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DOI: 10.12132/ISSN.1673-5048.2021.0053
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段鹏飞. 空空导弹小/微型化发展趋势与启示[J]. 航空兵器, 2021, 28(3): 18-21.
Duan Pengfei. Development Trend of Air-to-Air Missile Micro Miniaturization[J]. Aero Weaponry, 2021, 28(3): 18-21.(in Chinese)
空空导弹小/微型化发展趋势与启示
段鹏飞*
中国航空研究院
摘要
目前, 小/微型导弹发展呈现出体制多样化、作战多用途、功能分布化等特点, 并依赖着相关技术迅速发展。空空导弹由于平台的强约束, 对体积、重量等方面小/微型化有特殊需求, 以美国为代表的军事强国正在密集开展相关项目研究工作, 在未来作战中有广阔的应用前景。通过国内外小/微型导弹型号及关键技术分析, 总结小/微型导弹的特点, 提出空空导弹小/微型化发展与应用建议。
关键词
小/微型导弹; 空空导弹; SACM; CUDA;
游隼; MSDM; HK-DAS
0 引 言
空空导弹由于其平台的约束性, 对小/微型化有特殊需求。对于载机平台来说, 希望导弹的体积、重量尽可能缩小, 但要满足作战需求, 又必须对导弹性能和体积、重量进行权衡。本文探讨的空空导弹小/微型化, 主要是指与传统空空导弹相比, 在体积、重量、集成化等方面均有成倍甚至数量级下降的相关概念及技术。
现代科技的进步为空空导弹小/微型化奠定了重要的技术基础。材料和弹药化学技术的发展, 在显著降低导弹外形尺寸和结构重量的同时, 能有效保证导弹拥有足够大的攻击范围和必要的杀伤威力; 激光、红外、毫米波雷达、电视成像等导引头和MEMS传感组件技术的应用, 极大改善了导弹姿态和轨迹的控制精度, 进而提高了导弹的机动性能和精确制导能力; 体系化信息的利用, 降低了导弹对传统单一信息依赖和自身高探测能力的局限性, 弹与弹之间的能力组合成为可能, 极大增加了导弹作战的灵活性, 使导弹变得更加小巧智能。
1 空空导弹小/微型化发展需求
随着空中目标种类的不断增多和性能的不断提高, 未来空中战场环境将日益复杂险恶, 载机平台对挂装武器数量和打击模式多样性的要求越来越高, 进而对空空导弹的性能也提出了一系列全新的技术要求, 其中包括导弹的小型化、微型化。这突出表现在以下几方面:
(1) 战斗机弹舱约束要求空空导弹小/微型化
目前, 世界主要国家都积极投入巨资研发、装备具有先进隐身性能的第四代战斗机, 以求在日趋复杂的空战环境中夺取空中优势。为保证隐身性能, 这类飞机的武器弹药通常挂装在容积、载荷均较为有限的内置弹舱内, 导致空空导弹携带数量受到严重限制, 难以满足大规模空战的需求。要解决这一问题, 空空导弹小/微型化无疑是一条现实可行的技术途径。
(2) 空中目标多样性要求空空导弹小/微型化
空空导弹作为战斗机的主战武器, 在现代战场上需要对付各种空中威胁, 其中除了第四代战斗机、无人作战飞机等先进飞机目标外, 还包括预警机、电子战飞机等高价值目标, 巡航导弹、战术弹道导弹、中远程空空导弹等战术导弹目标, 甚至还包括无人机蜂群等集群目标。这样的战技性能特点, 要求空空导弹在载机上能实现多种类、高密度挂载, 以提高载机出动架次的作战效率, 降低单发杀伤成本, 这也只能通过小/微型化来实现。
(3) 载机平台多样性要求空空导弹小/微型化
作战飞机正日益向无人化、自主化、隐身和功能分布化等方向发展。在未来空中战场上, 各类型的无人机, 尤其是一些小型无人机和突防型无人机将会广泛参加对空作战, 而受其自身有效载荷的限制, 通常只能携带重量仅十几千克, 甚至几千克的小/微型空空导弹。
(4) 保证整体命中概率要求空空导弹小/微型化
历次局部战争的实战经验表明, 现代战场上没有干扰不了的导弹, 也没有导弹抗不了的干扰, 没有哪种对抗措施永远有效。在未来空中战场上, 复杂恶劣的电磁环境将会导致单枚空空导弹的命中率明显下降, 而在导弹制导/抗干扰技术水平一定的前提下, 要确保对目标的有效杀伤, 所能采取的措施只有两条: 一是增加对同一目标发射的导弹数量; 二是采用多种制导体制多弹协同攻击。这两种措施均对载机携弹量提出了更高要求, 空空导弹小/微型化则可有效缓解这一问题。
2 国外小/微型空空导弹研究进展情况
进入21世纪以来, 世界主要国家在导弹小/微型化方面开展了大量研究工作, 并取得了显著成效。目前, 除了以美国长钉(Spike)/长矛(Pike)、以色列迷你长钉(Mini-Spike)、英国轻型多用途导弹(LMM)为代表的一大批打击地/水面目标的微型导弹已开始投入作战使用外, 部分小/微型化空空导弹研究项目也正在加紧实施中, 其中最典型的是美国小型先进能力导弹(SACM)、库达(CUDA)、游隼(Peregrine)、微型自卫弹药(MSDM)和欧洲硬杀伤防御辅助系统(HK-DAS)。
(1) 小型先进能力导弹(SACM)
SACM是美国空军为应对2030年后的空中战场环境而计划研发的新一代空空导弹。该弹将主要装备F-22, F-35等先进战斗机, 同时也可供预警机、加油机、运输机等大型飞机携带, 既可以打击飞机目标, 也可用于拦截来袭面空/空空导弹。
按照设计要求, SACM将会采用弹体气动优化设计、高效推进系统、能量优化制导与协同控制等众多先进技术, 使导弹在具备极高机动性/敏捷性、大离轴/越肩发射能力和良好经济可承受性的同时, 体积、重量也得到大幅缩减, 由此可以更好地适应在隐身飞机内置弹舱内高密度挂载的需要, 从而在不影响载机隐身性能的前提下, 成倍增加携弹量。
SACM项目于2011年2月首次对外公布, 随后洛克希德·马丁、波音、雷神等公司均推出了各自的技术方案并展开相关的概念研究工作。到2019年, 该项目被重新命名为制空科学与技术(CAST)。
(2) 微型自卫弹药(MSDM)
MSDM是美国空军计划研制的一种军用飞机近距反导自卫武器, 主要用于拦截摧毁来袭的敌方面空/空空导弹, 以提高载机的战场生存力, 同时兼顾一定的打击飞机目标能力。
按照美国空军的要求, 战时MSDM将会与传统红外/箔条干扰弹配合使用, 通过“软杀伤”与“硬摧毁”相结合, 有效应对敌方的导弹攻击, 进而使载机有能力在高风险的“反介入/区域拒止”(A2/AD)环境下执行任务。这样的功能定位, 决定了战时将会大量使用MSDM, 进而导致该弹对体积、重量的限制比SACM更加严格, 预计其外形尺寸仅为AIM-9X近距空空导弹的1/3左右, 由此可确保载机在携带足够MSDM的同时, 不会对主战弹药的携带数量造成明显影响。MSDM拦截弹与AIM-9X, AIM-120空空导弹的外形尺寸对比如图1所示。
图1 MSDM拦截弹与AIM-9X, AIM-120空空导弹的外形尺寸对比
MSDM项目于2015年开始实施, 目前尚处于概念研究阶段, 洛克希德·马丁、诺斯罗普·格鲁曼、雷神等公司均在开展拦截弹及其导引头的相关研发工作。
(3) CUDA空空导弹
CUDA是美国洛克希德·马丁公司推出的一种低成本、多用途小型雷达制导空空导弹概念方案, 拟配装F-22, F-35等战斗机, 用于打击有人/无人机、巡航导弹、 面空/空空导弹等空中目标以及小型地/水面目标。
CUDA的一个突出特点是采用了撞击杀伤(HTK)方式, 由此可以取消战斗部, 再加上动力装置、弹载设备等方面的技术进步, 该弹的体积、重量得以大幅缩减, 非常适合供隐身飞机的内置弹舱高密度挂载。按照洛克希德·马丁公司公布的数据, CUDA弹长约1.78 m(不到AIM-120的一半), 弹重约82 kg(与AIM-9相当), 当其由F-22, F-35战斗机的机腹弹舱内埋携带时, 二者携弹量可分别增至原来的2倍(8枚)和3倍(12枚)。
CUDA于2012年9月首次向外界公开, 由于其性能特点比较符合美国空军SACM项目的需求, 因此该弹或其后续改进型今后将有可能作为洛克希德·马丁公司的技术方案参加SACM项目竞标。CUDA导弹如图2所示。
图2 CUDA导弹
(4) 游隼空空导弹(Peregrine)
Peregrine是美国雷神公司推出的一种小型、低成本空空导弹概念方案, 其设计思想与CUDA类似, 即在确保主要战技性能指标满足作战需求的前提下, 最大程度地缩减导弹的体积、重量, 进而成倍增大现役第四代(F-15/16)、第五代(F-22/35)战斗机的载弹量, 并实现在后者内置弹舱内的高密度挂载。
根据雷神公司公布的信息, Peregrine尽管没有采用撞击杀伤方式, 但通过采用高性能动力装置、轻量化弹体结构、高性能模块化控制系统、小型高爆破片杀伤战斗部等先进技术, 其体积、重量仍得到了有效控制, 弹长约1.8 m, 弹重约68 kg, 均与CUDA非常接近, 远低于AIM-120, 而与AIM-9相当, 由此可使美军现役四代/五代机的携弹量提高2~3倍。
Peregrine概念方案于2019年9月首次向外界公布, 目前仍处于概念研究和早期开发阶段, 根据今后的进展情况, 该弹或其改进型将有可能作为雷神公司的技术方案参加美国空军SACM项目竞标。Peregrine导弹模型如图3所示。
图3 游隼导弹模型
(5) 硬杀伤防御辅助系统(HK-DAS)
HK-DAS是欧洲MBDA公司推出的一种与美国MSDM类似的机载反导自卫武器概念方案。该弹拟配装目前在研的欧洲下一代战斗机, 可在近距离上拦截摧毁来袭面空/空空导弹, 并与机载红外/箔条干扰弹配合使用, 进而提高载机的战场生存力。
HK-DAS对体积、重量的限制要求同样非常严格, 按照MBDA公司公布的数据, 该弹长不到1 m, 弹重不超过10 kg, 仅相当于1枚便携式防空导弹。为此, HK-DAS也将采用撞击杀伤(HTK)方式而取消装配战斗部, 由此可大幅缩减体积、重量。战时, HK-DAS将会以半埋外挂或内置弹舱携带的方式配装载机(其数量可以在4~8枚之间选择), 以尽量减少对载机气动/隐身性能的破坏。
HK-DAS于2019年6月首次公布于世, 目前MBDA公司正在与空客军用飞机公司、法国达索公司等厂商合作, 开展相关的研发工作。HK-DAS拦截弹如图4所示。
图4 HK-DAS拦截弹
3 空空导弹小/微型化关键技术
与传统空空导弹相比, 小/微型空空导弹通常具有弹体小巧、高精度、一体化、低成本、多平台、作战灵活等特点, 在未来空中战场上的战术优势非常突出, 因而非常值得国内关注和重视。根据国外的成熟经验, 空空导弹要实现小/微型化, 将主要涉及到以下关键技术:
(1) 弹体小型/轻量化技术
开展小/微型化导弹结构设计, 优化气动外形, 以彻底摒弃传统舱段设计理念, 在满足机动敏捷控制能力的同时, 尽可能减小导弹包络尺寸; 采用高能火箭发动机、 高能毁伤战斗部、高密度能源系统, 以满足导弹飞行时间、 攻击距离和杀伤效能等要求; 应用复合材料之类的先进材料, 以减轻弹体结构重量。
(2) 多功能集成一体化技术
开展探测火控系统、导弹发射系统与空空导弹融合设计, 以提高多类目标识别跟踪与全向大离轴快速发射攻击能力; 开展导弹导航、制导控制一体化设计, 使其能根据弹目相对运动和自身运动信息生成控制指令, 准确命中目标。
(3) 分布化功能总体设计技术
适当修正传统的空空导弹总体设计理念, 从以空战杀伤链末端为中心向以杀伤链体系为中心发展转变, 通过采用分布式探测、联合毁伤、先进数据链传输等先进技术, 最大程度地利用体系支持来达到作战目的, 由此可以降低单枚空空导弹的功能要求, 进而有助于实现弹体外形尺寸、 重量的缩减和成本费用的下降。
(4) 智能化技术
空空导弹小/微型化后, 智能化技术的应用可有力保证打击效能, 特别在多源信息处理智能算法, 基于目标变化的在线弹道规划能力、通过大量目标识别人工智能训练提高抗干扰能力等方面。导弹可通过多次算法的升级提高其智能化水平, 有效弥补单一导弹体积、重量下降带来的功能下降, 确保导弹制导精度、抗干扰能力、有效射程等战技性能指标满足未来空中作战的需求。
(5) 高效毁伤技术
通过深入开展小/微型战斗部高能材料和毁伤机构、方向控制和聚焦效应以及制导引信一体化等技术研究, 将有助于实现定向精确炸点控制, 可靠引爆战斗部并提高毁伤效能, 由此可有效缩减战斗部的体积、重量。未来, 随着导弹制导、控制技术的进一步发展, 还可以考虑彻底取消战斗部, 以直接撞击(HTK)方式杀伤目标, 这对空空导弹小/微型化的帮助是不言而喻的。
4 国内空空导弹小/微型化发展建议
国内小/微型空空导弹的发展情况目前未见披露, 但根据国内媒体的公开报道, 近年来国内已经陆续推出了袖箭、天虹、QN-202等多种微型导弹系统。这些导弹采用了电视、半激光、红外成像等多种制导方式, 展现了国内在微型导弹研究领域的初步技术成果, 为今后进一步开展小/微型空空导弹研究奠定了坚实基础。根据前文对空空导弹小/微型化发展需求及关键技术的分析, 通过对后续发展的研判, 本文提出以下几点建议:
(1) 准确定位小/微型化空空导弹的作战使用
空空导弹的小/微型化发展, 将难免会给射程、攻击范围、杀伤威力等性能带来一定影响, 因此其功能定位必须与作战使用要求相适应。空空导弹小/微型化的目的不是为了淘汰传统空空导弹, 而是在应对中近距离现有及新兴的空中威胁时, 可为飞行员提供更多的可选方案。尤其是在复杂战场环境下作战时, 由于作战距离被大大压缩, 单一武器作战模式将很难适应, 多弹联合作战才能有效应对, 小/微型空空导弹的出现将使这种作战模式成为可能。
(2) 配套发展简易挂装技术
传统的一弹一架挂装模式将很难适应小/微型空空导弹大规模装备使用的需求, 而新型集束装填、武器舱与导弹一体化设计、柔性连接等技术能更好地与小/微型空空导弹配套使用, 因而非常值得探索研究。
(3) 加强一体化/智能化技术应用
探测、火控、发射系统与空空导弹等机载武器系统一体化设计/智能技术的应用, 将有助于实现小/微型空空导弹能力倍增。通过采用智能化技术, 导弹可以在干扰条件下自主完成目标探测跟踪, 调整工作状态, 根据最佳策略选择攻击目标和打击点位置, 进而具备良好的复杂环境适应性和自主决策能力。
(4) 多弹协同是重点发展方向
分布式导弹系统将功能分布到多个导弹上, 再利用信息技术将各个导弹组合成新的打击系统, 进而使系统具备小型化、集群化、灵巧化、智能化和低廉化的优势。小/微型空空导弹由于载机携带数量多、信息化程度高、制导方式灵活, 非常适合以分布式系统方式发展, 一方面有助于缩减导弹体积重量, 另一方面通过实时弹道规划和编队协同飞行, 可提高弹群的拦截毁伤效能。
(5) 多用途、多搭载平台拓展
开展有人机、无人机、战术导弹、特种飞行器等目标特性研究, 使小/微型空空导弹能适应更多作战目标。与此同时, 通过采用通用化设计思路, 在设计开始就考虑到多种武器发射装置和搭载平台的兼容性, 发展出可适应战斗机、直升机、无人机等不同搭载平台的通用型导弹, 进而提高导弹的经济性。
本文已刊登于《航空兵器》
2021年第28卷第3期
原文链接
https://www.aeroweaponry.avic.com/CN/10.12132/ISSN.1673-5048.2021.0053
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