法国空地模块化武器

2014-12-10 07:51青争
兵器知识 2014年12期
关键词:增程气动制导

青争

冷战期间制导炸弹的基础

机载制导武器早在二战期间就已开始应用,但当时制导武器的性能无法满足需要。冷战初期,除苏联机载反舰导弹研制有所突破外,对地制导武器的发展仍然缓慢。越战期间,美军航空兵占据着空中优势,对地攻击的主动权强化了临空投弹的效能。适应战场环境的制导武器迅速发展,在70年代建立起以激光制导炸弹为主的机载制导武器体系。

美国激光制导炸弹以227、340、454和907干克标;佳(对应500、750、1000、2000磅)为主,苏联制导炸弹则以500和1500千克标准为主,法国制导炸弹也以400和1000千克标准为主。冷战期间制导炸弹的口径相对较大,随后的GPS制导武器仍然以454和709千克为基础。当时的制导炸弹,无论采用激光还是CPS制导,圆概率误差大都在3~10米之间。制导武器主要用来攻击坚固点目标或高价值技术兵器,几米的偏差对软目标算不上很大,却直接影响对桥梁、装甲车辆和碉堡这类硬目标的毁伤。精确制导武器往住是单发使用,为避免命中误差导致对目标毁伤效果降低,只能靠增加弹药的毁伤威力和破坏半径来弥补,这就要增加炸弹重量。同时,各型常规炸弹仍是战争中的主力弹种,制导炸弹为了控制成本和适应挂架及气动条件,都需要在已有炸弹基础上改装,以便最大程度地实现同类弹种的标准化,这使得前几代激光制导炸弹和首代GPS制导炸弹的尺寸和重量都较大。为保证气动控制和稳定性,要为炸弹安装面积较大的控制和稳定翼面,这势必对阻力和挂载产生影响。大口径激光制导炸弹大都采用折叠稳定翼,GPS制导的JDAM虽然采用尾控制面,也要在弹体中段安装矩形边条以改善滑翔性能。

新一代制导炸弹的性能得到改善,“宝石路”Ⅲ的精度达到1~3米,JDAM应用差分GPS后的误差降低到3-5米,带末制导的新型CPS制导炸弹可达到1~3米,已接近“宝石路”Ⅲ激光制导炸弹的精度,增强型“宝石路”III将激光制导与GPS组合应用。制导技术的发展促使各国机载制导炸弹出现小型化趋势。

法国机载制导炸弹的研制基础

越战只是美、苏对峙阶段的局部战争,而在西欧的北约集团直接面对华约武力,航空兵成为关键力量。当时游离在北约之外却承担共同防御任务的法国,仍独立开发了自己的制导武器体系。

法国在上世纪70年代后期开始发展激光制导炸弹,设计中采用与美国制导炸弹研制相似的方法,在标准的低阻航空炸弹上安装控制制导部件。法国研制的激光制导炸弹规格与美国相似,但因法国缺乏F-111这类重型远程攻击机,激光制导炸弹的标准上限被设定在1000千克。按照法国航空武器发展规划,首代激光制导炸弹的技术水平与“宝石路”Ⅱ相当,开发了250、400和1000千克三个型号,其中400千克炸弹在1985年投产,1000千克炸弹在1987年投产,装备适应性最广泛的250千克炸弹迟至1991年才投产。法国航空兵在海湾战争中应用了国产制导炸弹,400和1000千克炸弹的作战效果比较理想,不但具备常规炸弹威力强的特点,还拥有低空快速投弹能力,与“幻影”2000配合使用时获得了较高的作战效果。

AASM的研制情况

法国为确保国防自主,即使在西欧国家大量引进美国制导武器的冷战后期,仍建立了自己的生产体系,满足了政府要求的国产武器达到70%的标准。

法国航空兵在冷战后的作战行动中,广泛应用了AS-30和BGL系列激光制导导弹/炸弹。这些武器暴露出一些弱点。激光制导炸弹的弹型规格和战斗部类型少,投掷后的滑翔距离短,载机突防和制导危险性高。AS-30L的射程相比制导炸弹要远,但激光制导的导引距离仍然较短,射程仅略超过中高度投弹的激光制导炸弹,载机在投弹后的制导要求也限制了载机的战术动作。美国在制导武器上的突破,尤其是JDAM的装备和GPS/INS(惯导)制导武器的系列化,使卫星定位成为制导武器发展的新尖端,法国也很快跟随了此方向。

法国空军和海军在1993年提出AASM(模块化空地武器)装备要求,在1997年成为法国1997-2002年规划中唯一全新研制武器。按法国空军要求,AASM将具备全天候和多目标攻击能力,武器可在飞机上挂飞40次,挂飞时间不少于100小时。因为机载制导武器挂载到飞机上后必须通电检查,每次通电对弹上电子器件都存在影响,早期制导炸弹甚至挂飞(未投下)回来就必须进行检修。AASM确定的挂飞次数和时间要求,可以多次形成作战状态而不必进行传统的维护,大幅度降低了维护成本并增加了可靠性和保障水平。AASM能在超低空(60米)发射,有效射程不低于15千米,圆概率误差为10米等级。

AASM由法国机械电器通用公司研制,采用与“宝石路”类似的布局,弹头前段包括导引头、自动驾驶仪和控制舵,尾段则安装稳定翼和可选增程动力系统。按设计要求,法国“幻影”2000D和“阵风”将最早装备AASM,每架飞机可用复合挂架挂4~6枚,并能根据需要向100千克和400~1000千克拓展。

先进与保守综合的AASM

美国在60—70年代开发了系列激光制导炸弹,苏联也利用低阻炸弹的弹体开发了激光/电视/红外制导炸弹。制导炸弹与同时期战术导弹的导引系统差异不大。制导炸弹不需要导弹增程的动力部件,滑翔射程虽然有限,却可保持远比导弹比例更高的战斗部。冷战期间制导炸弹的技术成熟度好,成本也不高,但需要提供目标照射限制了飞机的运动和炸弹的自主作战能力。

美国最早部署卫星制导炸弹。GPS制导技术通过控制舵调整卫星定位的弹体与目标的位置差,用简单导引方式可实现控制修正。继美国之后,很多国家都开发了卫星制导武器,但制约卫星制导的关键是定位精度。美国的CPS系统采用军、民分码技术,军码精度达到10米内,增加干扰的民码精度只有30-50米,用技术手段增加民码精度的措施也难以应用到高速平台。早期JDAM制导炸弹的CEP能达到10米级(设计要求13米),无GPS信号的纯INS精度有30米。endprint

GPS/INS制导炸弹基础型的CEP为10米,这个精度指标与越战期间的“宝石路”I相似,相比“宝石路”Ⅲ的1~3米CEP标准,单纯依靠GPS/INS的制导精度还存在较大差距。按照现有GPS/INS制导精度的应用条件,炸弹的留空时间限制了制导修正时间,直接制约了可用于改善制导精度的手段,采用增程滑翔弹翼的SDB这类CPS制导炸弹,滑翔翼增加了弹体稳定段的飞行时间。GPS和INs信号参照和复核的时间更充裕,有利于增加纯自导的精度,末制导则可保证精确打击运动目标。滑翔翼或辅助动力不仅是为增大射程,也是为了给INS/CPS导引系统提供更好的定位环境。

欧洲各国武器均采用GPS系统,曾经寄予很大希望的“伽利略”仍然久拖不决。根据设计要求,AASM/D采用标准的INS/GPS制导模块,INS采用固态陀螺惯性元件,具备全天候发射后不管能力,成本也较低,CEP与早期JDAM一样在10~13米。AASM/M的制导组件增加了末制导系统,目前采用红外成像制导方式,理想条件下具备1~3米的CEP精度,未来还可能选择毫米波、激光雷达和合成孔径雷达等方式,增加末制导系统的目标适应性和灵活性。

法国机械电器公司于2005年开始交付基本型250千克级AASM,装备“阵风”战斗机。AASM项目到2007年时展示了系列化方案,包括攻击坚固目标的400和1000千克炸弹,以及用于城市作战的125千克小口径炸弹。125千克级炸弹在2007年开始用“幻影”2000N测试。AASM-125采用MK80战斗部与标准组件组合,高空射程达到50千米,低空也具备15千米射程。按照当时设想的装备系列,500千克以下炸弹都可使用标准组件,只有1000千克炸弹才需要研制新的滑翔翼以维持射程。

GPS是现代机载制导武器的新制导方式,但前文已经说过,GPS并不是什么很难的技术。较新型号的“宝石路”激光制导炸弹也开始在激光导引头模块中综合GPS系统。GPs不仅可以作为打击固定目标的中段修正措施,还可以在激光受到干扰或其它必要时候单纯靠GPS导引以获得比常规炸弹更好的命中效果。法国开始研制AASM时虽然赶上了机载武器换代的起点,但基础条件却限制了AASM的技术应用。AASM的结构与常规激光制导炸弹没有差异,只是用模块化导引头段替代单一激光制导,将常规激光制导炸弹的尾稳定段扩大,在翼面结构中间填加带喷管的火箭发动机。

AASM重视小口径弹型的优先发展,以便在装备规模缩减趋势下强化精确打击能力。同样飞机挂载小口径炸弹的数量普遍可以翻番,有利于在一个架次里攻击更多目标,或在载弹数量相同时获得更长的空中巡逻时间。小口径炸弹的小型化和低阻力利于四代机内载,也符合战斗机多用途的载荷要求。按正常作战载荷,“幻影”2000只能在机翼/机身下外挂!枚400千克制导炸弹。单机只能攻击!个目标,如挂AASM-125,则单侧挂架可挂3枚,单机攻击火力与三架原有飞机相当,能减少执行任务所需的攻击机及护航战斗机数量。

AASM采用标准低阻炸弹作为战斗部,虽然称是250千克标准,但除227千克标准炸弹战斗部外,还需要增加前段制导控制和后段滑翔增程组件,全弹总重上限已达到340千克(750磅)等级。125千克标准的AASM全弹重也在200千克左右。AAXSM采用常规炸弹弹体的优点是可利用大量库存炸弹,但与美国GBU-38/39/40这样全新设计的炸弹相比,全弹非毁伤重量比例和气动性能存在较大差距。6BL-38/39弹重227/113千克,弹长2.21/1.78米,弹径0.273/0.19米,采用折叠的菱形弹翼高空投放射程108千米。CBU-40是采用三模(红外成像/毫米波,激光半主动)制导,可攻击机动目标的弹种,尺寸规格与GbU-39类似,采用了机动性更出色的横向打开折叠弹翼。SDB系列113千克制导炸弹规格与AASM-125相似,但战斗部的杀伤部分只有22千克,穿透混凝土的厚度则与907千克的BLU—109相当。

西方激光制导炸弹以鸭式翼面布局为主。单鸭式布局的优点是舵面在弹体前段,在小攻角时可以产生较高的舵效,但在大攻角时效率迅速降低,容易出现弹体失稳,在复杂机动时舵效降低会限制机动性提高。采用分离的双鸭式舵面时,前端固定舵面可以增加气流速度,有利于提高后控制舵在大攻角时的效率。苏联H-60/73、以色列“蛇”4、法国R-550近距弹都采用了双鸭式舵面布局,法国对该布局自控弹体气动控制的经验也较丰富。AASM弹体前段固定翼面与后段活动翼面组合,控制面气动控制性能与H-550有共通之处。采用串列双鸭式翼面的AASM虽然采用了MK-8系列弹体,但通过高效率控制舵面和火箭推进段组合,明显提高了AASM大攻角滑翔和快速修正的舵效,机动性明显超过常规的“宝石路”激光制导炸弹,并具备飞行末段向目标近垂直俯;中的控制效能。

AASM与SDB的对比分析

AASM的制导和战术设想较先进,弹体设计基础的确定则偏保守。设计出标;佳的制导控制单元来改造低阻常规炸弹,在常规炸弹处于主要地位的时代,这样的装备思想是合理经济的。

机载特种炸弹很早就采用过火箭推进加速,主要用于反跑道炸弹或混凝土破坏弹,为低空投放的炸弹提供穿透混凝土防护的必要速度。法国是反跑道炸弹研制生产的强国,对火箭推进炸弹的设计经验丰富,增加火箭发动机不仅可提高制导炸弹的飞行距离,发动机喷管工作排气还可以消除底阻,将原本修形用的尾段空间利用起来,又不会改变相当于常规激光制导炸弹的气动条件。AASM引控、战斗和稳推段串联,应用的都是成熟的常规技术,利于简化设计、制造和测试工作量并降低成本。

海湾战争使制导武器的地位大幅提高,但JDAM这类革命性制导武器仍采用常规炸弹作为弹体。随着几次高技术局部战争的实战,制导炸弹已成为机载对地武器的主力,先进制导技术与双向数据链的广泛应用,也使制导炸弹进入了防区外武器的行列。常规炸弹的外形与气动是按照重力下降设计,利用对称布局强化炸弹投放后的稳定性,这种设计不利于气动/动力增程系统的发挥。美国在完成了基础型JDAM后,很快就针对远程制导炸弹的气动控制要求设计全新弹体,研制作战性能和挂载条件更出色的制导炸弹。以JASSM为代表的重型增程制导武器,及GBU-39/40为代表的轻型增程滑翔制导炸弹,已开始改变利用常规炸弹改装的传统,并使导弹与炸弹的划分界限更加模糊。endprint

采用常规战斗部作为制导炸弹的战斗单元,优点是作战单元的生产和储备成本低,截面轴对称弹体的气动控制难度也比较小。问题则是炸弹下落速度快,低阻炸弹的降落速度更快,留给制导和控制系统的引导和修正时间较短。现有制导炸弹都采用大尺寸稳定翼和控制面,就是为增加投弹后导引头搜索信号和实施气动控制的时间,增大弹翼的阻力和滑翔功能也可以增大留空时间。

AASM相比常规激光制导炸弹,控制和导引系统基本没有什么差异,只需要针对火箭增程进行测试调整。技术难度低、风险小,设计和试验工作量也不大,利于快速形成战斗力,很适合装备规模和资金有限的法国航空兵。

法国研制AASM时,大规模装备低阻炸弹这个现实无法改变,AASM-125选择MK-81战斗单元,AASM-250选择MK-82(爆破)/BLU111(穿甲)单元,AASM-1000则采用规格与BLUll6(907千克穿甲)类似的穿透混凝土能力更好的CMP-1000战斗邵。AASM照顾现有装备基础的设计意图,从根本上限制了武器的性能,AASM不得不在基本型AASM-250基础上拓展成可由战术飞机挂载的4个规格,除了更好的制导系统和与尾翼结合的动力段外,AASM的整体布局与传统的“宝石路”并无差异,自然无法和SDB这个换代制导炸弹相比。

AASM的技术虽然明显不如SDB,但拥有火箭推进系统却是个明显优势,尤其是对AASM应用灵活性的支持作用最为明显。SDB的射程与投弹的高度和速度有直接关系,投弹高度越高,初始速度越大,菱形翼提供的滑翔性能就越好,没有辅助动力增程也有足够远的射程。SDB的这种性能特点来源于美军自身战术优势,载机在火力圈外有实现中、高空投弹的安全条件。否则,挂载SDB的载机如被迫在低空投弹,投弹高度对射程的削减效应将非常明显,SDB也不适合用直升机这类慢速空中平台投放。AASM在这种战场条件下比SDB有优势。AASM具备自主动力增程能力,战术飞机不但可在高空投弹(射程50千米),低空同样可以投弹攻击较远距离(15千米)目标,不仅可采用高速度的战术攻击机挂载,理论上也能由直升机挂载,载机投弹速度对AASM有效射程的影响没有SDB那样敏感。

法国AASM的规格与CBI-38/39相似,但设计思想差异明显,尤其是战斗单元的选择差异直接决定了作战性能。SDB全新设计了柱形弹体和集中式折叠翼面,挂载时几平没有明显突出于弹体的翼面,外挂/内载时的外廓尺寸和气动阻力均较小,方便战斗机采用复合挂架内置或外置密集挂载。AASM的控制面和稳定翼面数量多,弹体前端固定式控制面的翼展也较大,AASM-250无法折叠的翼展尺寸就达到了0.58米,单弹截面尺寸几乎相当于(GBU-38的3倍。AASM-125/250和500的弹重差虽然明显,但翼面展长的差异却不大,外挂/内载时翼面占用空间都远远超过了弹体尺寸,并不能像SDB系列那样充分发挥小弹体载荷的积极作用。AASM的技术标准和气动控制手段与SDB存在代差,性能差距更明显。

[编辑/旭日]endprint

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