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78th DPG Spring Meeting, Berlin March 17-21, 2014

Missile Defense Simulations and

Strategic Stability in Europe20th March2014

Götz Neuneck, Christian Alwardt, Hans Christian Gils

• EPAA status and development

• MOD 5 Model assumptions: kinematic reachability

• Results: “speed matters”

• Strategic Stability: “Maintaining 2nd strike capability”

Nuclear Weapons and BMD

But with these considerations firmly in mind, I call upon the scientific community in our country, those who gave us nuclear weapons to turn their great talents now to the cause of mankind and world peace: to give us the means of p grendering these nuclear weapons impotent and obsolete. Ronald Reagan, March 23, 1983: SDI Speech

Year NWS BMD Remarks

1962 20.000 NWs -

1972 40.000 NWs [5NWS, Israel?]

Galosh,Safeguard

ABM-Treaty USA/UdSSR

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Israel?] Safeguard

2014 19.000[5 NWS + 4 DFNWS]

USA: 44+24RUS: 100ISR: ?

+ Tactical BMD+ China and India R&D

2020 ?? USA, RUS, ISR,CHN; IND;…?

+ Tactical BMD

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Highly Dynamic Discussion and Events

• NATO develops “the capability to defend our populations

and territories against BM attack as a core element of our

collective defence” NATO´s New Strategic Concept, 2010

• NATO “will actively seek cooperation on MD with Russia”

• NATO Decisions: Action Plan, Ramstein HQ AC,

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• Patriot Deployment in Turkey/ IRON DOME in Gaza/Israel

• Interim Agreement with Isl. Rep. Of Iran and solution with Iran

possible and feasible „BMD shield necessary?“

Current Status of EPAA

• NATO declared „Interim NATO BMD Capability“, 2 Aegis ships

• US Basing Agreements POL (9/2011); ROM (12/2011)

US N l t i th b f hi 23 (2011) t• US Navy plans to increase the number of ships 23 (2011) to43(2020) with appr. 500 interceptors

• Other locations and numbers and owners are unclear

• EPAA is a political not an acquisition approach

The architecture is still in an early phase, undetermined costsand EPAA remains an US project with US technology

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and EPAA remains an US project with US technology

• First GMD-Test (FTG-07) since 2010 fails (last success 12/2008)

• U.S.A. considers 3rd and 4th GMD/BMD deployment site

• „Asia-Pacific Phased Addaptive approach“ ???

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European Phased Adaptive Approach

Intro BMD-System Deploymentarea

Directed to

I 2011 PATRIOT THAAD FBX M dit S/MRBMI 2011 PATRIOT; THAAD; FBX, Aegis ships SM-3 Block IA(107); SM-3 Block IB (4)

Mediterranean S/MRBM

II 2015 Aegis ships; SM-3IA(113), SM-3IB (+150)1 site Aegis ashore (24)

+Land-basedDevesalu/Romania

S/MRBM

III 2018 Aegis ships/ SM-3 IIA /B +Land-based SRBM/MRBM/ (486); SM-3 B (14)2 site Aegis ashore (2x24)

Redzikowo/Poland

IRBM(ICBM)

IV 2020 Aegis ships; SM-3 IIA /B(486); SM-3B (29)2 site Aegis ashore (2x24)

Possible only2 land-basedsites

IRBM, ICBM

Standard Missile 3 Evolution

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Sankaran 2013

Increasing Capability SM-3 IA/B IIA

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Johnson-Freese/ Savelberg 2013

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MOD5 Simulationsmodell

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Das Modell berechnet die Erreichbarkeit angreifender Raketen durch Interzeptoren mittels Trajektoriensimulation und berücksichtigt nicht die Manövrierbarkeit des KV oder wahrscheinliche Gegenmaßnahmen des Gegners!

Trajektorien: Europa

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Parameter: ICBM/MRBM/BMD

Angreifende Rakete

L-ICBM: 2-stufig, Reichweite 12.500 kmÄhnlich der chinesischen DF-5

S-ICBM: 3-stufig, Reichweite 10.625 kmÄhnlich der russischen Topol-M

L-IRBM: 2-stufig, Reichweite 5.320 kmÄhnlich der russischen R-14R 14

S-MRBM: 2-stufig, Reichweite 2.500 kmÄhnlich der chinesischen DF-21

Trajektorie der angreifenden

Rakete

Lofted: Angehoben gegenüber der Flugbahn maximaler Reichweite

Potentiell sehr große Flughöhen

Minimum-Energy-: Reduzierung der Brenndauer, Absenkung der Bahn

Nur für Flüssigkeitsraketen mögl.

MIC1: 2-stufig, vBS = 8,0 - 8,6 km/sentspricht zweistufigem GBI

MIC2: 3 stufig v = 6 3 7 5 km/sGBI mit reduzierter

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MöglicheInterzeptoren*

MIC2: 3-stufig, vBS = 6,3 - 7,5 km/sMotorleistung

MIC5: 3-stufig, vBS = 5,6 – 5,8 km/sMIC6 mit reduziertem KV-Gewicht SM-3

MIC6: 3-stufig, vBS = 4,8 – 5,0 km/sModell der APS, ähnlich SM-3 IIA

MIC7: 3-stufig, vBS = 4,0– 4,1 km/sSM-3-Modell von Sequard-Base

MIC8: 3-stufig, vBS = 3,1– 3,3 km/sMIC7 mit erhöhtem KV-Gewicht SM-3 IA/B

Angriff USA/ Abf.: POL/USA MIC2 (GBI Szenario)

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Die angehobenen Trajektorien der ICBMs von russ. Silos bei Tatishchevo nach Wash. DC (8.519 km) und Seattle (8.925 km) mit den Trajektorien des in Redzikowo und Fort Greely startenden Modellinterzeptors MIC2 (6,3-7,5 km/s), der die Raketen zum frühestmöglichen Zeitpunkt trifft. Loft. Traj. Wird nicht erreicht, da ICBM schneller)

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Abfang: loftL-ICBM (IRN) + S-ICBM (RF) mit MIC6 (5 km/s)

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Erreichbarkeit iranischer und russischer ICBMs in Richtung USA mit den Modellen MIC6

ICBM Start‐Ziel Minimum EnergyTrajectory LoftedTrajectory

Kavoshgar –

Washington DC

Redzikowo, Adria, Nordsee, 

Europäisches Nordmeer (Süd)

K h E äi h N d (N d)Kavoshgar –

Seattle

Europäisches Nordmeer (Nord)

Tatishchevo –

Washington DC 

Europäisches Nordmeer (Süd) Kein Erreichen möglich

Tatishchevo –

Seattle

Europäisches Nordmeer (Nord) Kein Erreichen möglich

Teykovo –

Washington DC 

Europäisches Nordmeer (Süd) Kein Erreichen möglich

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Teykovo – Seattle Europäisches Nordmeer (Nord)* Kein Erreichen möglich

Aegis/MIC6 im Eismeer erreichen iran. ICBM und tw. Russ. ICBM. Stat. vor US-Ostküste: 2. Abwehrschicht

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Erreichbarkeit iranischer und russischer ICBMs in Richtung Europa mit den Modellen MIC6

Interzeptorstart Abgedeckte Ziele Anmerkungen

Redzikowo/Ostsee Süd Alle außer Athen und Rom Abgesehen von flacher Trajektorie auch 

Athen und Rom

Deveselu Alle außer Stockholm Abgesehen von flacher Trajektorie auch 

Stockholm

Schwarzes Meer Alle außer Stockholm Abgesehen von flacher Trajektorie auch 

Stockholm

Mittelmeer Ägäis Alle außer Stockholm  Abgesehen von flacher Trajektorie auch 

Stockholm

Mi l Ad i All ß S kh l d Ab h fl h T j k i h

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Aegis/MIC6 im Eismeer erreichen iran. ICBM und tw. Russ. ICBM. Stat. Vor US-Ostküste 2. Abwehrschicht

Mittelmeer Adria Alle außer Stockholm und 

Athen

Abgesehen von flacher Trajektorie auch 

Athen und Stockholm

Angriff: Iran Abfang: ROM/MIC7 (4,1 km7/s)

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Erreichbarkeit iranischer ICBMs MIC 5-7 (SM-3 IIA) in Richtung USA

Angreifende ICBM

Mit MIC7 erreichbar von…

Mit MIC6 erreichbar von...

Mit MIC5 erreichbar von...

Kavoshgar –Washington

Nordsee (Süd), Redzikowo

Nordsee (Süd), Redzikowo, Ostsee (Süd&Nord), Adria, Deveselu*

Europäisches Nordmeer (Süd), Nordsee (Süd), Redzikowo, Deveselu, Ostsee (Süd&Nord), Adria

Europäisches

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Kavoshgar –Seattle

Kein Erreichen möglich

Europäisches Nordmeer (Nord)

Nordmeer (Süd&Nord), Ostsee (Nord)

Kinematic Capabilities of future 4.0 km/sec and 4.5 km/sec Variants of Block II Interceptors to Engage ICBMs

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Angriff: Iran (Sejil) Abfang Aegis/MIC 8

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Abfangmöglichkeit MIC 8, R=120 sec

Interzeptorstartort Ziele der jeweils erreichbaren Raketen

Südliche Ostsee Stockholm, Berlin, Warschau, Wien

Südliche Nordsee London, Paris, Berlin

Schwarzes Meer Athen, Ankara, Moskau, Wien

Ägäisches Meer Athen, Ankara, Rom, Wien

Adriatisches Meer London, Rom, Paris, Zürich, Berlin, Wien

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Balearisches Meer Paris, Madrid

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Schutz Europas mit heutigen SM-3

Schutz Europas mit heutigen SM-3:•Es werden mindestens fünf Stationierungen benötigt: Polen/Ostsee Süd Adriatisches Meer Mittelmeer West und Ost Südl NordseeSüd, Adriatisches Meer, Mittelmeer West und Ost, Südl. Nordsee

•Alle Raketen werden erst nach Passieren des Apogäums erreicht•Eine Erreichbarkeit von zwei Orten gibt es nur in Ausnahmefällen

Schutz Europas mit künftigen SM-3:•Die schnelleren Interzeptoren erlauben eine Reduktion der Stationierungeng

•Benötigt werden schon ab etwa 4 km/s nur noch zwei Startorte (Polen, Agäis)

•Erst der 5 km/s‐Interzeptoren ermöglicht ein frühes Abfangen aller Raketen aus Rumänien. Sinnvolle Ergänzung: Stationierungen in Polen und der Adria

Coverage of Europe against MRBMs

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Defense with SM-3 Block I Defense with SM-3 Block II

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Einsatz der zukünftigen SM-3-Interzeptoren gegen iranische und russische ICBMs

4.1 km/s ist kein Erreichen von russischen ICBMs auf die USA von europäischem Boden aus möglich. Nur bei vereinzelten Zielen an der USA-Ostküste können Raketen aus dem Iran von Redzikowo und der südlichen Nordsee aus erreicht werden Keine vollständige Abdeckungsüdlichen Nordsee aus erreicht werden. Keine vollständige Abdeckung durch Aegis-Schiffe vor den Küsten Nordamerikas.5.0 km/s können iran. ICBMs auf alle Ziele in den USA unabhängig von der gewählten Trajektorie aus dem europäischen Nordmeer erreicht werden. Dort stationierte Interzeptoren hätten auch eine eingeschränkte Einsatzfähigkeit gegen russische Raketen. Stationierung von 2 Aegis-Schiffen vor den Küsten Nordamerikas könnte eine zusätzliche Abwehrschicht bieten.

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5.8 km/s können iran. Raketen unabhängig vom Ziel von mehreren Startorten erreicht werden, jeweils mindestens einer südlich des Polarkreises. Die untersuchten Trajektorien von Russland in Richtung USA können in der Mehrzahl aus dem Eur. Nordmeer, in günstigen Fällen auch aus Polen und der Ostsee,erreicht werden. Bei den weiter nördlich startenden ICBMs ist ein Überschießen der Abwehr aber weiterhin möglich.

Some Conclusions:

• Actually the current configuration cannot intercept

Russian ICBMs heading to the USRussian ICBMs heading to the US

• With SM-3 IA/B: five Aegis Ships/site in the Baltics,

Poland, Mediterranian East and West and North Sea

are sufficient for the coverage of Europe

• With SM-3/IIA (4km/s) only two deployment sites

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(f.e. Poland, Aegean in Europe are neccessary )

• With 5 km/sec an early intercept of Russian ICBMs

is feasible

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Russian possible responses to maintain Strategic Stability

• Investing in Countermeasures: Maneuverability of warheadsg y

• Lofted or depressed trajectories

• Deployment on submarines or Eastern Russia

• No further reduction of strategic wargheads

• Targeting Aegis ships or land-based EPAA sites by tactical

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nuclear weapons or MRBM (INF-Treaty in danger)

Comparison of simulation models for EPAA

Model Offense Defense ReactionTime

Result

MOD 5 DF 5 DF 21 8 versch 30s and 120s Russian ICBMMOD 52011

DF-5, DF-21, SS-5 Topol-M

8 versch. Interzeptoren

30s and 120snach Brennschluss

Russian ICBM can beinterceptedwith ABM >5 km/s

Sankaran2013

RussianICBM

SM-3 IIA (4,5 km/s)

155s nach Brennschluss

Cannotinterceptfrom POL<45 s

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<45 s

Johnson-Freese/ Savelsberg2013

SS-19UNHA-3

SM3-IA /B (3 km/s) SM3-IIA/B (4,5 km/s)

300s after Launch

WouldinterceptIranian ICBMheading tothe US

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Flight Contours seen from Redzikowo (green) and North Sea (rot)

Johnson-Freese/ Savelberg 2013

…against Iranian ICBM …against Russian ICBM

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Launch of SM-3 IIA after 300 s can reach Iranian UNHA-3 between 280s-563 s

Launch of SM-3 IIA from North Sea (red) can reach Russian SS-19 between 280s-563 s and Poland (red) would not reach

Modell Johnson-Freese/Savelberg Oct 2013

6

Johnson-Freese/ Savelberg 2013

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SPY-1D and FBX Radars (0.1 m² RCS)

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Dean Wilkening: (CISAC 2011)

Defense Science Board 9/2011

„The current Aegis shipboard radar is inadequate to support the objective needs of the EPAA mission“.“

„Radars of much more substantial operating range than the current radars on the Aegis ships will be required for the full realization of a robust regional defense“

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g

„In some situations even the TPY-2´s superior tracking range is not adequate for a robust defense“

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National Academy of Science: Making Sense of Ballistic Missile Defense (9/2012) Part I

land-, sea-, or air-based boost-phase defense is not feasible when timeline, range, geographical/geo-political, or cost constraints are taken into account“

„ or three Aegis Ashore sites in Europe“ can provide a layered late midcourse and high-altitude defense for Europe“ (S-10)

„The hard fact is that no practical missile defense system can avoid the need for midcourse discrimination“

IRBM threat ith modestl sophisticated CMS m st ha e

10

IRBM threat with modestly sophisticated CMS must have multiple X-Band radar and long-range IR sensors

EPAA Phase IV may not the best way to improve US defense

Precision Tracking and Surveillance System (PTSS) dos not appear to be justified

National Academy of Science: Making Sense of Ballistic Missile Defense (9/2012) Part II

Third East Coast MD site in NY or Maine

Fourth Site in North Dakota

New, smaller two-stage interceptor for the East Coast, faster than GBI

Development of a new Exoatmospheric kill vehicle (EKV)

Development of a new X-Band Radar system based on AN/TPY-2 and deployment at five locations

De elopment of a ne po erf l radar to replace SPY 1

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Development of a new powerful radar to replace SPY-1

Development of an Airborne IR Surveillance

Development of a space satellite system (combination of SBIRs and STSS to replace aging DSP

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European „Phased Adaptive Approach“: based on Aegis-BMD-Systems (Simulations)

• Six (three) ships equipped with SM-3 Block I (II) can cover Europe

• SM-3 is not tested under realistic conditions; counter-measureSM 3 is not tested under realistic conditions; counter measure Problem is not solved, therefore BMD is „shaky defense“

• SM-3 Block I/II has a regional ASAT- capability

• The PAA radars has very limited discrimination capability

• Next generation of interceptors SM-3 Block IIA/B ( 2018) has Anti-ICBM capability and can affect Russian deterrent in the

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Anti ICBM capability and can affect Russian deterrent in the future

• Number of interceptors are not limited, perfomance of interceptors will be improved and ships can be deployed everywhere which is a legitimate concern by Russia and esp. China

SM-3 Block IIB in development

1. „The Romania site is not a good location from a pathstandpoint for defending the US with SM-3 Block IIB

2. The Poland site may require the development of the abilityy q p yto launch the interceptor earlier – during the boost phaseof the threat missile – to be useful for the defense of theU.S.

3. A ship-based SM-3 Block IIB in the North Sea is a betterlocation for defense of the U.S. and it does require launchduring boost capabilities“

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during boost capabilities

4. SM-3 Block IIB might use lig. Propellant and the US Navyprohibits dangerous liquids onboard

GAO Briefing on January 29th, 2013 for HASC on Strategic Forces, U.S. Congress

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Russia´s Concerns and Responses:• Activate EW radar in Kaliningrad, • Deploy offensive Capabilities (Iskander)• Equip ICBMs/SLBMs with MD penetration systems• Defensive Capabilities for SNFs• Withdraw from N-START:

Taking into account that „strategic offensive arms of one party do not undermine the viability and effectivemenss f th t t i f th th P t “ [F d l L f

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of the strategic arms of the other Party“ [Federal Law of RF on N-START, 2011

• Space, Prompt Global Strike, New arms race?• N-START Follow-On?

Next Steps for Nuclear Arms Control

• Strategic BMD, Prompt Global Strike Capabilties = Main Barrier

• Discrete limits on NSNWs (on national territory?)

• Limits also on non-deployed warheads

• Better accounting rules for delivery systems and numbers?

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• Establishment of a warhead verification system ?

• Less than 1.000 warheads?

• No-First Use declaration ?

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Einige Folgerungen

1. Die BMD-Debatte wird nach wie vor von politischen Argumenten nicht technischen Analysen bestimmt

2. Die DSB/NAS-Studien bestätigen die Probleme, die es im gFalle von Gegenmaßnahmen gibt.

3. Eine Neubestimmung des US-Programms ist wahrscheinlich:

• 3./4. Stellung? • New GBI? • PTSS? • SM-3 Block IIB

4. Die europäische NATO muss vor diesem Hintergrund ihre Ziele, Ressourcen und Politik gegenüber RUS bestimmen

5 EPAA Sensor Architektur unzureichend Mehr Geld???

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5. EPAA- Sensor Architektur unzureichend, Mehr Geld???

6. Die Weiterverbreitung von BMD Systemen setzt sich fort: China, Indien, Südkorea, Japan Rüstungswettläufe

7. BMD hat begrenzte Fähigkeiten und ergänzt Abschreckung.

Cooperation with Russia

President D. Medwedev: full equality or compensation of an emerging imbalance“

Joint Tactical BMD System: „possible“

1. Joint Data exchange, BMD exercises and observers („transparency“)

2. Integration of Sensors (Radar/Space) in a tactical BMD system andcommon BMD-HQ for coordination and data exchange („Partnership“)

3. Joint tactical BMD-system: C2, sensors, interceptors („hardware“) veto?

4. Problem: demarcation between TMD and strategic BMD (agreement?)

Joint Strategic BMD System:

1. JDEC in Moscow , BMD exercises and observers („transparency“)

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2. Limitation of strategic deployments (Arctic?) and interceptors („Arms Control“)

3. Treaty on Prohibition of Acts against attacks of objects in space („OST“)

4. New Strategic Stability? („new nuclear doctrine“) Global Zero