空空导弹发展趋势研究

谢彦宏 孔 挺 王旭明 郭建光

(海军航空兵学院 葫芦岛 125001)



空空导弹发展趋势研究

谢彦宏 孔 挺 王旭明 郭建光

(海军航空兵学院 葫芦岛 125001)

空空导弹在现代空战中对夺取制空权至关重要,是许多国家重点发展的武器装备。论文介绍了空空导弹的发展历程,通过分析未来战场环境对空空导弹性能的影响,指出了未来空空导弹的发展趋势。

空空导弹; 发展历程; 战场环境; 发展趋势

Class Number TJ760

1 引言

现代战争中,掌握制空权对取得战争的胜利至关重要,空空导弹则是空中对抗和夺取制空权的重要武器。近年来,军事技术先进国家,为取得未来空中优势,在空空导弹改型设计和新型空空导弹研发上大量投入,掀起了空空导弹发展的新高潮。本文通过梳理空空导弹发展历程,研究了未来空空导弹面临的作战对象和战场环境的特点,对空空导弹的发展趋势进行了分析和展望。

2 空空导弹的发展历程

空空导弹X-4于20世纪40年代问世,迄今为止,空空导弹已发展了四代,主要采用红外和雷达两种制导体制,形成了近距格斗和中远距拦射两大系列[1]。目前,第三代空空导弹仍在服役,第四代空空导弹已成为主战装备。

第一代红外空空导弹代表产品有美国的“响尾蛇”AIM-9B、苏联的K-13等,于20世纪50年代开始装备部队,采用鸭式气动布局,采用非制冷硫化铅探测器探测飞机发动机尾喷口产生的热辐射,导弹只能从目标尾后攻击机动性差的亚音速轰炸机。典型的雷达制导空空导弹有美国的“麻雀”AIM-7A和“猎鹰”AIM-4、苏联的K-5导弹,采用雷达驾束制导,导弹只能以尾后追击方式攻击亚音速小机动飞行的轰炸机,射程3.5km～8km,导弹的机动能力差,抗干扰能力差[2]。

第二代红外空空导弹代表产品有美国的“响尾蛇”AIM-9D、法国的马特拉R530、俄罗斯的R-60T等,于20世纪60年代开始装备部队,仍采用鸭式气动布局,采用致冷型硫化铅探测器或致冷型锑化铟探测器,导弹的探测灵敏度和机动过载能力比第一代红外型空空导弹有一定的提高,可以从尾后稍宽的范围内攻击超音速飞行的轰炸机和早期的战斗机。典型的雷达制导空空导弹有美国的麻雀3A(AIM-7E)导弹和英国的火光导弹,采用圆锥扫描式连续波半主动雷达制导,导弹可以尾追攻击或前上方拦截有一定机动能力的目标,射程超过20km,最大飞行马赫数达到3,但导弹低空下视能力差。

第三代红外空空导弹典型产品有美国的AIM-9L响尾蛇、以色列的怪蛇3等,于20世纪80年代初开始装备,采用鸭式气动布局,采用高灵敏度的致冷锑化铟探测器,探测灵敏度和跟踪能力较第二代红外型空空导弹有较大提高,能够实现全向攻击,导弹的位标器可以和飞机的雷达、头盔随动,具有一定的离轴瞄准和发射能力,方便飞行员捕获目标,为空空导弹的战术使用提供了便利。虽然它的攻击区扩展到前半球,前向攻击距离仅为2km～3km,但是侧向攻击能力确实有很大提高。20世纪90年代,改进的红外空空导弹(俗称三代半)相继被开发出来,如美国的响尾蛇AIM-9M导弹和俄罗斯的R-73导弹,它们采用扫描探测技术或红外多元探测技术数字处理技术,实现了对目标的全向攻击,同时具有一定的抗干扰能力。第三代雷达制导空空导弹有俄罗斯的R-27、美国的麻雀3B(AIM-7F)、英国的天空闪光等空空导弹,采用单脉冲半主动雷达导引头,具有前向拦截能力,一定的抗干扰能力和下视下射能力,能够全天候、全方位、全高度攻击大机动目标,导弹最大射程可达40km～50km。半主动制导要求载机雷达在导弹发射后必须一直照射目标,直至导弹命中目标,造成载机脱离距离近,生存能力低,另外半主动制导无法实现远距离攻击和多目标攻击。

第四代红外空空导弹产品有美国的AIM-9X、英国的ASRAAM、德国的IRIS-T、以色列的怪蛇5、法国的MICA红外型、南非的A-Darter等,采用红外成像探测,大幅度提高了探测能力,可以全方位探测、攻击目标,具备很强的抗干扰能力。导弹位标器离轴角可达±90°,与头盔瞄准具配合,可对载机前方±90°范围内的大机动目标做到“看见即发射”,并具有发射后截获的能力。采用气动力/推力矢量控制技术,甚至可以实现“越肩发射”,降低了格斗时对载机的占位要求。第四代雷达型空空导弹有美国的AIM-120导弹、欧洲的AMRAAM导弹(先进中距导弹)和俄罗斯的R-77导弹,采用捷联惯导+数据链修正+主动雷达末制导的复合制导方式,具有多目标攻击和一定的发射后不管能力;使用高性能发动机作为动力装置,导弹射程达70km以上,最大飞行马赫数达到5,具有多种抗干扰措施和灵活的发射方式。

3 战场环境对空空导弹性能的影响

战场环境是影响空空导弹在战争中发挥作战性能的重要因素,它主要主要包括目标环境、自然环境和电磁环境。

3.1 目标环境的影响

这里讨论的目标环境主要针对空空导弹的作战对象。下一代空空导弹的作战对象主要是第四代战斗机、无人机和巡航导弹。其中,第四代战斗机具有隐身性能、超声速巡航和高机动能力,以美国为例,其研制的X-51A高超声速飞行器的巡航速度可达6马赫,X-43A验证机飞行速度甚至突破了9.7马赫;无人机则因具有超高机动性能(最大机动能力达15g～20g)和隐身性能,已经逐步在欧美等军事强国得到的应用;巡航导弹为提高突防成功概率,各国正在大力发展超声速巡航导弹,例如美国的Hystrike和ASALM导弹、法国的ALSP导弹、印度的“布拉莫斯”导弹等巡航导弹的巡航速度均已超过3Ma,Hystrike导弹的最大巡航速度甚至能够达到5Ma。因此,作战对象性能的提高对空空导弹的机动能力、突防能力、反隐身能力和截获目标的能力提出了更高要求。现有的第四代空空导弹在性能上已经难以满足对上述作战对象的作战需求。

3.2 自然环境的影响

根据空空导弹制导方式的不同,自然环境对空空导弹的影响也不同。

对于采用红外导引头的空空导弹而言,自然环境的影响主要体现在干扰导弹导引头对目标的红外特征的识别和接收上。例如,太阳辐射的红外信号强度通常远大于目标辐射的红外信号强度,会直接影响红外导引头对目标的识别和跟踪;云层辐射和云层散射太阳光后形成的红外信号作为干扰信号被导引头接收后,会减小导弹引导头接收信号的信干比,影响对目标的截获和跟踪;大面积云层对目标的遮挡,使导引头作用距离降低,甚至“看不到”目标;雨、雾、雪、沙尘对目标辐射的红外能量产生严重衰减,极大地降低导引头对目标的截获距离;地面背景对阳光的反射和自身的热辐射,使导引头难以在背景中发现目标。

对于采用雷达导引头的空空导弹而言,自然环境的影响主要是地/海面杂波,尤其在低空下视时这种影响尤为严重。例如,空空导弹在低空下视攻击目标时,由于地/海面杂波作用范围广、强度大,会降低雷达导引头接收信号的信干比,进而降低导引头对目标的探测距离,甚至使导引头在检测目标时,误将地/海面杂波当作目标进行检测,从而使导弹丢失目标。

3.3 电磁环境的影响

电磁环境对空空导弹的影响主要体现在光电干扰和电子干扰两方面,其影响也因导弹制导方式的不同而有所区别,其中光电干扰主要针对红外导引头,电子干扰主要针对雷达导引头。

红外弹面临的干扰手段主要有红外诱饵弹和红外定向干扰两种。红外诱饵弹通过模仿目标的某些红外特征,使导引头在跟踪过程中丢失目标转而跟踪诱饵弹。目前,国外正在发展的新型红外诱饵弹有三大类: 1) 多点源/面源型诱饵弹,它可以在红外导引头的视场内遮蔽载机或模拟载机形状; 2) 伴飞式诱饵弹,它可以延长诱饵在导引头视场内的存留时间,提高与载机轨迹的相似度; 3) 光谱式诱饵弹,它可以模拟载机在一定波段内的光谱能量分布,提高诱饵与载机的光谱特征相似度。红外定向干扰采用普通红外光源或激光,在导弹告警设备的引导下,照射来袭导弹的导引头,通过改变照射信号的某些参数或能量,实现对红外导引头的欺骗、致眩或信号饱和的效果,从而干扰空空导弹对目标的跟踪[2]。

雷达弹面临的干扰主要有压制式干扰、欺骗式干扰和箔条干扰。压制式干扰是通过发射大量的强功率杂乱信号来压制或掩盖目标雷达回波信号,使雷达导引头难以在上述杂乱信号中检测出目标的雷达回波信息,从而无法跟踪目标;对雷达弹的欺骗式干扰是通过发射与目标雷达回波特征相似的干扰信号,使雷达导引头在跟踪目标时难以分辨真假目标,从而不能实现精确制导;箔条干扰则是利用金属或镀金属的介质制成的箔片、细丝或条带强烈反射雷达导引头辐射的电磁波,掩盖真实目标信号,使得雷达导引头无法跟踪真实目标[2]。

4 空空导弹的发展趋势

作战环境的日趋复杂,对空空导弹的作战性能提出了更高的要求,为了适应未来空战的需要,空空导弹将在以下几方面得到发展。

4.1 发展多用途空空导弹

第四代战斗机大都采用內埋弹舱以实现外形隐身,由于弹舱容积有限,在发展小型化空空导弹,以便挂载更多导弹的同时,还要最大程度地满足作战任务需求。一是集对空和对地攻击功能于一体,实现多任务攻击,如美国的“双用途空中优势导弹”(JDRADM),具备空对空和空地反辐射作战能力;“三类目标终结者”(T3)可以打击高性能飞机、巡航导弹和防空目标[3]。二是集远距和近距打击于一体,实现双射程,如“双射程导弹”(AADRM)既可近距格斗又能超视距攻击,具有高空超声速发射超视距拦截能力和中低空亚声速发射近距格斗能力。

4.2 拓展空空导弹攻击范围

拓展空空导弹的攻击范围,可以有效提高其对高速、高机动和中远距的目标的打击能力,实现“先敌发现、先敌发射、先敌杀伤”。对于中远距拦射导弹而言,可以采用固体火箭/冲压组合发动机或可控推力的冲压发动机,以增大其速度和射程;对于近距格斗弹而言,可以通过采用推力矢量控制和反作用射流控制等技术,以提高导弹的灵活性,降低载机攻击目标时的占位要求,实现对高速、高机动目标的全方位攻击,即攻击载机前方、侧方甚至后方的目标。

4.3 空空导弹隐身化

空空导弹采用隐身技术可以有效提高其突防能力和生存能力。导弹隐身技术主要包括雷达隐身、红外隐身和等离子体隐身等。雷达隐身主要采用外形隐身设计和涂敷吸波材料;红外隐身主要采用发动机红外抑制技术和使用红外隐身材料;等离子体隐身主要采用等离子体包进行隐身,即在导弹表面形成一个等离子体气包,还可以在导弹的弹头和壳体部位采用等离子体涂料隐身[4]。目前,国外还在不断研究新的吸波材料:手性吸波涂料、纳米吸波材料、导电高聚物吸波材料、多晶铁纤维吸波材料、耐高温吸波材料和智能型吸波材料等[5]。

4.4 提升空空导弹抗干扰能力

为对抗对抗未来第四代战机广泛采用光电、电磁和各种综合干扰手段,干扰方式向多样化、智能化方向发展,各国都在不断发展各种无源和有源干扰手段,新型干扰不断出现(拖曳式诱饵干扰、伴飞干扰、激光干扰等),空空导弹只有进一步增强抗干扰能力,才能在复杂的电磁、光电复合的干扰环境下有效打击目标。

4.5 改进制导技术

为了提高空空导弹的制导精度和抗干扰能力,下一代空空导弹将对现有的空空导弹制导技术加以改进,主要是改进第四代空空导弹普遍采用的复合制导技术和多模制导技术。

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采用两种以上制导方式进行制导。第四代主动雷达型中距拦射空空导弹采用了“惯导+数据链修正+主动雷达末制导”的复合制导方式,但其数据链采用的是单向数据链,仅能传输载机向导弹发送的修正指令和目标信息。而下一代空空导弹的复合制导方式则采用双向数据链,它不仅可以实现载机向导弹传递制导信息,还允许导弹将自身的工作状态、运动参数、导引头截获的目标运动参数和目标特征等信息回传给载机,使载机飞行员可以通过座舱显示器实时判断空战态势,更加精确地掌握脱离时机,提高战机的生存能力,还可以用于评估目标毁伤效果,避免重复攻击[6]。

多模制导是在同一制导段,同时采用两种或两种以上频段或制导方式进行制导。与单模制导相比,它可以针对目标的两种以上的特征对目标进行捕获、识别和跟踪,获取大量的目标信息,从而提高导引头的探测和识别能力;而且,单枚导弹同时采用多种制导体制、多种频段或多种制导方式,可以实现性能互补,不仅可以提高制导精度,还能够提高导弹抗干扰能力和反隐身能力。因此,多模制导将是下一代空空导弹采用的主要制导模式。可能应用于下一代空空导弹的多模复合寻的主要有雷达/红外、毫米波主动雷达/被动雷达、毫米波主动雷达/红外成像、微波/毫米波/红外、紫外/红外、双波段主动雷达复合等方式[7]。

4.6 发展网络化制导

截至目前,空空导弹都是使用本机发射、本机制导的平台式攻击方式,要求载机雷达等探测手段必须首先探测目标,空空导弹的攻击能力受到载机目标探测手段的限制[8]。随着战术协同数据链技术应用的日趋成熟,空空导弹将逐步由本机制导向网络化制导方向发展,以减少其对发射平台在目标探测和制导方面的依赖。

网络化制导是指导弹发射后,导弹制导不由导弹载机完成,而是由己方其它飞机完成,也称为第三方制导[9]。采用网络化制导后,即使导弹载机探测传感器未开机或开机后未探测到目标,目标的信息仍可通过战术协同数据链由处于敌方空空导弹攻击范围外的己方预警机、侦察机或战斗机的探测传感器提供,只要满足发射条件,载机就可发射导弹并迅速脱离,发射后导弹的中继制导信息仍通过战术协同数据链由己方其它飞机提供。这样,就使得提供目标制导信息的飞机和发射导弹的飞机可以从不同高度、不同方向进入,有利于增加导弹攻击的隐蔽性和突然性,并提高载机的生存能力。

4.7 近距格斗导弹具有发射后截获能力

目前,红外型近距格斗导弹主要采用发射前截获模式,构成导弹发射的先决条件是导弹导引头必须先截获目标,由于受载机与目标相对方位的影响,导弹导引头无法截获被载机机体遮挡的目标或位于载机后方的目标,导致导弹对上述目标无法构成发射条件。另外,当超音速发射时,导弹射程会大于导引头截获距离,无法充分利用导弹的射程。

发射后截获模式是指导弹发射前导引头不需要截获目标,发射后使用载机传感器提供的目标定位数据,指引红外导引头截获目标[10]。因此,与发射前截获模式相比,发射后截获模式一方面可以充分利用导弹的射程,在尽可能远的距离发射导弹[6];另一方面还避开了载机机体对导弹导引头的遮挡,使导弹可以攻击被载机机体遮挡的目标,甚至攻击位于载机后半球的目标。

4.8 采用高效能战斗部

传统战斗部主要有破片战斗部、连续杆战斗部和离散杆战斗部[11]。大都采用轴对称结构,侧向爆炸方式,形成的破片沿周向均匀向外飞散,只有小部分破片作用在目标上,破片利用率较低。为提高导弹的杀伤效能,战斗部应由传统的侧向爆炸方式改为定向爆炸方式,集中高密度的破片打击目标,提高破片利用率,提高杀伤威力和对目标的毁伤概率;为适应多任务导弹对空和对地攻击的需要,还可采用双模战斗部,将不同毁伤功能组合在一起,以满足对空中或地面不同目标的毁伤需求;另外,战斗部、引信和制导将向一体化的方向发展,由导引头代替引信的近距探测功能,给出弹目交会时的目标方位信息,并对起爆时机进行预估,精确地定向引爆战斗部。

4.9 发展发动机技术

为打击第四代战机、无人机和超音速巡航导弹,需要发动机为空空导弹提供远射程和高速度。在这一方面冲压发动机与固体火箭发动机相比,可以提供更高的比冲;另外,采用燃气流量调节技术,可延长发动机工作时间,使空空导弹在交战末端保持全速,再配以进气道调节和控制算法等措施,可以进行推力大小的调节和能量的分配,适应各种高度和速度下的推力需求[12]。

5 结语

空空导弹迄今为止已经发展了四代,各种新技术、新材料的应用,使空空导弹迅猛发展。为适应日趋复杂的作战环境,新一代空空导弹在攻击范围、隐身性能、制导精度、机动能力、抗干扰能力和目标截获能力等方面将会进一步提高。因此,必须紧盯空空导弹的发展前沿,研究空空导弹的发展趋势,加大空空导弹的研发力度,缩小与军事强国之间的差距,以适应未来的战场需求,有效维护我国的领空安全。

[1] 樊会涛.第五代空空导弹的特点及关键技术[J].航空科学技术,2011(3):1-5.

[2] 白晓东,刘代军,等.空空导弹[M].北京:国防工业出版社,2014:32-56,115-126.

[3] 任淼,王秀萍.空2011年国外空空导弹发展综述[J].航空兵器,2012(3):3-7.

[4] 方有培,赵霜,汪立萍.隐身巡航导弹及其目标特性[J].航天电子对抗,2015(1):15-18.

[5] 师颖,李刚,安兴,等.等离子体涂覆导弹的电磁散射特性分析[J].空军工程大学学报(自然科学版),2010(5):48-52.

[6] 明宝印,毕建国,邢晓岚,等.国外空空导弹发展的新特点[J].飞航导弹,2011(4):55-59.

[7] 王鹏坡,韩洪伟.多模复合寻的制导技术研究[J].飞航导弹,2010(8):73-75.

[8] 宫朝霞.国外空空导弹发展综述[J].飞航导弹,2011(4):60-67.

[9] 贾秋锐,孙媛媛,钟咏兵.空空导弹发展趋势[J].飞航导弹,2012(7):29-32.

[10] 赵鸿燕.AIM-9XBlock空空导弹研制进展[J].飞航导弹,2014(3):22-26.

[11] 张新伟.空空导弹战斗部技术现状及发展分析[J].航空科学技术,2011(3):38-41.

[12] 陈怡,闫大庆.流星导弹的关键技术及最新研制进展[J].飞航导弹,2012(6):17-21.

Development Tendency for Air-to-Air Missile

XIE Yanhong KONG Ting WANG Xuming GUO Jianguang

(Naval Aviation Institute, Huludao 125001)

In the modern air-combat, air-to-air missile plays an very important role in controlling air supremacy, so the air-to-air missile is one of the most important weaponries which many countries focus on. Firstly, the development history of air-to-air missile is introduced in this paper. Then, the influences of the future battlefield environment on the performance of air-to-air missle are analysed. Finally, the development tendency of the future air-to-air missle is indicated.

air-to-air missile, development history, battlefield environment, development tendency

2015年1月6日,

2015年3月2日 作者简介:谢彦宏,男,副教授,研究方向:机载武器系统。孔挺,男,硕士,副教授,研究方向:机载雷达。王旭明,男,博士,讲师,研究方向:机载雷达。郭建光,男,讲师,研究方向:机载武器系统。

TJ760

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.004