对空导弹近炸引信发展思考

魏维伟, 刘俊豪

(1.上海无线电设备研究所,上海 201109;2.上海目标识别与环境感知工程技术研究中心,上海 201109)

0 引言

引信是通过感知目标、环境或按预定条件,控制战斗部在最佳时机、最佳位置,向最佳方位起爆的系统[1-2]。引信作为导弹武器系统的重要组成部分,是导弹武器发挥终端威力的关键子系统[2]。由于对抗的目标具有高价值、大机动、多样性和强破坏性等特点,对空导弹近炸引信在精确探测、精细分辨以及精密控制方面有更高的要求,同时应具有极高的可靠性和单发杀伤概率。

在导弹武器装备中,近炸引信在三维精确打击中控制纵深维,是精确打击系统高效毁伤的倍增器,通过更换引信使战斗部毁伤概率成十倍地提高的事例屡见不鲜。引信决定了导弹武器系统最终的毁伤效果,并且效费比极高。本文从打击空中目标对近炸引信的需求出发,结合当前对空导弹近炸引信技术发展情况,聚焦关键技术,研判未来对空导弹近炸引信的能力特征与发展趋势。

1 国外对空导弹近炸引信技术概况

近些年导弹引信技术处于迅速、全面的发展时期,新技术、新概念不断出现。下面总结了具有代表性的对空导弹近炸引信技术发展概况。

1.1 反高速目标引信技术

目前,国外临近空间高超声速飞行器加快了实战化部署,同时末端低层弹道导弹突防能力不断提升,对我国空天安全构成严重威胁。

美国反战术弹道导弹增程拦截弹ERINT用于两层防御系统中的低层防御。该导弹引信实现了从传统的侧向探测向前向探测的转变。其利用末制导系统前向探测代替了侧向引信探测,并利用直接碰撞结合杀伤增强装置对高速目标进行有效毁伤。美国PAC-3C防空导弹采用制导引信一体化技术,并配有杀伤增强装置,用于拦截巡航导弹与飞机目标[3]。俄罗斯S300反飞机反导防空导弹采用定向战斗部及所谓“全公式的引战配合”,利用制导与侧向引信探测完成反高速目标任务。俄罗斯“凯旋”(S400)防空导弹采用无线电引信自适应起爆控制技术,拦截目标的最大飞行马赫数达18,且具备定向起爆控制能力。

1.2 反隐身目标引信技术

随着隐身技术的发展,各种隐身武器已逐渐成为当前战场的主角。隐身战斗机、轰炸机、无人机和巡航导弹等目标的共同特征是雷达散射截面积极小。如美F-22隐身飞机的雷达散射截面积已经下降到0.01 m2以下。如何有效应对高速目标和隐身目标所带来的巨大威胁,成为对空导弹引信亟待解决的关键问题。

国外引信具备对雷达散射截面积为0.005 m2的目标的反隐身能力。美国新型“响尾蛇”近距空空导弹AIM-9X Block2/3采用高性能红外制导锁定隐身目标,并采用激光引信起爆。以色列“怪蛇”-6导弹采用大功率成像激光引信来对抗隐身飞机。

1.3 精细探测与精确起爆控制技术

国外第四代防空武器普遍采用新型定向起爆无线电引信与定向战斗部匹配的定向引战系统,目标方位识别精度优于10°,破片瞄准角达到15°以上。俄罗斯S400防空导弹采用无线电引信和多点起爆的高能定向破片战斗部。俄罗斯KS-172超远程空空导弹、AA-12系列先进中程空空导弹等均采用了定向引信和定向战斗部,破片速度和密度比非定向起爆高出1.5倍～2.0倍。美国AIM-120改进型导弹采用了具有目标脱靶方位识别能力的定向引战系统。美国PAC-3防空导弹采用毫米波主动导引头作为引信探测器,实现引信前向探测,并具备0.2 m分辨率的前向一维距离成像能力。该导弹通过引信高精度探测,实现碰撞与杀伤增强装置高效毁伤。

1.4 超低空引信技术

随着空中目标超低空突防技术的发展,海上最低作战高度从5 m降低到3 m,甚至更低,陆上最低作战高度降低到10 m。这就要求引信具有更强的自适应抑制海面和地面杂波的能力。

俄罗斯施基利基本型导弹引信具有10 m超低空能力。施基利-1导弹引信通过增加制导频率变化识别通道,其超低空性能提高到5 m的水平,具备高单发杀伤概率。英国装备的“海麻雀”(RIM-7F)舰载近程防空导弹引信具有3 m超低空性能,美国的RAM导弹激光引信达到了3 m的超低空作战水平。

1.5 引信抗干扰技术

俄罗斯S400防空导弹中的40N6导弹引信,靠提高发射功率、降低接收机灵敏度提高抗干扰性能。美国AGM-88反辐射导弹采用激光引信,避开电子干扰频段,提高抗电子干扰性能,并可抗能见度10 m以下的浓雾、烟雾,具备一定的抗拖曳干扰和箔条干扰的能力。

2 对空导弹近炸引信发展趋势研判

针对目标的高价值、大机动、多样性和强破坏性等特点,对空导弹引信的发展趋势具体表现在以下几个方面。

2.1 向多用途/多任务方向发展

不局限于打击常规飞机类目标,面空、空空导弹正向着多用途、多任务的方向发展。当前国外装备针对的目标高度涵盖低空掠海到临近空间,目标尺寸涵盖巡航弹类小目标到战斗机或预警机类大目标[4],目标速度涵盖低速到高超声速。

在对空导弹引信适应多用途、多任务需求的同时,对引信的尺寸、重量与可靠性提出了苛刻要求。为此,导弹引信必须尽量减小体积和重量,并进行高可靠、高集成设计。在近十年的美国引信年会论文中,对专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、系统级封装(SIP)等技术进行了大量的介绍,也表明高可靠、高集成是导弹引信发展的一个重要方向。

2.2 向“三化”方向发展

导弹引信的“三化”是指系列化、组合化、模块化,向“三化”方向发展成为引信装备发展的必然趋势。根据打击不同目标的需要,通过不同模块的组合形成不同用途的引信,减少后勤支援设备,便于维护和技术改进。由于国外导弹引信资料有限,无法准确评估其“三化”水平,但从国外导弹系列化发展模式和开放式设计理念看,要求导弹引信应具备良好的通用化设计和升级能力。

通过导弹引信“三化”发展,可形成引信模块型谱,并形成系列化引信产品,支撑快速形成装备。围绕导弹引信“三化”发展,可将导弹引信型谱架构分为无线电引信型谱架构、激光引信型谱架构以及复合引信型谱架构三类。

2.3 精细化和精确化已成为发展主流

精细化和精确化是指引信对环境和目标进行精细和准确的探测、识别、分类,对安全转换、炸点起爆进行精确的控制。国外定向探测引信已经广泛应用于型号,俄罗斯的静电引信方位识别精度达到10°。而国内在对定向引爆的技术需求和实战效果的认识上仍存在分歧,仍停留在单项技术研究的层面,尚未开展整个定向引战系统的综合性能功能验证。

精细化能够满足各类战斗部发展的需要,可以根据目标类型自动确定战斗部的作用模式,以发挥战斗部的最大威力。精确化能够保证引信乃至整个武器系统在复杂、恶劣环境下的安全性,以及实现战斗部对各种目标的最佳毁伤效果。美国在研的“三类目标终结者(T3)”导弹具备0.2 m的距离分辨率,并能够实现对目标瞄准点的准确选择[5]。

2.4 向自适应抗干扰方向发展

未来战争中,电子对抗和光电对抗将愈演愈烈,引信受到的干扰将越来越强,抗干扰技术、反辐射技术持续发展,采用新体制、复合体制等手段的引信综合抗干扰是今后一段时间内抗干扰、反辐射的基本途径。天线、数字化、集成化、信息融合等技术的发展和运用是引信抗干扰技术发展的前提和动力。

随着光电对抗技术的发展和新的作战方式的出现,对空导弹引信的使用环境更加复杂,低空掠海时的背景干扰、红外干扰弹所产生的浓烟、箔条干扰以及主动电磁干扰都对导弹引信产生了较大威胁。当前国外先进导弹引信均具备相当的复杂战场环境适应能力[6-8]。

2.5 新体制、新概念研究在不断推进

无线电引信的工作体制由过去的单一体制朝着随机跳频加伪码调相脉冲多普勒(PD)、多重复频率PD、随机或伪随机调频等多种复合体制方向发展。激光引信由传统的非相干直接探测体制向偏振收发以及相干探测体制发展,相应的新型超窄、偏振、双色、成像以及相干等激光引信体制成为研究热点。

此外,一些新概念、新理论得以迅速发展和应用。如亚毫米波引信,近年来美国进行了大量的研究,充分利用亚毫米波段高分辨、强等离子鞘套的穿透特性提高引信性能。一方面实现对空、对地目标的高精度成像及易损点识别,并且实现对地隐蔽目标的识别,实现精确打击;另一方面实现对等离子鞘套的穿透,应用于反临近空间武器。静电引信亦有很好的应用前景,静电引信利用目标飞行时所带的静电或者高速飞行时产生的静电进行探测,结构简单,作用距离远,具有很强的抗干扰能力。静电引信在对隐身目标、低空飞行目标进行探测时,采用阵列探测,可以避免无线电引信因角闪烁带来的测角精度下降问题,获得较高的脱靶方位识别精度。涡旋电磁波引信利用对轨道角动量域模态的选择,实现天线波束倾角自适应控制,使引信具备对宽速度域目标的适应能力,同时利用模态与方位的对偶关系实现脱靶方位识别。

2.6 向智能化方向发展

充分利用武器系统的信息提高引信性能,进而提高整个武器系统的综合效能,是现代武器系统和引信的发展趋势之一。国外将引信作为武器系统信息链的一部分统一协调设计,有效提高了武器系统的综合作战效能。弹上系统给引信提供遭遇段干扰态势、目标类型等信息,结合引信对目标的近场探测与识别,实现复杂战场环境下引信的自适应探测与智能起爆控制,最终实现最佳引战配合与高效毁伤。引信与武器系统间的信息交联技术将继续向前发展,以有效对付未来更快、更小、更坚固的空中目标。

另一方面,基于新材料的可重构技术、基于人工智能的环境感知技术、目标探测和识别技术等在引信中的应用,可显著提高引信的智能化认知与决策能力。新材料天线技术通过材料重构实现波束前倾,满足高速目标探测对引信波束前倾的需求。利用环境感知与智能探测技术感知目标与干扰,自适应调整引信工作频段、波形、体制等,实现引信智能认知探测。瞄准式战斗部、毁伤可调战斗部的发展,要求引信具备易损部位瞄准点识别、杀伤效果评估等能力,充分利用人工智能技术成果,有望在该方面实现突破。

3 结论

对空导弹近炸引信是有效对抗空中目标的倍增器,如何有效探测目标并实施高效毁伤,成为拦截空中威胁目标的核心问题之一。特别是需开展适应未来空中目标导弹引信末端探测与毁伤控制的全要素关键技术研究,强化系统性发展,综合提升导弹武器遭遇段对空中目标精准探测与高效毁伤控制的能力。