Czym zwalczać pociski hipersoniczne? [ANALIZA]

Pociski hipersoniczne poruszają się w sposób odmienny niż rakiety balistyczne. Ponieważ ich ruch nie odbywa się po krzywej balistycznej, mogą się przemieszczać na stosunkowo „niskich wysokościach" (przez co zachowują większą zdolność do unikania radiolokatorów), manewrować, a ponadto uzyskują prędkości (przy masach własnych dochodzących do 4500 kg) przekraczające nawet piętnastokrotność prędkości dźwięku. Ceną jest generowanie znacznej sygnatury cieplnej oraz fakt, że konstrukcje podlegają wysokim naprężeniom podczas lotu. Każda zmiana kursu generuje „opór", a to w znacznej mierze wpływa na zasięg tej broni.

Z kolei nawet drobne korekty lotu sprawiają, że określenie ich trajektorii lotu, a zarazem miejsca uderzenia staje się trudne, nie mówiąc już o przechwyceniu czy neutralizacji. Ta broń jest w zasadzie przeznaczona do zwalczania ważnych celów jak np. lotniskowce, centra dowodzenia lub wrażliwe elementy infrastruktury krytycznej.

Dziś technologią niezbędną do budowy i eksploatacji broni hipersonicznej dysponuje Rosja, Chiny i USA. Inne kraje są dopiero na etapach badań lub wczesnych testów (elementów tj. silniki). Z drugiej strony zdolności do zwalczania broni hipersonicznej ze strony państw zachodnich są również tylko w gestii Amerykanów. Niemniej twierdzą oni, że tak naprawdę dopiero za około dekadę będą posiadać pełne możliwości w tym zakresie. 

Dziś tak naprawdę Siły Zbrojne USA (SZ USA) są w stanie wykryć pocisk hipersoniczny, ale nie mają pełnych zdolności, by go zniszczyć (przynajmniej w zakładanych scenariuszach walki). Brakuje skutecznych efektorów oraz warstwowej obrony zdolnej do zwalczania pocisków w końcowej fazie trajektorii ich lotu.

Posiadane i planowane zdolności

W ramach istniejącego systemu wykrywania w SZ USA zasadniczą rolę odgrywają satelity ostrzegawcze typu SBIRS (Space–Based Infrared System) czy program DSP (Defense Support Program). Radiolokatory z kolei wykrywają i śledzą pociski w locie, w atmosferze i ponad nią. Okazuje się to jednak niewystarczające.

Dlatego Siły Powietrzne (USAF) nawiązały współpracę z Narodowym Biurem Rozpoznania, MDA (Missile Defense Agency), przemysłem i instytutami naukowymi w celu wypracowania zintegrowanej analizy i zaleceń dotyczących rozwoju zdolności do ostrzegania przed pociskami hipersonicznymi i ich śledzenia.

W styczniu 2021 roku MDA przyznało kontrakty na opracowanie sensora śledzącego hipersoniczne i balistyczne pociski w przestrzeni kosmicznej HBTSS (Hypersonic and Ballistic Tracking Space Sensor) dla L3Harris Technologies i Northrop Grummana. Nowej generacji satelity zostaną zintegrowane z radiolokatorami naziemnymi w celu efektywniejszego śledzenia nowych pocisków w dowolnym miejscu na świecie. Planuje się testowanie na orbicie dwóch prototypowych satelitów już w 2023 roku.

Również dofinansowano rozwój trzech systemów przechwytujących w fazie szybowania GPI (Glide Phase Interceptor). Utrzymywane są pewne zdolności do zwalczania pocisków hipersonicznych w fazie balistycznej lub wtedy, gdy są wystrzeliwane z nosicieli. Jednakże mając to na uwadze, amerykańskie wojsko oczekuje, że powstaną efektory zdolne do walki w fazie tzw. ślizgu. Domykałoby to system walki z nowym typem zagrożeń.

Jednym z zasadniczych celów SZ USA jest przejście od systemu wykrywania i obrony przeciwrakietowej obszaru działań na globalne możliwości w tym zakresie. Dlatego przykładowo lotniskowcowe grupy uderzeniowe zostały wyposażone w terminale morskie SBT (Sea–Based Terminal) w celu zwiększenia efektywności zintegrowanego systemu przyszłości. SBT wykorzystuje możliwości, jakie daje Aegis Baseline 9C, w tym radiolokatory SPY–1 i rakiety SM–6. Ponadto elementem wspierającym będą powietrzne maszyny specjalne – samoloty WRE, rozpoznawcze czy wczesnego ostrzegania i dowodzenia oraz bojowe – w tym najnowszy F–35.

Hipersoniczne zdolności

Podsumowując dotychczasowy stan, można powiedzieć, że obecne systemy pozwalają na wykrycie i śledzenie broni hipersonicznej. Jednakże czasu na skuteczną reakcję jest zbyt mało. Każda zmiana trajektorii wymaga sporego wysiłku, by ponownie wypracować dane potrzebne do zniszczenia wrogiej rakiety. 

Układy sterowania pocisków hipersonicznych można dostosować do zmiany wysokości lub kierunku, ale kosztem niższej prędkości i zasięgu. Nawet niewielkie korekty istotnie wpływają na te parametry. Również wytrzymałość materiału, z którego powstają nowe pociski, w wyniku działania wysokiej temperatury i rozkładu ciśnień stanowi krytyczny element ich konstrukcji oraz możliwości bojowych. Już niewielkie ugięcie kadłuba powoduje bowiem generowanie dużych obciążeń prowadzących do powstania fal uderzeniowych, a nawet do separacji powierzchni sterowych.

Dlatego manewr dokonuje się zazwyczaj w połowie przewidywanego zasięgu lotu. Wówczas obniżany jest pułap do ok. 50 km. Pokonanie większej odległości odbywa się z wykorzystaniem dodatkowej siły nośnej.

Na mniejszych wysokościach lotu, zarówno siła nośna, jak i opór są większe ze względu na gęstą atmosferę i siłę przyciągania. Jak obliczyli naukowcy, w przypadku lecącego naddźwiękowego pojazdu szybującego z prędkością odpowiadającą 15 Mach jego obrót o 30 stopni wymaga korekty trwającej nawet siedem minut. Gdyby pocisk poruszałby się na wysokości 40 km, to jego zasięg zmniejszyłby się z kolei o 2,5–3 km. Oczywiście istnieje możliwość wykonania takiego manewru znacznie szybciej, w ok. 3 minuty, ale wówczas zasięg pojazdu spadnie o ok. 25%. Dalszą poprawę manewrowości przy zachowaniu wymaganych zasięgów może zapewnić wprowadzenie naddźwiękowych silników strumieniowych z naddźwiękową komorą spalania kolejnej generacji. Byłby on zdolny do rozpędzenia wyposażonego w niego obiektu do prędkości hiperdźwiękowej (ponad Mach 10). W jednej z zaproponowanych odmian system ten wykorzystuje otaczający tlen jako utleniacz, co ogranicza użycie do lotów suborbitalnych. Jest to również pewna alternatywa dla tradycyjnego napędu rakietowego, którym ze względu na niższe koszty i większe bezpieczeństwo eksploatacji zainteresowane jest nie tylko wojsko, ale i firmy prywatne (np. SpaceX).

Systemy śledzące nowej generacji

Zasadniczymi problemami pocisków hipersonicznych są odmienne, w porównaniu z pojazdami poruszającymi się ścieżką balistyczną, parametry lotu. Operują na wysokościach od 20 do 60 km, a zatem latają wyżej niż samoloty bojowe i specjalne, lecz niżej od pocisków międzykontynentalnych czy pozostałych obiektów znajdujących się w przestrzeni kosmicznej. Trudność w zwalczaniu pocisków hipersonicznych polega na tym, że poruszają się one na wysokościach zbyt dużych jak na możliwości systemów przeciwrakietowych typu atmosferycznego (jak np. Patriot), a za nisko jak dla systemów pozaatmosferycznych (jak np. SM–3). Na takich pułapach stery aerodynamiczne przeciwrakiet są mniej skuteczne, a silniki kursowe jeszcze za mało wydajne, przez co manewrowanie szybko wyczerpuje zapasy przenoszonego paliwa i limituje zasięg. Do tego dochodzą kwestie powiązane z promieniowaniem, gęstą atmosferą (nagrzewaniem aerodynamicznym) co utrudnia zastosowanie głowic naprowadzających na podczerwień.

Wówczas pozostaje jedynie obrona terminalna, ale właśnie z uwagi na szybkość i niebalistyczną trajektorię zapewnia ona stosunkowo wąskie okno możliwości – praktycznie mamy tylko jedną próbę, bo nie ma czasu na ponowne skoordynowanie ataku.

Przykładowo satelity SBIRS są zdolne do wykrywania startu rakiet i ich identyfikacji na podstawie generowanej sygnatury cieplnej. Operując na orbicie geosynchronicznej (ok. 35 786 km nad Ziemią) i za pomocą sensorów podczerwieni wykrywają ciepło emitowane przez pociski międzykontynentalne podczas ich startu. Teoretycznie mogą więc śledzić broń hipersoniczną, ale musiałby to robić ciągle i znajdować się nad właściwym miejscem. Tego nie można praktycznie wykonać, gdyż wymaga to zaangażowania całej konstelacji satelitów, która może być potrzebna w innych obszarach zadaniowych.

Millennium Space Systems proponuje rozwiązanie w postaci konstelacji satelitów, rozmieszczonej na orbitach MEO i LEO. Jednakże warto zauważyć, że umieszczenie w tym obszarze satelitów – między 2000 a 35 786 km i do 2000 km ponad Ziemią związane jest z pewnymi wyzwaniami.

W wypadku GEO satelita porusza się wokół Ziemi synchronicznie do jej obrotu, a zatem teoretycznie widzi ten sam punkt na Ziemi. Jednak obiekt porusza się szybciej, co oznacza, że istnieje ruch względny między nim a pozornym punktem na Ziemi. 

W przypadku GEO swym zasięgiem można objąć całą Ziemię za pomocą mniejszej floty satelitów, aczkolwiek z mniejszą dokładnością, co wynika z odległości. LEO pozwala na większą wykrywalność, lecz z ograniczeniem pola widzenia, a to wymaga większej liczby satelitów i rozbudowanej konstelacji. W przypadku MEO osiągamy pewną równowagę. Podsumowując – każda orbita ma wyraźne zalety i wady.

Tak więc zdaniem specjalistów należałoby w nowym systemie konstelacji umieszczać współpracujące satelity na różnych orbitach (używając warstwowej architektury systemu). Ponadto proponuje się większą autonomię w procesie wykrywania, analizy i przekazywania zbieranych przez satelity danych oraz w przetwarzaniu danych na bieżąco przez satelitę, a nie zespoły ulokowane na Ziemi.

Obecne i przyszłe efektory

Tak jak już zaznaczono, w procesie zwalczania broni hipersonicznej podstawowe znaczenie ma jej efektywne namierzenie i śledzenie oraz dostępny czas reakcji na takie zagrożenie. Oprócz typowego zestrzelenia można też z powodzeniem do neutralizacji wykorzystać systemy WRE lub cyberprzestrzeń. Jednak najlepiej jest stosować te wszystkie metody walki jednocześnie.

Zdaniem Amerykanów, gdyby pociski hipersoniczne poruszałyby się z prędkościami poniżej 6 Mach, to najnowszej generacji zestaw Patriot byłby w stanie je zwalczać. Niemniej wraz ze wzrostem prędkości musimy mieć nie tylko efektywny system wypracowania danych, ale i szybkie efektory, które wyprzedzą pocisk. Istotną rolą będą tu odgrywać systemy wykrywania i śledzenia, ponieważ szybkość, z jaką wykryją potencjalny cel, będzie miała olbrzymie znacznie w procesie jego neutralizacji.

Dlatego trzeba zbudować nowy, wielowarstwowy system sensorów (wykrywania i śledzenia). Pierwszym jego elementem będą satelity śledzące fazę startu i przelotu oraz przenoszenia, aż do momentu, gdy radiolokatory naziemne będą w stanie przejąć cel. Pozyskane dane byłyby wówczas przesyłane do nowego systemu przechwytywania w fazie szybowania, który mógłby być rozmieszony na okrętach wojennych (niszczyciele lub krążowniki). Rakiety takie jak SM–6 są zdolne do neutralizacji pocisków hiperdźwiękowych pod warunkiem, że zdobędą odpowiednią ilość danych odnośnie parametrów taktyczno–technicznych pocisku oraz jego manewrowości w locie. Warto zauważyć, że nie ma potrzeby bezpośredniego uderzenia w cel, lecz można doprowadzić do wybuchu w pobliżu celu. To z kolei wymaga dalszej modyfikacji głowic.

Niektóre amerykańskie firmy analizując takie zagrożenia, modyfikują oferowane przez siebie systemy. Np. koncern Lockheed Martin prowadzi prace nad dostosowaniem swojego systemu THAAD–ER do zwalczania systemów hipersonicznych.

Z kolei Amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych (DARPA) nadzoruje rozwój przyznanego do realizacji dla koncernu Northrop Grumman programu Glide Breaker. Jego celem jest powstanie interceptorów mogących niszczyć pociski hipersoniczne (ale nie tylko), wysoko–manewrujące i poruszające się w górnych warstwach atmosfery.

Niektórzy eksperci twierdzą, że broń hipersoniczna efektywniej funkcjonuje wobec zagrożeń ze strony strategicznych systemów przeciwrakietowych niż tych operacyjno–taktycznych. Dlatego możliwe jest, że systemy o średnim (do 3500 km) czy pośrednim (do 5500 km) zasięgu nie wprowadzą rewolucji w obszarze prowadzenia walki.

Najefektywniejszym środkiem jej zwalczania według amerykańskiej MDA (Missile Defense Agency) byłyby w tym przypadku systemy laserowe, nawet niewielkiej mocy, które w USA są obecnie na szerszą skalę rozwijane. 

Podsumowanie

Wymagania związane z opracowaniem, budową i wykorzystaniem systemów hipersonicznych powodują, że państwa je rozwijające muszą posiadać wysoki potencjał militarny, technologiczny i ekonomiczny. Potrzebne są bowiem odpowiednie technologie, nowej generacji układy napędowe, ale też efektywny system pozycjonowania i rozpoznania, dowodzenia, walki radioelektronicznej i osłony, który nie jest dostępny dla większości państw.

Z kolei obroną przeciwko broni hipersonicznej musi zająć się każdy kraj. Dziś, jednak pełnych możliwości w tym zakresie nie ma nikt. Najbliżsi do osiągnięcia tego celu są Amerykanie, jednak potrzebują jeszcze sporo czasu, by mieć w pełni efektywny system wykrywania, śledzenia i zwalczania pocisków hipersonicznych.

Zasadniczym jego elementem pozostaje sieć rozpoznania, w skład której wchodzić będzie wiele elementów umieszczonych w przestrzeni kosmicznej, powietrzu, na lądzie i morzu. Wspierać ją będzie wydajny system automatyzacji procesu zbierania i analizy danych. Co do samych efektorów zwalczających wybrano dwie drogi: modernizacji obecnie dostępnych zestawów rakietowych lub tworzenia zupełnie nowych. Możliwe jest również wykorzystanie w przyszłości broni wysokoenergetycznej czy systemów WRE.