□ 王庆国
F-22发射AIM-120空空导弹
近年来,世界各国加大了对中远程空空导弹的重视,随着空中目标性能的不断提高、空战战术的不断发展以及各种新理论、新技术在空空导弹研制中的不断应用,空空导弹技术发展迅速。
目前,空空导弹已历经四代,形成了红外和雷达两种制导体制、近距格斗和中远距拦射两大系列。20世纪90年代以来,超视距中远程精确打击逐渐成为空战的主要作战样式,世界主要军事大国开始重视发展中远程空空导弹。目前,现役和在研的第四代中远程空空导弹型号已有10余种,主要为美国的先进中距空对空导弹AIM-120、欧洲的“流星”和“米卡”及俄罗斯的R-77和R-37导弹等。
装载AIM-120导弹
F-15C上的AIM-120电气接口
AIM-120是美国第四代全天候、全方位雷达制导导弹,主要针对在电子对抗环境下的低空和高空的高速目标,具有发射后不管、复合制导、多目标攻击、全天候作战和下视下射、上视上射的特点,同时还具备攻击巡航导弹等小目标的能力和近距攻击的特性。
“流星”导弹是欧洲导弹集团MBDA公司研制的一种新型超视距主动雷达空空导弹,于2012年6月开始启动批量生产。2013年,英国决定将“流星”导弹具备初始作战能力推迟两年至2017年。
“米卡”空空导弹堪称法国导弹科技的招牌,它不仅是法国空军和海军航空兵的主力装备,还随着幻影2000战斗机出口到阿联酋、希腊和中国台湾。“米卡”导弹重112千克,采用正常式气动外形布局,沿弹体配置带矩形边条翼的长弹翼和尾舵。“米卡”分两种型号:主动雷达制导型(“米卡”RF)和被动红外制导型(“米卡”IR),分别于1996年和2000年开始批量生产。两者在外形上的主要区别是头部整流罩形状:“米卡”RF型装有尖锐的陶瓷制雷达天线罩,“米卡”IR的则是钝头的玻璃整流罩。
R-77和R-37为俄罗斯先进的超视距空空导弹,由三角旗机械设计局研制。R-77具有发射后不管和多目标攻击能力,1984年开始进行飞行试验,1992年小批生产,1994年投入批生产并进入部队服役。目前,俄罗斯三角旗设计局正对R-77进行各种改型和改进,包括采用红外导引头的R-77T、增程型R-77M和采用火箭/冲压发动机的RVV-AE-PD。
另外,美国还开展了新一代空空导弹演示验证项目,如“联合双任务空中优势导弹”(JDRAMD)和“三类目标终结者”(T3项目)。JDRAMD是一种兼具空空作战能力和防区外空对地攻击能力的新型导弹。美国空军曾针对该项目进行了导弹开发一体化导引头/引信系统、定向攻击战斗部和可以实现远程飞行的火箭发动机的关键技术开发。2012年2月,美国空军取消了JDRADM项目。T3是新一代多功能空空导弹,美国国防预先研究计划局定位其为高速、远程,可以进攻敌机、巡航导弹和地面目标(辐射源)。目前,主要在进行包括推进系统、抗干扰多模导引头、数据链、数字式制导与控制和先进的导弹战斗部等主要关键技术的研究。
国外主要中远程空空导弹性能指标
目前,中远程空空导弹的发展呈现出鲜明的特点:
① 沿袭基本型、系列化发展思路。
为了最大化利用空空导弹技术,国外在发展中远程空空导弹过程中沿袭基本型、系列化发展思路,对现有型号进行不断的升级、改进、派生,以适应现代战场多种作战任务的需要。美国在发展AIM-120导弹的过程中,就沿袭这样的武器发展思路,注重后续改进型、派生型的发展。AIM-120的系列化型号包括 AIM-120A、AIM-120B、AIM-120C和AIM-120D,派生型型号主要有采用AIM-120B导弹的挪威先进面空导弹系统(NASAMS)、采用AIM-120C主动雷达导引头的SLAMRAAM-ER导弹、在AIM-120C基础上研发的FMRAAM导弹等。采用这样的发展思路,节约了研制和装备成本,加快了部队装备速度。
② 广泛采用先进技术。
F-15SE战机的弹舱打开,露出AIM-120中距空空导弹
AIM-120发展型谱图
中远程空空导弹在采用成熟弹体设计技术的基础上,广泛采用多模末制导、高能定向引战、新型电子抗干扰和冲压发动机等先进技术。AIM-120D作为AIM-120的最新型导弹,采用双向数据链,提高导弹在增程时的运动性能和精度,以及导弹在大离轴角交战时的性能;采用GPS增强型惯性测量装置,该组件将提供可采用新软件算法的制导数据,以引导导弹沿着更加有效的弹道飞行;增大了不可逃逸区,比AIM-120-C7的射程提高了50%,具有高视角、大离轴发射能力。“流星”导弹采用无弹翼外形、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),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。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。冲压发动机采用双进气道,可以降低对侧滑的敏感性。
大量新技术的采用,增强了导弹的先进性能,但同时也增大了导弹研制的风险,研制过程曲折不断,拖延了研制进度。从2005年开始,AIM-120D出现了一系列技术问题,使得生产计划一再延迟;而“流星”导弹采用固体火箭冲压发动机,与飞机整合方面出现了一些问题也影响了项目总进度。
中远程空空导弹通常执行超视距打击任务,要求发动机满足空空导弹的射程要求以及先进的末段机动性能。目前,中远程空空导弹发动机推进技术方面主要有两派:以美国AIM-120为代表采用传统的固体火箭发动机和以欧洲“流星”为代表采用冲压发动机。固体火箭发动机经过改进,已经发展出具有能量可控特性的多脉冲固体火箭发动机,一定程度上能够提高空空导弹的综合作战效能。“流星”空空导弹采用了固体火箭冲压发动机,它有射程远、速度快、体积小、成本低、结构简单等许多优点,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,同样体积和重量的发动机,冲压发动机能够提供两倍于固体火箭发动机的射程。
采用先进的冲压发动机技术,可以使空空导弹的射程和速度有了质的提高,但同时也产生了新的技术要求:要对气动布局进行优化设计、对高速度情况下产生的热障进行克服、对控制系统的精度进行重新设计等等。这些都是制约中远程空空导弹采用冲压发动机的难点所在。
目前,先进的隐身战斗机如F-22、F-35均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,完成飞机的作战使命。这两种悬挂方式均要求采用弹射发射方式。弹射发射就对发射分离技术提出了较高要求,必须解决载机在高速、大机动甚至超机动情况下实现载机和导弹安全分离的难题。解决该难题,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,解决“发现即发射”所必须解决的技术问题。美国F-22内埋武器舱采用LAU-142/A气动液压弹射装置悬挂AIM-120C导弹,该发射装置能将AIM-120C导弹以40g的过载和每秒8.1米的速度弹出武器舱,并保证导弹以合适的姿态飞向目标。
鹰狮战机挂载“流星”空空导弹
“米卡”导弹的两种整流罩形状(左:雷达型,右:红外型)
中远程空空导弹普遍采用多模复合制导技术,以提高导弹的制导精度及抗干扰能力。中制导一般采用指令制导+捷联惯导方式,末制导一般采用主动雷达寻的制导或者红外+雷达多模制导。
中远程空空导弹攻角可达30°~40°,此时导弹的升力将占全弹的60%~70%;导引头的作用距离达到15~20千米或更远。在中制导末段,载机将导弹导引到某一空域,使导弹自动捕获目标。由于捷联惯导的精度很高,再加上导引头具有搜索捕获目标的能力,因此导引头对目标的截获概率非常高。采用先进的导引体制信息处理技术,可同时攻击4~8个目标;在导引头与引信中采用有效的抗干扰措施,利用弹载计算机复杂的算法处理,可以抗各种干扰并可跟踪干扰源。主动雷达制导的优点是不需要机载雷达对目标提供射频照射,载机发射导弹后即可脱离目标,具有发射后不管的能力,而缺点是弹上设备较复杂,弹上射频发射机的体积重量受到严格限制。
随着科学技术及现代空战作战理念的发展,以执行空对空任务为使命的空空导弹传统概念将发生变化,空空导弹将执行多种使命。从目前来看,未来中远程空空导弹将向多用途方向发展,主要有三个:一是多任务,即在具备空对空攻击能力的同时,还具备一定的对地、对辐射源的打击能力;二是双射程,即导弹在具备中远程拦截能力的同时,又要具备近距格斗能力;三是多目标,即导弹具有拦截隐身飞机、无人机和巡航弹等能力。
第四代主动雷达型空空导弹通常采用惯导+数据链修正+主动雷达末制导的制导方式,其中的数据链是飞机到导弹的单向数据链(如“米卡”),用于发射载机向导弹提供目标位置、速度修正指令等信息,以便导弹在中、末制导交接时能以较高的概率捕获目标。而未来的空空导弹必须具备双向数据链,即载机可向导弹传递制导信息,导弹也可将自身的工作状况、运动状况和导引头截获情况等方面的信息传送给载机(如“流星”、AIM-120D)。
弹载双向数据链优势明显:可提高末制导截获概率,并满足导弹在较远距离攻击隐身目标的需要,这对于攻击隐身飞机和巡航导弹目标非常有意义;可以在座舱显示屏上显示导弹的飞行轨迹,飞行员更易判断空战态势;导弹将目标的特性(包括目标反射特性、电子干扰特性)、目标的机动情况甚至命中目标的信息传回发射导弹的载机,从而可提高导弹的抗干扰能力,并可及时做出目标毁伤情况评估,避免对单个目标进行重复攻击;可适应网络化作战的需要,便于将“提供目标指示”的功能转交给己方其他飞机,以利于他机制导。
RVV-AER-77导弹
采用模块化、小型化设计。空空导弹各舱段模块化后,在攻击不同目标或采用新的导引头时,只需更换部分舱段即可,降低了研发费用、武器单价、后勤和支持费用。采用开放的结构,以利于导弹的渐进式升级,延长导弹的服役期。空空导弹小型化后,战机每次出动能够搭载更多的武器,使打击的目标数量增加,提高战机的作战效能。目前微机电系统、纳机电系统等技术的发展使空空导弹的关键性元器件实现小型化、微型化成为可能,为未来空空导弹进一步向小型化发展提供了技术基础。
阵风战机机翼上悬挂的“米卡”IR导弹
米格-31M机腹保形外挂点所携带的R-37导弹