空空導彈發展趨勢研究

謝彥宏 孔 挺 王旭明 郭建光

(海軍航空兵學院 葫蘆島 125001)

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空空導彈發展趨勢研究

謝彥宏 孔 挺 王旭明 郭建光

(海軍航空兵學院 葫蘆島 125001)

空空導彈在現代空戰中對奪取制空權至關重要,是許多國家重點發展的武器裝備。論文介紹了空空導彈的發展歷程,通過分析未來戰場環境對空空導彈性能的影響,指出了未來空空導彈的發展趨勢。

空空導彈; 發展歷程; 戰場環境; 發展趨勢

Class Number TJ760

1 引言

現代戰爭中,掌握制空權對取得戰爭的勝利至關重要,空空導彈則是空中對抗和奪取制空權的重要武器。近年來,軍事技術先進國家,為取得未來空中優勢,在空空導彈改型設計和新型空空導彈研發上大量投入,掀起了空空導彈發展的新高潮。本文通過梳理空空導彈發展歷程,研究了未來空空導彈面臨的作戰對象和戰場環境的特點,對空空導彈的發展趨勢進行了分析和展望。

2 空空導彈的發展歷程

空空導彈X-4于20世紀40年代問世,迄今為止,空空導彈已發展了四代,主要采用紅外和雷達兩種制導體制,形成了近距格斗和中遠距攔射兩大系列[1]。目前,第三代空空導彈仍在服役,第四代空空導彈已成為主戰裝備。

第一代紅外空空導彈代表產品有美國的“響尾蛇”AIM-9B、蘇聯的K-13等,于20世紀50年代開始裝備部隊,采用鴨式氣動布局,采用非制冷硫化鉛探測器探測飛機發動機尾噴口產生的熱輻射,導彈只能從目標尾后攻擊機動性差的亞音速轟炸機。典型的雷達制導空空導彈有美國的“麻雀”AIM-7A和“獵鷹”AIM-4、蘇聯的K-5導彈,采用雷達駕束制導,導彈只能以尾后追擊方式攻擊亞音速小機動飛行的轟炸機,射程3.5km～8km,導彈的機動能力差,抗干擾能力差[2]。

第二代紅外空空導彈代表產品有美國的“響尾蛇”AIM-9D、法國的馬特拉R530、俄羅斯的R-60T等,于20世紀60年代開始裝備部隊,仍采用鴨式氣動布局,采用致冷型硫化鉛探測器或致冷型銻化銦探測器,導彈的探測靈敏度和機動過載能力比第一代紅外型空空導彈有一定的提高,可以從尾后稍寬的范圍內攻擊超音速飛行的轟炸機和早期的戰斗機。典型的雷達制導空空導彈有美國的麻雀3A(AIM-7E)導彈和英國的火光導彈,采用圓錐掃描式連續波半主動雷達制導,導彈可以尾追攻擊或前上方攔截有一定機動能力的目標,射程超過20km,最大飛行馬赫數達到3,但導彈低空下視能力差。

第三代紅外空空導彈典型產品有美國的AIM-9L響尾蛇、以色列的怪蛇3等,于20世紀80年代初開始裝備,采用鴨式氣動布局,采用高靈敏度的致冷銻化銦探測器,探測靈敏度和跟蹤能力較第二代紅外型空空導彈有較大提高,能夠實現全向攻擊,導彈的位標器可以和飛機的雷達、頭盔隨動,具有一定的離軸瞄準和發射能力,方便飛行員捕獲目標,為空空導彈的戰術使用提供了便利。雖然它的攻擊區擴展到前半球,前向攻擊距離僅為2km～3km,但是側向攻擊能力確實有很大提高。20世紀90年代,改進的紅外空空導彈(俗稱三代半)相繼被開發出來,如美國的響尾蛇AIM-9M導彈和俄羅斯的R-73導彈,它們采用掃描探測技術或紅外多元探測技術數字處理技術,實現了對目標的全向攻擊,同時具有一定的抗干擾能力。第三代雷達制導空空導彈有俄羅斯的R-27、美國的麻雀3B(AIM-7F)、英國的天空閃光等空空導彈,采用單脈沖半主動雷達導引頭,具有前向攔截能力,一定的抗干擾能力和下視下射能力,能夠全天候、全方位、全高度攻擊大機動目標,導彈最大射程可達40km～50km。半主動制導要求載機雷達在導彈發射后必須一直照射目標,直至導彈命中目標,造成載機脫離距離近,生存能力低,另外半主動制導無法實現遠距離攻擊和多目標攻擊。

第四代紅外空空導彈產品有美國的AIM-9X、英國的ASRAAM、德國的IRIS-T、以色列的怪蛇5、法國的MICA紅外型、南非的A-Darter等,采用紅外成像探測,大幅度提高了探測能力,可以全方位探測、攻擊目標,具備很強的抗干擾能力。導彈位標器離軸角可達±90°,與頭盔瞄準具配合,可對載機前方±90°范圍內的大機動目標做到“看見即發射”,并具有發射后截獲的能力。采用氣動力/推力矢量控制技術,甚至可以實現“越肩發射”,降低了格斗時對載機的占位要求。第四代雷達型空空導彈有美國的AIM-120導彈、歐洲的AMRAAM導彈(先進中距導彈)和俄羅斯的R-77導彈,采用捷聯慣導+數據鏈修正+主動雷達末制導的復合制導方式,具有多目標攻擊和一定的發射后不管能力;使用高性能發動機作為動力裝置,導彈射程達70km以上,最大飛行馬赫數達到5,具有多種抗干擾措施和靈活的發射方式。

3 戰場環境對空空導彈性能的影響

戰場環境是影響空空導彈在戰爭中發揮作戰性能的重要因素,它主要主要包括目標環境、自然環境和電磁環境。

3.1 目標環境的影響

這里討論的目標環境主要針對空空導彈的作戰對象。下一代空空導彈的作戰對象主要是第四代戰斗機、無人機和巡航導彈。其中,第四代戰斗機具有隱身性能、超聲速巡航和高機動能力,以美國為例,其研制的X-51A高超聲速飛行器的巡航速度可達6馬赫,X-43A驗證機飛行速度甚至突破了9.7馬赫;無人機則因具有超高機動性能(最大機動能力達15g～20g)和隱身性能,已經逐步在歐美等軍事強國得到的應用;巡航導彈為提高突防成功概率,各國正在大力發展超聲速巡航導彈,例如美國的Hystrike和ASALM導彈、法國的ALSP導彈、印度的“布拉莫斯”導彈等巡航導彈的巡航速度均已超過3Ma,Hystrike導彈的最大巡航速度甚至能夠達到5Ma。因此,作戰對象性能的提高對空空導彈的機動能力、突防能力、反隱身能力和截獲目標的能力提出了更高要求。現有的第四代空空導彈在性能上已經難以滿足對上述作戰對象的作戰需求。

3.2 自然環境的影響

根據空空導彈制導方式的不同,自然環境對空空導彈的影響也不同。

對于采用紅外導引頭的空空導彈而言,自然環境的影響主要體現在干擾導彈導引頭對目標的紅外特征的識別和接收上。例如,太陽輻射的紅外信號強度通常遠大于目標輻射的紅外信號強度,會直接影響紅外導引頭對目標的識別和跟蹤;云層輻射和云層散射太陽光后形成的紅外信號作為干擾信號被導引頭接收后,會減小導彈引導頭接收信號的信干比,影響對目標的截獲和跟蹤;大面積云層對目標的遮擋,使導引頭作用距離降低,甚至“看不到”目標;雨、霧、雪、沙塵對目標輻射的紅外能量產生嚴重衰減,極大地降低導引頭對目標的截獲距離;地面背景對陽光的反射和自身的熱輻射,使導引頭難以在背景中發現目標。

對于采用雷達導引頭的空空導彈而言,自然環境的影響主要是地/海面雜波,尤其在低空下視時這種影響尤為嚴重。例如,空空導彈在低空下視攻擊目標時,由于地/海面雜波作用范圍廣、強度大,會降低雷達導引頭接收信號的信干比,進而降低導引頭對目標的探測距離,甚至使導引頭在檢測目標時,誤將地/海面雜波當作目標進行檢測,從而使導彈丟失目標。

3.3 電磁環境的影響

電磁環境對空空導彈的影響主要體現在光電干擾和電子干擾兩方面,其影響也因導彈制導方式的不同而有所區別,其中光電干擾主要針對紅外導引頭,電子干擾主要針對雷達導引頭。

紅外彈面臨的干擾手段主要有紅外誘餌彈和紅外定向干擾兩種。紅外誘餌彈通過模仿目標的某些紅外特征,使導引頭在跟蹤過程中丟失目標轉而跟蹤誘餌彈。目前,國外正在發展的新型紅外誘餌彈有三大類: 1) 多點源/面源型誘餌彈,它可以在紅外導引頭的視場內遮蔽載機或模擬載機形狀; 2) 伴飛式誘餌彈,它可以延長誘餌在導引頭視場內的存留時間,提高與載機軌跡的相似度; 3) 光譜式誘餌彈,它可以模擬載機在一定波段內的光譜能量分布,提高誘餌與載機的光譜特征相似度。紅外定向干擾采用普通紅外光源或激光,在導彈告警設備的引導下,照射來襲導彈的導引頭,通過改變照射信號的某些參數或能量,實現對紅外導引頭的欺騙、致眩或信號飽和的效果,從而干擾空空導彈對目標的跟蹤[2]。

雷達彈面臨的干擾主要有壓制式干擾、欺騙式干擾和箔條干擾。壓制式干擾是通過發射大量的強功率雜亂信號來壓制或掩蓋目標雷達回波信號,使雷達導引頭難以在上述雜亂信號中檢測出目標的雷達回波信息,從而無法跟蹤目標;對雷達彈的欺騙式干擾是通過發射與目標雷達回波特征相似的干擾信號,使雷達導引頭在跟蹤目標時難以分辨真假目標,從而不能實現精確制導;箔條干擾則是利用金屬或鍍金屬的介質制成的箔片、細絲或條帶強烈反射雷達導引頭輻射的電磁波,掩蓋真實目標信號,使得雷達導引頭無法跟蹤真實目標[2]。

4 空空導彈的發展趨勢

作戰環境的日趨復雜,對空空導彈的作戰性能提出了更高的要求,為了適應未來空戰的需要,空空導彈將在以下幾方面得到發展。

4.1 發展多用途空空導彈

第四代戰斗機大都采用內埋彈艙以實現外形隱身,由于彈艙容積有限,在發展小型化空空導彈,以便掛載更多導彈的同時,還要最大程度地滿足作戰任務需求。一是集對空和對地攻擊功能于一體,實現多任務攻擊,如美國的“雙用途空中優勢導彈”(JDRADM),具備空對空和空地反輻射作戰能力;“三類目標終結者”(T3)可以打擊高性能飛機、巡航導彈和防空目標[3]。二是集遠距和近距打擊于一體,實現雙射程,如“雙射程導彈”(AADRM)既可近距格斗又能超視距攻擊,具有高空超聲速發射超視距攔截能力和中低空亞聲速發射近距格斗能力。

4.2 拓展空空導彈攻擊范圍

拓展空空導彈的攻擊范圍,可以有效提高其對高速、高機動和中遠距的目標的打擊能力,實現“先敵發現、先敵發射、先敵殺傷”。對于中遠距攔射導彈而言,可以采用固體火箭/沖壓組合發動機或可控推力的沖壓發動機,以增大其速度和射程;對于近距格斗彈而言,可以通過采用推力矢量控制和反作用射流控制等技術,以提高導彈的靈活性,降低載機攻擊目標時的占位要求,實現對高速、高機動目標的全方位攻擊,即攻擊載機前方、側方甚至后方的目標。

4.3 空空導彈隱身化

空空導彈采用隱身技術可以有效提高其突防能力和生存能力。導彈隱身技術主要包括雷達隱身、紅外隱身和等離子體隱身等。雷達隱身主要采用外形隱身設計和涂敷吸波材料;紅外隱身主要采用發動機紅外抑制技術和使用紅外隱身材料;等離子體隱身主要采用等離子體包進行隱身,即在導彈表面形成一個等離子體氣包,還可以在導彈的彈頭和殼體部位采用等離子體涂料隱身[4]。目前,國外還在不斷研究新的吸波材料:手性吸波涂料、納米吸波材料、導電高聚物吸波材料、多晶鐵纖維吸波材料、耐高溫吸波材料和智能型吸波材料等[5]。

4.4 提升空空導彈抗干擾能力

為對抗對抗未來第四代戰機廣泛采用光電、電磁和各種綜合干擾手段,干擾方式向多樣化、智能化方向發展,各國都在不斷發展各種無源和有源干擾手段,新型干擾不斷出現(拖曳式誘餌干擾、伴飛干擾、激光干擾等),空空導彈只有進一步增強抗干擾能力,才能在復雜的電磁、光電復合的干擾環境下有效打擊目標。

4.5 改進制導技術

為了提高空空導彈的制導精度和抗干擾能力,下一代空空導彈將對現有的空空導彈制導技術加以改進,主要是改進第四代空空導彈普遍采用的復合制導技術和多模制導技術。

復合制導是指導彈在飛行彈道的同一制導段或不同制導段采用兩種以上制導方式進行制導。第四代主動雷達型中距攔射空空導彈采用了“慣導+數據鏈修正+主動雷達末制導”的復合制導方式,但其數據鏈采用的是單向數據鏈,僅能傳輸載機向導彈發送的修正指令和目標信息。而下一代空空導彈的復合制導方式則采用雙向數據鏈,它不僅可以實現載機向導彈傳遞制導信息,還允許導彈將自身的工作狀態、運動參數、導引頭截獲的目標運動參數和目標特征等信息回傳給載機,使載機飛行員可以通過座艙顯示器實時判斷空戰態勢,更加精確地掌握脫離時機,提高戰機的生存能力,還可以用于評估目標毀傷效果,避免重復攻擊[6]。

多模制導是在同一制導段,同時采用兩種或兩種以上頻段或制導方式進行制導。與單模制導相比,它可以針對目標的兩種以上的特征對目標進行捕獲、識別和跟蹤,獲取大量的目標信息,從而提高導引頭的探測和識別能力;而且,單枚導彈同時采用多種制導體制、多種頻段或多種制導方式,可以實現性能互補,不僅可以提高制導精度,還能夠提高導彈抗干擾能力和反隱身能力。因此,多模制導將是下一代空空導彈采用的主要制導模式。可能應用于下一代空空導彈的多模復合尋的主要有雷達/紅外、毫米波主動雷達/被動雷達、毫米波主動雷達/紅外成像、微波/毫米波/紅外、紫外/紅外、雙波段主動雷達復合等方式[7]。

4.6 發展網絡化制導

截至目前,空空導彈都是使用本機發射、本機制導的平臺式攻擊方式,要求載機雷達等探測手段必須首先探測目標,空空導彈的攻擊能力受到載機目標探測手段的限制[8]。隨著戰術協同數據鏈技術應用的日趨成熟,空空導彈將逐步由本機制導向網絡化制導方向發展,以減少其對發射平臺在目標探測和制導方面的依賴。

網絡化制導是指導彈發射后,導彈制導不由導彈載機完成,而是由己方其它飛機完成,也稱為第三方制導[9]。采用網絡化制導后,即使導彈載機探測傳感器未開機或開機后未探測到目標,目標的信息仍可通過戰術協同數據鏈由處于敵方空空導彈攻擊范圍外的己方預警機、偵察機或戰斗機的探測傳感器提供,只要滿足發射條件,載機就可發射導彈并迅速脫離,發射后導彈的中繼制導信息仍通過戰術協同數據鏈由己方其它飛機提供。這樣,就使得提供目標制導信息的飛機和發射導彈的飛機可以從不同高度、不同方向進入,有利于增加導彈攻擊的隱蔽性和突然性,并提高載機的生存能力。

4.7 近距格斗導彈具有發射后截獲能力

目前,紅外型近距格斗導彈主要采用發射前截獲模式,構成導彈發射的先決條件是導彈導引頭必須先截獲目標,由于受載機與目標相對方位的影響,導彈導引頭無法截獲被載機機體遮擋的目標或位于載機后方的目標,導致導彈對上述目標無法構成發射條件。另外,當超音速發射時,導彈射程會大于導引頭截獲距離,無法充分利用導彈的射程。

發射后截獲模式是指導彈發射前導引頭不需要截獲目標,發射后使用載機傳感器提供的目標定位數據,指引紅外導引頭截獲目標[10]。因此,與發射前截獲模式相比,發射后截獲模式一方面可以充分利用導彈的射程,在盡可能遠的距離發射導彈[6];另一方面還避開了載機機體對導彈導引頭的遮擋,使導彈可以攻擊被載機機體遮擋的目標,甚至攻擊位于載機后半球的目標。

4.8 采用高效能戰斗部

傳統戰斗部主要有破片戰斗部、連續桿戰斗部和離散桿戰斗部[11]。大都采用軸對稱結構,側向爆炸方式,形成的破片沿周向均勻向外飛散,只有小部分破片作用在目標上,破片利用率較低。為提高導彈的殺傷效能,戰斗部應由傳統的側向爆炸方式改為定向爆炸方式,集中高密度的破片打擊目標,提高破片利用率,提高殺傷威力和對目標的毀傷概率;為適應多任務導彈對空和對地攻擊的需要,還可采用雙模戰斗部,將不同毀傷功能組合在一起,以滿足對空中或地面不同目標的毀傷需求;另外,戰斗部、引信和制導將向一體化的方向發展,由導引頭代替引信的近距探測功能,給出彈目交會時的目標方位信息,并對起爆時機進行預估,精確地定向引爆戰斗部。

4.9 發展發動機技術

為打擊第四代戰機、無人機和超音速巡航導彈,需要發動機為空空導彈提供遠射程和高速度。在這一方面沖壓發動機與固體火箭發動機相比,可以提供更高的比沖;另外,采用燃氣流量調節技術,可延長發動機工作時間,使空空導彈在交戰末端保持全速,再配以進氣道調節和控制算法等措施,可以進行推力大小的調節和能量的分配,適應各種高度和速度下的推力需求[12]。

5 結語

空空導彈迄今為止已經發展了四代,各種新技術、新材料的應用,使空空導彈迅猛發展。為適應日趨復雜的作戰環境,新一代空空導彈在攻擊范圍、隱身性能、制導精度、機動能力、抗干擾能力和目標截獲能力等方面將會進一步提高。因此,必須緊盯空空導彈的發展前沿,研究空空導彈的發展趨勢,加大空空導彈的研發力度,縮小與軍事強國之間的差距,以適應未來的戰場需求,有效維護我國的領空安全。

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Development Tendency for Air-to-Air Missile

XIE Yanhong KONG Ting WANG Xuming GUO Jianguang

(Naval Aviation Institute, Huludao 125001)

In the modern air-combat, air-to-air missile plays an very important role in controlling air supremacy, so the air-to-air missile is one of the most important weaponries which many countries focus on. Firstly, the development history of air-to-air missile is introduced in this paper. Then, the influences of the future battlefield environment on the performance of air-to-air missle are analysed. Finally, the development tendency of the future air-to-air missle is indicated.

air-to-air missile, development history, battlefield environment, development tendency

2015年1月6日,

2015年3月2日 作者簡介:謝彥宏,男,副教授,研究方向:機載武器系統。孔挺,男,碩士,副教授,研究方向:機載雷達。王旭明,男,博士,講師,研究方向:機載雷達。郭建光,男,講師,研究方向:機載武器系統。

TJ760

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.004