乱石穿空焕烟霞

2016-07-14 17:12:31 航空世界 2016年4期

俞敏

战争需要

从百年前空中格斗与拦截登上人类战争舞台以来,具备精确命中能力的机载武器就一直是各国空军追求的核心目标,在雷达设备没有搬上飞机之前,目视瞄准与多门航炮(或机枪)齐射是唯一的作战手段,制导武器在英国的出现可以追溯到19世纪末,澳大利亚钟表匠路易·布莱南(Louis Brennan)研发的线导鱼雷首先被用于海军岸防部队,但空空领域的应用则要迟至一战时期。当时英国空军的BE.2和BE.12曾装备一种由娄教授(Prof A M Low)研发的名叫“范保罗炸钩”的特种武器,用以对付翩然来袭的德国齐柏林飞艇,基本原理就是先抛出带有爆炸物的装置“钩住”飞艇,然后再启动爆炸。

不过这样的飞爪暗器首先需要载机占据高度优势,利用重力转换而成的速度完成投放,而当时的双翼战斗机爬升太慢,还没等飞到足够高度,齐柏林早已逃之夭夭。后来娄教授又根据空军的需求,改造了一架通过地面无线电遥控的卢思顿·普罗克托AT单翼机(由当时的新秀设计师佛兰德设计),该机机身上带有爆炸物,可以在探照灯引导下,对飞临伦敦上空的齐柏林进行打击。很可惜AT飞机的演示令人失望,随之下马,不过娄教授的研究成果没有就此尘封,后来又在此基础上搞了一个无线电控制火箭(与人合作),海军看中了其内在价值,认为可以用在远程轰炸方面。

总之随着一战结束各国进入各自的军备休整期,大规模的空中飞机搏杀暂时不会出现,英国的空空制导武器研制步入低谷,但出于对德国轰炸的固有恐惧,从20世纪30年代开始,地面防空武器的研制却相对活跃起来。不过和今天的人们想象得不太一样,1935年11月出现的一种叫做公羊的防空武器实际上和早期的AT遥控飞机颇有渊源,实际上就是后者的放大版(装有罗罗公司“茶隼”发动机),只不过是靠盘旋空中的两架飞机对其实现遥控的。跟在公羊后面的飞机叫“牧羊人”,负责调整公羊的航向和俯仰,另一架飞机叫做“侧卫”,与敌方编队保持安全距离内的横向垂直飞行,由它负责将公羊逐步向敌机编队中心“牵引”,并最终在理想的位置引爆机上搭载的500磅(约227千克)炸药。

皇家飞机发展中心认为公羊太过笨拙,机动性有限,也达不到预想中的400哩(644千米)时速,不足以应付20世纪40年代以后出现的威胁。而且即便达到指标,夜间使用存在的不确定因素仍很复杂,德机编队有充分的时间散开队形,让公羊“中心开花”的效果大打折扣,更何况自杀无人机所装的“茶隼”发动机价格不菲,一次性使用实在有点过分奢侈。但有一个思路值得重视,那就是无线电测向技术(也就是后来的雷达)的重要性和可行性日益凸显,到了1941年6月,防空研发中心(ADRDE)的科克罗夫特(J D Cockcroft)和科索尔公司的贝德福(L H Bedford)一同提出在公羊基础上发展一种由地面雷达引导的无人拦截机。

由于采用尾追方式,为了不被甩掉,无人机除了装有大功率的活塞发动机(如194千瓦的梅纳斯克C.65或172千瓦吉普赛-6)外,还带有火箭助推器,速度达到了644千米以上。雷达(GL Mk III)总共两部,装在100毫米的火炮上,一部用于追踪敌机动向,一部追踪无人拦截机,雷达回波显示在阴极射线管上,操作者通过“蜂后”无线电控制器向无人机下达升空指令,无人机追上敌机后在合适的距离内引爆600磅(272千克)高爆炸药。

完成一次成功拦截,需要精心布阵,实际上根据计算,至少需要4组(每组2具)雷达传递接力,每组负责8哩(12.8千米)左右的范围,而一旦衔接出现问题就会导致拦截失败。丘吉尔的军事顾问亨利·提扎德(Henry Tizard)对于这一方案并不看好,认为实用性太低,远不如常规的战斗机拦截简单有效,于是方案没有通过,在1942年2月被降格为“调研项目”。当时军需部手头需要验证的类似武器实在是不在少数,既包括进攻性的,更有许多是防备德国轰炸机群的防空导弹设想,要挑出哪些最有发展前途还真不是一件简单的事情。

对手还是德国人

值得注意的是射弹研发中心(PDE)在1941年开发的一种简易的防御性武器,据说击落每架飞机的耗费只需130英镑(1944年价值),对军队吸引力很大。这种被称为“西班牙猎犬”的武器最初仅有两种陆基改型,一个是光电型(PE),另一个是无线电指向型(PDF),但军需部总觉得拦截轰炸机不应该只在地面上忙活,空军飞机也应该参与进来。于是到1943年下半年又在该项目基础上出台了机载新方案,项目负责人本森将其命名为阿尔忒弥斯,这个希腊神祗的名字意味着“追逐与死亡”,用在这里实在是再合适不过了。导弹前端装有一个浑圆的可控头锥,发射后弹体滚动,旋转体上的小型叶片会带动头锥沿纵轴反向旋转。导弹的方向控制寻的器轴向视野很短,侧向带有视野扇区,但并不覆盖前方,头锥旋转后寻的器一旦捕捉到目标,控制系统就会激活偏转装置,通过微型火箭和扰流器使得导弹飞向目标。

本森认为控制系统过于笨重是导致武器性能下降的主要原因,而且无线电控制飞行时间过短,根本来不及实现姿态调整,如果非要把速度降下来,那和德国人二战时期的滑翔类制导武器也就没什么区别,谈不上什么“高性能导弹”了。阿尔忒弥斯是本森总结上述经验后的产物,实际上是一种早期的半主动寻的方式,载机通过机载雷达照射目标,导弹接收信号并自行转弯击中目标,此时载机就可迅速脱离战场,摆脱了人工干预,这就和德国人的有线和无线电制导有了根本区别。

德国人从1944年6月开始用V-1嗡嗡弹频频袭击英国本土,国防部曾经考虑过将阿尔忒弥斯派上战场,不过最后还是选择了高射炮(带有近炸引信),后来有不少专家认为,对于V-1这种具备一定急转躲避能力的原始制导武器,可以挂载在低速战斗机上的阿尔忒弥斯应该拦截效果更好。但反对者也有充分的理由,他们认为用作反导的话,阿尔忒弥斯机动性还是不够,而作为针对大型轰炸机的单发武器,阿尔忒弥斯和西班牙猎犬一样,太过纤弱(弹径仅有76毫米),为了弥补不足,载机只能冒着对方的自卫武器喷出的弹雨凑近发射,这近乎于自杀攻击。

顺便说一句,英国人在算计别人家轰炸机的同时也没忘了关心自家的宝贝:未来的喷气空袭主力,万一它们也遭到了敌人的追杀该怎么办呢?必须想个法子,给轰炸机也配备一种专门的空空导弹。自卫空空导弹没必要搞得很复杂,制导系统尽量采用现成的技术,比如布莱克迈恩GAP那种驾束制导就足够了,于是这就有了小本(Little Ben)计划,一种带有三个捆绑火箭发动机(76毫米直径)的轻型导弹。小本(后改名远射)项目一直持续到战后,后来发展成了CTV.1测试平台,直到1951年5月5日才完成了第一次驾束制导超声速 飞行,对后来的导弹设计影响很大。

很多人都会觉得小本/远射似曾相识,与后来出现的海镖导弹颇有几分相似。当然小本气动面的设计确实有些不同寻常,固定弹翼、方向舵和副翼都凑在头部,更为特别的是,垂尾在助推器燃烧殆尽,获得足够稳定的飞行速度之际就会自动抛除,这样做主要是出于减小阻力的考虑。小本设计的目标那些通过驾束制导导弹在屁股后边穷追不舍的战斗机,因此导弹射程要远,做到先敌发射,同时导弹本身不能进入对方的制导波束而被拦截。

冷战早期成果

航空部早在1945年1月就基于飞机研究中心的研究成果发布了OR.1056(红隼)设计规范,要求应标公司开发一种具备全天候作战和全方位拦截能力的机载导弹,红外还是雷达制导不限。当然实际上如果采用雷达制导,可供使用的也仅有AI Mk.IX一种,直径达到914毫米,一般的中小型战斗机根本无法容纳。直到二战结束两年多后,正式招标才逐步展开,比较被看好的是格洛斯特在1947年10月推出的“机弹组合”,拿到今天这种导弹的设计简直是幼稚可笑,导弹弹体粗短近似纺锤形,两片宽大短小的弹翼稍带后掠,尾部除平尾外还有垂尾,根本就是一架袖珍小飞机。

航空部意识到红隼的指标有些不切实际,只能降格以求,成色褪了,当然只能叫“粉隼”,实际上也就是费尔雷的5号计划,也即是后来“蓝天”的前身。这种导弹的军方名字就是火闪,1957年8月开始服役于第1制导武器发展中队,搭载在超马林褐雨燕F.7上,最初计划搭载4枚,后来为了降低翼载,减到2枚。导弹外观和后来的海军海参舰空导弹十分相似,采用三体捆绑设计,两侧的助推器也有锥形前罩并带有尾翼,安装位置非常靠前,当时的设计师认为串列发动机喷出的尾焰会让导弹后方的空气离子化,影响雷达信号的传输和接收。

助推器能在短短2秒之内将导弹加速到马赫数2.4,之后就被抛弃,主弹体滑翔飞行,载机所用的EKCO雷达负责后段制导,直至击中目标。导弹设计笨拙,阻力很大,而且尽管进行了许多次试验,助推器的分离问题始终没有解决好。所以说这种采用驾束制导的火闪导弹基本不具备实战功能,只是为了让未来的飞行员初步熟悉空空导弹的基本原理。飞机和目标之间的夹角必须严格控制在雷达波束15°角之内保持12秒左右,这段时间内飞机的机动性几乎为零,很容易遭到护航战斗机反噬,而缺乏载机照射的导弹也马上变成没头苍蝇,直接砸向地面。

现在看来雷达制导空空导弹还是不够成熟,攻击缺乏护航的轰炸机或许有机会,但发射后不管很难做到,而红外制导不存在这样的问题(代价是射程更短)。其实英国人在红外制导技术方面一度走在世界前列,相关研究从1915年就已开始,丘吉尔内阁的科技顾问林德曼博士(车耳威尔爵士)就是这方面的权威。林德曼在20~30年代致力于海军通信和夜间战斗机机载设备的研究,在红外技术方面取得了丰硕成果,只不过并不是军方更为看好的主流方向,一度遭受冷落,后来皇家海军发现采用通气管的德国U艇隐蔽性极强,这才于1943年重启了林德曼的红外探测研究。

英国人战后检定纳粹战利品时发现,其实德国人早就将红外设备投入应用,他们的Ju-88G夜战飞机上装有一种被称为“龙骨”的有趣装置,实际上就是一种专门用来探测皇家空军飞机的红外装置。根据英方专家奇泽姆的测试,该装置可探测到6.4千米外的轰炸机发动机排气,这就是德国夜间战斗机一度能打得英国轰炸机群措手不及的重要法宝。而且这种探测手段显然在喷气时代能够发挥出更大的价值,因为喷气发动机尾焰红外特征更为明显,而且比之雷达制导组件,红外导引头更为轻巧简便,因此二战刚结束的短短数年,英国国内一下子冒出无数个红外制导研究项目。

考虑到火闪导弹性能有限,空军在1955年发出了OR.1131项目招标,与F.155/OR.239超声速拦截机相配套,因此冠蓝鸦导弹又派生出了Mk IV,对其基本要求是能够在马赫数2.5状态下发射,采用连续杆战斗部实现对2马赫目标的全方位打击。为了追求更高的速度,导弹采用钢制弹翼和后缘前掠的“超声速 翼尖”来防止出现扰动锥震颤。根据军方要求,蓝火柴需要具有迎头攻击能力,致冷碲化铅导引头视场可达60°,满足了全向碰撞拦截的要求。

最早的红外制导热敏材料是硫化铅(PbS)或硒化铅(PbSe),50年代初出现的梅特卡夫计划,就是将锁定/跟踪系统和硫化铅传感器相结合的产物,实际上也就是军需部和TRE公司合作的蓝礁湖项目的实践版本,后来还在此基础上开发了蓝宝石和橙格子呢两种昼夜星光追踪导引头。非制冷的硫化铅导引头使得导弹只具备尾追攻击能力,要求载机占据机动阵位优势,这一点在当时很难保证,而且一旦对手采用欺骗手段,很容易攻击错误目标,于是在1954年3月出现了锑化铅材料,可以被冷却至-180℃,同时还装有巴尔和斯特罗德研发的光学系统。

不过喷气战斗机也并非只能束手待毙,英国人很早就找出了不少减小红外特征的办法,比如向喷管喷油就很管用,有意思的是,这个办法后来通过红箭飞行队的拉烟表演而很快为广大民众熟知。此时“冠蓝鸦”的制导头又一次发生了变化,这一回彻底破圆为觚,削成了八

棱的铅笔头,这种叫做紫旗的

尖锥头罩采用的是三硫化二砷的特

种耐热玻璃,相对过去的半球脑袋好处是不容易积冰,另外弹体上还有一圈三角叠错构成的观察窗口(用于近炸引信)。导引头飞行测试是1954年在云雀山(Larkhill)靶场进行的,用的是布里斯托尔/费伦第的CTV.4载具,后者装有3个127毫米轻合金塑料助推器。

在阿贝尔珀斯的机载发射试验挑选毒液NF.2为搭载平台,毫无悬念地射落了1架慢悠悠的“萤火虫”U.8无人机,后来又去澳大利亚武迈拉进行测试,到了1957年第一代“冠蓝鸦”Mk I终于进入皇家空军服役,名字正式改为“火光”。实际上“火光”也成为了英国第一种达到实用水平的空空导弹,之后的若干年它成为了空军“闪电”“标枪”和海航“海雌狐”战斗机的标准配备,后者一般是机翼下方挂载4枚,但“闪电”的挂载方式比较独特,有2枚是通过滑轨“贴”在胖胖的机身两侧。有些导弹还出口给中东国家,比如沙特空军的“闪电”挂的也是“火光”,另外还有意大利空军的菲亚特G.91攻击机,早期也曾以“火光”为空空武器。

导弹的硫化铅光电元件通过氨气致冷(氨气瓶位于载机发射装置内),它对于2.5~6.5微米之间的红外辐射波长最为敏感,棱锥玻璃将辐射波传至感应器,陀螺仪确定导弹和目标瞄准线角速度后向控制系统发出信号,通过内部电子设备信号转换后,压缩空气控制舵面偏转。目标截获后导弹单机固体火箭发动机启动,导弹射出并按比例导引法飞行,陀螺仪进动力矩与瞄准线角速度始终成正比,轴架上传动马达将速度分量输出至俯仰和偏航平面。导弹发射全重136千克,战斗部22.7千克,最大速度超过马赫数2.4,喜鹊-I发动机工作3秒,射程在1.2~7.4千米之间。

同时代“冠蓝鸦”还发展了Mk II和Mk III两种改型,前者锑化铟导引头自带制冷,并换用了更强大的喜鹊-II发动机,后者加大翼展但减小了发动机推力,通过压低速度来起到限制气动加热的效果。这样的导弹其实是专为“闪电”这样的超声速飞机设计的,最高发射初速上限是马赫数1.7,不过它的使用高度有较大局限,海平面肯定不能发射,必须在4572米以上才行。总之由于诸多原因的限制,后来Mk II和Mk III都未投产,稍后又出现了专为桑德斯·罗SR.177和阿芙罗720两种飞机配套的“冠蓝鸦”Mk IV,这两种飞机各自是为了满足空军部OR.337和海军部NA.47拦截机计划而推出的,除了涡喷发动机,还都带有火箭助推器,用于有效拦截苏联超声速轰炸机。

截击机计划在1957年因红布旗(Red Duster)防空导弹的出现而宣布下马,不过导弹暂时保留,后来改称蓝火柴,计划用于费尔雷公司的三角-III战斗机,后者实际上是应标1955年OR.1131项目而推出的,涡喷和火箭发动机型号不变,只不过都是两台,其速度预计将达马赫数2.5。蓝火柴选用新型连续杆战斗部,改良后的紫旗导引头视角增至60°,可全向打击速度马赫数2的飞机,它还用了带有“马赫尖”的钢制弹翼和尾翼,为了避免进入激波锥颤振,弹翼后缘带有较大的切角前掠。

然而由于导弹射程太小,载机发射速度也存在不足,所以皇家飞机试验中心制导武器研究部门认为挂载蓝火柴导弹的F.155基本不具备实战效能。于是到了1956年对于该导弹计划的投资大大减少了,虽然当时该导弹还计划用于阿芙罗720和SR.177,不过随着1957年这两种飞机下马,蓝火柴的光芒顿时黯淡了许多,其最终熄灭也只是时间问题。当然公司也预先准备好了退路,早在1956年8月就推出了采用连续波半主动雷达导引头的“冠蓝鸦”Mk V。

即便这种导弹能够研制成功,它的应用范围也受到一定限制,因为当时只有“海雌狐”的AI.18雷达可以增加连续波照射功能,而空军闪电战斗鸡的AI.23则肯定不行,反过来说也是如此,连续波照射更适合海平面低空条件使用。但真正让海军对“冠蓝鸦”Mk V失去好感的原因在于,该导弹存在信号极化方面的问题,仍会导致射程缩短,另外“海雌狐”上的脉冲雷达和连续波会产生干扰,不过Mk V实际上仍未就此画上句号,到了1957年11月又出现了一个“蓝海豚”,基本可以看做是其技术延续。(未完待续)