空空导弹单机发射和合作发射中的F/A 极

高劲松 赵宝奇 邓 森 颜从武 武梦洁

体现机载空空导弹火控系统战术技术指标有6个典型攻击距离,即最大发射距离、最小发射距离、不可逃逸攻击距离、发射后不管距离、F 极和A 极[1].国外先进战斗机在进行空战时,需要在平显上实时显示F 极和A 极,以便飞行员及时了解作战态势,做出合理的机动.在国外许多研究空空导弹交战的文献中都提到了F/A 极,例如,在用人工智能的方法研究空战仿真和评价空空导弹效能时[2-3],提到要考虑F极,在介绍用于武器瞄准、使用的座舱显示和控制中也涉及到F/A 极[4-6].此外,美国至少曾经在4 个项目中涉及到F/A 极研究、对比和能力提升[6-8],即AIM-120 项目、保持空中优势的综合控制和航空电子系统、弹道分析程序项目和AIM-120 预筹生产改进项目.另外,国内也进行了F/A 极研究[9-17].

从上述文献看,F/A 极有两种形式,即单机发射（或单机攻击）和合作发射时的F/A 极,而并没有对F/A 极的这两种形式进行对比,本文主要对这两种形式进行比较研究.

1 单机攻击和合作发射中的F/A 极

F 极是导弹命中目标时载机与目标的距离.该距离对于评价半主动雷达导弹具有重要意义,如图1所示.

图1 F 极示意图Fig.1 Schematic diagram of F-pole

A 极是导弹导引头截获目标时载机与目标的距离.该距离用于主动雷达导弹而不是半主动雷达导弹,如图2 所示.

图2 A 极示意图Fig.2 Schematic diagram of A-pole

合作发射出于文献[7],示意图如图3所示；其定义为我领队机被动交战,并通过数据链接收殿后飞机提供的目标信息,在领队飞机发射了导弹后,脱离战斗,而跟进飞机继续进行目标跟踪和导弹制导；这种战术有效地增加了导弹的F 极.

图3 文献[7]中“合作发射概念”Fig.3 The concept of cooperative launch in reference 7

根据图3 给出合作发射的F/A 极示意图,如图4和图5 所示.在空战中,合作发射是编队协同作战的基础[19].需要指出的是：

图4 双机合作发射F 极示意图Fig.4 The schematic diagram of F-pole of cooperative launch of two aircrafts

图5 双机合作发射A 极示意图Fig.5 The schematic diagram of A-pole of cooperative launch of two aircrafts

1）文献[7]关于合作发射的文字定义和图例中的用语是不同的,按照意思,文字定义的“领队飞机”和“跟进飞机”分别对应图例中的“射手机”和“制导机”.显然,图例中的用词比较严谨,所以在下文对合作发射中两架的描述就将使用射手机和制导机.

2）文献[7]也给出了F 极的定义,即当导弹命中目标时,发射导弹的飞机和目标之间的距离.其中,“发射导弹的飞机”就是图例中的“射手机”.

3）从技术发展过程看,使用空空导弹进行单机攻击首先出现,以后使用空空导弹进行合作发射才出现,所以,刚开始出现F/A 极的定义时,实际上是单机攻击的F/A 极,而后来出现了合作发射,再定义F/A 极就必须注意,单机攻击和合作发射的F/A 极必须是一样的,而且不能出现歧义.例如,如果把F 极定义为导弹命中目标时我机与目标的距离,在单机攻击时基本没有问题,但是在合作发射中就会产生歧义,这个“我机”是射手机,还是制导机呢？而且,未来网络化制导也会遇到同样问题.

2 单机攻击和合作发射F/A 极比较

2.1 作战过程比较

一般而言,战斗机发射1 枚中远程复合制导（程序段+指令中制导+雷达主动末制导）导弹攻击敌机需要完成截获目标、发射导弹、继续观测敌机和为导弹发送制导指令（即制导导弹）4 项任务.

比较图1 和图2,与图4 和图5,可以明显看出单机攻击和合作发射的区别是：

1）单机攻击需要我方1 架飞机攻击敌方1 架飞机,而合作发射需要我方两架飞机合作攻击敌方1架飞机.

2）单机攻击除了要求导弹发射后需继续观测敌机并且制导发射的导弹外,并没有对我方飞机的飞行进行限制,而合作发射则要求射手机在发射后必须转弯（或U 型机动）,而制导机则需继续观测敌机并且制导射手机发射的导弹.

3）与单机攻击相比,针对相同的目标,合作发射的F/A 极更大,这也是合作发射的战术优势,因为涉及机间组网,这实际上就是一种网络赋能[19].当然,带来了制导机和射手机的配合问题：在导弹发射前,制导机要通过机间数据链为射手机发送目标信息,在导弹中制导段,制导机要为射手机发射的导弹提供制导指令.

实际上,单机攻击就是把截获目标、发射导弹、观测敌机和制导导弹放在一架飞机上完成,而合作发射则安排射手机完成发射导弹,安排制导机完成截获目标、观测敌机和制导导弹,也就是说合作发射把发射导弹攻击敌机安排在两架飞机上完成.而之所以如此,就因为飞机的性能还不能在U 型机动后完成观测敌机和制导导弹的任务,当然,在目前技术条件下,一般战斗机都只装备前向雷达和相应的导弹制导数据链,如图6 所示.

图6 一般战斗机装备的前向雷达和相应的导弹制导数据链Fig.6 The schematic diagram of forward radar and relevant missile guidance data links of general fighter equipment

实际上,世界上任何一种战斗机都没有装备可以观测自己周围360°的全向雷达和相应的导弹制导数据链,如图7 所示.

图7 装备全向雷达和相应的导弹制导数据链的战斗机示意图Fig.7 The schematic diagram of omnidirectional radar and relevant missile guidance data links equipped in a fighter

如果飞机具备观测360°的全向雷达和相应的导弹制导数据链能力就可以在发射导弹后进行U 型机动,并可以完成整个攻击过程.这样就可以用一架飞机完成原来由两架飞机才能完成的合作发射,而且还可以获得合作发射的战术优势——增大F/A 极.

2.2 影响性能的因素比较

2.2.1 影响单机攻击F/A 极的因素

按照涉及的对象,影响单机攻击F/A 极的因素包括：导弹、导弹载机和目标.

1）导弹

F/A 极是导弹的重要技术战术指标之一,导弹的制导体制和导弹的动力学模型直接影响F 极,A极除了受到上述因素影响,还要受到导弹导引头性能的影响.导弹速度和飞行轨迹直接影响F/A 极.

2）导弹载机

导弹载机对F/A 极产生的影响主要考虑载机的雷达性能、载机的武器数据链系统和载机的操纵策略,也就是F 极机动.导弹载机高度、速度、轨迹和导弹发射时与敌机的距离直接影响F/A 极.

3）敌机

敌机对F/A 极也将产生影响,主要考虑敌机高度、速度、目标特性和敌机操纵策略.因为研究F/A极只涉及到半主动雷达空空导弹和复合制导空空导弹,所以这里的敌机目标特性是指敌机的雷达反射特性.敌机高度、速度和轨迹直接影响F/A 极.

2.2.2 影响合作发射F/A 极的因素

1）导弹

除与单机攻击相同的性能外,合作发射的导弹还要具有异平台惯导对准和异平台制导能力.

2）射手机

射手机要有机间数据链,接收制导机发来的目标数据和制导机数据,并完成异平台惯导对准.射手机高度、速度、轨迹和导弹发射时与敌机的距离直接影响F/A 极.

3）制导机

制导机要有机间数据链为射手机发送目标数据和制导机数据,还要有机弹数据链完成导弹制导.在导弹发射后,制导机的操纵需要满足观测目标,并为导弹提供中制导信息.制导机的轨迹不影响F/A 极.

4）敌机

敌机高度、速度、目标特性和敌机操纵策略对F/A 极也将产生影响,与单机攻击相同.

3 两种形式下F/A 极的概念和相互关系

综合考虑单机攻击和合作发射,尽管这两种形式不同,但F/A 极定义是相同的.F/A 极定义应为：

F 极是空空导弹命中目标时导弹载机与目标的距离.

A 极是空空导弹主动雷达导弹导引头能开始自主跟踪目标时,导弹载机与目标的距离.

上述概念强调的是导弹载机.在单机攻击时,导弹载机是载机,这不会产生歧义,双机合作发射时,有射手机和制导机,导弹载机指射手机,也不会产生歧义.

以上分析可以看出单机攻击和合作发射有一定联系.在空战对抗过程中,F/A 极越大越好,单机攻击的F 极机动和合作发射中射手机的U 型机动都是为了增大F/A 极.在单机攻击的F 极机动中,虽然导弹载机过载越大,F/A 极越大,但是因为要兼顾观测敌机且制导导弹,所以在攻击过程中,导弹载机的过载是受限制的.在合作发射中,射手机在导弹发射后作U 型机动,掉头后直飞,作U 型机动的过载越大,F/A极越大.所以实际上单机攻击的F 极机动与合作发射中射手机的U 型机动本质上是相同的,只不过是因为战斗机的能力限制不具备全向雷达和配套的机弹数据链,故而对F 极机动有所限制,如果没有这种雷达和数据链能力限制,F 极机动完全可以演变成U型机动,从这个角度看,图7 实际上可以看作是这一演变的中间状态.这也就是为什么在相同态势条件下,合作发射比单机攻击F/A 极大的原因.当然,在合作发射中,制导机也不可或缺,如果没有制导机,就不能完成导弹中制导,导弹就不能命中目标,只不过就制导机的飞行轨迹不会影响F/A 极的大小.

需要特别指出的是：影响F/A 极的大小有许多因素,但是这些因素在单机攻击和合作发射这两种形式下可能会产生不同的结果.例如,以图1 和图2 代表最简单的单机攻击（即在导弹发射后,导弹载机和导弹与目标在一条直线上迎头对飞）的F/A 极,以图4和图5 代表合作发射一般条件下（即在导弹发射后,射手机作U 型机动,制导机与目标依然迎头对飞,导弹与目标在一条直线上迎头对飞）的F/A 极,从交战几何的角度看,导弹发射时导弹载机和目标之间的距离越大,进行单机攻击和合作发射时的F/A 极都越大,但是导弹载机速度越大,进行单机攻击时的F/A 极就越小,而进行合作发射时的F/A 极就不一定会越大.

4 F/A 极在作战中应用

无论单机攻击还是合作发射,F 极和A 极实际上是表征在对抗环境下（即对方也拥有可以攻击本机的空空导弹）,航空武器火控系统的一种重要能力.例如,两个飞机迎头对飞一对一交战,同时向对方发射半主动雷达制导空空导弹,如果这两个飞机保持速度与航向,具有较大F 极的导弹将首先命中对手,并因摧毁对手机载截击雷达,而使对手导弹的射频导引头失效不能对自己形成威胁,如图8 所示,黑色和蓝色带箭头的线分别表示A 机和B 机的F 极.

图8 交战中的F 极示意图Fig.8 Schematic diagram of F-pole in engagement

在空战过程,飞行员在向敌机发射复合制导空空导弹后,导弹一旦截获目标,飞行员就可以立刻操纵飞机脱离敌机,减少敌机对自己的威胁,A 极越大越安全.

另外,F/A 极也是战场外比较不同导弹性能的重要参数,例如,20 世纪80 年代由美空军Wright Patterson 空军基地国家航空情报中心开发和维护的弹道分析程序（trajectory analysis program,TRAP）[8],就是一种评价及预测其他国家气动武器在一对一交战想定时性能与设计的分析工具,其中就用到了F/A 极.

5 结论

从出现的时间顺序看,先有单机攻击,后有F/A极的概念,再后才出现合作发射,因而在定义F/A 极时必然只会考虑单机攻击的情况.本文在概念层面对单机攻击和合作发射中F/A 极进行了辨析,研究了二者之间的关系,特别是对F/A 极的概念进行了探讨,希望可以满足单机攻击和合作发射这两种情况,当然,如果要更深入地认识二者的关系,还需要进行更复杂的建模仿真和理论推导.