空空導彈單機發射和合作發射中的F/A 極

高勁松 趙寶奇 鄧 森 顏從武 武夢潔

體現機載空空導彈火控系統戰術技術指標有6個典型攻擊距離,即最大發射距離、最小發射距離、不可逃逸攻擊距離、發射后不管距離、F 極和A 極[1].國外先進戰斗機在進行空戰時,需要在平顯上實時顯示F 極和A 極,以便飛行員及時了解作戰態勢,做出合理的機動.在國外許多研究空空導彈交戰的文獻中都提到了F/A 極,例如,在用人工智能的方法研究空戰仿真和評價空空導彈效能時[2-3],提到要考慮F極,在介紹用于武器瞄準、使用的座艙顯示和控制中也涉及到F/A 極[4-6].此外,美國至少曾經在4 個項目中涉及到F/A 極研究、對比和能力提升[6-8],即AIM-120 項目、保持空中優勢的綜合控制和航空電子系統、彈道分析程序項目和AIM-120 預籌生產改進項目.另外,國內也進行了F/A 極研究[9-17].

從上述文獻看,F/A 極有兩種形式,即單機發射（或單機攻擊）和合作發射時的F/A 極,而并沒有對F/A 極的這兩種形式進行對比,本文主要對這兩種形式進行比較研究.

1 單機攻擊和合作發射中的F/A 極

F 極是導彈命中目標時載機與目標的距離.該距離對于評價半主動雷達導彈具有重要意義,如圖1所示.

圖1 F 極示意圖Fig.1 Schematic diagram of F-pole

A 極是導彈導引頭截獲目標時載機與目標的距離.該距離用于主動雷達導彈而不是半主動雷達導彈,如圖2 所示.

圖2 A 極示意圖Fig.2 Schematic diagram of A-pole

合作發射出于文獻[7],示意圖如圖3所示；其定義為我領隊機被動交戰,并通過數據鏈接收殿后飛機提供的目標信息,在領隊飛機發射了導彈后,脫離戰斗,而跟進飛機繼續進行目標跟蹤和導彈制導；這種戰術有效地增加了導彈的F 極.

圖3 文獻[7]中“合作發射概念”Fig.3 The concept of cooperative launch in reference 7

根據圖3 給出合作發射的F/A 極示意圖,如圖4和圖5 所示.在空戰中,合作發射是編隊協同作戰的基礎[19].需要指出的是：

圖4 雙機合作發射F 極示意圖Fig.4 The schematic diagram of F-pole of cooperative launch of two aircrafts

圖5 雙機合作發射A 極示意圖Fig.5 The schematic diagram of A-pole of cooperative launch of two aircrafts

1）文獻[7]關于合作發射的文字定義和圖例中的用語是不同的,按照意思,文字定義的“領隊飛機”和“跟進飛機”分別對應圖例中的“射手機”和“制導機”.顯然,圖例中的用詞比較嚴謹,所以在下文對合作發射中兩架的描述就將使用射手機和制導機.

2）文獻[7]也給出了F 極的定義,即當導彈命中目標時,發射導彈的飛機和目標之間的距離.其中,“發射導彈的飛機”就是圖例中的“射手機”.

3）從技術發展過程看,使用空空導彈進行單機攻擊首先出現,以后使用空空導彈進行合作發射才出現,所以,剛開始出現F/A 極的定義時,實際上是單機攻擊的F/A 極,而后來出現了合作發射,再定義F/A 極就必須注意,單機攻擊和合作發射的F/A 極必須是一樣的,而且不能出現歧義.例如,如果把F 極定義為導彈命中目標時我機與目標的距離,在單機攻擊時基本沒有問題,但是在合作發射中就會產生歧義,這個“我機”是射手機,還是制導機呢？而且,未來網絡化制導也會遇到同樣問題.

2 單機攻擊和合作發射F/A 極比較

2.1 作戰過程比較

一般而言,戰斗機發射1 枚中遠程復合制導（程序段+指令中制導+雷達主動末制導）導彈攻擊敵機需要完成截獲目標、發射導彈、繼續觀測敵機和為導彈發送制導指令（即制導導彈）4 項任務.

比較圖1 和圖2,與圖4 和圖5,可以明顯看出單機攻擊和合作發射的區別是：

1）單機攻擊需要我方1 架飛機攻擊敵方1 架飛機,而合作發射需要我方兩架飛機合作攻擊敵方1架飛機.

2）單機攻擊除了要求導彈發射后需繼續觀測敵機并且制導發射的導彈外,并沒有對我方飛機的飛行進行限制,而合作發射則要求射手機在發射后必須轉彎（或U 型機動）,而制導機則需繼續觀測敵機并且制導射手機發射的導彈.

3）與單機攻擊相比,針對相同的目標,合作發射的F/A 極更大,這也是合作發射的戰術優勢,因為涉及機間組網,這實際上就是一種網絡賦能[19].當然,帶來了制導機和射手機的配合問題：在導彈發射前,制導機要通過機間數據鏈為射手機發送目標信息,在導彈中制導段,制導機要為射手機發射的導彈提供制導指令.

實際上,單機攻擊就是把截獲目標、發射導彈、觀測敵機和制導導彈放在一架飛機上完成,而合作發射則安排射手機完成發射導彈,安排制導機完成截獲目標、觀測敵機和制導導彈,也就是說合作發射把發射導彈攻擊敵機安排在兩架飛機上完成.而之所以如此,就因為飛機的性能還不能在U 型機動后完成觀測敵機和制導導彈的任務,當然,在目前技術條件下,一般戰斗機都只裝備前向雷達和相應的導彈制導數據鏈,如圖6 所示.

圖6 一般戰斗機裝備的前向雷達和相應的導彈制導數據鏈Fig.6 The schematic diagram of forward radar and relevant missile guidance data links of general fighter equipment

實際上,世界上任何一種戰斗機都沒有裝備可以觀測自己周圍360°的全向雷達和相應的導彈制導數據鏈,如圖7 所示.

圖7 裝備全向雷達和相應的導彈制導數據鏈的戰斗機示意圖Fig.7 The schematic diagram of omnidirectional radar and relevant missile guidance data links equipped in a fighter

如果飛機具備觀測360°的全向雷達和相應的導彈制導數據鏈能力就可以在發射導彈后進行U 型機動,并可以完成整個攻擊過程.這樣就可以用一架飛機完成原來由兩架飛機才能完成的合作發射,而且還可以獲得合作發射的戰術優勢——增大F/A 極.

2.2 影響性能的因素比較

2.2.1 影響單機攻擊F/A 極的因素

按照涉及的對象,影響單機攻擊F/A 極的因素包括：導彈、導彈載機和目標.

1）導彈

F/A 極是導彈的重要技術戰術指標之一,導彈的制導體制和導彈的動力學模型直接影響F 極,A極除了受到上述因素影響,還要受到導彈導引頭性能的影響.導彈速度和飛行軌跡直接影響F/A 極.

2）導彈載機

導彈載機對F/A 極產生的影響主要考慮載機的雷達性能、載機的武器數據鏈系統和載機的操縱策略,也就是F 極機動.導彈載機高度、速度、軌跡和導彈發射時與敵機的距離直接影響F/A 極.

3）敵機

敵機對F/A 極也將產生影響,主要考慮敵機高度、速度、目標特性和敵機操縱策略.因為研究F/A極只涉及到半主動雷達空空導彈和復合制導空空導彈,所以這里的敵機目標特性是指敵機的雷達反射特性.敵機高度、速度和軌跡直接影響F/A 極.

2.2.2 影響合作發射F/A 極的因素

1）導彈

除與單機攻擊相同的性能外,合作發射的導彈還要具有異平臺慣導對準和異平臺制導能力.

2）射手機

射手機要有機間數據鏈,接收制導機發來的目標數據和制導機數據,并完成異平臺慣導對準.射手機高度、速度、軌跡和導彈發射時與敵機的距離直接影響F/A 極.

3）制導機

制導機要有機間數據鏈為射手機發送目標數據和制導機數據,還要有機彈數據鏈完成導彈制導.在導彈發射后,制導機的操縱需要滿足觀測目標,并為導彈提供中制導信息.制導機的軌跡不影響F/A 極.

4）敵機

敵機高度、速度、目標特性和敵機操縱策略對F/A 極也將產生影響,與單機攻擊相同.

3 兩種形式下F/A 極的概念和相互關系

綜合考慮單機攻擊和合作發射,盡管這兩種形式不同,但F/A 極定義是相同的.F/A 極定義應為：

F 極是空空導彈命中目標時導彈載機與目標的距離.

A 極是空空導彈主動雷達導彈導引頭能開始自主跟蹤目標時,導彈載機與目標的距離.

上述概念強調的是導彈載機.在單機攻擊時,導彈載機是載機,這不會產生歧義,雙機合作發射時,有射手機和制導機,導彈載機指射手機,也不會產生歧義.

以上分析可以看出單機攻擊和合作發射有一定聯系.在空戰對抗過程中,F/A 極越大越好,單機攻擊的F 極機動和合作發射中射手機的U 型機動都是為了增大F/A 極.在單機攻擊的F 極機動中,雖然導彈載機過載越大,F/A 極越大,但是因為要兼顧觀測敵機且制導導彈,所以在攻擊過程中,導彈載機的過載是受限制的.在合作發射中,射手機在導彈發射后作U 型機動,掉頭后直飛,作U 型機動的過載越大,F/A極越大.所以實際上單機攻擊的F 極機動與合作發射中射手機的U 型機動本質上是相同的,只不過是因為戰斗機的能力限制不具備全向雷達和配套的機彈數據鏈,故而對F 極機動有所限制,如果沒有這種雷達和數據鏈能力限制,F 極機動完全可以演變成U型機動,從這個角度看,圖7 實際上可以看作是這一演變的中間狀態.這也就是為什么在相同態勢條件下,合作發射比單機攻擊F/A 極大的原因.當然,在合作發射中,制導機也不可或缺,如果沒有制導機,就不能完成導彈中制導,導彈就不能命中目標,只不過就制導機的飛行軌跡不會影響F/A 極的大小.

需要特別指出的是：影響F/A 極的大小有許多因素,但是這些因素在單機攻擊和合作發射這兩種形式下可能會產生不同的結果.例如,以圖1 和圖2 代表最簡單的單機攻擊（即在導彈發射后,導彈載機和導彈與目標在一條直線上迎頭對飛）的F/A 極,以圖4和圖5 代表合作發射一般條件下（即在導彈發射后,射手機作U 型機動,制導機與目標依然迎頭對飛,導彈與目標在一條直線上迎頭對飛）的F/A 極,從交戰幾何的角度看,導彈發射時導彈載機和目標之間的距離越大,進行單機攻擊和合作發射時的F/A 極都越大,但是導彈載機速度越大,進行單機攻擊時的F/A 極就越小,而進行合作發射時的F/A 極就不一定會越大.

4 F/A 極在作戰中應用

無論單機攻擊還是合作發射,F 極和A 極實際上是表征在對抗環境下（即對方也擁有可以攻擊本機的空空導彈）,航空武器火控系統的一種重要能力.例如,兩個飛機迎頭對飛一對一交戰,同時向對方發射半主動雷達制導空空導彈,如果這兩個飛機保持速度與航向,具有較大F 極的導彈將首先命中對手,并因摧毀對手機載截擊雷達,而使對手導彈的射頻導引頭失效不能對自己形成威脅,如圖8 所示,黑色和藍色帶箭頭的線分別表示A 機和B 機的F 極.

圖8 交戰中的F 極示意圖Fig.8 Schematic diagram of F-pole in engagement

在空戰過程,飛行員在向敵機發射復合制導空空導彈后,導彈一旦截獲目標,飛行員就可以立刻操縱飛機脫離敵機,減少敵機對自己的威脅,A 極越大越安全.

另外,F/A 極也是戰場外比較不同導彈性能的重要參數,例如,20 世紀80 年代由美空軍Wright Patterson 空軍基地國家航空情報中心開發和維護的彈道分析程序（trajectory analysis program,TRAP）[8],就是一種評價及預測其他國家氣動武器在一對一交戰想定時性能與設計的分析工具,其中就用到了F/A 極.

5 結論

從出現的時間順序看,先有單機攻擊,后有F/A極的概念,再后才出現合作發射,因而在定義F/A 極時必然只會考慮單機攻擊的情況.本文在概念層面對單機攻擊和合作發射中F/A 極進行了辨析,研究了二者之間的關系,特別是對F/A 極的概念進行了探討,希望可以滿足單機攻擊和合作發射這兩種情況,當然,如果要更深入地認識二者的關系,還需要進行更復雜的建模仿真和理論推導.