歐洲陸基/海基高超音速攔截器項目(HYDEF/HYDIS)

由法國MBDA公布的的高超音速防禦攔截系統(HYDIS)想像圖。MBDA領導的HYDIS是
歐州防衛基金(DEF)在2020年代前半資助的兩個內大氣層高超音速攔截器項目之一。
──by Captian Picard
|
在2020年代前期,為了對抗新興的高超音速飛彈(hypersonic)以及反彈道飛彈等威脅,歐盟與北約推動發展一種由歐洲擁有技術主權的陸基與海基高超音速/反彈道飛彈防禦系統。此一領域由歐盟永久合作架構(EU Permanent Structured Cooperation, EU PESCO)下基於太空戰區監視的時效性預警與攔截監視系統(Timely Warning and Interception with Space-based Theatre surveillance,TWISTER)主導。 第一個在TWISTER關連下啟動的攔截器項目2021年啟動、由德國與西班牙的高超音速防禦(HYpersonic DEFence,HYDEF),有五個成員國參與,包括德國、西班牙、挪威、波蘭與比利時;此項目啟動資金為1.1億歐元,其中1億歐元由歐盟共同的歐洲防衛基金(European Defence Fund,EDF)資助,其餘1000萬歐元由五個參與國分攤。 第二個項目則是2024進入概念研究、由法國主導的高超音速防禦攔截系統(Hypersonic Defence Interceptor System,HYDIS)項目,總計有來自14個歐洲國家的19個高價值伙伴以及超過30家廠商參與。HYDIS的啟動資金約有1.4億歐元,其中最主要的發展國是法國、德國、義大利與荷蘭,四國總計提供約6000萬歐元,而此外歐洲防衛基金(EDF)則提供8000萬歐元。 歐洲防衛基金(EDF)的最終目標,是將資源最終集中支持單一技術架構;而前期EDF同時資助HYDEF與HYDIS兩個團隊的策略,實際上已形成一場法德兩國國防工業的正面競爭,最終結果將決定未來誰能成為歐洲的新一代大氣層內攔截器(endo-atmospheric interceptor)。
在2026年7月13日由烏克蘭與其他24國組成的「志願者聯盟」(Coalition of the Willing,協助烏克蘭對抗俄羅斯侵略)峰會上,
包括英國、法國、德國、意大利、西班牙、丹麥、荷蘭、挪威、瑞典等九個歐洲國家與烏克蘭聯合宣佈,將開發跨歐洲的反彈道飛彈系統。
|
|
HYDEF項目由歐洲聯合軍備合作組織(the Organisation for Joint Armament Cooperation,OCCAR,由英國、法國、德國、義大利、西班牙和比利時政府參與)扮演項目協調者(Programme Coordinator)的角色。 在2023年10月31日,OCCAR與西班牙的SMS簽署為期三年的HYDEF概念研究合約,由SMS擔任主承包商,此外德國達爾防務(Diehl Defence)擔任技術協調(Technical Coordination)角色,實際上負責發展整個系統;這使得HYDEF成為歐盟推動的第一個高超音速防禦計畫。HYDEF聯盟團隊(HYDEF Consortium)包括來自5個歐盟國家的12間承包商,分別是來自西班牙的SMS、EM&E、GMV、Instalaza、INTA、納凡提亞(Navantia)與Sener,德國的達爾防務(Diehl Defence),比利時的SONACA,挪威的NAMMO,以及波蘭的ILOT與ITWL。 在為期三年的概念研究合約中,HYDEF聯盟會進行可行性研究,主要分成兩個階段活動,分別是MDR(預可行性研究,Pre-Feasibility) 以及PRR(階段A可行性研究,Feasibility or Phase A);此外,還會平行進行一些前期的降低風險與關鍵技術設計研發工作。HYDEF的目標是能對抗2035年以後的各種威脅。 HYDEF主要目標進行歐洲共同攔截器的研究與概念定義,發展一種具成本效益的內大氣層(endo-atmospheric )攔截器,納入最新的技術領域含推進系統、空氣動力(aerodynamics)、先進導引、尖端感測器、制動器(actuator),使攔截器達到最大的機動性能來對抗高超音速武器威脅。對抗可迴旋機動的彈道飛彈(Manoeuvring Ballistic Missiles,MBM)以及高超音速目標需要最尖端技術領域的突破,攔截器內部也需要一系列創新的功能鏈(functional chains)。,HYDEF主要目標進行歐洲共同攔截器的研究與概念定義,會納入最新的技術領域含推進系統、空氣動力(aerodynamics)、先進導引、尖端感測器、制動器(actuator),使攔截器達到最大的機動性能來對抗高超音速武器威脅。對抗可迴旋機動的彈道飛彈(Manoeuvring Ballistic Missiles,MBM)以及高超音速目標需要最尖端技術領域的突破,攔截器內部也需要一系列創新的功能鏈(functional chains)。
負責實際執行HYDEF技術開發的德國迪爾防務(Diehl
Defence),先前的產品是IRIS-T防空飛彈族系;因此,推測HYDEF會基於既有的IRIS-T經驗發展。 |

2023年6月巴黎航太展中法國MBDA展出的飛彈,居中的就是該公司當時規劃的高超音速防禦攔截研究
(HYDIS)的天鷹座 (Aquila)三級式攔截器,彈體後部有兩個十字形的梯形翼面,尾部有一節粗的助升火箭。

MBDA在2023年提出的天鷹座 (Aquila)攔截器概念,這是一種三級攔截器,包括前部的高高度獵殺載具、
中部的巡航發動機、尾部的加速助升火箭。此攔截器可整合入現有的艦載垂直發射器如美製MK-41。

法國MBDA在2023年公布的天鷹座高超音速防禦攔截系統(HYDIS)從船艦發射的想像圖。

天鷹座 (Aquila)是一種三級攔截器,發射升空時由末端的加速火箭推動升空,燃燒完畢之後脫離
並點燃中段的續航發動機。

|
至少在2018年,MBDA就開始研究高超音速飛彈防禦系統,著眼於攔截高度30~50km、在大氣層上沿以氣動力滑翔機動的高超音速巡航飛彈武器;這個空域高度正好落在一些外大氣層反彈道飛彈攔截器(如美國SM-3)以及大氣層內下落階段的終端攔截器(如美國THAAD、愛國者PAC-3等)攔截範圍之間的空窗,且要預測其氣動滑翔軌跡難度不低。 在2023年上半,歐洲防禦基金(EDF)發佈一個邀標通知(Invitation to Tender),MBDA於5 月提交了投標方案。 在此基礎上,MBDA提出了高超音速防衛攔截研究(Hypersonic Defence Interceptor Study,HYDIS)計畫,這是一項為期三年的概念設計與技術成熟(concept and maturation)計畫,有法國、德國、義大利、荷蘭四國參與。在2023年6月巴黎航太展(Paris Air Show)中,MBDA公開了HYDIS項目。此時,MBDA已經發展三種攔截器概念,其中兩種是三級式(攔截器、巡航段、加速段),另一種是雙級式(前部含戰鬥部與續航發動機的本體、末端加速段)。 在2023年7月底,歐洲議會宣布選擇了MBDA領導的HYDIS研究項目。 當2024年歐洲防禦基金批准資助並啟動HYDIS時,項目名稱改成高超音速防衛攔截器系統(Hypersonic Defence Interceptor System,HYDIS)。 HYDIS聯盟(HYDIS Consortium)由法國MBDA飛彈公司領導,其他參與的次承包商包括MBDA在義大利(MBDA IT)、德國(MBDA DE)、西班牙(MBDA SP)的分公司,MBDA在德國的子公司Bayern Chemie(負責飛彈與航空推進系統),法國的ROXEL、Ariane Group SAS、Lynred、ONERA、泰利斯法國分公司(THALES LAS)等,德國的德意志航空太空中心(Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.,DLR)、TDW以及OHB System AG,義大利的Avio Aero GE、AVIO SpA以及C.I.R.A.,荷蘭的福克航空結構(Fokker Aerostructures B.V.)、泰利斯荷蘭分公司(Thales Nederland B.V.)以及TNO等。總計有來自14個歐洲國家的19個高價值伙伴以及超過30家廠商參與HYDIS。 在2024年,HYDIS的初期概念階段(Concept Phase)正式啟動,為期三年,到2027年5月截止,進行概念研究、方案評估、技術成熟化以及選定攔截器族係概念等工作。概念階段有三大目標: 1.選擇最適合的高超音速攔截器概念(counter-hypersonic concept)以及可能的衍生型號,以及配合的武器系統架構。 2.為選定的高超音速攔截武器概念研發所需的關鍵技術,目標是讓HYDIS能再2030年進入發展階段,2035年左右進入服役。 3.建立業界網路來研究、發展未來高超音速攔截武器系統。
除此之外,HYDIS的概念發展階段會進行以下三項程序 1.統整與協調作戰概念(Concept of Operations, CONOPS) 2.建立關於當今與未來高超音速武器的聯合定義(joint definition)
3.統整武器系統需求,包括攔截器與整個接戰鏈路(engagement chain)的系統整合 1.一個多級(multi-staged)氣動力架構,具備反應時間短、在高高度與高速下機動性高的特性。 2.高精確度以及長程終端感測器架構與相關技術。
3.長行程與調製(modulated)巡航推進。 5.預測性(Predictive)終端導引機制來對抗進行高度機動的目標(如高超音速滑翔武器) 6.能在敵意環境下全功能運作的感測器。 7.在(攔截器與目標)極高接近速度下仍能達成高度殺傷性。 8.與歐洲現有和未來艦載與陸基平台整合的彈性。 9.整個武器系統架構能與其他相關偵測、作戰網路連結,形成系統構成的系統(systems of systems),以及範圍涵蓋太空系統的分佈式(distributed)感測器網路。 在2024年12月,HYDIS概念發展工作通過方案空間審查(Solution Space Review)里程碑,隨後在主承包商MBDA與其他聯盟團隊合作下展開一系列漏斗式(funnel)的收斂程序,從一系列廣泛的攔截器概念/衍生型與設計選項中,經由不斷模擬論證而收窄範圍;整個迭代過程基於兩個獨立的攔截策略來進行,分別是俯衝階段攔截(in-dive engagement,在高超音速武器下落俯衝階段進行攔截)以及在滑翔攔截(in-glide engagement,在高超音速武器中途滑翔階段進行攔截)。 在2025年10月,HYDIS項目完成初步概念審查(Initial Concepts Review),在先前的初步評估階段基礎上,選定其中兩種最具潛力的攔截器概念,進行進一步的發展與詳細模擬分析。如同前述,在HYDIS初期概念審查階段,MBDA總共有三個攔截器概念方案接受評估。 2026年7月10日,HYDIS指導委員會(Steering Committee)在歐洲聯合軍備合作組織(the Organisation for Joint Armament Cooperation,OCCAR,由英國、法國、德國、義大利、西班牙和比利時政府參與)位於法國蒙魯日(Montrouge)的總部召開會議,正式審查並通過HYDIS的最終概念審查(Final Concept Review,FCR),確認了選定的一種攔截器方案作為接下來發展工作的基礎。獲選方案在對抗一系列代表性高性能高超音速滑翔威脅時,具有最佳的性能表現。 在FCR階段的模擬評估階段中,使用的威脅模型由以下研究與技術機構發展與完善,包括CIRA、ONERA與TNO等;產出的模型提供了詳細且具代表性的威脅場景,用來模擬兩種競爭的攔截器概念的性能表現。評估的威脅場景包括高超音速滑翔載具(Hypersonic Glide Vehicles,HGV)、高超音速巡航飛彈(Hypersonic Cruise Missiles,HCM)以及具機動迴避能力的彈道飛彈(Manoeuvring Ballistic Missiles,MBM)。最終概念審查聚焦於終端階段(terminal phase)攔截,驗證攔截器的獵殺載具(kill vehicle)對抗各種威脅時的性能表現與穩健性。測試與分析工作是依據一些代表性的海上與陸上作戰場景,使參與項目的伙伴評估各種攔截器概念在真實情況下的有效性。 FCR的通過是整個概念階段的重要里程碑;在概念階段剩下來最後一年(2027年5月完成)的時間,HYDIS團隊會繼續對最終選擇方案進行成熟化,為相關的關鍵技術領域攻克障礙以及進一步完善整體概念,希望在概念階段終止時,能讓關鍵技術成熟度達到至少技術備便程度3(Technical Readiness Level,TRL3)的水平,為後續的發展工作奠定堅強的技術基礎。 依照MBDA在2026年7月10日公布的新聞稿,過去數個月最終概念階段的工作中,在MBDA領導之下,四個國家的工作團隊──含許多著名研究機構、學院與新創公司(start-ups)──進行了全面性的攔截器與武器系統設計工作以及技術發展成熟活動,包括關於優化固態火箭發動機技術的相關研究以滿足客戶需求。HYDIS團隊也特地建立一個廣泛的效能評估機制,透過對攔截器飛行過程各階段進行逼真的模擬,評估幾個最具潛力方案的攔截能力與區域防護範圍。在最終獲選方案中,AVIO負責固態火箭技術,ArianeGroup與ROXEL提供終端攔截階段控制機制,LYNRED提供終端攔截的紅外線熱影像(IR)尋標器;而系統整合與協調則由MBDA負責。而HYDIS團隊也展開了將新攔截器整合到複雜武器系統的研究程序;例如Thales荷蘭分公司分別為陸基與艦載攔截系統配套的感測系統提供了精良的性能資料,而GKN Fokker則進行關於整合到美製MK-41垂直發射系統的評估。 上述HYDIS的最終概念研究通過了四個主要參與國以及國歐洲聯合軍備合作組織(OCCAR)的詳細審查,為時六星期,期間研發團隊與客戶之間進行了深入的交流以及有果效的論證迭代(iterations);接下來的「收斂週」(Convergence Week)中,各方集中討論、解決釐清與收斂各項技術議題;最後,HYDIS開發團隊得以在7月10日向HYDIS 指導委員會(Steering Committee)提交一份內容清晰且達成共識的整體技術方案。達成這個里程碑展現了HYDIS團隊在對抗高超音速與彈道飛彈威脅領域的完整專業,並有對防空系統的完整知識。通過合作,HYDIS團隊成員充分利用了堅實的能力,提出了一種自主設計的先進攔截器,以滿足歐洲迫切的飛彈防禦需求。
MBDA的天鷹座攔截器有三級,末端的加速段帶著飛彈升空,燃燒耗盡後拋棄
(上與下)天鷹座攔截器到彈道終端,中部巡航發動機脫離,只剩前部的高高度 獵殺載具;獵殺載具前端有紅外線熱影像循標器鎖定目標,並依靠側面的向量 推力噴嘴修正航道,使攔截器精確撞擊目標。
依照2023年MBDA展出的概念,將其HYDIS攔截器方案命名為天鷹座 (Aquila);這是一種三級式攔截器,包括前部的高高度獵殺載具(High-Altitude Kill-Vehicle)、中部的巡航發動機段(Cruise Stage),以及後段一截更粗的尾部加速火箭(Acceleration Stage);氣動力構型為兩組梯形控制面,位於飛彈本體巡航發動機後部。其中,加速火箭率先點火後讓攔截器升空加速,燃燒完畢後拋棄並點燃第二級巡航發動機;巡航發動機段帶有氣動力控制面(包括前部的梯形安定面與尾部的梯形控制面),此段能提供飛行中段所需的機動能力,對應敵方高超音速滑翔載具在飛行中段的滑翔變軌機動,持續逼近目標方位;到了目標終端,中部巡航發動機脫離,前部放出高高度獵殺載具,靠著紅外線熱影像尋標器鎖定目標(可能再加上射頻雷達尋標器),並以載具側面的向量推力噴嘴調整航向,使獵殺載具能準確撞擊目標。「天鷹座」能整合到現有的美製MK-41艦載垂直發射系統中。
|