.635米，弹体直径为0.255米，起飞重量304千克，助推火箭关机后的重量为140千克。弹头与助推火箭在飞行中不分离，始终保持一个整体。其作战距离160千米，作战高度30千米，最大飞行速度5马赫。导弹依靠控制面和弹体前部的180个微型脉冲固体火箭发动机（被称为姿态控制发动机，ACM）进行机动，以实现动能击杀目标，因此它完全摒弃了之前的近炸弹头。不过为了增大拦截目标的有效直径，以便靠动能摧毁目标，PAC—3拦截弹上有一个名为“杀伤增强器”的装置。该装置放在助推火箭与制导设备段之间，长127毫米，重11.1千克。杀伤增强器上有24个214克重的破片，分两圈分布在弹体周围，形成以弹体为中心的两个破片圆环。当杀伤增强器内的主装药爆炸时，这些破片以低径向速度向外投放出去，等于增大了拦截弹的有效直径，从而使目标或被整个拦截弹击中，或被破片击中。PAC－3导弹的作战测试于2001年底开始，直到2003年才具备了初始作战能力（比原计划落后4年），虽然2002年年中的作战测试只是部分成功，但是当年8月它被宣布进入战备状态，2003年3月，PAC-3导弹被投入伊拉克战争。导弹分段增强型（Missile Segment Enhancement，MSE）在PAC-3基础上采用了更强大的双脉冲发动机，根据拦截目标的位置情况，PAC-3 MSE导弹将控制发动机产生第二级推力的时间，从而最大限度地增加导弹“命中即毁”目标的能量。为使导弹能够在更高的高度作战使用，洛克希德•马丁公司为导弹安装了更大的气动舵；为增加飞行时间，导弹还配备了新的电池和电子设备。 其他部分借用了PAC-3导弹的核心技术，包括主动射频制导头、相同的制导处理器单元、姿态控制部件、惯性测量装置和数据链。PAC-3 MSE尺寸比PAC-3导弹更大，须使用新的12联装M903发射装置，即一辆发射车可搭载12枚PAC-3 MSE，比PAC-3少4枚。改进后导弹扩大了飞行包线，增大了防御范围，在分层化的导弹防御体系中，PAC-3 MSE导弹可填补战区高空防御导弹与PAC-3导弹系统之间的空域。PAC-3 MSE原被美国、德国和意大利联合研制的中程扩展防空系统（Medium Extended Air Defense System，MEADS）选为拦截武器之一。MEADS包括具有360度监视与火控能力的雷达系统、网络分布式战术行动中心和轻型发射器，可以通过C-130和A400M运输机运输，以进行快速部署，只要一个发射器、一个战斗管理器和一套火控雷达，它就能具备作战能力，当更多的组件到达时，它们无需关闭系统，类似即插即用模式，这些组件会自动无缝的并入网络，从而进一步加强了作战能力。虽然这个系统进行了多次成功的拦截测试，但项目的唯一采购者德国陆军选择了另一种导弹IRIS-T SL用于MEADS。美国方面则于2011年宣布不会采购MEADS，并将MEADS与PAC-3 MSE上的技术移植到爱国者系统中去，以此在节省开支的情况下来提高后者的技术水平，最终PAC-3 MSE于2015年11月交付美国陆军。爱国者经济可承受先进能力 （Patriot Advanced Affordable Capability-4，PAAC-4），计划地面系统继续沿用爱国者3系统雷达、发射车和管理控制站；导弹则采用以色列大卫投石索项目中的两级多模制导致昏者拦截弹（Stunner）取代单级雷达制导的爱国者3拦截弹。致昏者拦截弹由助推器和杀伤弹头组成，装备雷达和光电复合制导头，通过三脉冲发动机控制转向，拦截高度40km，最高拦截速度6马赫，具备全天候拦截作战能力。计划中基于“致晕者”导弹的PAAC-4拦截系统单位成本仅为原爱国者3导弹（200万美元）的20%。爱国者导弹的基础编制为导弹连，又称火力单元。下辖一个连部班；一个火控排，操作一台雷达；一个发射排，共4个发射班组，每个班组操作2部发射器，全连共8部发射器；一个维修排，负责对系统及车辆进行检测和简单性维护。AN/MPQ-53雷达是单脉冲体制多功能相控阵雷达。雷达的主要组成部分包括：相控阵天线、发射机、接收机、信号处理器、敌我识别器等。其中相控阵天线由8个天线组成：1个用于目标搜索、跟踪和拦截弹跟踪、制导功能的主阵（5161个辐射阵元）直径2.44米；5个用于电子对抗功能的副瓣对消天线子阵（每个子阵51个阵元）；1个用于TVM功能的子阵（253个阵元）直径0.5334米；1个用于敌我识别功能的天线子阵（20个阵元）工作在L波段。AN/MPQ-53雷达可同时监视100个左右目标并引导8枚导弹攻击3～5个目标。该雷达可以独立完成之前的防空系统需求几部雷达才能完成的对目标搜索、识别、跟踪、拦截全过程相应工作。PAC-3第三阶段升级中相控阵雷达使用双行波管代替了原先的单行波管和正交场放大器，升级后的雷达被重新命名为AN/MPQ-65。AN/MPQ-65的平均功率较旧雷达增大了一倍，配合雷达的软件升级使系统可以从诱饵或碎片中区分小型目标，并具有了一定的反隐形目标能力。作战控制站是爱国者火力单元作战时唯一需要有人操作的设备（由一名指挥官和两名操作手操作），由武器控制计算机（WCC）、人机接口以及各种数据和通信终端组成。其自身的通信天线置于M927，作战时可升至20米。作战控制中心通过两组程序控制武器系统的全部作战过程：第一组程序使系统进入准备状态，第二组程序控制整个交战过程。爱国者导弹发射装置，由15kW柴油发动机、发射架电子装置、发射架以及相关机械设备组成，安装在由M983HEMTT牵引车牵引的M860型拖车上，一个发射车组包括拖车共需3人操作。发射架装载4个箱式发射装置，发射架水平可转动110°，作战时仰角38°。发射装置通过光纤或无线电通讯与指挥控制站互联，部署时最大距离10千米左右，作战时自动向控制站报告发射架及导弹状态并执行来自控制站的指令。天线塔由两边对称设置的4个4kW天线构成。作战时天线可升至30.76米，方位可调。无线电电台工作在甚高频，可以和系统内单位、上级单位与相邻火力单元进行通信联络，协调作战。电站为雷达系统与作战控制站服务。主体是两台150kW（400Hz）的柴油发动机、两个燃料箱（280升）与配电设施，置于M977牵引车上，油箱加满后可持续供电8小时以上。AN/MSQ-104交战与火力控制站作战控制站内部AN/MPQ-53雷达可发射四枚爱国者二型导弹的发射车OE-349天线EPP-III电站在海湾战争以前，弹道导弹防御一直只是一个未经实战考验的概念。爱国者导弹被指派去击落发射到以色列和沙特阿拉伯的伊拉克飞毛腿导弹。1991年1月18日它第一次成功拦截及摧毁了一枚发射到沙特阿拉伯的飞毛腿导弹。这是第一次一个空防系统击落一枚敌方战区弹道导弹。1991年2月25日，一枚伊拉克飞毛腿导弹击中了沙特阿拉伯宰赫兰的一个军营，杀死了美国陆军第十四军需分队的28名士兵。政府调查指出该次失败归咎于导弹系统时钟内的一个软件错误。在此之前，爱国者导弹连在载赫蓝已经连续工作了100小时。每一个小时，系统时锺会有一个毫秒级延迟。导弹系统时锺寄存器设计为24 位，精度也只限于24位的精度。这个精度误差渐渐放大，100小时后，导弹的时钟已经偏差了三分之一秒，相等于600米距离误差。由于这个时间误差，纵使雷达系统侦察到飞毛腿导弹并预计了它的弹道，系统却找不到实际上来袭的导弹。在这情况下，美军视起初的目标发现为假警报，侦测到的目标也从系统中删除。以色列方面发现了这个问题并于1991年2月11日知会了美国陆军及爱国者计划办公室（软件制造商）。以色列方面建议重新启动爱国者系统的电脑作为暂时解决方案，可是美国陆军方面却不明白每隔多少时间需要重新启动系统。1991年2月26日，制造商向美国陆军提供了更新软件。这个软件最终在飞毛腿导弹击中军营后一天才运到军队。美国陆军声称爱国者系统在沙特阿拉伯和以色列的初始成功率分别为80%和50%。这最终修订为70%及40%。1992年4月7日，麻省理工学院的Theodore Postol和特拉维夫大学的Reuven Pedatzur在美国众议院委员会上作证时表示，根据他们的独立分析，爱国者系统的成功率低于10%，甚至可能只有0%的成功率。同一天，哈佛大学 肯尼迪政府学院的Charles A. Zraket，以及国际战略研究中心的Peter D. Zimmerman为爱国者导弹系统在以色列及沙特阿拉伯的成功率作证时指出很多在Postol报告中的结果及分析方法有不妥的地方。这两个数字的差异对于分析爱国者系统在战争中的表现是尤其重要的。据Zimmerman的论述，标准接战准则是以平均四枚爱国者导弹拦截一枚飞毛腿导弹; 在沙特阿拉伯则平均发射三枚导弹。如果所有的飞毛腿导弹都击落或偏离至无人地区，则成功率为100%，但是准确度只会分别是25%及33%。这两个作证同样把爱国者的问题归咎于爱国者的原始设计－爱国者原本是作为一套反战机系统。根据这设计，系统发射接近引信导弹，导弹接近目标爆炸，以摧毁或使目标失效。由于导弹瞄准了目标的质量中心，在对付飞机的时候毫无问题，但在对付高速飞行的飞毛腿导弹时，爱国者通常只能击中其尾部，而不是其弹头。此外，伊拉克对飞毛腿导弹的重新设计也影响了爱国者的准确度。伊拉克把苏联设计的飞毛腿导弹重新设计使之飞得更快，结果这些改动弱化导弹弹体，令导弹更有可能在重返大气层时碎裂。这令爱国者面对大量新增目标，却无法知道碎片和弹头是哪一个。根据Zimmerman的分析，要实际计算“击杀率”变得很困难。一次成功击杀是等于命中弹头还是命中导弹? 如果弹头被爱国者击中而跌落到沙漠中，这算不算一次成功? 但如果弹头坠落在人烟较少的郊区，又或者四枚爱国者全部失准而飞毛腿导弹解体以至弹头坠落，这些情况下又怎样计算成功率？Zraket的作证指出爱国者系统缺乏高分辨率的摄影装置以记录拦截目标的过程。因此，爱国者的操作人员以录像带记录每次导弹发射，而伤害评估组则记录散落地面的飞毛腿导弹碎片的位置。弹坑分析被用于判断弹头在碎片着地前是否已被摧毁。除此之外，相较起在以色列的情况，爱国者在沙特阿拉伯的有30%的成功率，部分原因因爱国者导弹只需把来袭导弹推离军事目标，使其坠落沙漠之中避免死伤。相比之下，射向以色列的导弹都直接瞄准城市和平民。沙特阿拉伯政府也大量删除当地媒体任何有关飞毛腿弹导致损伤的报导，而以色列政府没有实施此类审查。此外，爱国者在以色列的成功率是由以色列军方检验的。他们没有任何政治原因去高估爱国者导弹的成功率，反而有原因去低估其成功率。以色列军队把任何在地面爆炸的飞毛腿导弹都算作爱国者导弹失败。与此同时，美国陆军本身有很多原因去支持一个高成功率的爱国者导弹系统，他们也直接负责检验该系统在沙特阿拉伯的表现。一辑加拿大广播公司的纪录片描述前以色列国防部长透露，指以色列政府曾经对爱国者系统反导弹的表现感到十分不满，甚至曾准备无视美方反对，自行对伊拉克采取军事报复。该项反应只是因后来双方停火而取消。薩達姆·侯賽因曾誓言以导弹袭击以色列，迫使他对伊拉克攻击，以至令其它阿拉伯国家站在伊拉克一方。以色列曾担心飞毛腿导弹上会使用化学或生物武器。爱国者导弹在战争早期让以色列政府安抚其国民。在战争期间，以色列有两人死亡及七百多人受伤。在2003年的伊拉克战争中，爱国者导弹部队成功地拦截了伊拉克军队向联军和科威特发射的24枚导弹中的9枚，同时发生了3起误伤友军事件。在被拦截的9枚导弹中，6枚被GEM拦截，1枚被GEM+拦截，2枚被PAC-3拦截。爱国者的拦截对保卫联军的安全发挥了重要作用，2003年3月27日伊拉克军队从巴士拉北部向联军最高指挥部科威特Doha兵营发射了一枚Al-Samoud 2导弹，两枚爱国者导弹将其成功拦截避免了联军可能遭到的重大损失。余下15枚未被拦截的导弹中，因为伊拉克导弹本身精度与稳定性差，美军判定其并不会构成威胁，所以主动放弃了拦截。但是至少一枚由反舰导弹改装的巡航导弹成功穿过了防空网，落在科威特一个购物中心附近，不过达到的杀伤效果很有限。3月23日爱国者系统将一架回航的皇家空军龙卷风GR4型战机误认为伊拉克导弹而击落，两名机员遭害殉职。紧接在该事件后，美国军方声称事发时该架皇家空军的战机没有把敌我识别系统打开。但是一名随同爱国者导弹连采访的美国随军记者表示:“陆军的爱国者导弹把盟军战机误认作敌军战术弹道导弹”。24日爱国者系统又锁定了一架美国空军F-16CJ战机，F-16飞行员为避免遭击落抢先发射了一枚AGM-88导弹将爱国者雷达击毁。4月2日，爱国者导弹再次将来自美国海军小鹰号航空母舰VFA-195中队的F/A-18大黄蜂战斗攻击机击落，造成一名飞行员身亡。2014年9月23日，叙利亚内战中叙利亚空军一架苏-24战斗轰炸机在戈兰高地上空越境后被以军爱国者导弹击落。2015年3月沙特阿拉伯主导的对也门内战干涉行动开始后，沙特爱国者防空导弹部队至少进行了100次弹道导弹拦截，其中超过90次由PAC-2 GEM-T完成拦截。加上阿联酋的爱国者单位，阿拉伯联军对胡塞武装的弹道导弹威胁进行了至少150次拦截。MGM-1 · RIM-2 · MIM-3 · AIM-4 · MGM-5 · RGM-6 · AIM-7／RIM-7 · RIM-8 · AIM-9 · CIM-10 · PGM-11 · AGM-12 · CGM-13/MGM-13 · MIM-14 · RGM-15 · CGM-16 · PGM-17 · MGM-18 · PGM-19 · ADM-20 · MGM-21 · AGM-22 · MIM-23 · RIM-24 · HGM-25 · AIM-26 · UGM-27 · AGM-28 · MGM-29 · LGM-30 · MGM-31 · MGM-32 · MQM-33 · AQM-34 · AQM-35 · MQM-36 · AQM-37 · AQM-38 · MQM-39 · MQM-40 · AQM-41 · MQM-42 · FIM-43 · UUM-44 · AGM-45 · MIM-46 · AIM-47 · AGM-48 · LIM-49 · RIM-50MGM-51 · MGM-52 · AGM-53 · AIM-54 · RIM-55 · PQM-56 · MQM-57 · MQM-58 · RGM-59 · AQM-60 · MQM-61 · AGM-62 · AGM-63 · AGM-64 · AGM-65 · RIM-66 · RIM-67 · AIM-68 · AGM-69 · LEM-70 · BGM-71 · MIM-72 · UGM-73 · BQM-74/MQM-74 · BGM-75 · AGM-76 · FGM-77 · AGM-78 · AGM-79 · AGM-80 · AQM-81 · AIM-82 · AGM-83 · AGM-84/RGM-84/UGM-84 · RIM-85 · AGM-86 · AGM-87 · AGM-88 · UGM-89 · BQM-90 · AQM-91 · FIM-92 · XQM-93 · YQM-94 · AIM-95 · UGM-96 · AIM-97 · YQM-98 · LIM-99 · LIM-100RIM-101 · PQM-102 · AQM-103 · MIM-104 · MQM-105 · BQM-106 · MQM-107 · BQM-108 · BGM-109/AGM-109/RGM-109/UGM-109 · BGM-110 · BQM-111 · AGM-112 · RIM-113 · AGM-114 · MIM-115 · RIM-116 · FQM-117 · LGM-118 · AGM-119 · AIM-120 · CQM-121 · AGM-122 · AGM-123 · AGM-124 · RUM-125/UUM-125 · BQM-126 · AQM-127 · AQM-128 · AGM-129 · AGM-130 · AGM-131 · AIM-132 · UGM-133 · MGM-134 · ASM-135 · AGM-136 · AGM-137 · CEM-138 · RUM-139 · MGM-140 · ADM-141 · AGM-142 · MQM-143 · ADM-144 · BQM-145 · MIM-146 · BQM-147 · FGM-148 · PQM-149 · PQM-150FQM-151 · AIM-152 · AGM-153 · AGM-154 · BQM-155 · RIM-156 · MGM-157 · AGM-158A/B/AGM-158C · AGM-159 · ADM-160 · RIM-161 · RIM-162 · GQM-163 · MGM-164 · RGM-165 · MGM-166 · BQM-167 · MGM-168 · AGM-169 · MQM-170 · MQM-171 · FGM-172 · GQM-173 · RIM-174 · MQM-175 · AGM-176 · BQM-177 · AGM-179 ·AIM-260 ·