《高超声速雷达特征综述：等离子体、烧蚀与激波对雷达微波散射的改变机制》

尽管高超声速飞行器研发取得重大进展，但其侦察能力仍受基础物理模型不确定性的制约。极端温度与高机械应变产生的环境常远超已验证的舒适区，而该区域才具备高保真物理模型与数值模拟条件。此问题同样适用于受等离子体、烧蚀和激波影响的高超声速目标雷达散射特性。鉴于雷达传感器持续在探测、跟踪与对抗高超声速威胁中发挥关键作用，系统整合高超声速目标雷达特征知识至关重要。对高超声速雷达特征的理解缺失可能导致雷达系统严重故障，甚至干扰成功拦截。本文综述高超声速飞行中出现的核心物理效应、现有认知水平及未来研究方向。

图1：左图：飞行中的超音速飞机的背景导向纹影（Background oriented schlieren）图像，展示了光学频谱中密度梯度的影响。右图：在ISL的高超声速激波风洞中，马赫数8条件下直径15厘米球体的激波加热高速图像，驻点温度高达5000 K。

近年来高超声速威胁呈加速演进态势。多国宣称新型系统投入实战部署，对现役防空体系构成严峻挑战。与亚音速及中等超音速飞行不同，马赫数5以上的高超声速飞行会产生强烈物理效应，可能改变微波辐射的散射特性，进而影响雷达特征。雷达特征直接决定雷达系统性能，未预判或未校正的效应可能引发系统故障，严重时甚至导致拦截失败。特征变化的主要成因包括：等离子体鞘套生成[1]、表面材料烧蚀颗粒注入尾流[2]，以及导致密度梯度剧变和折射率改变的激波[3]。该认知对将探测、跟踪、分类算法与电子战能力拓展至高超声速领域具有重要价值，但这需要经实验验证的物理效应及其与微波相互作用模型的支撑，而目前此类模型尚属空白。

公开文献中高超声速雷达特征研究较为有限，制约了其预测与运用能力。原因之一在于高超声速试验条件依赖大型风洞[1]、昂贵飞行试验[4][5][6]或实战数据采集（如[7]），导致可用于验证数值模拟的基准数据规模不足。另一原因在于多物理效应耦合需要电磁学、高超声速气动热力学与材料科学等多学科团队协同攻关，而满足此条件的研究实践较为罕见。

本文系统阐述改变雷达特征的高超声速效应、现有认知（高度范围、速度范围、材料特性）及待研究重点，并关联基于雷达的高超声速威胁拦截。结合系列飞行试验[4]-[6]与数值研究[8]-[11]，将涵盖作者在[12]中的实验数值工作及高超声速雷达特征领域的潜在研究方向。

高超声速防御雷达体系

雷达具备独特性能使其成为现代防空反导系统的核心传感器：对雷达截面积（RCS）为-20dBm²至-10dBm²的小目标具备数百公里覆盖的远距探测能力，且受气象（雨雪雾等）干扰较小。这些特性对防御高超声速武器尤为重要。

高超声速武器速度超马赫数5（即>1.7公里/秒），每分钟突防距离超100公里。新型威胁当前防空体系的高超声速武器巡航高度介于40-100公里空域，该空域现有拦截弹稀少，且在40公里高度附近仍具备气动机动能力。不利条件下，地基/海基防空雷达对该类目标的理论探测视距约700公里，受系统限制与地面干扰实际距离更短，导致反应时间仅数分钟，凸显早期预警重要性。另一挑战是为拦截弹提供轨迹数据：与激光等能量武器不同，拦截弹需要接近时间。若其平均速度需达马赫数5（峰值速度要求更高），则需提前50公里以上预测目标轨迹，对应30秒以上预警时间。对高超声速机动目标而言极难实现，需通过上行链路持续更新拦截弹数据并途中修正轨迹。

高超声速与弹道威胁的核心差异非速度而在于轨迹：弹道威胁不受地平线遮挡且遵循可预测轨迹，留给拦截系统更多时间与更少变量。雷达任务是尽早探测目标并提供最精确轨迹预测数据，雷达特征是实现该任务的基础。其中RCS、多普勒与高距离分辨率（HRR）特征最为关键，且在时限内最具可实现性。激波、等离子体与烧蚀等效应引起的特征变化必然影响系统整体性能：RCS与多普勒变化主要影响检测与跟踪性能，采用电子对抗或诱饵时HRR特征对目标识别鉴别更为重要。

现有硬件系统能实现高超声速目标的探测、跟踪与分类，但非所有现役雷达均满足要求，构建有效反高超声速武器系统确具可行性。拦截弹上行链路与轨迹数据流传输技术已成熟，但高超声速飞行中除高速特性外，激波、等离子体与烧蚀效应会改变雷达特征。雷达算法基于回波假设（如多普勒失真小、目标聚焦清晰、尺寸受限等）实现优化，当假设条件被破坏时将引发探测距离缩水、跟踪精度下降、鬼影目标、目标丢失与误分类等故障，拦截过程中出现此类故障可能致命。最佳应对策略是理解导致失真的物理机制并在雷达算法中校正，雷达算法性能上限取决于当前物理认知水平。后续章节将深入分析激波、等离子体与烧蚀的物理效应，探讨其对现代雷达系统的影响及风险缓解措施。