防空導(dǎo)彈精確制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的幾點思考

沈昱恒 劉 鑫 張 迪

1.上海機電工程研究所，上海201109 2.上海航天技術(shù)研究院，上海201109

精確制導(dǎo)技術(shù)是指利用目標散射、輻射特性或運動特性等信息，通過自主探測、識別與跟蹤等方式獲得與目標的相對關(guān)系，利用慣性基準和支援保障信息獲取自身導(dǎo)航信息，導(dǎo)引和控制制導(dǎo)武器精確命中目標，同時又能滿足過程約束和終端約束等性能要求的技術(shù)。

精確制導(dǎo)技術(shù)最早使用于防空導(dǎo)彈武器，經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于防空、反艦和對地打擊等各類制導(dǎo)武器[1-3]，已成為現(xiàn)代導(dǎo)彈武器的核心技術(shù)，對武器系統(tǒng)的射程、威力和單發(fā)殺傷概率等性能起著至關(guān)重要的作用。對摧毀同樣的目標而言，制導(dǎo)精度越高，所需的戰(zhàn)斗部威力越小。據(jù)軍事專家統(tǒng)計分析，戰(zhàn)斗部威力增加8倍時，殺傷力只增加4倍；但制導(dǎo)精度提高8倍時，殺傷力可增加64倍[4]。因此，如何進一步提升導(dǎo)彈制導(dǎo)精度已成為提高武器打擊效能的核心問題。

在防空作戰(zhàn)領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代空襲作戰(zhàn)模式的深度演變以及航空航天科技的高速發(fā)展，新型空襲體系呈現(xiàn)立體化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化特征，空中作戰(zhàn)群擁有更高效的協(xié)同作戰(zhàn)與電子對抗能力[5]；新一代空中作戰(zhàn)平臺體現(xiàn)出強隱身、超高速及大機動等能力特征；高性能制導(dǎo)彈藥具備更遠的投放距離與更強的突防能力等[6-7]，一系列新作戰(zhàn)理念和作戰(zhàn)平臺的變化對防空導(dǎo)彈精確制導(dǎo)技術(shù)提出了更高的要求[8-10]。

首先，從當前防空作戰(zhàn)形勢的演變分析入手，梳理本領(lǐng)域?qū)_制導(dǎo)技術(shù)能力提升的需求；然后，結(jié)合防空導(dǎo)彈精確制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，與國外先進技術(shù)進行對比分析、尋找不足；最終，提出我國防空導(dǎo)彈武器領(lǐng)域精確制導(dǎo)技術(shù)的若干發(fā)展重點及思路。

1 防空武器對精確制導(dǎo)能力提升的需求

1.1 當前空中軍事威脅分析

隨著作戰(zhàn)理念的更新和武器裝備技術(shù)的發(fā)展，空襲模式形成了以“空中為主體、網(wǎng)絡(luò)為中心、空間為支援和臨近空間為補充”的格局，體現(xiàn)出“空天一體、跨域融合、多維聯(lián)動和體系協(xié)同”的特征。防空導(dǎo)彈武器將要面臨的主要作戰(zhàn)對象及特點如下：

1)體系對抗是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要表現(xiàn)形態(tài)。以預(yù)警機、電子支援飛機等為主的空中指揮控制和支援保障平臺是體系化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化空襲作戰(zhàn)的關(guān)鍵節(jié)點，是空襲效能的“倍增器”，發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

2)隱身作戰(zhàn)飛機作為主戰(zhàn)裝備已投入實戰(zhàn)并持續(xù)升級改進，具備更強的電子(光電)對抗能力和隱身能力。掛載AIM-9X和AIM-20空空導(dǎo)彈的F-22是四代機的主要代表，與三代機相比，其空戰(zhàn)能力提高6倍。而F-35相比三代機，其對地打擊能力則提高5倍以上，遭受防空打擊時的生存能力提高了4倍。

3)無人作戰(zhàn)飛機逐漸成為空戰(zhàn)主力裝備，已具備偵察預(yù)警、打擊評估等多任務(wù)能力，還將進一步實現(xiàn)智能化、隱身化。以“蜂群”所體現(xiàn)的無人機自主與協(xié)同作戰(zhàn)能力達到新高度；高速無人偵察機、RQ-180高空隱身無人機等高端無人機與低成本微小型無人機并行發(fā)展。

4)新一代巡航導(dǎo)彈、遠程精確制導(dǎo)導(dǎo)彈及精確制導(dǎo)炸彈在空襲武器中所占的比重進一步提升，大量的低空小目標飽和攻擊模式將極大地降低防空武器的作戰(zhàn)效能。

5)彈道導(dǎo)彈將被更多的周邊國家和地區(qū)所部署，且可變軌機動、多彈頭分導(dǎo)，精確末制導(dǎo)等先進技術(shù)的大力發(fā)展將使其具備更強的突防能力與精確打擊能力。

6)高超聲速武器實戰(zhàn)化進程加速。助推-滑翔式與吸氣式高超聲速導(dǎo)彈的性能超越了當前防空導(dǎo)彈的極限作戰(zhàn)能力，給未來的防空作戰(zhàn)模式帶來了顛覆性的挑戰(zhàn)。

1.2 防空導(dǎo)彈精確制導(dǎo)能力需求分析

空襲與防空作戰(zhàn)是一場矛與盾的博弈。威脅樣式及空中目標的演變對防空武器提出了新要求，精確制導(dǎo)系統(tǒng)作為導(dǎo)彈武器核心，其技術(shù)能力提升問題日益凸顯，主要需求體現(xiàn)在以下幾方面：

1)應(yīng)具備支撐武器裝備形成體系對抗作戰(zhàn)的能力。精確制導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)能夠充分利用空、天、地、海多基和多維傳感器信息，支持防空導(dǎo)彈適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)和體系對抗的需求。

2)應(yīng)具備更強的截獲、跟蹤低可探測目標的能力。雷達散射截面積(RCS)0.001m2數(shù)量級的強隱身飛機和巡航/反艦導(dǎo)彈目標，微小型、慢速無人機目標等空中威脅的微波和紅外隱身性能越來越強，導(dǎo)引頭必須能夠有效地截獲、跟蹤這一類低信噪比目標。此外，導(dǎo)引頭應(yīng)具備更強的自動目標截獲、識別能力，提升精確制導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)射后不管的作戰(zhàn)能力。

3)應(yīng)具備更強的抗干擾能力。由于作戰(zhàn)飛機和各類導(dǎo)彈所具備的電子、光電對抗手段越來越先進，精確制導(dǎo)系統(tǒng)必須采取多波段、多模復(fù)合及先進的信息處理等手段，以期顯著提高精確制導(dǎo)導(dǎo)彈的抗干擾能力。

4)應(yīng)具備更為先進的高精度導(dǎo)引控制能力。在應(yīng)對諸如臨近空間高超聲速導(dǎo)彈、彈道導(dǎo)彈及超音速巡航導(dǎo)彈等高速、大機動目標時，能實現(xiàn)高精度攔截(直接碰撞)。

5)應(yīng)具備良好的經(jīng)濟性。軍事斗爭的持久性很大程度上取決于敵對雙方經(jīng)濟實力，降低導(dǎo)彈武器研制、生產(chǎn)、裝備和維護成本，有效降低作戰(zhàn)裝備的費效比并可以大批量使用，方可在執(zhí)行攔截精確制導(dǎo)導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈等飽和攻擊時完成其賦予的攔截任務(wù)。

2 防空導(dǎo)彈精確制導(dǎo)技術(shù)現(xiàn)狀與不足

從未來防空作戰(zhàn)需求出發(fā)，與國外防空武器精確制導(dǎo)技術(shù)相比較，我國在該技術(shù)所涉及的不少領(lǐng)域仍存在某些不足之處，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

1)在精確制導(dǎo)技術(shù)總體應(yīng)用領(lǐng)域。我國防空反導(dǎo)武器系統(tǒng)主要采用單一武器系統(tǒng)作戰(zhàn)模式，精確制導(dǎo)系統(tǒng)信息化、網(wǎng)絡(luò)化水平有待進一步提高。應(yīng)對未來空襲作戰(zhàn)體系，精確制導(dǎo)技術(shù)支撐防空武器體系破擊能力欠缺。

2)制導(dǎo)探測技術(shù)領(lǐng)域。多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)尚處于應(yīng)用起步階段，導(dǎo)引頭仍以單模制導(dǎo)模式為主。考慮到未來實戰(zhàn)需求，在應(yīng)對未來高性能隱身作戰(zhàn)飛機遠程探測能力仍欠缺，對復(fù)雜背景下的目標自動識別截獲能力較弱，普遍存在復(fù)雜光電、電磁環(huán)境下的實戰(zhàn)化抗干擾能力不足的問題。在導(dǎo)引頭關(guān)鍵性能方面，以美、俄為首的歐美國家一直走在世界前列，國外典型防空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭情況見表1。

表1 國外典型防空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭情況

國外現(xiàn)役裝備已大批量采用紅外成像(雙波段)、毫米波主動和多模復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)引頭[11-12]，相控陣技術(shù)也已在導(dǎo)引頭上實現(xiàn)工程應(yīng)用[13]。此外，在導(dǎo)引頭的低成本實現(xiàn)方面，國外具有很大優(yōu)勢，如：美國國防高級研究計劃局(DARPA)資助研發(fā)了微機電(MEMS)電子掃描天線陣(ESA)導(dǎo)引頭，作為低成本巡航導(dǎo)彈攔截器的探測制導(dǎo)單元，成本降低了1個數(shù)量級，功耗降低了2個數(shù)量級；美國的高速遠程空空導(dǎo)彈，采用Ku波段相控陣雷達/寬帶共形被動雷達雙模復(fù)合導(dǎo)引頭，應(yīng)用了瓦片式T/R組件、射頻與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計等技術(shù)，實現(xiàn)了一體化、低成本設(shè)計[14]。當前階段，國外導(dǎo)引頭在關(guān)鍵性能實現(xiàn)、低成本控制、多用途設(shè)計方面仍具有明顯的優(yōu)勢。

3)導(dǎo)引控制技術(shù)領(lǐng)域。在對體系協(xié)同作戰(zhàn)的多源信息支持方面，導(dǎo)引控制技術(shù)研究尚處于起步階段；多維、多約束高精度控制技術(shù)研究相對滯后，難以滿足迅速發(fā)展的攔截空中高速目標、大機動隱身目標、臨近空間目標和空間來襲等全域目標的需求[15]。

特別是在攔截臨近空間來襲目標的技術(shù)方面差距更大。據(jù)悉，美軍正在研制的助推-滑翔“空射快速響應(yīng)武器”(ARRW，正式編號AGM-183A)預(yù)計2025年前后列裝，該型導(dǎo)彈射程1000 km左右，配備主動雷達導(dǎo)引頭，可打擊地、海面慢速移動目標。此外，美軍“吸氣式高超聲速飛行器”(HAWC)也已進入工程研制階段。為應(yīng)對臨近空間目標威脅，隨著被控對象、控制目標向高維、多約束方向發(fā)展，更需要加快步伐研究相應(yīng)的攔截彈制導(dǎo)控制技術(shù)。

4)精確制導(dǎo)仿真技術(shù)領(lǐng)域。雖然國內(nèi)已建立起了一批紅外成像尋的制導(dǎo)仿真、射頻制導(dǎo)仿真試驗室，但是在精確制導(dǎo)全流程、全系統(tǒng)的驗證評估能力上仍有不足。

而國外目前已經(jīng)形成較為完備的精確制導(dǎo)技術(shù)全系統(tǒng)、全流程、網(wǎng)絡(luò)化的仿真驗證與評估能力，支撐精確制導(dǎo)技術(shù)快速、準確和全面的驗證與評估[16]。如隸屬于美國陸軍裝備司令部(AMC)的先進仿真中心(ASC)，擁有紅外成像仿真系統(tǒng)(IIRSS)、射頻仿真系統(tǒng)(RFSS)和多光譜仿真系統(tǒng)(MSSS)。 “中國湖”(China Lake)海軍空戰(zhàn)武器中心擁有最尖端的導(dǎo)彈攻防體系對抗模擬場，導(dǎo)彈能夠在安全可控的環(huán)境中得到測試，完全攔截攻防環(huán)境也可以在不受天氣和其他環(huán)境的影響下得到模擬和測試。目前我國的精確制導(dǎo)仿真驗證與評估多數(shù)為按單一導(dǎo)彈武器系統(tǒng)獨立開展，精確制導(dǎo)全流程、全系統(tǒng)驗證評估能力較弱，總體上試驗的置信度、試驗驗證的覆蓋性有待大幅提升。

5)關(guān)鍵元器件研制生產(chǎn)和采供領(lǐng)域。由于我國的基礎(chǔ)工業(yè)相對薄弱，用于精確制導(dǎo)核心產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵元器件、組件迄今未能全部實現(xiàn)完全國產(chǎn)化，軟件開發(fā)環(huán)境仍依靠進口[17]，核心元器件生產(chǎn)成本相對較高。

3 未來重點發(fā)展方向與思路

通過分析，在未來防空導(dǎo)彈武器裝備精確制導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域需要特別注重以下幾個發(fā)展方向的研究：

1)在總體應(yīng)用方面，精確制導(dǎo)技術(shù)應(yīng)重視適應(yīng)武器裝備向體系化發(fā)展的新需求。現(xiàn)代戰(zhàn)爭作戰(zhàn)模式正在從單一武器的使用向基于多維信息支持的空、天、地體系化作戰(zhàn)模式轉(zhuǎn)變。

在防空導(dǎo)彈領(lǐng)域，應(yīng)更加強調(diào)對空、天、地一體、星彈協(xié)同及彈間協(xié)同等新的作戰(zhàn)模式的研究。相應(yīng)的精確制導(dǎo)技術(shù)應(yīng)重視“外部協(xié)同、內(nèi)部融合”的技術(shù)發(fā)展特征。多平臺/多彈協(xié)同制導(dǎo)、高性能協(xié)同數(shù)據(jù)鏈等精導(dǎo)技術(shù)是支撐防空導(dǎo)彈體系化、協(xié)同作戰(zhàn)的關(guān)鍵。

2)在制導(dǎo)探測技術(shù)方面，體制上需重視發(fā)展相控陣、多維、多譜及多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)；頻段上需加快向3 毫米、亞毫米及太赫茲等頻段擴展。傳統(tǒng)頻段的單一制導(dǎo)體制已經(jīng)在精確制導(dǎo)武器裝備上得到了大量的應(yīng)用，與之相應(yīng)的干擾對抗技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展到了一個較高的水平。后續(xù)應(yīng)重視對新體制彈載相控陣技術(shù)的研究，發(fā)展多維、多譜、多極化及多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)，以適應(yīng)當前的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境，增強導(dǎo)彈武器的抗干擾能力。加快3毫米 、亞毫米等新頻段制導(dǎo)技術(shù)研究，以滿足攔截高超聲速目標、空間目標的迫切需求。

近年來，前沿技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出革命性突破的態(tài)勢，對未來精確制導(dǎo)武器裝備與技術(shù)發(fā)展將產(chǎn)生重要影響。應(yīng)密切跟蹤以激光探測技術(shù)、多色/多光譜識別技術(shù)、石墨烯技術(shù)和相變技術(shù)等為代表的光學(xué)前沿技術(shù)以及以多輸入多輸出(MIMO)相控陣雷達技術(shù)、太赫茲探測技術(shù)等為代表的射頻前沿技術(shù)在反隱身、目標識別、抗干擾和信息獲取等方面的應(yīng)用研究。

3)在導(dǎo)引控制技術(shù)方面，加快末端快響應(yīng)和多操面1控制技術(shù)的工程應(yīng)用研究；加強多源組合導(dǎo)航技術(shù)、多源信息融合技術(shù)研究；重視高維、多約束、強耦合先進控制技術(shù)研究。為提高對高隱身、高速、高機動目標的攔截精度，需要繼續(xù)加大力度研究、優(yōu)化直接力/氣動力復(fù)合控制技術(shù)；加快北斗/慣導(dǎo)組合導(dǎo)航技術(shù)研究，提高導(dǎo)彈的遠程攻擊和信息自主保障能力。同時，開展彈載多基、多源信息融合技術(shù)研究，支撐導(dǎo)彈形成自主協(xié)同作戰(zhàn)能力。

在臨近空間攻防等新領(lǐng)域，全新的作戰(zhàn)環(huán)境、被控對象必然帶來控制算法、控制系統(tǒng)設(shè)計軟硬兩方面的更新?lián)Q代，需要密切跟蹤人工智能、大數(shù)據(jù)等新概念技術(shù)，同時推動具有高性能計算能力的軟硬件設(shè)備的工程應(yīng)用，從而支撐高維、多約束、強耦合先進控制技術(shù)研發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

4)在精導(dǎo)仿真技術(shù)方面，急需突破雷達/紅外成像等多模復(fù)合制導(dǎo)仿真驗證與評估技術(shù)。研究新體制精確制導(dǎo)仿真技術(shù)，拓展試驗系統(tǒng)功能。隨著多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，急需突破主/被動雷達/紅外成像復(fù)合制導(dǎo)、毫米波/紅外成像/激光復(fù)合制導(dǎo)、光學(xué)多模復(fù)合仿真和實時協(xié)同控制仿真等技術(shù)，構(gòu)建射頻/光學(xué)多模復(fù)合仿真試驗系統(tǒng)。將復(fù)合制導(dǎo)仿真試驗系統(tǒng)進一步向更低頻段和更高頻段拓展，構(gòu)建寬頻帶下多種制導(dǎo)體制組合的復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真試驗平臺。

同時，隨著精確制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展，多光譜成像、偏振光成像、MIMO制導(dǎo)和太赫茲制導(dǎo)等先進體制制導(dǎo)技術(shù)逐步得到工程應(yīng)用，需要有針對性地開展對高溫、高分辨率紅外成像轉(zhuǎn)換技術(shù)、紅外雙波段成像轉(zhuǎn)換技術(shù)、偏振光成像轉(zhuǎn)換技術(shù)和射頻/光學(xué)波束合成技術(shù)等仿真技術(shù)的研究，并拓展試驗系統(tǒng)功能，以支撐新體制制導(dǎo)技術(shù)的研發(fā)與驗證。

5)在關(guān)鍵元器件、組件方面，提升國產(chǎn)化水平和產(chǎn)品性能，同時降低成本。首先，紅外探測器組件、雷達導(dǎo)引頭所使用的FPGA、DSP處理器等器件應(yīng)盡快實現(xiàn)全部國產(chǎn)化，徹底擺脫對進口產(chǎn)品的依賴。其次，隨著防空導(dǎo)彈遠程高速化和多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用，加快耐高溫、超寬帶、多模復(fù)合天線罩的研制。最后，在戰(zhàn)時，導(dǎo)彈武器將是最大的戰(zhàn)爭消耗品，核心元器件、關(guān)鍵元器件價格昂貴將使得整彈成本過高，造成“好用卻用不起”的局面，因此“保性能、降成本”必須雙管齊下。

4 結(jié)束語

隨著作戰(zhàn)理念、作戰(zhàn)模式與武器裝備日新月異的發(fā)展，防空導(dǎo)彈武器裝備所面臨的作戰(zhàn)形勢也將更加嚴峻。客觀地說在未來的一段時間內(nèi)，防空導(dǎo)彈武器裝備精確制導(dǎo)技術(shù)的整體水平，無論是在滿足自身應(yīng)用需求方面，還是與國外先進水平相比仍會存在一定的差距，因此，作為防空導(dǎo)彈裝備技術(shù)的核心——精確制導(dǎo)技術(shù)，需要更有針對性地加快其發(fā)展步伐。