【装备理论与装备技术】
随着军事斗争的不断升级,现代战争对导弹射程的要求不断提高,液体或固体火箭发动机比冲小、推进效率低的问题日益凸显,对弹药射程的不断追求呼唤新的动力形式。另一方面,随着相关基础技术的不断进步和取得突破,使得原先用于航空飞行器的涡喷(扇)发动机的成本不断降低、体积不断缩小、使用维护日益简化。在此基础上逐渐繁衍出以小型巡航导弹、低成本弹药、巡飞弹等新概念武器为应用对象的小型、甚至微型涡喷(扇)发动机等新型动力形式,从而使得小型飞航导弹等低成本飞航式武器飞速向前发展。时至今日,小型飞航导弹已经成为现代主流的武器装备之一,不仅型号众多,并且还在多次的局部战争中发挥了重要作用。因此,有必要对该类武器的发展现状、特点与发展趋势进行梳理,以为相关的从业人员提供参考。
小型飞航导弹主要指的是采用飞航式的弹道形式、以低成本涡喷(扇)发动机为动力、携带打击载荷、以执行战术打击为主要作战任务的那一类低成本的导弹武器或制导弹药武器的统称。其中,兼具战略核打击或常规战术打击能力的大型巡航导弹如“战斧”式巡航导弹、固体火箭推进的反坦克导弹、以及以侦查为主的巡飞弹武器不在此文的讨论范围内。
国际上主流的小型飞航导弹主要包括挪威的海军打击导弹NSM、土耳其的防区外导弹SOM、巴西的AV-TM 300地地战术导弹、英国“风暴之影”巡航导弹、德国“金牛座”系列导弹、美国的联合空对地防区外导弹(JASSM)、“鱼叉”反舰导弹、以及以色列的“黛利拉”巡航导弹等。
海军打击导弹NSM(参见图1、图2)是挪威研制成功的一型高性能反舰导弹武器系统[1,8],具有很强的目标识别和分辨能力,能高效突防敌防御系统,能突击公海和限定水域范围内的目标,可装备于各种水面舰艇、飞机等各种平台,是兼有反舰和对陆攻击能力的精确制导导弹。该型导弹武器系统目前已装备挪威海军并出口到多个国家[6]。
图1 海军打击导弹NSM、储运发箱及发射瞬间
图2 海军打击导弹NSM外形
导弹采用正常式气动布局、折叠式上翼+四片“×形”尾舵的结构布局形式。尾部采用收缩型船尾,降低了飞行阻力。翼展1.36 m,弹长3.96 m,弹重407 kg,弹径0.69 m;巡航段(助推器分离)弹重344 kg、弹长3.5 m。最大射程达到185 km,最小射程仅3 km。最大巡航高度不超过60 m,水面巡航高度1~3 m。主巡航段速度0.95Ma。采用120 kg的复合半穿甲战斗部,反舰效果突出。
导弹的动力形式为火箭发动机助推+涡喷发动机巡航方式。涡喷发动机采用法国微型涡轮发动机公司的TR-40发动机,推力(2.5~3.3)kN,口径279 mm,采用腹下进气方案。
弹身采用近似六棱柱外形,弹体结构广泛采用复合材料和吸波材料,采用多种方式极大地降低了雷达隐身截面,提高了隐身性能。
导弹综合利用全球定位系统GPS、惯性系统INS和测高系统进行中制导控制。在海岸附近或地面上空飞行时,则采用惯导+地形匹配复合制导,地形匹配制导的高度信息来源于激光测高计,激光测高计集成在导引头内部,指向朝下,实时输出高度信息。
末端采用红外自寻的制导,可实现全天候作战。红外导引头能够同时处理(3~5)μm和(8~12)μm两个波段的红外信号,大大提高了目标鉴别能力。
后续型为联合打击导弹(JSM),射程达到370 km,目前正在开展方案研究和试验验证工作。
“风暴之影”巡航导弹(参见图3、图4)是法国和英国共同研制的新型中程空对地巡航导弹,已于2002年装备英国皇家空军[12]。弹长5.1 m,翼展为2.84 m,重1 250 kg,战斗部采用模块化设计,可选配BROACH战斗部或高爆战斗部两型。导弹采用TRI60-30涡喷发动机,最大射程250 km[16]。
导弹采用正常式气动布局,头部呈锥形,弹体呈矩形,表面光滑,雷达反射截面积小,隐身性能良好。
图3 “风暴之影”巡航导弹
图4 “风暴之影”巡航导弹布局
制导方式上,飞行中段采用GPS/INS+地形匹配导航系统。末段采用红外成像制导方式,通过人工智能技术,能够自动识别目标,使导弹具备了发射后不管、自动目标识别和低空地形跟随等能力。
导弹结构布局上,采用模块化舱段结构,分为前、中、后3个舱段:导引头舱、战斗部舱和发动机舱。
防区外导弹SOM(参见图5、图6)是土耳其自行研制的第一型防区外飞航导弹武器[2-3],该导弹突破了土耳其现有空面导弹武器的最大射程,成为土耳其空军防区外对地攻击的重要武器。
图5 防区外导弹SOM
图6 防区外导弹SOM结构布局
防区外导弹SOM采用了微型涡轮发动机公司的TR-40型涡喷发动机,推力(2.5~3.3)kN,采用底部进气形式。射程185 km,速度0.8Ma,弹长3.657 m。战斗部230 kg,弹重600 kg。
防区外导弹SOM采用矩形弹身、上单翼翼面、正常式气动布局形式。挂机状态下,两片弹翼向后折叠在背部,发射后展开,翼展2.6m。弹身向后逐渐变细,尾翼采用“×”型布局。
防区外导弹SOM制导系统包括GPS/INS、雷达高度表、气压高度表、红外成像导引头等传感系统。中制导段采用GPS/INS+地形匹配复合中制导方式,提高了抗干扰能力。末制导采用红外成像制导。具有双向数据链,可在飞行中更新作战信息,重新选定目标等,主要用于精确打击陆上和海上的静止或机动的军事目标,如指挥控制中心、地空导弹阵地、停靠的飞机和水面舰船等。
导弹由前舱段、中舱段、后舱段以及上部硬壳式结构模块共4部分组成。前舱段内置制导、飞行控制和导航设备以及大部分电子设备;中舱段为战斗部舱;后舱段包括伺服电机、燃料箱、发动机、电源系统、尾翼等。上部硬壳式结构模块由发射后展开的弹翼及其展开系统及与载机的吊挂接口等组成,功能是折叠或展开弹翼,并提供与载机的吊装接口。
防区外导弹SOM目前总共发展了A、B、C三型。战斗部采用模块化设计,拥有高爆、钻地、子母弹等多种型号,重约230 KG。C型在B型基础上增加了人在回路系统,以精确打击地面或海上目标。
AV-TM 300地地战术导弹(参见图7)是巴西阿维布拉斯宇航工业公司为巴西陆军研发的精确打击武器,该导弹适配巴西自主研发的“阿斯特罗斯”2020多管火箭炮武器系统。
图7 AV-TM 300地地战术导弹及其发射平台
AV-TM 300地地战术导弹采用地面火箭炮发射、固体火箭发动机助推+涡喷发动机续航的总体技术方案。导弹射程300 km,配备150 kg的整体式战斗部。目前已经通过关键设计审查,正在开展后续研发。
涡喷发动机采用北极星公司的TJ1000涡喷发动机,推力4.45 kN,直径350 mm,重70 kg。
AV-TM 300地地战术导弹采用GPS/INS复合制导,后期可能增加导引头和数据链分系统,采用人在回路的控制方式。
导弹采用正常式布局形式,非圆截面弹身。尾部四片舵翼呈“×”字型,弹身为一对水平后掠翼。
“金牛座”系列导弹是德国于20世纪90年代末研制的一种机载发射的、主要用于打击坚固目标的新型远程防区外巡航导弹。包括KEPD-150/250/350三型(参见图8),射程分别为150 km,250 km,350 km。最新型号为KEPD-350。
图8 KEPD-350
KEPD-350弹长5.09 m,弹径1.067 m,弹重1 453 kg,战斗部重495 kg。
KEPD-350的动力系统为一台涡扇发动机,巡航速度0.8Ma,最大飞行速度0.95Ma,高空投放时的极限射程大于500 km。采用GPS+地形匹配+末端红外影像制导的三模复合制导方式,命中精度CEP在10 m之内。
联合空对地防区外导弹(JASSM)代号为AGM-158(参见图9),主要用于常规对地打击坚固堡垒、工事、桥梁、机场、地下/半地下指挥中心等目标。采用了泰莱达因公司的J402-100涡喷发动机,射程460 km,巡航速度0.7Ma。
图9 AGM-158
弹长4.26 m,弹身截面0.55 m(宽)×0.45 m(高),翼展2.7 m。配备432 kg的爆破或侵彻战斗部,发射质量1 025 kg。中段通过惯性导航装置+全球定位系统实现地形匹配中制导,末段为红外成像末制导(景象匹配制导),制导精度CEP不超过3 m。于2002年开始小批量生产,2003年装备部队。
后继型号为增程型,代号AGM-158B,采用了威廉姆斯公司的F107-WR-105涡扇发动机,燃油更多且耗油低,射程达1 300 km。
“鱼叉”反舰导弹(参见图10)是美国20世纪70年代研制的一种全天候、高亚音速反舰导弹,可由飞机、水面舰艇、潜艇发射,主要攻击大中型水面舰船、巡逻艇和露出水面状态的潜艇等目标。
图10 “鱼叉”反舰导弹
目前已经陆续生产并交付了7 000枚导弹。除装备美军以外,还出口到日本、新加坡、韩国、阿联酋等多个国家,我国台湾地区也有购买。
弹长4.75 m,直径0.34 m,战斗部装药227 kg。最大速度0.85Ma,最大射程110 km,单发命中概率可达0.95,制导方式为惯性制导+主动雷达寻的制导。
动力装置为固体火箭助推+涡喷发动机续航形式。涡喷发动机采用J402-CA-400型发动机,推力为2.97 kN。
“黛利拉”巡航导弹(参见图11)由以色列军事工业公司基于同名诱饵弹研制[13],并于2012年1月装备以色列空军。“黛利拉”巡航导弹可由飞机、直升机、地面车辆和舰船等多种平台发射,发射后可在制导系统的帮助下寻找预先编程设定的目标,其操作人员可以向导弹发送控制指令,并在其飞行过程中稍稍调整飞行路径,一旦导弹进入末段攻击弹道,则操作人员无法再控制其飞行路径,但是可以终止打击过程返回到空中,继续在目标区域上空保持巡飞,直到接收到新的指令。
图11 “黛利拉”巡航导弹
“黛利拉”巡航导弹采用了BS 175涡喷发动机,推力90.6 kg,可在8 400 m以下的高度巡飞22 min,或射程最大至250 km,最大巡航速度238 m/s。
主流的小型飞航导弹一览表如表1。
小型飞航导弹的性能及特点可归结如下:
1) 平台通用性强。采用通用化设计思路,发展通用性弹药。使一型弹药能够同时适配地面车载、水面舰载、机载等多种发射方式,从而满足多个军兵种的多平台使用能力,大大降低了研发成本。
2) 模块化、系列化设计[4],扩展能力强,综合性能突出。国外的飞航导弹多采用模块化、系列化设计思路,舱段接口采用通用化设计,战斗部、制导系统、动力系统均采用模块化设计,通过不同的组合形式,可满足不同的模块化的作战需求,使得其射程、目标适应能力等得到扩展,从而提高了整个系统的作战能力。
3) 多以涡喷(扇)发动机为续航动力[9],经济性好,射程覆盖范围宽,有效载荷占比高。国外的小型飞航导弹多以涡喷(扇)发动机为续航动力,充分发挥其在亚音速条件下油耗低、经济性好的优点,使弹药按照亚音速或高亚速巡航,大大增加了航程,降低了成本。此外,由于涡喷(扇)发动机的燃料比冲高(约为固体火箭发动机的10倍),因而使得全弹有效载荷占比高,毁伤威力大。
4) 复合制导方式,制导精度高、抗干扰能力强,使用灵活。多采用中制导+末制导的复合制导方式。中制导多采用GPS/INS+地形匹配/景象匹配/定高巡航等组合制导方式,具有自主性强,抗干扰能力突出,弹道突防能力强、中制导精度高等优点。末制导多采用红外成像、电视成像、主动雷达等方式或复合末制导方式,并可根据需要选配数据链,采用人在回路的工作模式,具有作战使用灵活性好、命中精度高、目标适应能力强等突出优点。
5) 模块化、系列化的战斗部设计,目标适应范围宽。通过模块化、系列化的战斗部设计,同时设计出杀伤爆破战斗部、子母式战斗部、深侵彻战斗部、反舰战斗部、云爆战斗部、特种战斗部等多种战斗部类型,实现战斗部系列化发展。实际作战时,针对不同目标选配不同类型的战斗部,大大提高了对目标的适应能力。
6) 采用综合的隐身设计手段,隐身能力突出。国外的小型飞航导弹多采用矩形截面、多边形截面等非圆截面弹身,以及“一”字型上单翼设计,大大降低了雷达散射截面(RCS)。此外,弹身多采用复合材料,具有较低的红外辐射特性或雷达反射特性,综合隐身性能好。
7) 低高度巡航,突防概率高。采用超低高度的地形匹配制导方式,目前的巡航高度一般设计为:海平面2~8 m,平原15 m,丘陵50 m,山区100 m。由于采用了低高度巡航,有力地规避了敌方雷达的远距离探测,大大提高了突防概率。
8) 作战方式灵活多样。以机载飞航导弹为例,既可采用高高度巡航方案,亦可采用低高度巡航方案,还可采用初始弹道段高高度巡航、而中末弹道段低高度巡航的组合弹道模式,大大提高了作战方式的灵活性。此外,通过任务规划系统的弹道规划能力,可以规划多条弹道,并优选突防概率高、航程短的路径,大大提高了作战灵活性。
表1 主流的小型飞航导弹一览表
序号名称/型号国别发射平台发动机推力/kN最大射程速度导弹尺寸弹重制导方式战斗部作战能力1海军打击导弹NSM/后继型(JSM)挪威舰载、地面发射2.5~3.3185 km/370 km0.95Ma长3.96 m/3.7 m375 kgGPS/INS+地形匹配+红外成像末制导120 kg的复合半穿甲战斗部反舰2防区外导弹SOM土耳其机载185 km0.94Ma3.65 m600 kgGPS/INS+地形匹配+红外成像末制导230 kg的高爆、钻地、子母等反舰、对地3AV-TM 300地地战术导弹巴西地面火箭炮4.54300 km4.5 m×⌀350mm600 kgGPS/INS,后续计划增加末制导150 kg的整体杀爆对地、对海4“风暴之影”巡航导弹英国机载5.45250 km0.8Ma630 mm×480 mm1 250 kgGPS/INS+地形匹配+红外成像末制导770 kg的子母、高爆等对地5“金牛座”导弹KEPD-350德国机载—500 kg0.6~0.95Ma长5.09 m1 453 kgGPS+地形匹配+末端红外影像制导495 kg的倾彻战斗部对地6AGM-158美国机载—460 km0.7Ma—1 025 kgGPS/INS+景象匹配+红外成像末制导432 kg爆破或侵彻战斗部对地7“鱼叉”反舰导弹美国舰载2.97110 km,后扩展至270 km0.85Ma4.75 m×⌀340 mm—GPS/INS+定高巡航 +雷达末制导战斗部装药227kg反舰、对地8“黛利拉”巡航导弹以色列机载0.9250 km0.3~0.7Ma2.71 m×⌀330 mm—GPS/INS+电视/红外末制导30 kg的杀爆或钻地战斗部对地
小型飞航导弹下一步正朝着进一步低成本化、自主组网协同攻击、复合末制导、通过提高末速以提高打击效能、以及进一步的小型化或微型化方向发展。
1) 进一步低成本化
飞航导弹通用性强、成本低、作战效费比高,越来越成为各个军事大国竞相大力发展的武器装备。从各次局部战争来看,不仅使用频次越来越高,使用量也越来越大。随着用量的增加,随之而来的对低成本化的需求就愈加强烈。低成本的途径主要有:通过进一步的通用化、模块化的设计方式[17],来减少研制开发成本和维护费用,提高效费比;通过一体化、集成化设计减少部件数量特别是电子部件的数量,来降低电子器件的总费用;通过采用整体成型技术减少飞航式弹药的零件数量;通过更换商业化零部件降低成本。
2) 信息化、智能化,组网协同攻击
当前,小型飞航导弹大多不具备组网攻击的能力。随着数据链的广泛使用,以及弹药信息化水平的不断提高,组网协同攻击是下一步发展的必然趋势。通过多弹组网协同,一方面可以提供雁群式的饱和攻击能力,另一方面各弹之间可以进行合理分工与配合,相互协调指挥,都将能够进一步提高打击的时效性,是下一步发展的必然趋势。
3) 采用复合末制导方式,进一步提高末制导抗干扰能力
当前,各类低成本弹药主要采用的是单一光学(红外、或电视)成像末制导,如NSM、SOM等,或单一雷达制导,如“鱼叉”反舰导弹等。单一光学(红外、或电视)成像末制导易受天气变化、能见度变化、烟尘、雨雾、沙尘[18]等的影响,适应复杂环境的能力弱。而单一雷达制导对海作战效果较好,对陆作战效果较差。由此可见,单一末制导方式局限性较大。
目前,美国等发达国家已经具备了红外+电视+毫米波的三模末制导能力,并已经在高价值的导弹上得到应用。随着复合末制导技术的发展成熟并不断降低成本,采用复合末制导是下一步发展的必然趋势。
4) 提高末段速度
目前,飞航导弹主要以亚音速巡航为主,当执行攻击硬目标如反舰作战、打击地下/半地下指挥中心等作战任务时,存在着因末速低带来侵彻能力不足的问题。由于侵彻动能与末速平方成正比,若能够提高末速,那么侵彻能力将大幅度提升。末速提高以后,反过来可以降低战斗部的重量要求,将节省下来的战斗部重量用来加注更多燃油以提高航程,从而使导弹的综合性能达到更优。
此外,提高末速还有利于提高末段得突防能力。
下一步的发展趋势之一是通过采用组合动力形式,来提高末速。
5) 小型化、微型化发展
随着涡喷发动机的不断小型化,小型飞航导弹向着更小型化、微型化方向发展。
小型飞航导弹已经成为现代主流的武器装备之一,不仅型号众多,并且还在多次局部战争中发挥了重要作用。本文对西方主流国家的该类弹药的技术体制、技术指标、发展现状及特点进行了梳理,并对发展趋势进行了分析,能够为本领域相关研究人员提供参考。
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