無人機(jī)載內(nèi)埋彈藥關(guān)鍵技術(shù)要素分析

石宇鑫

無人機(jī)載內(nèi)埋彈藥的發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)載彈藥是指由無人機(jī)平臺從空中發(fā)射，對目標(biāo)進(jìn)行打擊的各類型導(dǎo)彈和精確制導(dǎo)炸彈。

21世紀(jì)初，美國、英國、俄羅斯等世界軍事強(qiáng)國開始研發(fā)無人機(jī)載武器，其中美國發(fā)展最為快速，以色列、韓國、土耳其、南非、阿聯(lián)酋等國家也加入了研究行列。無人機(jī)載彈藥的快速發(fā)展，使各國得以更高效、安全地完成近空火力壓制、對敵防空系統(tǒng)壓制、戰(zhàn)術(shù)甚至戰(zhàn)略打擊等作戰(zhàn)任務(wù)。當(dāng)前世界各軍事大國都在著力研究無人機(jī)載彈藥和內(nèi)埋式彈藥，這也必將是未來技術(shù)競爭的一塊高地。

無人機(jī)載彈藥的分類

根據(jù)彈藥的類型和用途，無人機(jī)載彈藥可以分為空對地打擊彈藥、空對空打擊彈藥和反艦打擊彈藥等。這些彈藥可以根據(jù)其載荷能力、爆炸殺傷半徑和精確打擊能力等不同因素進(jìn)行分類。

根據(jù)適用情形，無人機(jī)載彈藥主要分為空面導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈、靈巧子彈藥、小型戰(zhàn)術(shù)制導(dǎo)彈藥（重10千克以內(nèi)的制導(dǎo)彈藥）、新概念武器（含激光武器）等，其中用途最廣泛的是空面導(dǎo)彈，它又包含了空地導(dǎo)彈和反艦導(dǎo)彈。

根據(jù)導(dǎo)航和制導(dǎo)方式，無人機(jī)載彈藥分為自主導(dǎo)航、尋的制導(dǎo)、遙控制導(dǎo)和復(fù)合制導(dǎo)。自主導(dǎo)航主要包括慣性導(dǎo)航、程序?qū)Ш?、地形匹配?dǎo)航、景象匹配導(dǎo)航和星光導(dǎo)航等方式，它通過提前設(shè)定的程序和參考系，可使得導(dǎo)彈不受外界干擾、隱蔽地打擊固定目標(biāo)。尋的制導(dǎo)主要包括雷達(dá)制導(dǎo)、紅外制導(dǎo)、毫米波制導(dǎo)、電視制導(dǎo)、激光制導(dǎo)等，通過導(dǎo)引頭與目標(biāo)間的信息交互識別進(jìn)行精確定位。遙控制導(dǎo)即發(fā)射后通過己方的遙控員發(fā)射信號指揮導(dǎo)彈進(jìn)行定位，主要適用于小型、近程彈藥。復(fù)合制導(dǎo)則是根據(jù)戰(zhàn)場實(shí)際態(tài)勢和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)需要，綜合了多種制導(dǎo)方式，以實(shí)現(xiàn)更高的抗干擾能力、精確打擊能力和武器效費(fèi)比。

本文著重研究空面導(dǎo)彈。

內(nèi)埋式彈藥的定義與特點(diǎn)

內(nèi)埋式彈藥是指可以與無人機(jī)機(jī)身無縫連接，外部不可見的彈藥載荷。彈藥內(nèi)埋式無人機(jī)系統(tǒng)主要特點(diǎn)是隱蔽性高、整機(jī)氣動特性良好、可降低整體的雷達(dá)截面積（RCS），在作戰(zhàn)中提高了載荷能力、航程和隱身性能等，可以顯著提高無人機(jī)的作戰(zhàn)能力。

相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展

國外空地導(dǎo)彈的技術(shù)發(fā)展趨勢，主要集中于四點(diǎn)，即追求大射程，多域融合協(xié)同作戰(zhàn)，低成本小型化，模塊化、系列化和通用化。

美國的JASSM系列導(dǎo)彈、歐洲的“矛”式導(dǎo)彈等旨在提升防區(qū)外打擊的能力，在當(dāng)今嚴(yán)密防守的反介入/區(qū)域拒止（A2/AD）環(huán)境中，防區(qū)外作戰(zhàn)能力對于現(xiàn)代無人化作戰(zhàn)體系至關(guān)重要。

2019年美國的“金帳汗國”（Golden Horde）項目和歐洲MBDA公司致力于研究的“矛”式導(dǎo)彈都重點(diǎn)關(guān)注了多域融合協(xié)同化作戰(zhàn)能力，結(jié)合人工智能技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息交互技術(shù)等，追求網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)以提高打擊效率。

小型化空地導(dǎo)彈對于內(nèi)埋式有著顯著的優(yōu)勢，在此方面美國的小型先進(jìn)能力導(dǎo)彈（SACM）、防區(qū)內(nèi)攻擊武器SiAW、結(jié)合了微機(jī)電技術(shù)的“長釘”、“長矛”等小型導(dǎo)彈已經(jīng)走在了技術(shù)前列，雖優(yōu)勢明顯，但彈藥小型化在外形、制導(dǎo)、材料等方面也將對導(dǎo)彈的各分系統(tǒng)提出更嚴(yán)格的要求。

產(chǎn)品模塊化的思想早在百年前就已在工業(yè)中產(chǎn)生，但在導(dǎo)彈武器上的應(yīng)用直到二十一世紀(jì)才逐漸顯現(xiàn)。部件模塊化設(shè)計、生產(chǎn)制造是現(xiàn)代導(dǎo)彈發(fā)展的主要方向之一。俄羅斯的Grom、歐洲的“硫磺石”、“矛”式、法國的“米卡”空空導(dǎo)彈等都在著力發(fā)展在復(fù)雜戰(zhàn)場條件下的通用性、可替換性和互補(bǔ)性，這樣可提高作戰(zhàn)效能。而我國的模塊化導(dǎo)彈設(shè)計技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)還不夠成熟，與西方發(fā)達(dá)國家存在一定的差距。國內(nèi)外部分學(xué)者已經(jīng)對導(dǎo)彈模塊化設(shè)計和劃分進(jìn)行了一定的研究，對未來的發(fā)展指出了方向。

多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)和數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)導(dǎo)彈必不可少的環(huán)節(jié)，它使得導(dǎo)彈更加智能化，且擁有了全天候、全天時作戰(zhàn)能力，在復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境中具有更廣泛的適應(yīng)性。

隱身技術(shù)的發(fā)展，讓飛行器具有了更優(yōu)秀的突防能力和生存能力，在局部糾紛中具備出奇制勝的可能，是未來發(fā)展必然的趨勢。國內(nèi)已有相關(guān)文獻(xiàn)介紹了隱身無人機(jī)與隱身導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

飛機(jī)內(nèi)埋彈艙早在二十世紀(jì)五十年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但其重要性直到近年才逐漸顯露。相對外掛式布局，內(nèi)埋式布局對載彈量造成了限制，但卻大大增強(qiáng)了飛機(jī)的隱身性能和跨聲速、超聲速氣動性能。

小結(jié)

無人機(jī)和機(jī)載彈藥領(lǐng)域是未來軍事發(fā)展的重點(diǎn)，大量國內(nèi)外學(xué)者都進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的研究。在此方面，美國已先拔頭籌，取得了領(lǐng)先地位，西歐英法德、俄羅斯和我國也積累了一定的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，取得了一定的成果。在當(dāng)今發(fā)達(dá)的探測追蹤技術(shù)大背景和突防攻擊的大需求下，隱身性能已越來越成為兵家必爭的關(guān)鍵技術(shù)；同時，網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展也讓機(jī)載彈藥系統(tǒng)的信息交互、協(xié)同作業(yè)能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍；精確打擊能力得到了前所未有的提升。相較于外掛式，內(nèi)埋式布局設(shè)計在吸收之前先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的同時，為隱身設(shè)計、氣動設(shè)計帶來了新的機(jī)遇，也為新型彈藥總體設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。

無人機(jī)載內(nèi)埋彈藥的關(guān)鍵技術(shù)要素

機(jī)載彈藥的總體設(shè)計與構(gòu)造

無人機(jī)載彈藥的主要研究點(diǎn)在于保證飛行性能和作戰(zhàn)效費(fèi)比，即在減小彈藥整體尺寸和重量的同時，能保證其射程、威力、隱身突防性能和精確打擊能力。

常規(guī)空面導(dǎo)彈包括空地導(dǎo)彈和空基反艦導(dǎo)彈，其基本構(gòu)造包括導(dǎo)引頭、彈體結(jié)構(gòu)件、彈上電子設(shè)備、引信、戰(zhàn)斗部、發(fā)動機(jī)等，如圖2所示。

彈上電子設(shè)備根據(jù)不同情形的需要，可包含彈載數(shù)據(jù)鏈、綜合控制計算機(jī)、協(xié)同處理模塊、熱電池、慣性測量單元等部件。

引信的種類繁多，按作用方式和原理，大致可分成觸發(fā)引信、時間引信和近炸引信。戰(zhàn)斗部根據(jù)目標(biāo)特性和對目標(biāo)毀傷機(jī)理可分為殺傷戰(zhàn)斗部、爆破戰(zhàn)斗部、侵徹戰(zhàn)斗部、聚能戰(zhàn)斗部、子母戰(zhàn)斗部、云爆戰(zhàn)斗部等。

彈體結(jié)構(gòu)件包括艙段蒙皮、彈翼、尾翼、腹鰭、配重體等，主要決定了導(dǎo)彈的氣動外形、承力特性和操縱特性等。

彈上發(fā)動機(jī)根據(jù)射程，主要分為固體火箭發(fā)動機(jī)和渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)。

無人機(jī)載內(nèi)埋式彈藥相比于傳統(tǒng)的外掛式彈藥，基本構(gòu)造組成大體相同，主要區(qū)別在于小型化和發(fā)射部署裝置的不同，也因此衍生出了新的設(shè)計思路。

彈藥的部署和發(fā)射機(jī)制

常規(guī)式無人機(jī)載彈藥通過發(fā)射裝置與載機(jī)進(jìn)行連接和射前通信，通過滑軌和定位銷鎖定，發(fā)射時靠發(fā)動機(jī)推力推出。內(nèi)埋式布局的彈藥在部署安裝、發(fā)射機(jī)制、氣動分離等方面與此均有所不同。

在跨聲速氣動分離方面，相關(guān)科研人員就外流條件對導(dǎo)彈出艙時的動態(tài)影響進(jìn)行了研究，表明內(nèi)埋導(dǎo)彈分離時質(zhì)心運(yùn)動軌跡與常規(guī)式不同。

在結(jié)構(gòu)布局和發(fā)射方式層面，常規(guī)外掛式采用導(dǎo)彈助推分離，而內(nèi)埋式彈藥演化出了一種彈射-投放方式，由于內(nèi)置彈艙空間有限，迎合小型化的折疊翼和折疊舵也應(yīng)運(yùn)而生，相關(guān)文獻(xiàn)對此進(jìn)行了研究。

在安裝部署方面，發(fā)射裝置和導(dǎo)彈接口應(yīng)采用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化單元，一方面可實(shí)現(xiàn)在有限人力情況下的快速換裝，另一方面可以實(shí)現(xiàn)不同無人載機(jī)與不同彈藥的通用適掛性，提高戰(zhàn)場快速響應(yīng)能力。

彈藥的通信與控制系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭信息化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈技術(shù)逐漸起到了舉足輕重的作用。它可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)、導(dǎo)彈、地面站之間的雙向數(shù)據(jù)通信和指令傳輸，使得載機(jī)和地面監(jiān)測站能夠隨時接收到導(dǎo)彈的位置、姿態(tài)和狀態(tài)信息，也讓指揮室得以實(shí)時監(jiān)測到導(dǎo)引頭和無人機(jī)的圖像信號，同時也促進(jìn)了多發(fā)導(dǎo)彈的協(xié)同制導(dǎo)打擊能力的發(fā)展。

美國的導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈技術(shù)起步較早，典型型號包括AN/AXQ-14和AN/ AWW-13，俄羅斯的“玄武巖”、“花崗巖”反艦導(dǎo)彈也都運(yùn)用了導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈技術(shù)。相關(guān)文獻(xiàn)也對武器數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展前景進(jìn)行了研究，提出導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展趨勢包括提高綜合抗干擾能力、發(fā)展通用型數(shù)據(jù)鏈、構(gòu)建信息化、網(wǎng)絡(luò)化體系等。

協(xié)同打擊能力在主要軍事大國也已得到了發(fā)展和運(yùn)用，如美國的網(wǎng)火作戰(zhàn)系統(tǒng)、俄羅斯的領(lǐng)彈-攻擊彈作戰(zhàn)方式等，國內(nèi)的聯(lián)合信息分發(fā)系統(tǒng)JIDS、多彈分布式無中心協(xié)同制導(dǎo)技術(shù)等，都是通過數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息融合共享的協(xié)同作戰(zhàn)思想，目前已有大量相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了研究?，F(xiàn)代協(xié)同攻擊要求彈上控制律的優(yōu)化設(shè)計和多目標(biāo)動態(tài)規(guī)劃的能力，這對協(xié)同處理模塊和彈載協(xié)同數(shù)據(jù)鏈也提出了更高的要求，如彈間抗干擾和組網(wǎng)能力、信息處理與智能決策的能力等。

總之，導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈和協(xié)同制導(dǎo)系統(tǒng)愈來愈成為當(dāng)今的熱點(diǎn)方向，開展深入研究對提升導(dǎo)彈技戰(zhàn)術(shù)水平有重大意義。

隱身性能與內(nèi)埋式彈藥的兼容性

隱身技術(shù)可以顯著地提升飛機(jī)和導(dǎo)彈的突防打擊能力，也成為21世紀(jì)航空軍事的關(guān)鍵技術(shù)之一。察打一體無人機(jī)和空面導(dǎo)彈主要關(guān)注電磁隱身和紅外隱身技術(shù)。其中電磁隱身技術(shù)伴隨著起降和發(fā)射全階段過程，紅外隱身主要研究載機(jī)和導(dǎo)彈的尾焰輻射信號特征。

國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)都表明，無人機(jī)的電磁雷達(dá)截面積（RCS），主要取決于外形隱身技術(shù)與材料隱身技術(shù)。前者包括機(jī)身機(jī)翼主要線條角度、曲面、進(jìn)氣道與尾噴口、水平和垂直尾翼等總體設(shè)計，也包括口蓋、對接面等細(xì)節(jié)部位。要減小己方飛機(jī)和導(dǎo)彈的RCS，就要減少角反射器和不連續(xù)面，抑制雷達(dá)回波和爬行波的反射；還要在飛機(jī)的主要曲面和線條布局上盡力減少后向散射、并減少關(guān)鍵方向的雷達(dá)波散射能量。材料隱身技術(shù)包括表面吸波或透波材料，使目標(biāo)不反射或少反射雷達(dá)波以降低RCS來達(dá)到隱身目的。國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)也對無人機(jī)不同布局、不同狀態(tài)的雷達(dá)散射曲線進(jìn)行了分析并對其分布特點(diǎn)和頻率、俯仰角等特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究和機(jī)理分析。目前國外主要發(fā)達(dá)國家在無人機(jī)隱身技術(shù)方面已有較好的成果，如美國的X-47B、MQ-25“黃貂魚”、XQ-58“女武神”、RQ-170“哨兵”，歐洲的BAE“雷神”“神經(jīng)元”、俄羅斯的S-70等。事實(shí)表明，外掛導(dǎo)彈會顯著增加載機(jī)整體的RCS，降低隱身性能。相比于常規(guī)布局，翼身融合布局在擁有一系列優(yōu)良?xì)鈩油庑蔚耐瑫r，有利于提高電磁隱身特性，同時也有利于增加內(nèi)置彈艙的空間，提高內(nèi)埋彈藥的設(shè)計效能。內(nèi)埋彈藥由于不暴露于雷達(dá)波環(huán)境，可以免加裝吸波涂層，這對減輕導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)重量也有利，得以提高導(dǎo)彈的飛行性能。

導(dǎo)彈的紅外輻射特性主要來自于發(fā)動機(jī)尾噴口的高溫部件和尾焰。主要的隱身技術(shù)在于遮擋輻射源和降低輻射強(qiáng)度。在總體設(shè)計階段，一方面可以通過尾翼等部件對高溫部件進(jìn)行遮擋；另一方面可以在保證總沖的同時減小發(fā)動機(jī)噴流的溫度，來降低紅外輻射特性。

綜合表明，相比于將導(dǎo)彈外掛于載機(jī)表面，內(nèi)埋彈藥布局能顯著提高隱身突防能力，二者相輔相成。

模塊化設(shè)計

在21世紀(jì)的新型作戰(zhàn)體系下，戰(zhàn)場的多變性、戰(zhàn)局的復(fù)雜性、目標(biāo)的多樣性逐漸顯現(xiàn)，單一功能的彈藥已無法滿足作戰(zhàn)需求。戰(zhàn)場上不同部件的快速靈活換裝、工廠中各部件的大批量生產(chǎn)，都對總體設(shè)計提出了一種新型概念，即模塊化設(shè)計。模塊化是指將整彈分成若干獨(dú)立模塊，可以分別設(shè)計制造、戰(zhàn)時滿足通用替換特性的理念。

針對不同的目標(biāo)特性，激光、毫米波、紅外等多模導(dǎo)引頭的功能各具特點(diǎn)；攻堅、破甲、殺爆、云爆戰(zhàn)斗部也分別適用于不同的戰(zhàn)場環(huán)境。根據(jù)需要將這些不同部件進(jìn)行靈活簡易替換，便可實(shí)現(xiàn)全天候、全天時的作戰(zhàn)響應(yīng)和戰(zhàn)備部署。模塊化換裝和模塊化設(shè)計要求各部件接口的通用化、系列化，這是未來的一大趨勢。

研究路徑思路與啟示

現(xiàn)代戰(zhàn)爭已經(jīng)由曾經(jīng)的機(jī)械化作戰(zhàn)、大兵團(tuán)作戰(zhàn)方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱酥悄芑⑿畔⒒鲬?zhàn)，在未來，空中作戰(zhàn)的主要任務(wù)之一是突防和精確打擊，這對無人機(jī)和機(jī)載空面導(dǎo)彈的設(shè)計也提出了更高的要求。

為了提高載機(jī)的突防能力和隱身性能，內(nèi)埋式彈藥布局已成為一切研究的核心要素。在此前提下，彈藥的尺寸和載機(jī)的總體布局就產(chǎn)生了潛在的矛盾，如何為彈艙保留足夠的空間成為了無人機(jī)總體設(shè)計的難點(diǎn)和重點(diǎn)。對于內(nèi)埋式彈藥而言，提高空間利用率的思路之一是采用折疊彈翼，這需要綜合權(quán)衡結(jié)構(gòu)和氣動力特性；在復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境下，不同導(dǎo)引頭和多功能戰(zhàn)斗部的快速換裝和靈活結(jié)合能使得己方以不變應(yīng)萬變，全天時、全天候進(jìn)行作戰(zhàn)部署和打擊，因此空面導(dǎo)彈模塊化設(shè)計和生產(chǎn)也成為了首要議題；在網(wǎng)絡(luò)化時代，協(xié)同制導(dǎo)和數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用可以讓戰(zhàn)場更加透明化、大大提高導(dǎo)彈的精度和突防能力，真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)籌帷幄，決勝千里；最后，導(dǎo)彈的總體設(shè)計是一個反復(fù)迭代，權(quán)衡各分系統(tǒng)的學(xué)問，要顧及氣動外形設(shè)計與隱身性能的兼容性，考慮高巡航升阻比與低雷達(dá)散射截面特性，也要權(quán)衡戰(zhàn)斗部與發(fā)動機(jī)的重量配比，以達(dá)到最高的性能效益。未來的空面導(dǎo)彈研究可以從以上幾個方面重點(diǎn)著手，結(jié)合前沿理論技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

總結(jié)

當(dāng)前，無人機(jī)載內(nèi)埋彈藥的研究與應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。國內(nèi)外研究人員可通過對彈藥巧妙的總體設(shè)計、部署和發(fā)射機(jī)制、通信與控制系統(tǒng)以及隱身性能的研究，使無人機(jī)能夠攜帶更多更先進(jìn)的內(nèi)埋式彈藥，增強(qiáng)了無人機(jī)的作戰(zhàn)靈活性和打擊能力。然而，該領(lǐng)域仍然存在一些挑戰(zhàn)，如彈藥的尺寸和重量控制、通信與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及彈藥與無人機(jī)隱身性能的兼容等。因此，未來的研究需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化無人機(jī)載內(nèi)埋彈藥的關(guān)鍵技術(shù)，以滿足不斷變化的作戰(zhàn)需求。