便携导弹对亚音速隐身巡航导弹的毁伤能力研究

马 辉,程彦杰,郭蓓蓓,刘正堂

(中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳 471000)



便携导弹对亚音速隐身巡航导弹的毁伤能力研究

马 辉,程彦杰,郭蓓蓓,刘正堂

(中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳 471000)

亚音速隐身巡航导弹已经成为美军重返亚太地区的重要杀手锏武器,对我国东南沿海地区的防空系统构成了巨大的威胁。文中从整体概况上分析了便携式防空导弹射击亚音速隐身巡航导弹的可行性,再从目标易损性、弹目交会情况、拦截毁伤概率等参数指标着手,建立数学计算模型,运用Matlab仿真分析便携导弹在不同攻击条件下对该型巡航导弹的毁伤概率,得出第三代便携导弹具备拦截美军亚音速隐身巡航导弹能力的有效结论,从而为部队作战训练提供参考。

便携导弹;巡航导弹;效能;毁伤概率

0 引言

巡航导弹一直以来都是美军远程精确打击的战略性武器,由文献[1-2]可知,美国仍在大力发展多种巡航导弹,并且越来越注重其在战争中的主导作用,其中就包括LRASM-A亚音速隐身巡航导弹项目。2012年美国对LRASM项目进行了调整,在一度并行发展的亚音速隐身突防(LRASM-A)和超高速突防(LRASM-B)这两种新型巡航导弹突防方案上,暂时取消了超高速突防的LRASM-B巡航导弹的项目[3],集中精力发展并生产LRASM-A亚音速隐身巡航导弹。而今天,亚音速隐身巡航导弹已经成为美军重返亚太地区的重要杀手锏武器,其低空突防能力超强,制导精度极高,战略威慑不亚于隐形战机,必将对我国东部、东南沿海地区的防空系统造成了巨大的威胁。而便携式导弹作为一种有效的低空超低空反隐身防空武器,在历次局部战争中都发挥了不可忽视的作用。文中通过定性分析加定量计算的方法对其毁伤效能进行研究,以便为部队运用便携导弹抗击此类目标提供有价值的参考。

1 射击可行性分析

便携导弹成本低,质量轻,可以单兵肩扛发射,也可兵组架设发射,作战使用灵活,下面从侦察发现目标、探测跟踪目标以及制导精度和杀伤威力等方面对便携导弹射击美军亚音速隐身巡航导弹的可行性进行分析。

1.1 侦察发现目标方面

美军的亚音速隐身巡航导弹采用了非圆截面气动外形隐身设计,并涂有抑制信号辐射的吸波材料,雷达反射截面仅有0.005 m2左右,具备良好的低空超低空突防能力,因此常规的警戒雷达、火控雷达都难以发现。而便携导弹分队依靠目测、远近方观察哨和观测仪器进行侦察发现巡航导弹,剔除了该型巡航导弹隐身性强的重大优势,具备了发现目标的可行条件。便携导弹分队编制小,作战部署灵活,接到拦截命令后反应速度快,可迅速机动至作战地域展开。同时在敌目标来袭航路上派出远近方观察哨,能有效弥补警戒雷达探测隐身目标能力不足的弊端。远方观察哨可尽远配置,甚至可以前出至海岸突出部或岛上;近方观察哨配置在便携导弹发射阵地周围8～15 km为宜,发现巡航导弹会及时通报,为便携导弹拦截目标提供了充分的准备时间。

1.2 探测跟踪目标方面

由于我军和俄罗斯的便携导弹武器发展水平相差不大,因此文中选取俄三代便携导弹进行分析。美军该型巡航导弹的红外辐射频谱波长约为3.3～3.9 μm,而俄第一代便携导弹采用的是硫化铅探测器,其红外谱段在1～3 μm,因此不能够有效探测并拦截该型巡航导弹;而第二代便携导弹多采用锑化铟探测器,探测灵敏度大大提高,其红外谱段集中在3.5～5 μm之间,虽然可以探测美军该型巡航导弹,但是由于谱段覆盖不全面,造成导引头跟踪能力不稳定,容易丢失目标;第三代便携导弹大多采用多模信道导引头,能够全方位探测目标,其红外谱段在3～5 μm之间,能够完全覆盖巡航导弹的红外辐射波长,因此具备探测发现该巡航导弹的能力。

1.3 飞行速度和机动性方面

亚音速隐身巡航导弹有效射程可达2 500 km,巡航速度为0.75～0.9Ma,飞行高度在12～120 m之间,最大机动过载一般不超过3g。第二代便携导弹已采用了锑化铟探测器,机动性能较好,可以全向攻击速度不大于300 m/s的巡航导弹目标,但其杀伤目标的最小高度不低于20 m,而美军该型亚音速隐身巡航导弹的飞行高度在12～120 m之间,可以看出,第二代便携导弹不能完全满足在最低飞行高度对其实施拦截。而第三代便携导弹不仅导引头探测灵敏度比第二代提高了2倍以上,可用最大过载也达到17g,而且杀伤区范围也有了较大改进,可全向攻击不低于10 m、不高于4 000 m、最大斜距5 500 m以内的目标,甚至可以全向攻击速度为330 m/s左右的飞行目标。由此可以看出,在发现目标的前提下,俄第三代某型便携导弹有能力拦截美军该新型巡航导弹。

1.4 制导精度和杀伤威力方面

第三代便携导弹已经初步迈向了智能化,多数还采用多模信道导引头,制导精度更高;带有目标识别逻辑器件,能对敌我目标和假目标进行分辨识别,抗干扰能力更强;安装有导弹瞄准点移位核准装置,能使导弹在引爆战斗部前根据接近目标的红外热量移位情况自动调整攻击点位置,将攻击点的散布中心沿着目标的位移方向适当前移,保证攻击点更接近目标的中心或者要害部位。而且,第三代便携导弹普遍采用新作战机理的战斗部,不仅引战配合效率高,近炸概率大,同时战斗部杀伤半径也有提高,破片杀伤威力大幅增加,对于低空飞行、结构较为脆弱的亚音速隐身巡航导弹来讲,炸点距离要害部位近,战斗部爆炸产生的冲击波超压、冲量及破片对其的破坏作用尤为巨大,足以将其摧毁。

2 目标的易损性分析

2.1 目标易损性分析

美军亚音速隐身巡航导弹主要由控制舱、制导舱、发动机、燃料舱和战斗部舱5个部分组成。控制舱属于中枢系统部分,其等效铝合金厚度大约6 mm,制导舱则更为精密细致,等效厚度仅有4 mm,燃料舱接近发动机位置,且为储存舱,等效合金厚度约为9 mm,一般导弹触发后均较易损毁。而发动机舱属于动力源和热源的集中舱,耐高温和压强能力较好,其等效厚度约为18 mm的铝合金;战斗部舱基于自身的攻击职能,属于坚固强韧部件,其等效厚度相当于24 mm的铝合金,除直接碰撞炸毁外,一般情况下较难毁伤。

2.2 目标易损性模型

便携导弹射击美军亚音速隐身巡航导弹,战斗部引爆后破片可能对一些系统或部件造成毁伤,这些系统或部件有的可能会造成巡航导弹坠毁,但是一些系统或部件的毁伤却不影响巡航导弹继续执行攻击任务[4]。因此在分析计算毁伤概率之前,首先要确定哪些部件会对巡航导弹造成严重毁伤,或者说使其失去继续攻击能力。在此采用毁伤树技术对巡航导弹关键部件进行分析。

巡航导弹失去继续攻击能力,主要是对控制舱毁伤、制导舱毁伤、发动机毁伤造成的。建立毁伤树模型示意图见图1所示。

2.3 目标主要毁伤模式分析

巡航导弹每个系统的毁伤都有可能造成巡航导弹的失控坠毁。发动机室毁伤会造成发动机空中停车,导致巡航导弹直接坠毁;燃料室毁伤会造成燃料逐渐流失,直至失去动力,导致发动机停车,从而同上结果;计算机控制子系统毁伤,会造成巡航导弹完全失控,直至坠毁;控制舵毁伤,导致巡航导弹无法正常控制舵面偏转,造成控制出现故障,导致坠毁;制导舱航电系统损伤或导引头损伤,将导致巡航导弹无法正常执行任务,也无法正确攻击预定目标,失去攻击能力。

图1 巡航导弹总体毁伤树模型

3 弹目交会情况分析

3.1 射击情况分析

根据第一章的情况分析,这里选取俄第三代某型便携导弹为研究对象,其不仅可以探测隐形巡航导弹发动机尾喷口处释放的热源,也可以捕捉到该型巡航导弹发动机蒙皮散发的气动热和摩擦热,因此可以对巡航导弹进行全向攻击。但是,由于目标最大飞行速度、机动过载、航路捷径、视线角速度、偏转角速度等因素的影响,便携导弹采取迎攻、尾追攻击和侧向射击的方式拦截巡航导弹的毁伤概率也不尽相同。

迎攻时,便携导弹与巡航导弹的水平矢量速度相向,发射倾角大,对便携导弹的机动可用过载要求较高,巡航导弹的视线角速度比较大,便携导弹容易丢失目标,毁伤概率相对较低;尾追时,便携导弹与巡航导弹的水平矢量速度相同,目标的辐射源较强,便携导弹能够稳定跟踪目标,同时视线角速度变化较小,所需的机动过载不大,因此不易丢失目标,毁伤概率较大;侧向攻击时,攻击条件介于上述两者之间,必须选定合适的发射时机,在最佳的航路捷径范围内射击巡航导弹,毁伤概率较高。

3.2 战斗部破片飞散模型

建立破片的飞散模型是为了在弹目交会数学模型基础上,分析引爆点距离巡航导弹的具体位置、战斗部杀伤半径覆盖目标区域、命中目标时破片的特征参量。此时巡航导弹完全可以看作匀速直线运动的物体,速度为VX,破片由于阻力作用作直线衰减速运动,初速度为Vp0,破片飞散呈一空心锥形状,见图2所示。

图2中阴影部分即为战斗部引爆后破片的飞散区域,O点为引爆点。在弹体坐标系中建立破片的飞散数学模型为:

(1)

式中:θ1为破片最小飞散角;θ2为最大飞散角。

图2 战斗部破片飞散模型示意图

4 毁伤概率分析计算模型

便携导弹的毁伤概率除与射击精度有关外,还与引战配合效率、杀伤半径、弹着散布和脱靶量有着密切的关系[6]。战斗部引爆后,破片存在最大飞散角和最小飞散角朝着目标一定的方向飞散,破片如图2所示在弹目交会空域内形成一圆环,当巡航导弹位于该圆环内时,才可以对巡航导弹造成毁伤。Pd为命中概率,Ph为巡航导弹落入战斗部破片飞散圆环内同时被毁伤的概率。

4.1 单发便携导弹的命中概率计算模型

便携导弹对目标射击时,落弹点散布服从二维正态分布[8]。设便携导弹瞄准点与目标点重合,δy、δz为Y和Z轴方向上的射击误差,其散布中心为O′,y0和z0为Y和Z方向上的射击误差,其概率密度函数为:

(2)

φ(x/y,z)为便携弹引爆点沿x轴散布的概率密度:

(3)

单发便携导弹的命中概率Pd为:

Pd=∭f(y,z)φ(x/y,z)dxdydz

(4)

4.2 便携导弹的毁伤概率计算模型

(5)

式中:ni为第i舱段被命中的破片数;Ai为巡航导弹各个舱段在交会面上的投影。由此可得整个巡航导弹每个舱段的毁伤概率为ρi=1-exp(-ni/nni),nni为此舱段被毁伤所需的破片期望值[5]。则巡航导弹的坐标毁伤概率为:

(6)

由此可得,对该型巡航导弹整体毁伤的单发杀伤概率为pk=Pd·ph。考虑到便携导弹通常还采取双发齐射和三发连射方式射击巡航导弹,因此求得n发便携导弹对巡航导弹的毁伤概率为:

pn=1-(1-ρk)n

(7)

5 仿真分析计算

5.1 仿真过程分析

已知该型巡航导弹有5个舱段,总呈现面积约为20。3个易损舱段,分别为燃料舱、控制舱和制导舱[7],其易损面积分别为7、3、2。其次是发动机舱,其易损面积取为5,最难损毁的是战斗部舱,其易损面积为3。而取俄第三代某型便携导弹战斗部引爆时条件如下:速度800 m/s,破片数N=3 000枚,破片初速约为2 200 m/s,破片飞散角为70°～120°,假设便携导弹故障率为0,引战配合100%,在Matlab工具上编制软件进行相关的仿真和计算。仿真流程图见图3所示。

图3 毁伤过程仿真计算流程图

5.2 破片对巡航导弹不同舱段的毁伤概率

破片依靠自身动能击穿巡航导弹舱段造成巡航导弹失控坠毁,现模拟类似巡航导弹的不同厚度等效铝合金飞行目标,计算得出不同质量的飞散破片对其的击穿概率。

表1 不同质量破片对不同巡航导弹舱段的击穿概率

由表1结果可以看出,初速为2 200 m/s、质量为1 g的破片对燃料舱、控制舱和制导舱段的击穿概率基本上可达93%以上,对于发动机舱段的击穿概率为81.23%,除了较为坚固的战斗部舱段外,对巡航导弹的击穿概率基本超过80%。而从表1中质量为5 g的破片来看,其对所有舱段的击穿概率基本上可达92%左右,而破片质量更大的击穿概率更高,对于美军该型亚音速隐身巡航导弹来讲,便携导弹破片撞上后足可以将其击穿。

5.3 便携导弹对巡航导弹的毁伤概率

假设便携导弹单枚破片质量取为5 g,破片数N=3 000枚，引爆点沿X轴散布的期望值Mx=3.5,均方差δx=2 m,射击距离取1 000～5 000 m,高度取100 m,引爆时弹目距离d=8 m,最大飞散角θ1为120°,最小飞散角θ2为70°,便携导弹对该型巡航导弹的毁伤概率结果如表2所示。

表2 便携导弹对巡航导弹的毁伤概率

由表2计算结果可以看出,当便携导弹在2 000 m距离上拦截来袭美军亚音速隐身巡航导弹时,无论是单发射击还是双发和三发射击,尾追攻击对巡航导弹的毁伤概率均高于迎攻和侧向拦截毁伤概率。而当射击距离逐渐增大时,尾追射击和侧向射击都会因射击误差和破片散布误差的增大而导致毁伤概率降低,而迎攻射击由于弹目相向飞行,弹目距离越来越近,制导精度反而越高,误差越小,从而提高了毁伤概率。同时可以看出,双发齐射和三发连射方式均在一定程度上提高了便携导弹对巡航导弹的毁伤概率。因此可以得出结论,当巡航导弹距离便携导弹发射点3 km内时,便携导弹发射应选择尾追射击对目标的毁伤概率更高,当巡航导弹距离便携导弹发射点5 km以外向我阵地来袭时,在提前做好准备的情况下,应选择迎攻射击拦截巡航导弹,这种情况下,即使迎攻射击脱靶,还有充分的时间对目标进行尾追射击,在特殊情况下还可以采取双发齐射或三发连射的方式射击该型巡航导弹,以达到较好的射击效果。

6 结束语

通过对美军亚音速巡航导弹特性的对比分析,得出某型第三代便携导弹具备拦截美军亚音速隐身巡航导弹的能力。再从目标的易损性、弹目交会情况进行分析,建立毁伤效能数学模型仿真计算了不同发射距离、不同射击条件下便携导弹对美军亚音速隐身巡航导弹的毁伤概率,为部队运用便携导弹抗击此类目标提供了有价值的应用参考。

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Research on Damage Effectiveness of Portable Missile Intercepting Stealth Cruise Missile

MA Hui,CHENG Yanjie,GUO Beibei,LIU Zhengtang

(Luoyang Electronic Equipment Test Center, Henan Luoyang 471000, China)

Cruise missile has become trump card for U.S. troops returning to Asia-Pacific. It poses a great threat to air defense system on the southeast coastal areas of our country. Firstly, feasibility of portable missile intercepting subsonic stealth cruise missile was analyzed overall Then the mathematical models were established and kill probability of intercepting cruise missile was simulated under different attack condition according to target vulnerability, missile meeting target and the kill probability.At last, effective conclusions were obtained that the third generation portable missile can intercept subsonic stealth cruise missile It’s useful to provide a reference for troops training.

portable missile; cruise missile; effectiveness; damage probability

2014-12-16

马辉(1979-),男,山东平度人,工程师,硕士,研究方向:武器系统作战运用及对抗。

E917

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