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国外空空导弹发展现状
随着技术的不断进步,战争的模式也发生了巨大的变化。就美国而言,现代战争正从以平台为中心转为以网络为中心。也就是说现代战争的特点是以网络为中心的中远程精确打击。而中远程精确打击大多是从空中开始的,因此空中打击与空中对抗已成为现代战争的主要模式。由于在中远程精确打击、夺取制空权和空中对抗中的特殊地位和作用,空空导弹已成为世界许多国家优先发展和竞相购买的武器装备。
在空空导弹武器系统的研制、生产与销售上,美国一直处于主导地位,其次是欧洲和俄罗斯。此外,以色列和南非也是一支不可忽视的力量。空空导弹的主要生产商是美国的雷声公司(全球雇员80000人,2004年销售额202亿美元)、欧洲的导弹集团MBDA、俄罗斯的温贝尔设计局和以色列的拉菲尔公司。
美国的空空导弹
美国拥有世界上性能最先进的各种战机和机载电子设备,因此,它把主要精力集中在近距和中距空空弹的不断改进上。
AIM-120 AMRAAM是美国雷声公司为美国空军和海军研制的第四代全天候、全方位、具有多目标打击能力的中距主动雷达空空导弹,用于取代AIM-7“麻雀”。该弹子1975年开始研制,1991年服役。到2002年底,美国已生产了12000多枚导弹。导弹的最新型号是AIM-120C-7。各型导弹已出口到27个国家和地区。
AIM-120是目前世界上最先进的雷达型空空导弹,拥有主动末制导雷达导引头,能在发射后自主搜寻目标,在各种天气和昼夜条件下具有很强的攻击能力。其改进计划(美国称为P31,即“预筹生产改进”)一直都在进行。AIM-120C-5加大了发动机(制导舱缩短),改进了战斗部(破片变小、数量增加),并采用了新的软件,于2000年开始向盟国出口。最新生产型号AIM-120C-7采用了新的商业处理器,改进了软件和雷达信号处理技术,增强了导弹的抗电子干扰能力。2003年进行的几次试验都是直接命中目标(带干扰)。
AIM-9X是雷声公司为美国空军和海军研制的用于取代AIM-9L和—9M的全天候先进近距空空导弹,1994年开始研制。美国空军和海军要求AIM-9X总的战术性能要超过俄罗斯的R-73和其他大离轴角发射的全向攻击导弹,具有更好的目标截获能力、更大的机动能力和优良的抗红外干扰能力。同时要求导弹在发射前锁定目标,以获得“发射后不管”能力。AIM-9X采用128x128元的凝视焦平面红外成像导引头(自称第5代导引头)和推力矢量控制技术(TVC),具有多目标和全向攻击能力,可使用先进的头盔瞄准具,其发射离轴角超过90度。这使飞行员能够锁定整个前半球(180度)内的目标,而具有先发射、先击毁的能力。为了减少研制经费,该弹采用AIM-9L和AIM-9M的发动机、战斗部和引信。AIM-9X已于2000年12月开始小批量生产,2003年11在美国空军服役,2004年5月获美国海军批准进入批量生产。2004年12初,雷声公司获得了1.58亿美元的批量生产合同,用于为美国海军生产443枚战斗弹和153枚训练弹及相关设备,预计2007年4月交付。2005年3月底,雷声公司向美国军方交付了第1000枚导弹。该弹将在美国服役到2018年。
AIM-9X的近期改进包括两个方面:一是利用网络平台实现发射后锁定目标,从而使导弹具有360度的攻击能力;二是实现无头盔大离轴发射(垂直截获扫描模式),从而使没有装备头盔瞄准具的战机也能具备“先射”能力。
雷声公司估计该弹的产量将超过1.5万枚,其中出口不低于5000枚。韩国、波兰、瑞士和丹麦已决定采购该型导弹。
欧洲的空空导弹
欧洲为了保存、发展自己的导弹工业并与美国进行竞争,组成了欧洲导弹集团。该集团由马特拉英国宇航动力公司、欧洲航空防御与宇航公司、阿列尼亚·马可尼系统公司组成(简称MBDA),目前是仅次于美国雷声公司的世界第二大导弹生产商。
欧洲现在主要有3种新型导弹:“流星”、先进近距空空导弹(ASRAAM)和IRIS-T。
“流星”(Meteor)是欧洲导弹集团MBDA研制的一种新型超视距主动雷达空空导弹,该弹的研制在1996年英国的“超视距空空导弹”竞标项目中启动,并于2000年5月中标。2002年12月,英国国防采购署代表英国、德国、意大利、瑞典、法国和西班牙政府与MBDA签订了全面研制合同,金额高达21亿美元。
该弹采用无弹翼外形、变流量涵道式冲压发动机和Ku波段脉冲多普勒导引头(带基于行波管的发射机)。导弹的大部分飞行弹道采用倾斜转弯技术,交会前导弹转为侧滑转弯飞行状态,以加大其末端的机动性。对中制导,导弹带有双向数据链,可通过载机或预警机进行数据更新,也可以把导弹数据传回载机。冲压发动机采用两个进气道,这样可以降低对侧滑的敏感性。该弹2005年10月进行首次发射试验,预计2010年前后投入使用,装备欧洲各种型号的先进战机(如“台风”、“鹰狮”等)。
ASRAAM(先进近距空空导弹)是一种高速、低阻、抗干扰能力很强的全向攻击导弹,由欧洲导弹集团MBDA研制,采用无弹翼外形、尾舵控制和雷声公司研制的128x128元凝视焦平面阵列红外成像导引头。AS—KAAM带有三自由度光纤陀螺和加速度计,可以使用发射前锁定方式或发射后锁定方式。后一种发射方式可以使导弹攻击已被雷达或其他传感器定位、但尚未被导弹导引头发现的目标。探测器制冷可以使用氩气、氮气或空气。弹载计算机每秒能完成数百万次图像处理和飞行控制计算。该弹于20世纪80年代末开始研制,2002年初交付英国皇家空军。
欧洲另一种近距格斗弹是IRIS—T(采用尼部推力矢量控制的响尾蛇红外成像型后继弹),由德国的BGT公司主导,意大利、瑞典、挪威、希腊等国共同资助导弹的研制和生产。IKIS-T导弹采用机械扫描的4x128元锑化铟红外成像导引头,该导引头工作在3—5μm波长,具有±90度的离轴角,装有先进的信号处理系统。BGT认为,他们之所以选择扫描成像导引头,是因为当远目标像点落入探测元之间的死区时,凝视成像会产生不稳定信号,而且扫描成像不容易被激光致盲。
该弹于1996年开始方案设计,2002年底完成鉴定发射试验(6发制导发射全部是直接命中目标),2003年完成了性能演示试验(7发导弹都直接命中目标)。BGT公司于2003年1月已获准进行批生产准备和试生产,批生产合同已于2004年12月20日签 订,合同总额约10亿欧元,4000多枚导弹的生产交付将延续到2011年。同时,BGT正考虑研制地空型IRIS—T,在导弹上安装一个较大的火箭发动机和一个数据链,将弹长由2939毫米增至3139毫米,弹重由88公斤增至106公斤。此外,还将增加一个流线型头罩,用于在飞行的第一阶段保护导引头。地空型IRIS-T的应用包括作为辅战武器用于中距增程防空系统(MEADS),与洛克希德·马丁公司的PAC-3主战导弹协同作战。
俄罗斯的空空导弹
俄罗斯在空空导弹研制方面有很强的实力,已经服役和出口的有多种型号,包括安装可更换红外或雷达导引头的中远程R-27,但最有影响是K-73和R-77中距拦射弹。
R-73是俄罗斯温贝尔设计局研制的红外型空空导弹(北约国家称之为AA-11“射手”),于1987年服役。导弹采用两元锑化铟红外导引头和燃气舵推力矢量控制,能利用来自飞机雷达、红外搜索与跟踪装置(1KST)和驾驶员头盔瞄准具的输入数据,在发射前以45度离轴角锁定目标,进入飞行状态后能跟踪离轴角为75度的目标。该弹以高机动能力而著称,曾经成为西方国家竞争的目标。
现役有两个基本型号:原型的R-73K,其后缀是指Krechet主动雷达引信;较新的R-73L,装有Yantar激光引信,上世纪80年代末投产。R-73K出售给国外的代号为R-73E,K-73L的出口型号是R-73LE。
R-77是俄罗斯研制的新一代超视距主动雷达空空导弹(北约国家称之为AA-12“蝰蛇”),于1982年开始研制,1992年投产。该弹的研制是为了与美国的先进中距空空导弹AIM-120相抗衡。R-77最突出的特点是创造性地采用了可折叠的格栅舵,而不是传统的舵面。这种舵铰链力矩小,可明显减小舵机的尺寸和重量。目前俄罗斯温贝尔设计局正对该弹进行各种改型和改进,包括研制红外导引头型号和采用火箭/冲压发动机的远程型号(射程可达150公里)。
与美国不同,俄罗斯为了弥补战机性能上(特别是机载电子设备上)的差距,一直致力于多种远程空空导弹的研制(包括射程超过400公里的型号)。但由于在冲压发动机研制上遇到一些困难,如进气道的数量与形状、燃料等问题,目前项目的进展比较缓慢。冲压发动机采用4个进气道的优点是所需的控制算法比较简单,而采用单、双进气道的优点是载机具有较好的隐身性,但导弹需要采用倾斜转弯控制技术,以保证所需的进气量。
以色列的空空导弹
以色列的新型空空导弹包括“怪蛇”4/5和Derby(德比)。
“怪蛇”4(Python 4)是以色列拉菲尔公司于20世纪80年代初开始研制的第四代红外近距格斗导弹,于1993年服役。该弹装有带旋转探测器阵列的红外导引头和5个窗口的激光近炸引信,可与头盔瞄准具配合使用。“怪蛇”4通过采用独特的气动外形来实现导弹的高机动性,而不是像其他导弹那样用推力矢量控制或气动力/推力矢量组合控制来实现导弹的高机动性。拉菲尔公司认为采用单一的气动面控制可使导弹在整个攻击过程都有能量优势,而使用推力矢量控制则造成发动机能量的损失。
拉菲尔公司在2003年6月的巴黎航展上首次展示了自称是第5代的“怪蛇”5(Python 5)空空导弹。该导弹采用双波段焦平面阵列红外成像导引头、先进的计算机结构、复杂的抗红外干扰措施和飞行控制算法,同时保留了“怪蛇”4的气动外形、发动机、惯导部件、战斗部和引信。“怪蛇”5的研制试验和作战使用试验(包括挂飞评估和制导飞行)已经完成。据拉菲尔公司称,该导弹能实现发射后锁定以及近距和超视距的全球面攻击;能在下视、背景干扰和有云条件下截获小型及隐身目标;在目标规避和投放干扰的情况下,能实现高概率毁伤。
Derby是以色列拉菲尔公司研制的主动雷达空空导弹,于2001年5月首次公开。该弹既可用于中距拦射,也可用于近距格斗。近距格斗时按发射前锁定模式发射导弹。Derby比AIM-120轻,拥有先进的可编程电子抗干扰系统,共用了“怪蛇”4的一些关键部件,包括战斗部、近炸引信和发动机。这种设计既使导弹尽可能地轻巧、紧凑,又使其具有极好的机动性。Derby带有上行数据链,向导弹提供目标数据。上行数据链要求安装与载机的多路总线连接的一个发射机。导弹上安装的接收机可接受来自载机或另一架装有类似发射机的飞机的信息。
南非的空空导弹
南非的新一代空空导弹有R-Darter和A-Darter。R-Darter为主动雷达导弹,于2000年服役,其外形和性能均与以色列的Derby类似(据报道,20世纪80及90年代,以色列的拉菲尔公司和南非的肯特龙公司在导弹研制上曾经进行过密切合作)。
A-Darter是南非肯特龙公司(现称DENEL AEROSPACE SYSTEM——DAS)和南非空军联合研制的第四代(自称是第五代)红外型近距空空导弹,用以取代南非空军目前使用的U-Darter。该导弹1995年开始研制,采用尾舵无翼式气动布局、推力矢量控制和双波段红外成像导引头,具有发射后锁定能力。导引头框架角可达+90度,能与头盔瞄准具或者机载雷达随动,也可自动扫描。此外,惯导系统为导引头提供了暂时丢失目标情况下的记忆跟踪能力。
A-Darter目前正处于研制的关键阶段,由于缺乏南非政府的支持,试验均没按计划进行。这几年DAS一直在寻求国际合作,希望A-Darter早日定型。2005年DAS与巴西空军签订了5年合作研制合同,使该项目得以继续进行。
新型空空导弹的发展趋势
现代战争对空空导弹的基本要求是,快速、隐身、远程、精确(含抗干扰)、多用途。
从技术角度看空空导弹的发展趋势
根据现代战争对空空导弹的要求和空空导弹的作战使命,空空导弹在技术上的发展方向归纳起来主要有以下几个方面:
一是远程推进与推力矢量控制技术。为了最大限度地打击敌人、保护自己,武器的作用距离显然越远越好。国外新型远程空空导弹的动力装置大都采用固体火箭冲压发动机,它有射程远、速度快等许多优点,由于冲压发动机利用空气中的氧作为氧化剂,因此它比固体火箭发动机的能量高得多,同样体积和重量的发动机,冲压发动机能够提供至少两倍于固体火箭发动机的射程。为了使固体冲压发动机达到工程实用程度,还需要解决一些关键技术,如导弹总体的一体化设计技术、高能贫氧推进剂的研制、燃气流量调节技术、补燃室气体流场组织与混燃技术等。
二是红外成像制导技术。红外成像导引头是一种有大量探测元、利用目标与背景之间的温度差经过数据信息处理而成像的导引头。对新一代红外导弹而言,只有成像导引头才能大幅度增大导引头对目标的迎头作用距离,并具有良好的抗各种红外干扰的能力。采用红外成像制导技术,可为导弹提供更多的目标信息,更好地抑制背景干扰,提高识别概率和命中精度。成像制导方式可以直接获取目标外形或基本结构,能可靠地确认目标,并在不断接近目标过程中识别目标要害部位,给予致命打击。目前红外成像导引头在体制上,有凝视阵列成像和线列扫描成像;在波段上,有中波和长波。凝视阵列成像的优点是采用能瞬时观察景物的电扫,取消了扫描成像的一套摆动或旋转式反射镜对景物扫描的机构和电子处理设备,具有更高的目标截获分辨率和信噪比,以及较低的虚警率和重量体积。但缺点是阵列中探测器响应不均匀。而线列扫描成像则具有难度小、成本低的优点。
三是毫米波制导技术。毫米波是指相对大气传输较有利的8毫米(35GHz)和3毫米(94GHz)两个波段,它是介于电波与光学波段之间的特殊波段,具有光学的探测精度和电波的全天候工作特性,集两者之优点而克服两者的缺点。和微波相比,毫米波器件可以做得更小,因而体积和重量也更小,这特别适合战术武器的小型化。由于毫米波的波束窄,因而制导精度比微波高。更重要的是毫米波技术是目前抗干扰和反隐身的一种重要手段。毫米波接近光学波段,其电波很小绕射而接近直线传播,这就给干扰带来很大困难,干扰设备的波束只有直接对准被干扰的波束源才产生大的作用。由于毫米波的波束窄,只有几度角度的干扰波束是起不到干扰作用的,而且毫米波只能近程探测,干扰源也只有近程起作用,所以目前对毫米波尚无有效的干扰设备和方法。因此在主动雷达导引头上毫米波代替微波是发展趋势。
四是多模导引和复合制导技术。多模导引是指把多个波段或多种体制的末制导技术运用在同一个导引头的技术。复合制导是指导弹在飞行弹道的同一制导段或不同制导段(如中段或末段)采用两种以上制导方式(如自主制导、遥控和寻的制导)进行制导的技术。随着光、电干扰技术、隐身技术的迅速发展,未来战场环境将变得十分恶劣,单一频段或模式的制导武器将难于适应未来战争的需求,因而,多模导引、复合制导已成为空空导弹发展的重要方向。
多模导引可以充分发挥各频段或各制导体制的自身优势,互相弥补各自的不足,极大地提高作战效能和生存能力。以国内外目前重点发展的红外成像和主动毫米波寻的双模制导为例,它同时具有四项优势:全天时、全天候工作能力,抗多种电子干扰、光电干扰和反隐身目标的能力,复杂环境下识别目标能力,对目标精确定位能力等。
五是智能化信息处理技术。探测器和接收机为导弹提供了许多目标和环境的信息,而这些信息的利用率则取决于信息处理技术。国外十分重视该项技术研究,目前信息处理新理论、新方法不断涌现,如神经网络及人工智能、基于知识的图像处理和识别技术等等。目前信息处理发展重点是继续开展自动目标识别(ATR)和自动目标截获(ATA)技术,促进导弹武器智能化;继续开展多传感器集成和数据融合技术研究,提高导弹所获取信息的利用率;提高和改善导弹武器在低信杂比和复杂背景下的目标捕获能力、抗干扰能力及自动寻的能力。
六是高效定向引战技术。随着空空导弹攻击目标种类的增多和差异增大,对引战配合提出了越来越高的要求。为了提高导弹的单发杀伤概率,普遍采用制导引信一体化设计技术,充分利用导引头和惯性控制系统提供的信息,实现引信最佳可变延时,达到精确引炸,提高杀伤概率的目的。新的发展方向是发展定向引战系统,即引信具有识别目标方位甚至目标要害的能力,战斗部杀伤元素集中在目标方向。在重量不变的情况下,定向战斗部的杀伤威力比普通战斗部提高一倍以上。
七是导弹模块化与开放式设计技术。根据作战对象、气象条件、使用环境的差异,更换不同的导弹舱段,是空空导弹的又一发展方向,也即导弹的模块化技术。采用模块化技术,可以大大提高导弹的适应能力,满足不同任务的要求,同时又能避免研制中的重复,简化后勤保障,节省能源,也有利于导弹的批量生产和降低成本。可更换的舱段有:不同制导体制或工作波段的导引头,如红外成像导引头与主动雷达导引头和半主动雷达导引头的互换;不同射程的发动机;不同工作体制的引信;不同杀伤元素的战斗部等。开放式设计便于导弹的不断改进和升级。
八是保形外挂和高密度内挂条件下的发射技术。新一代战斗机要求空空导弹实现保形外挂和高密度内挂,以不影响载机的飞行性能和隐身特性。这两种悬挂方式均要求采用弹射发射方式。弹射发射必须解决载机在高速、大机动情况下成功发射导弹的难题,关键是解决在复杂气流和大机动过载作用下的机弹分离、导弹姿态控制和发射安全,实现“发现即发射”所必须解决的技术问题。
从作战使用上看空空导弹的发展趋势
作战距离越来越远。空中对抗的根本使命是打击敌人、保护自己,因此,在尽可能远的距离上消灭敌人是实现这一使命的最佳选择。随着探测与识别技术、惯导技术和主动雷达导引头技术的不断进步,现在,空空导弹已经具备了超视距打击,也就是中远程打击能力,并已多次在现代空战中得到验证。在1991年海湾战争中,超视距空战击落的战机数量首次超过近距空战;而在1999年科索沃战争中,所有空战都是在超视距上进行的。性能卓越的新型空空导弹,其射程高达80-90公里(如AIM-120、R-77),有的甚至超过100公里(如“流星”)。新型近距空空导弹的作战距离也从十几公里,增加到20公里,甚至更远。
机动能力越来越高。现代近距空战要求飞行员看见敌机就发射导弹,这就要求导弹具有较大的离轴发射能力和很高的机动飞行能力。随着推力矢量控制技术在近距空空导弹上的应用和头盔瞄准具技术在武器系统中的引入,以及导引头技术和气动控制技术的进步,现在,新型空空导弹可以实现±90度的离轴发射,甚至越肩(后向)发射能力,和高达60g的机动飞行能力,因此,作战的灵活性越来越高。
气动外形越来越光滑。现代空战要求空空导弹气动阻力小、横向尺寸小。气动阻力小可以提高发动机的能量利用率,横向尺寸小可以实现导弹的高密度内挂和外挂,同时还能提高导弹的隐身性。随着导引头视场的加大、大攻角气动技术和控制技术的进步,空空导弹的飞行攻角越来越大,导弹控制力的产生越来越依靠弹体本身和推力矢量控制系统,而不是气动升力面。这样,气动升力面的尺寸就越来越小,有的导弹甚至没有弹翼(如ASRAAM和A-Darter)。
最后,战术导弹正向更快、更远、更精确、更灵活的方向发展,是一个日新月异的发展领域,它们充分体现了科技人员的创造力和世界技术发展的水平。更快:快速反应,难以防御;更远:提高自身的生存能力;更精确:减少武器消耗,降低战争成本和连带伤亡(抗干扰);更灵活:一弹多用(降低成本、简化部队的后勤保障)。
随着技术的不断进步,战争的模式也发生了巨大的变化。就美国而言,现代战争正从以平台为中心转为以网络为中心。也就是说现代战争的特点是以网络为中心的中远程精确打击。而中远程精确打击大多是从空中开始的,因此空中打击与空中对抗已成为现代战争的主要模式。由于在中远程精确打击、夺取制空权和空中对抗中的特殊地位和作用,空空导弹已成为世界许多国家优先发展和竞相购买的武器装备。
在空空导弹武器系统的研制、生产与销售上,美国一直处于主导地位,其次是欧洲和俄罗斯。此外,以色列和南非也是一支不可忽视的力量。空空导弹的主要生产商是美国的雷声公司(全球雇员80000人,2004年销售额202亿美元)、欧洲的导弹集团MBDA、俄罗斯的温贝尔设计局和以色列的拉菲尔公司。
美国的空空导弹
美国拥有世界上性能最先进的各种战机和机载电子设备,因此,它把主要精力集中在近距和中距空空弹的不断改进上。
AIM-120 AMRAAM是美国雷声公司为美国空军和海军研制的第四代全天候、全方位、具有多目标打击能力的中距主动雷达空空导弹,用于取代AIM-7“麻雀”。该弹子1975年开始研制,1991年服役。到2002年底,美国已生产了12000多枚导弹。导弹的最新型号是AIM-120C-7。各型导弹已出口到27个国家和地区。
AIM-120是目前世界上最先进的雷达型空空导弹,拥有主动末制导雷达导引头,能在发射后自主搜寻目标,在各种天气和昼夜条件下具有很强的攻击能力。其改进计划(美国称为P31,即“预筹生产改进”)一直都在进行。AIM-120C-5加大了发动机(制导舱缩短),改进了战斗部(破片变小、数量增加),并采用了新的软件,于2000年开始向盟国出口。最新生产型号AIM-120C-7采用了新的商业处理器,改进了软件和雷达信号处理技术,增强了导弹的抗电子干扰能力。2003年进行的几次试验都是直接命中目标(带干扰)。
AIM-9X是雷声公司为美国空军和海军研制的用于取代AIM-9L和—9M的全天候先进近距空空导弹,1994年开始研制。美国空军和海军要求AIM-9X总的战术性能要超过俄罗斯的R-73和其他大离轴角发射的全向攻击导弹,具有更好的目标截获能力、更大的机动能力和优良的抗红外干扰能力。同时要求导弹在发射前锁定目标,以获得“发射后不管”能力。AIM-9X采用128x128元的凝视焦平面红外成像导引头(自称第5代导引头)和推力矢量控制技术(TVC),具有多目标和全向攻击能力,可使用先进的头盔瞄准具,其发射离轴角超过90度。这使飞行员能够锁定整个前半球(180度)内的目标,而具有先发射、先击毁的能力。为了减少研制经费,该弹采用AIM-9L和AIM-9M的发动机、战斗部和引信。AIM-9X已于2000年12月开始小批量生产,2003年11在美国空军服役,2004年5月获美国海军批准进入批量生产。2004年12初,雷声公司获得了1.58亿美元的批量生产合同,用于为美国海军生产443枚战斗弹和153枚训练弹及相关设备,预计2007年4月交付。2005年3月底,雷声公司向美国军方交付了第1000枚导弹。该弹将在美国服役到2018年。
AIM-9X的近期改进包括两个方面:一是利用网络平台实现发射后锁定目标,从而使导弹具有360度的攻击能力;二是实现无头盔大离轴发射(垂直截获扫描模式),从而使没有装备头盔瞄准具的战机也能具备“先射”能力。
雷声公司估计该弹的产量将超过1.5万枚,其中出口不低于5000枚。韩国、波兰、瑞士和丹麦已决定采购该型导弹。
欧洲的空空导弹
欧洲为了保存、发展自己的导弹工业并与美国进行竞争,组成了欧洲导弹集团。该集团由马特拉英国宇航动力公司、欧洲航空防御与宇航公司、阿列尼亚·马可尼系统公司组成(简称MBDA),目前是仅次于美国雷声公司的世界第二大导弹生产商。
欧洲现在主要有3种新型导弹:“流星”、先进近距空空导弹(ASRAAM)和IRIS-T。
“流星”(Meteor)是欧洲导弹集团MBDA研制的一种新型超视距主动雷达空空导弹,该弹的研制在1996年英国的“超视距空空导弹”竞标项目中启动,并于2000年5月中标。2002年12月,英国国防采购署代表英国、德国、意大利、瑞典、法国和西班牙政府与MBDA签订了全面研制合同,金额高达21亿美元。
该弹采用无弹翼外形、变流量涵道式冲压发动机和Ku波段脉冲多普勒导引头(带基于行波管的发射机)。导弹的大部分飞行弹道采用倾斜转弯技术,交会前导弹转为侧滑转弯飞行状态,以加大其末端的机动性。对中制导,导弹带有双向数据链,可通过载机或预警机进行数据更新,也可以把导弹数据传回载机。冲压发动机采用两个进气道,这样可以降低对侧滑的敏感性。该弹2005年10月进行首次发射试验,预计2010年前后投入使用,装备欧洲各种型号的先进战机(如“台风”、“鹰狮”等)。
ASRAAM(先进近距空空导弹)是一种高速、低阻、抗干扰能力很强的全向攻击导弹,由欧洲导弹集团MBDA研制,采用无弹翼外形、尾舵控制和雷声公司研制的128x128元凝视焦平面阵列红外成像导引头。AS—KAAM带有三自由度光纤陀螺和加速度计,可以使用发射前锁定方式或发射后锁定方式。后一种发射方式可以使导弹攻击已被雷达或其他传感器定位、但尚未被导弹导引头发现的目标。探测器制冷可以使用氩气、氮气或空气。弹载计算机每秒能完成数百万次图像处理和飞行控制计算。该弹于20世纪80年代末开始研制,2002年初交付英国皇家空军。
欧洲另一种近距格斗弹是IRIS—T(采用尼部推力矢量控制的响尾蛇红外成像型后继弹),由德国的BGT公司主导,意大利、瑞典、挪威、希腊等国共同资助导弹的研制和生产。IKIS-T导弹采用机械扫描的4x128元锑化铟红外成像导引头,该导引头工作在3—5μm波长,具有±90度的离轴角,装有先进的信号处理系统。BGT认为,他们之所以选择扫描成像导引头,是因为当远目标像点落入探测元之间的死区时,凝视成像会产生不稳定信号,而且扫描成像不容易被激光致盲。
该弹于1996年开始方案设计,2002年底完成鉴定发射试验(6发制导发射全部是直接命中目标),2003年完成了性能演示试验(7发导弹都直接命中目标)。BGT公司于2003年1月已获准进行批生产准备和试生产,批生产合同已于2004年12月20日签 订,合同总额约10亿欧元,4000多枚导弹的生产交付将延续到2011年。同时,BGT正考虑研制地空型IRIS—T,在导弹上安装一个较大的火箭发动机和一个数据链,将弹长由2939毫米增至3139毫米,弹重由88公斤增至106公斤。此外,还将增加一个流线型头罩,用于在飞行的第一阶段保护导引头。地空型IRIS-T的应用包括作为辅战武器用于中距增程防空系统(MEADS),与洛克希德·马丁公司的PAC-3主战导弹协同作战。
俄罗斯的空空导弹
俄罗斯在空空导弹研制方面有很强的实力,已经服役和出口的有多种型号,包括安装可更换红外或雷达导引头的中远程R-27,但最有影响是K-73和R-77中距拦射弹。
R-73是俄罗斯温贝尔设计局研制的红外型空空导弹(北约国家称之为AA-11“射手”),于1987年服役。导弹采用两元锑化铟红外导引头和燃气舵推力矢量控制,能利用来自飞机雷达、红外搜索与跟踪装置(1KST)和驾驶员头盔瞄准具的输入数据,在发射前以45度离轴角锁定目标,进入飞行状态后能跟踪离轴角为75度的目标。该弹以高机动能力而著称,曾经成为西方国家竞争的目标。
现役有两个基本型号:原型的R-73K,其后缀是指Krechet主动雷达引信;较新的R-73L,装有Yantar激光引信,上世纪80年代末投产。R-73K出售给国外的代号为R-73E,K-73L的出口型号是R-73LE。
R-77是俄罗斯研制的新一代超视距主动雷达空空导弹(北约国家称之为AA-12“蝰蛇”),于1982年开始研制,1992年投产。该弹的研制是为了与美国的先进中距空空导弹AIM-120相抗衡。R-77最突出的特点是创造性地采用了可折叠的格栅舵,而不是传统的舵面。这种舵铰链力矩小,可明显减小舵机的尺寸和重量。目前俄罗斯温贝尔设计局正对该弹进行各种改型和改进,包括研制红外导引头型号和采用火箭/冲压发动机的远程型号(射程可达150公里)。
与美国不同,俄罗斯为了弥补战机性能上(特别是机载电子设备上)的差距,一直致力于多种远程空空导弹的研制(包括射程超过400公里的型号)。但由于在冲压发动机研制上遇到一些困难,如进气道的数量与形状、燃料等问题,目前项目的进展比较缓慢。冲压发动机采用4个进气道的优点是所需的控制算法比较简单,而采用单、双进气道的优点是载机具有较好的隐身性,但导弹需要采用倾斜转弯控制技术,以保证所需的进气量。
以色列的空空导弹
以色列的新型空空导弹包括“怪蛇”4/5和Derby(德比)。
“怪蛇”4(Python 4)是以色列拉菲尔公司于20世纪80年代初开始研制的第四代红外近距格斗导弹,于1993年服役。该弹装有带旋转探测器阵列的红外导引头和5个窗口的激光近炸引信,可与头盔瞄准具配合使用。“怪蛇”4通过采用独特的气动外形来实现导弹的高机动性,而不是像其他导弹那样用推力矢量控制或气动力/推力矢量组合控制来实现导弹的高机动性。拉菲尔公司认为采用单一的气动面控制可使导弹在整个攻击过程都有能量优势,而使用推力矢量控制则造成发动机能量的损失。
拉菲尔公司在2003年6月的巴黎航展上首次展示了自称是第5代的“怪蛇”5(Python 5)空空导弹。该导弹采用双波段焦平面阵列红外成像导引头、先进的计算机结构、复杂的抗红外干扰措施和飞行控制算法,同时保留了“怪蛇”4的气动外形、发动机、惯导部件、战斗部和引信。“怪蛇”5的研制试验和作战使用试验(包括挂飞评估和制导飞行)已经完成。据拉菲尔公司称,该导弹能实现发射后锁定以及近距和超视距的全球面攻击;能在下视、背景干扰和有云条件下截获小型及隐身目标;在目标规避和投放干扰的情况下,能实现高概率毁伤。
Derby是以色列拉菲尔公司研制的主动雷达空空导弹,于2001年5月首次公开。该弹既可用于中距拦射,也可用于近距格斗。近距格斗时按发射前锁定模式发射导弹。Derby比AIM-120轻,拥有先进的可编程电子抗干扰系统,共用了“怪蛇”4的一些关键部件,包括战斗部、近炸引信和发动机。这种设计既使导弹尽可能地轻巧、紧凑,又使其具有极好的机动性。Derby带有上行数据链,向导弹提供目标数据。上行数据链要求安装与载机的多路总线连接的一个发射机。导弹上安装的接收机可接受来自载机或另一架装有类似发射机的飞机的信息。
南非的空空导弹
南非的新一代空空导弹有R-Darter和A-Darter。R-Darter为主动雷达导弹,于2000年服役,其外形和性能均与以色列的Derby类似(据报道,20世纪80及90年代,以色列的拉菲尔公司和南非的肯特龙公司在导弹研制上曾经进行过密切合作)。
A-Darter是南非肯特龙公司(现称DENEL AEROSPACE SYSTEM——DAS)和南非空军联合研制的第四代(自称是第五代)红外型近距空空导弹,用以取代南非空军目前使用的U-Darter。该导弹1995年开始研制,采用尾舵无翼式气动布局、推力矢量控制和双波段红外成像导引头,具有发射后锁定能力。导引头框架角可达+90度,能与头盔瞄准具或者机载雷达随动,也可自动扫描。此外,惯导系统为导引头提供了暂时丢失目标情况下的记忆跟踪能力。
A-Darter目前正处于研制的关键阶段,由于缺乏南非政府的支持,试验均没按计划进行。这几年DAS一直在寻求国际合作,希望A-Darter早日定型。2005年DAS与巴西空军签订了5年合作研制合同,使该项目得以继续进行。
新型空空导弹的发展趋势
现代战争对空空导弹的基本要求是,快速、隐身、远程、精确(含抗干扰)、多用途。
从技术角度看空空导弹的发展趋势
根据现代战争对空空导弹的要求和空空导弹的作战使命,空空导弹在技术上的发展方向归纳起来主要有以下几个方面:
一是远程推进与推力矢量控制技术。为了最大限度地打击敌人、保护自己,武器的作用距离显然越远越好。国外新型远程空空导弹的动力装置大都采用固体火箭冲压发动机,它有射程远、速度快等许多优点,由于冲压发动机利用空气中的氧作为氧化剂,因此它比固体火箭发动机的能量高得多,同样体积和重量的发动机,冲压发动机能够提供至少两倍于固体火箭发动机的射程。为了使固体冲压发动机达到工程实用程度,还需要解决一些关键技术,如导弹总体的一体化设计技术、高能贫氧推进剂的研制、燃气流量调节技术、补燃室气体流场组织与混燃技术等。
二是红外成像制导技术。红外成像导引头是一种有大量探测元、利用目标与背景之间的温度差经过数据信息处理而成像的导引头。对新一代红外导弹而言,只有成像导引头才能大幅度增大导引头对目标的迎头作用距离,并具有良好的抗各种红外干扰的能力。采用红外成像制导技术,可为导弹提供更多的目标信息,更好地抑制背景干扰,提高识别概率和命中精度。成像制导方式可以直接获取目标外形或基本结构,能可靠地确认目标,并在不断接近目标过程中识别目标要害部位,给予致命打击。目前红外成像导引头在体制上,有凝视阵列成像和线列扫描成像;在波段上,有中波和长波。凝视阵列成像的优点是采用能瞬时观察景物的电扫,取消了扫描成像的一套摆动或旋转式反射镜对景物扫描的机构和电子处理设备,具有更高的目标截获分辨率和信噪比,以及较低的虚警率和重量体积。但缺点是阵列中探测器响应不均匀。而线列扫描成像则具有难度小、成本低的优点。
三是毫米波制导技术。毫米波是指相对大气传输较有利的8毫米(35GHz)和3毫米(94GHz)两个波段,它是介于电波与光学波段之间的特殊波段,具有光学的探测精度和电波的全天候工作特性,集两者之优点而克服两者的缺点。和微波相比,毫米波器件可以做得更小,因而体积和重量也更小,这特别适合战术武器的小型化。由于毫米波的波束窄,因而制导精度比微波高。更重要的是毫米波技术是目前抗干扰和反隐身的一种重要手段。毫米波接近光学波段,其电波很小绕射而接近直线传播,这就给干扰带来很大困难,干扰设备的波束只有直接对准被干扰的波束源才产生大的作用。由于毫米波的波束窄,只有几度角度的干扰波束是起不到干扰作用的,而且毫米波只能近程探测,干扰源也只有近程起作用,所以目前对毫米波尚无有效的干扰设备和方法。因此在主动雷达导引头上毫米波代替微波是发展趋势。
四是多模导引和复合制导技术。多模导引是指把多个波段或多种体制的末制导技术运用在同一个导引头的技术。复合制导是指导弹在飞行弹道的同一制导段或不同制导段(如中段或末段)采用两种以上制导方式(如自主制导、遥控和寻的制导)进行制导的技术。随着光、电干扰技术、隐身技术的迅速发展,未来战场环境将变得十分恶劣,单一频段或模式的制导武器将难于适应未来战争的需求,因而,多模导引、复合制导已成为空空导弹发展的重要方向。
多模导引可以充分发挥各频段或各制导体制的自身优势,互相弥补各自的不足,极大地提高作战效能和生存能力。以国内外目前重点发展的红外成像和主动毫米波寻的双模制导为例,它同时具有四项优势:全天时、全天候工作能力,抗多种电子干扰、光电干扰和反隐身目标的能力,复杂环境下识别目标能力,对目标精确定位能力等。
五是智能化信息处理技术。探测器和接收机为导弹提供了许多目标和环境的信息,而这些信息的利用率则取决于信息处理技术。国外十分重视该项技术研究,目前信息处理新理论、新方法不断涌现,如神经网络及人工智能、基于知识的图像处理和识别技术等等。目前信息处理发展重点是继续开展自动目标识别(ATR)和自动目标截获(ATA)技术,促进导弹武器智能化;继续开展多传感器集成和数据融合技术研究,提高导弹所获取信息的利用率;提高和改善导弹武器在低信杂比和复杂背景下的目标捕获能力、抗干扰能力及自动寻的能力。
六是高效定向引战技术。随着空空导弹攻击目标种类的增多和差异增大,对引战配合提出了越来越高的要求。为了提高导弹的单发杀伤概率,普遍采用制导引信一体化设计技术,充分利用导引头和惯性控制系统提供的信息,实现引信最佳可变延时,达到精确引炸,提高杀伤概率的目的。新的发展方向是发展定向引战系统,即引信具有识别目标方位甚至目标要害的能力,战斗部杀伤元素集中在目标方向。在重量不变的情况下,定向战斗部的杀伤威力比普通战斗部提高一倍以上。
七是导弹模块化与开放式设计技术。根据作战对象、气象条件、使用环境的差异,更换不同的导弹舱段,是空空导弹的又一发展方向,也即导弹的模块化技术。采用模块化技术,可以大大提高导弹的适应能力,满足不同任务的要求,同时又能避免研制中的重复,简化后勤保障,节省能源,也有利于导弹的批量生产和降低成本。可更换的舱段有:不同制导体制或工作波段的导引头,如红外成像导引头与主动雷达导引头和半主动雷达导引头的互换;不同射程的发动机;不同工作体制的引信;不同杀伤元素的战斗部等。开放式设计便于导弹的不断改进和升级。
八是保形外挂和高密度内挂条件下的发射技术。新一代战斗机要求空空导弹实现保形外挂和高密度内挂,以不影响载机的飞行性能和隐身特性。这两种悬挂方式均要求采用弹射发射方式。弹射发射必须解决载机在高速、大机动情况下成功发射导弹的难题,关键是解决在复杂气流和大机动过载作用下的机弹分离、导弹姿态控制和发射安全,实现“发现即发射”所必须解决的技术问题。
从作战使用上看空空导弹的发展趋势
作战距离越来越远。空中对抗的根本使命是打击敌人、保护自己,因此,在尽可能远的距离上消灭敌人是实现这一使命的最佳选择。随着探测与识别技术、惯导技术和主动雷达导引头技术的不断进步,现在,空空导弹已经具备了超视距打击,也就是中远程打击能力,并已多次在现代空战中得到验证。在1991年海湾战争中,超视距空战击落的战机数量首次超过近距空战;而在1999年科索沃战争中,所有空战都是在超视距上进行的。性能卓越的新型空空导弹,其射程高达80-90公里(如AIM-120、R-77),有的甚至超过100公里(如“流星”)。新型近距空空导弹的作战距离也从十几公里,增加到20公里,甚至更远。
机动能力越来越高。现代近距空战要求飞行员看见敌机就发射导弹,这就要求导弹具有较大的离轴发射能力和很高的机动飞行能力。随着推力矢量控制技术在近距空空导弹上的应用和头盔瞄准具技术在武器系统中的引入,以及导引头技术和气动控制技术的进步,现在,新型空空导弹可以实现±90度的离轴发射,甚至越肩(后向)发射能力,和高达60g的机动飞行能力,因此,作战的灵活性越来越高。
气动外形越来越光滑。现代空战要求空空导弹气动阻力小、横向尺寸小。气动阻力小可以提高发动机的能量利用率,横向尺寸小可以实现导弹的高密度内挂和外挂,同时还能提高导弹的隐身性。随着导引头视场的加大、大攻角气动技术和控制技术的进步,空空导弹的飞行攻角越来越大,导弹控制力的产生越来越依靠弹体本身和推力矢量控制系统,而不是气动升力面。这样,气动升力面的尺寸就越来越小,有的导弹甚至没有弹翼(如ASRAAM和A-Darter)。
最后,战术导弹正向更快、更远、更精确、更灵活的方向发展,是一个日新月异的发展领域,它们充分体现了科技人员的创造力和世界技术发展的水平。更快:快速反应,难以防御;更远:提高自身的生存能力;更精确:减少武器消耗,降低战争成本和连带伤亡(抗干扰);更灵活:一弹多用(降低成本、简化部队的后勤保障)。