认识真正的空空导弹(图)

狼行天下001 收藏 9 1586
导读: [img]http://pic.tiexue.net/pics/2007_11_27_86977_6486977.jpg[/img] [img]http://pic.tiexue.net/pics/2007_11_27_86980_6486980.jpg[/img] [img]http://pic.tiexue.net/pics/2007_11_27_86981_6486981.jpg[/img] [img]http://pic.tiexue.net/pics/2007_11_27_8

铁血网提醒您:点击查看大图

铁血网提醒您:点击查看大图

铁血网提醒您:点击查看大图

铁血网提醒您:点击查看大图

铁血网提醒您:点击查看大图

空空导弹经过几十年的发展,已经成为夺取制空权的重要武器。然而近几次局部战争的空战往往是一边倒的情况,大规模空空导弹的“对决”并没有出现。一些大型的军火巨头以及军方基于商业利益和军事机密的考虑,往往有意或无意间夸大导弹的性能,或以不完整的信息来混淆大众对于导弹的评价。事实上,空空导弹在实际使用中远不像我们所想的那样简单。下面几期我们将分几期介绍分析近距红外空空导弹到中距雷达空空导弹的能力与局限性,让读者认识真正的空空导弹……

进入正题之前

在讨论空空导弹之前,要使用到所谓的“攻击包线”的概念。因此为了让读者更好的理解本文,我们有必要对“攻击包线”有所了解。

空空导弹的性能表现,并不是飞行员叩动扳机就可以百发百中的。实际上,随著操作条件的不同,空空导弹的表现有很大的差异。这些影响空空导弹性能的“条件” 就包括发现目标的距离:例如飞行员目视、光学系统或雷达侦测与截获目标的距离,也包括导弹导引头截获目标的距离,还有作战空域与接战态势影响下允许发射导弹的环境,如相对速度和操作高度等;最后还包括载机从哪个方向发动攻击:比如是从目标的前半球还是后半球发射导弹,还是从目标侧方开始攻击

上面所说的仅仅是载机的情况,发射导弹还要看目标的具体情况。如飞行高度,速度、几何尺寸、雷达截面积、发动机类型/数量(单发动机或双发动机),发动机工作状态(如开启后燃器或最大军推等)、及喷嘴与排气温度等。

现在是不是有些读者头都有些大了?没关系,“攻击包线”就是为了便于在这些复杂的变数中,迅速、直觉的理解导弹在不同情况下的性能表现的一种图像化工具。

攻击包线是一个中心原点,外边被封闭曲线所包围。特别要注意的是,中心原点代表的是空空导弹所要攻击的目标机,而不是发射导弹的载机。外围曲线分别代表空对空导弹在目标机不同相对位置时的最大与最小可用射程,而曲线所包围的区域则代表载机只要于此区域内发射导弹,就有机会命中并毁伤目标,换句话说,“攻击包线”实际是包括一个导弹的杀伤区和发射区。其中杀伤区指的是导弹弹头对目标具毁伤作用的能量散布区域:但发射区要比杀伤区重要,只有在发射区内发射,导弹才有机会接近目标到杀伤区内,先要满足发射区的条件以后,杀伤区才有成立的可能。

而且“攻击包线”表现的只是导弹杀伤目标的必要条件,而非充分条件。也就是说在包线内发射导弹只表示有命中目标的可能,但不保证杀伤概率:不过若在包线以外发射导弹,则肯定没有命中的可能。

红外导引头的特性

红外近距空空导弹的攻击主要依靠红外导引头的制导。红外导弹的杀伤区域集中在目标机的两侧和尾部,而这个范围的大小,和红外导引头的作用距离有直接的关系。

从原理上来讲,红外导引头是透过探测目标发动机喷管、尾焰及蒙皮气动加热的红外辐射,来获取导引信息。其作用距离除与目标的红外辐射强度及辐射光谱特性有关外,也与导引头的灵敏度及外在环境的气象条件有关。而其中影响红外导引头作用距离的最重要因素还是发动机尾管(喷嘴)排气温度和排气离开尾管后所形成的尾焰。其中发动机尾管的影响又比尾焰明显。

之所以有这一结论,是因为金属材料制成的尾管不但辐射的红外线强度较高,而且高温持续时间也较长:而在开加力的状态下,发动机的尾焰长度可达200米,但实际上30米后的尾焰温度就降到了100摄氏度,因此造成强烈红外辐射的部分仅有10到20米左右。尾焰相较下则可以很容易的加以冷却,只要降低推力或是引入冷空气,即可降低发动机排气温度,进而使排出的尾焰温度迅速降低。

一般来说,红外线导引头的探测距离大概与目标发动机的尾喷管的温度的平方成正比,也就是尾喷管的温度如果提高两倍,导引头的探测距离就会提高四倍。典型的涡喷发动机当处于最大加力推力的时候,红外导引头的探测距离是发动机巡航状态下的5倍;而对涡扇发动机而言,这种差距甚至会达到10倍。由此来看,喷气战斗机尾部被敌人咬住是以一件多么危险的事情。

发射前后有讲究

有人把空中格斗比作“电话亭里的搏杀”,这确实道出了近距空中作战的凶险。就是在这电光石火之间,发射空空导弹前后仍然要考虑一些其他的因素。

首先导弹需要有一个准备的时间,包括导引头的准备时间,导弹发动机点火到实际射出的时间以及导引头捕获目标所需的时间。导引头的准备时间首先要启动弹上的陀螺转子,这基本上需要2-3秒的时间;然后要把导引头红外制导装置的温度降低,这还需要2-3秒时间。不过有经验的飞行员往往会在接战之前实现启动导引头,因此这就剩下了导引头捕获目标的时间和发动机点火到射出的时间,这大约要1-2秒的时间。这样综合算起来导弹的准备时间有可能在2-4秒左右。

其次,导弹射出以后并不是立即飞向目标。典型的第三代近距空空导弹,例如AIM-9L,在发射以后尽管导引头已经捕获目标,但是仍然属于无控飞行,导引头没有输出任何信号,导弹仅是沿着发射的方向前进。同时,AIM-9L的翼面必须在有了一定速度后才能发挥作用,把导弹引入稳定的制导弹道。读者可能都会知道,这个过程肯定应该是越短越好,否则就会贻误战机。但是对于是用常规气动力翼面的导弹来说,这个过渡的阶段可能会长达400多米。而采用抛离——点火发射方式的导弹,这个阶段比直接从滑轨上点火的导弹还要长。为了缩短这个过程,新一代的空空导弹往往使用矢量推力系统,直接靠改变推力方向来控制导弹。理论上只要导弹发动机一点火,导弹就可以立即向目标冲过去。但是矢量推力会造成推力损失,会缩短射程,因此新一代的导弹在使用矢量推力时并没有放弃传统的翼面,这样可以发动机失去推力后,仍可以保持一定的控制力。为了在近距格斗空战中生存下来,战机的机动能力不断增强,再想咬住敌机的尾巴进行攻击已经是越来越难了。因此现在的近距红外空空导弹往往强调“全向攻击”,特别是迎头攻击。这时导引头的探测距离将会大大缩小,有效距离还不如正后方的20%。现有以锑化铟为主体的3到5微米波长的红外导引头还会因为红外辐射强度过低而在目标正前方形成限制区,红外导弹在这个区域内根本无法捕捉目标。不过现在的新型近距格斗空空导弹也在更改导引头的覆盖波段,捕捉目标的能力也有了进一步的提高。

最后,则是导弹导引头的跟踪性能。空空导弹能够在自身高速运动的情况下追踪另一个运动目标,并不是件简单的事。导弹导引头实际是安装在导弹顶端的附有陀螺的“万向架”上,一旦导引头“看见”目标,弹载计算机就会产生控制信号,驱动马达带动导引头改变方向,持续跟踪目标。导引头“看见”目标的能力取决于两个指标:“瞬间视野”“视野”和“导引头角速度”。导弹的瞬间视野越大,则看到的空间越大,捕捉到目标的几率也就越高,不用大幅度地转动导引头进行跟踪。但是缺点是背景噪音过多,因此红外空空导弹的瞬间视野都限制在1.5到4度左右。

而“视野”则是导引头在万向架上的活动范围。刚才我们说到,导弹在发射后,还要飞行一段才开始向目标进攻。尽管导弹的导引头已经指向目标,但在飞行中会出现前进轴向与导引头指向的夹角,一旦在无控飞行中这个夹角超过导引头的视野,导弹就会失去目标。

所谓的“导引头角速度”则是万向架驱动导引头跟踪目标的速度。说白了这和京剧花旦练眼神是一样的。导引头的“眼神快”,就能够在适应双方相对运动时产生的巨大的角速度变化,否则红外导引头就能会跟不上目标而导致失去目标。尤其在近距导弹发动迎头攻击时,角速度快的优势就会很明显。第一代红外导弹的角速度仅有10到12度/秒,到了AIM-9M就达到了30度/秒,新研制的IRIS-T导弹甚至高达100度/秒。

从上面可以看出,红外导弹发射后是否能够跟踪上目标,并不是“板上钉钉”,导弹可能在刚刚发射后就可能失去目标。即使它能跟住目标,就能保证最后打下敌机吗?

G值的奥妙

很多读者已经注意到了,现在很多空空导弹在宣传自己的时候,都愿意夸耀自己的机动性,也就是导弹的“G值”——导弹改变速度方向的能力。

导弹的“G值”要视导弹本身的速度、转弯率、控制方式和结构强度而定。现在的近距格斗空空导弹动辄在30G左右,有的新开发的型号可以达到50甚至 70G.。而相比之下,战斗机的飞行员所能够承受的极限加速度仅有9个G,飞机所能承受的加速度也比这高不到哪去。似乎在近距空空导弹和战机的较量中,后者只能是一败涂地,而且30G应该已经足够了,有必要达到70个G吗?这似乎有些说不通。

上面我们所说的G值实际是一种“可用G值”,是导弹本身的极限机动性,然而在近距离空战中,“需用G值”更有意义。这个概念是指在当前的战术态势下,导弹要做出多大的机动才能够追上目标。现在问题又来了,难道30G的导弹还追不上战斗机吗?

与导弹攻击平面目标不同,近距空战双方是在三维战场中进行剧烈的机动。近距离空战最忌讳被别人咬住尾巴,这比仅仅是因为前面所说红外导引头对发动机的尾喷管最敏感,还有一个原因是从敌机的后半球发动攻击,导弹和目标的相对速度较小,所需要的G值比较小;反之,现在都强调迎头攻击,相对速度非常大,所以需要的G值都相当大。此外,导弹的速度越高,与目标的距离越小,则需要的G值也越大。有资料曾经计算过,在迎头进行攻击,载机与目标在800米,导弹速度为2 马赫,目标速度为1.5马赫的时候,导弹的“需用G值”可以达到40-50个G左右,这已经超过了某些第三代导弹的“可用G值”,再加上本来迎头攻击目标的红外辐射强度就大为降低,因此目标躲过导弹的攻击并不是不可能的事情。

另外,我们还可以看到目标的两侧还有“导弹机动性限制区”,这也和导弹的G值有一定关系。导弹进攻的方向都会与目标有一个夹角,这个夹角越大,导弹拦截目标所需要的G值也越大。而在目标正侧方的时候,这个夹角达到了最大的90度(?),加上距离在迅速的缩短。在这些因素的影响下,近距空空导弹在向目标侧面进行攻击,所需的G值也很容易超过现有导弹的机动能力。因此尽管典型的第三代近距空空导弹机动能力已经达到了30个G,但是从上面我们可以看出这远远不够。即使是新研制的具备矢量推力的、机动能力达到了70G的新型空空导弹,也只能说是提高了命中的概率。

最后,导引头跟踪上了目标,导弹历尽剧烈的机动也追上了目标,也并不意味着能够把敌机击落。因为空空导弹一般不是直接命中目标,而是在接近目标的时候依靠激光或者红外近炸引信引爆弹头,通过破片或者连续杆战斗部摧毁目标。而导弹从侧方接近目标时,由于两者的相对速度较小,与目标交会时条件变化很大,引信甚至会受到干扰,弹头起爆后未必形成有效的杀伤区,目标也会逃过致命的一击。

多脉冲火箭发动机实际是透过多次点火技术来多次产生推力。多次点火的时机要配合制导,根据需要或保持无动力的飞行,或再次点火进行飞行,最大程度上优化和延长主动段飞行距离。过去只有液体火箭发动机可实现多次点火,但在20世纪80年代末期通过在不同推进剂药柱问分段安装隔离层,或是分室安装,从而实现多脉冲固体火箭发动机。在中距空空弹的水平攻击包线两侧,还存在一个因多普勒侦测盲区而造成的限制区域,这个区域大致与引信限制区重叠。由于现代战机都具有雷达告警装置,一旦发现自己被对方锁定,就会做出例如滚转的机动,来使机载脉冲多普勒雷达无法“持续”地追踪,使火控系统无法发射导弹:或使制导中的半主动雷达制导导弹因突然失去目标信号而脱锁;又或者使火控雷达无法为处于中途制导的主动雷达制导导弹“稳定地”提供目标信息等。

但如果把雷达从脉冲多普勒模式转为脉冲模式,雷达不会因为目标的侧转机动而失去追踪,但脉冲模式没有俯视能力,因此只能用于平射或仰射高于载机高度的目标。所以这个限制区域又被称作“仰视(Look-Up)区”,意即载机在包线侧方的这2块区域,只能使用仰视脉冲模式才能发射导弹。

机动目标的攻击包线更能说明“滚转”等机动对中距弹的影响。如果目标向左转弯,对于雷达导引头来说,包线图将变得非常不对称。机身的顶部则变成“热边”而机腹则变成“冷边”。因为目标是从向左转弯,因此左边的发射距离要大于右边的发射距离。同时原来有的引信性能限制区域,已经和和脉冲多普勒限制区分开。由于目标作了连续的向左转弯动作,热边左侧的侦测盲区大大扩大。如果这时发射导弹,会大大增加丢失目标的可能性。

同时这张包线图也显示当以中距弹攻击这类机动目标时,透过仰射来减小侧转带来的影响对提高攻击成功率将具有极高的重要性。

在美国海军用以取代“不死鸟”导弹的AIM-155AAAM计划中,参与竞标的通用动力/西屋集团曾提出多脉冲式固体火箭发动机的设计,能达到200- 360公里的动力射程。尽管该计划后来取消,但有消息认为雷西恩公司在AIM-120C5的改良中,就应用了某种多脉冲发动机技术。

另一种方法是使用冲压发动机。冲压发动机通过透过吸入空气中的氧来助燃,不像固体火箭一样自备氧化剂,因此在相同大小的弹体内可以装填更多的燃料,使发动机维持更长的燃烧时间,超过化学火箭的数倍以上,从而使导弹得到更高的主动段射程。而且冲压发动机的推力也可以向多脉冲火箭那样调节,问题则是进气效率和飞控问题。在中距导弹向中远距空空导弹发展的过程中,冲压发动机获得了相当的青睐

认识真正的空空导弹——中距篇2

跟随电波前进

除发动机外,中距导弹的导引头也是影响导弹性能的重要因素。现在中距空空弹的导引头现在主要可分为半主动雷达制导与主动雷达制导。

所谓“半主动雷达制导”是通过载机火控雷达照射目标的回波来得到制导信息。在目标雷达截面积一定的情况下,载机火控雷达功率和天线面积的乘积值越高,探测的距离也就越远。这里还要有一些概念要说清楚。从机载雷达来说,它从侦测目标到建立起自动追踪的过程,称为“截获”;而从截获目标到驱动导弹导引头捕获、追踪目标的过程则被称为“锁定”。

也就是说,“纯粹”的“半主动雷达制导”导弹,须等导弹的天线能接收到目标反射的回波,“锁定”目标后才能发射导弹。但导弹导引头天线尺寸与灵敏度显然远小于机载雷达,所以实际半主动雷达制导导弹的距离只能达到战机火控雷达的最大追踪距离的50-60%,机载雷达虽能在更远的距离外照射目标,但还是须等导弹导引头接收到目标回波后才能发射。

但如果替半主动雷达制导导弹加上惯性制导装置、并搭配数据链修正弹道的功能,就可避开这个限制。载机可以先发射导弹,导弹靠机载火控雷达输入的目标资料求出预定拦截点,并在弹上惯导系统引导下往预定点飞去,一直到末端再转而使用半主动模式,接收机载雷达照射目标的回波。同时由于目标往往要进行机动规避,而惯导的精度有很差,所以机载雷达还要保持对目标的追踪,并及时通过数据链将坐标传给导弹尾部的天线以修正弹道。

这种复合半主动雷达制导的导弹构成了第三代中距空空导弹的主体。典型的如美国的AIM-7“麻雀”和俄罗斯的R-27和R-33导弹都采用了这种设计。其缺点是不具有“发射后不管”的能力。由于导引头需要接受载机雷达的发射回波,使载机载发射导弹后不能立即退出攻击,很可能被对方击落。同时,这种制导方式只具备极为有限的多目标攻击能力。这些缺陷使半主动雷达制导逐渐被主动雷达制导所代替。

简单来说,主动雷达导引头就是不用像半主动雷达制导那样,在弹道末段需要机载雷达的照射波,而是导引头就能够发射电磁波以导引导弹飞向目标。但是受到弹体直径、空间与供电能力的限制,导弹的主动雷达导引头无论是发射机功率、接收机灵敏度均远小于战机的火控雷达,因此有效距离一般不超过20公里,扫描范围也不仅有大±25度(AIM-120C5为±70度)。

主动雷达制导导弹在中途也是采用惯性制导,导引头在弹道末端才会开启。而导引头锁定目标后,由于导弹会依目标调整姿态,就会损失大量的动能。因此主动雷达制导的中距弹,会尽量延长惯性制导的过程而节省能量。如俄罗斯R-77导弹的惯性导航段最高可占整个飞行过程的80%,而美制的AIM-120据说甚至可达90%。

延长惯导过程,就要让中距弹导引头开机的时候,尽量靠近目标。这里同半主动的方式一样,导弹也需要载机及时传输目标的坐标信息。但为了实现“发射后不管”,机载雷达一般是通过雷达的旁波瓣,来向导弹传送信息,这样就可以在进行机动时向导弹传送资料。目前这类资料链均只能由雷达单向地向导弹发送信息,不过未来将会有双向的形式出现,就是说导弹除了被动的接收雷达传来的信息外,也能将自身状态发回载机。

主动雷达制导中距弹另一个特点就是“多目标接战”。以最早的主动雷达制导导弹“不死鸟”为例,它在对抗多目标时则采分时制导,发射前先以AWG-9雷达的 “扫描同时追踪模式”分别锁定多个目标,解算出目标方位、高度、速度、导弹发射区与优先攻击顺序后发射导弹,其后AWG-9波束仍以2秒1次的频率接触目标,轮流为每枚滞空中的导弹提供目标位置资讯,直到距目标15-18公里开启导弹上的DSQ-26主动导引头为止。AWG-9最多可同时追踪24个目标,并同时攻击6个目标。

资料块:机载火控雷达的几个问题

机载雷达与中距空空导弹的使用有密切的关系。机载雷达为了发射导弹,必须追踪目标,持续给出目标方位、距离、速度与高度信息,而不只是侦测到目标而已,因此,所有火控雷达在追踪模式下的有效距离均远低于搜索模式(一般至少会有25-40%的差距),而不同的追踪模式所得到的有效距离也不同,如能量分散的扫描同时追踪(TWS)有效距离就短于能量集中的单目标追踪(STT)模式,因此以不同模式火控所得到的导弹最大射程也不同。当不同雷达在信号处理能力相当时,通常功率与孔径的积值越高者,有效的追踪与锁定距离也越远。比起机械扫描或被动式相控阵雷达,主动相控阵雷达可透过数百到上千组独立的发射/接收模块达成高功率,因此主动相控阵雷达可具备极高的功率*孔径值,导控导弹的有效距离也远高于机械扫描或是被动相控阵雷达。

动态发射的难题

在第一节中我们谈到,当目标在进行机动规避的时候,原来规则的包线图立刻变得扭曲起来。人们又把这种机动目标的攻击包线图称为动态发射区。

在使用中距空空导弹时,很难指望目标能够老老实实等着被导弹击落。因此动态发射区更符合实际的作战情况。按理说,导弹生产商在研制过程中,通过大量的模拟和试验,应该能够提供导弹在各种状态下的包线图。但是要让飞行员应付显然是不可靠的。

在20世纪60和70年代,正是中距导弹出现和展示自己的时代。然而这场开幕并不成功,进而成为外界质疑空空导弹性能的最有力论据。美军的“麻雀”导弹在越战中表现极差。F-4战斗机在和中国的歼6战机空战时,“麻雀”导弹竟然发生了错过中国战机而误中僚机的大笑话。当然,主要因为那时中距导弹还很不成熟,性能和可靠性差。然而很多人忽视的重要原因就是,当时战机的电子系统无法为飞行员提供动态发射的信息。飞行员只能凭借蜂鸣器传来的声音变化得知导引头是否锁住目标,但导引头的作用范围和飞弹的动力性能是不等同的,导引头锁住目标不能保证目标已进入导弹动态射程,飞行员还是必须凭经验判断目标是否进入导弹发射区,而这显然经常会出错。

在越战期间,早期的F-4B/C/D等各型战斗机的机载计算机已经可以进行一部分的辅助工作。计算机可以将目标和本机的高度、速度进行计算,然后再显示出导弹的有效射界以及目标是否进入射程,来避免飞行员的错误。然而当时的计算机,只能解算直线飞行的目标,对机动的目标则无能为力。这当然无法适应空战的需要,在大多数的接战情况下,计算机根本帮不上忙。因此,飞行员一不小心还是很容易在容许范围外发射飞弹。总计越战中居然有高达40%以上的“麻雀”导弹是在不符合发射条件的情况下被发射,由此导致的低命中率显然也是理所当然的。

要解决飞行员错误使用中距空空弹的问题,唯一办法还是只能依赖电脑辅助。将把雷达擭取的目标等外在资讯和配合载机传感器与导航系统获得的自身资讯,一同输入电脑作即时运算,再与已知的导弹包络线作比对,协助飞行员判断目标是否已经进入飞弹发射区。

以现代的美军战机来说,当飞行员以雷达锁定敌机时,火控雷达即会在平显与多功能显示器上,以多种符号来提示飞行员关于导弹发射包络的资讯,如以容许操作误差环(ASE,Allowable SteeringError)指示飞行员将飞机指向适当的发射位置,提示目标相对于载机的角度(由目标正在接近还是离去判断其是以前半球还是后半球朝向自机),还会以多种尺标分别显示导弹的最小射程、对机动目标的最大射程、对非机动目标最大射程及气动力最大射程等。发射导弹时还会有拦截时间或导弹开启主动雷达导引头的倒数时间,以提示飞行员在适当的时间结束对导弹的制导,便于掌握脱离接战的时机。

电脑辅助动态发射区判断的关键,首先在于雷达等感测器的精确度,其次是机载计算机的运算能力;最后则是能否获得足够详细完整的导弹攻击包络线资料。与导弹本身直接相关的是第3点,如不能得到完整的导弹攻击包络线资料,则不管航电系统多好,也没办法充分发挥导弹的性能。如英国与美国对AIM—120的争执就是在这一点上,由于美国不肯提供完整的AIM—120动态发射区资料,以致影响了英国战机使用AIM—l20时的效能,被迫只能以比较保守的方式来估算动态发射区。不过这是外购武器必须承担的风险,如果是自制武器就不会有这

认识真正的空空导弹——思考篇

红外导引头怎么“看”

现在的近距红外空空导弹,都在拼命强调自己的全向攻击能力,特别是迎头的攻击能力。而影响导弹迎头攻击的最主要因素,就是导引头。不同材料制成的导引头,其攻击能力也并不相同,因为在不同的导引头“眼”里,战机也是不同的。

就一架战斗机而言,在没有开启后燃器时最大的红外辐射来源是发动机尾管,而开启加力后尾焰红外辐射将超过尾管,将辐射波长为l-3微米的短波长红外线。而被高温尾管加热的机体尾部结构与蒙皮,温度差不多在600-800K左右,对应的是3-5微米的中波长红外线。再次是机体与座舱罩反射的日光,是中波长红外线。最后则是飞行时机体蒙皮与空气摩擦产生的热,对应的是长波长红外线。

对战机正后方的尾管、尾焰,只要使用硫化铅这种老式的短波长红外感应材料就行:而对机体侧面,使用中波长红外线的矽化铂也可应付:但机体正前方来说,由于遮蔽了辐射强度最高的发动机尾管与尾焰,只能透过碲镉汞这类长波红外线侦测器,来捕捉蒙皮与空气摩擦产生的热辐射;而AIM-9L这类采用锑化锢导引头的导弹,战机正前方的热辐射谱段基本上不落入导引头的敏感范围,是导引头的侦测盲区。因此AIM-9L所谓的全向攻击,也只有300度而已。

有读者会问,现在最新的近距空空弹,例如AIM-9X不都是采用红外成像技术了,应该具有全向攻击能力了吧。其实不然,红外成像改善的是抗干扰能力,是为了从热焰弹中分辨出战机。如果选用的成像材料对某些辐射波长不敏感,丝毫不能改善攻击能力。就像人类视觉也是成像方式,但只能在可见光波段作业,对于辐射红外线或紫外线波段物体,无论辐射强度多高也都不能看到。

就以AIM-9X来说,目前传闻的导引头为类似ASRAAM的锑化锢凝视焦平面阵列,显然,这种导引头还是一样难以在正面远距离锁定目标。然而AIM-9X的威力在于,就算在1-2公里的距离才向迎面目标射出导弹,靠矢量推力它还能追上目标。

至于为什么不选用感应长波的碲镉汞材料,主要原因有两个,其一自然界处于长波红外辐射范围的物体非常多,导引头需在嘈杂背景中将目标识别出来,牵涉到的运算量太大,技术难度高,其二就是,它太贵了。

针对上面的缺陷,解决方法有使用双色或者多色导引头,从而取得完整的目标前半球侦测能力。此外还可以使用光机扫描线阵列,减少感应阵元的数量,同时使用长波长的感应材料。

多目标攻击的疑问

“多目标攻击能力”并不是一个新词。最近刚刚退役的著名的F-14战斗机,就以“同时跟踪24个目标并攻击其中6个目标”的超强能力而傲视群雄。凝望这一代名机远去的背影,我们却不禁要问,“雄猫”的多目标攻击能力真的有那么神吗?“不死鸟”这种主动制导中距空空导弹能够“六箭射六雕”吗?

相较于同时代的系统,F-14属于飞跃性的进步。但受到设计需求及技术上的限制,F-14的多目标攻击能力实际上非常有限。不管是美国海军还是伊朗,也都没有在实战中用“不死鸟”导弹同时攻击过2个以上的目标。

如前文所述,“不死鸟”导弹发射前先以AWG-9雷达的“扫描同时追踪模式”分别锁定多个目标,解算出目标方位、高度、速度、导弹发射区与优先攻击顺序后发射导弹,其后AWG-9波束仍以2秒1次的频率接触目标,轮流为每枚导弹提供目标位置,直到距目标15-18公里开启导弹上的DSQ-26主动导引头为止。2秒1次的频率是保证中段指导精度的基础,而AWG-9雷达的机械扫描天线的转动速度可是有限的。AWG-9作一次范围最广的水平±65度、垂直8行的扫描,需要13秒的时间,为了保证2秒1次的接触频率,天线的扫描范围只能限制在水平±40度,垂直2行;或者水平±20度,垂直4行。显然,这只能涵盖很狭窄的空域,实战中很难有很多目标挤在这小片天空里。F-14必须将目标维持在扫描范围内,一旦目标逃出,导弹将无法及时修正弹道,当主动雷达导引头开启后,可能会找不到目标。

事实上“不死鸟”导弹唯一一次同时接战6个目标的公开试射,就暴露了局限性。为“配合”AWG-9的扫描范围,当时6架靶机是被挤在一个28公里宽、高 6100-7300米的空域,靶机间隔不超过600米,以0.6-1.1马赫的时速以直线向F-14A接近,且未进行大幅度机动,也没有实施电子干扰。即使这样宽松的环境,6枚导弹也只命中4架靶机。1枚脱靶是因为制造缺陷,还有一枚就是最外侧BQM-34的靶机飞到AWG-9的扫描范围之外。

即使是现在的AIM-120导弹,尽管可以仅靠旁波瓣来更新目标资料,但是显然的,载机仍须保持与目标间的雷达接触,才有可能持续提供滞空的AIM- 120目标位置的更新资讯,因此在AIM-120的中途导引阶段,目标不能逸出载机雷达的扫描范围。实际是,目标分别向不同方位作高速的爬升或俯冲,很快就会超出雷达侦测的范围。一但逸出,则随著时间的过去,导弹原先的预设拦截点位置与目标实际位置的误差将越来越大,考虑到主动雷达导引头的侦测距离与扫描角度都很小,当导弹到了预定拦截点开启导引头而找不到目标,只能自动引爆。

这些困难的根源,即在于机械扫描雷达的扫描速度和范围是相互矛盾的。因此就机械扫描雷达来说,所谓的多目标攻击并不实用,只有等到相控阵(ESA)雷达普及后,才能具备真正的多目标接战功能。不管是被动式还是主动式的相控阵雷达,从一个目标跳到另一个方位相差100度的目标不用1毫秒,换成机械扫描方式就至少需要近1秒的时间,两者相差超过1000倍:因此相控阵雷达即使把扫描范围扩大到120-140度,也仍然能够提供高精度、高更新率的目标资料。总而言之,相控阵雷达扫描范围的扩大,降低了目标机动逸出侦测范围的机率:而波束操作的灵活性,也消除了目标机动来逃脱侦测的可能,只有相控阵雷达能够充分发挥主动雷达中距弹的性能。

静默攻击现实吗

多目标攻击的难度还告诉我们,要想尽可能的提高中距空空导弹的命中率,最好要给它创造一个好环境,最好敌机就像靶机一样傻乎乎的,然而在实战中不能指望敌机自动“投怀送抱”,最好的方法就是——发动偷袭。载机依靠第三方制导实施静默发射。

所谓第三方制导,即指导弹载机(射手机)本身不负担导弹制导工作,而把制导权转交给其他友机(感测机),一般配合AIM-120之类的主动雷达制导导弹使用,可分为完全静默发射和射手中继制导两种方式。

完全静默发射时,需要感测机锁定日标,同时将目标资料透过Link 16之类的数据链转发给射手机,射手机接收后发射导弹,而导弹的中继指令修正由感测机的雷达提供,直到主动制导头开启。在这种作业方式下,射手机完全不需开启自身的射控雷达,仅需打开Link 16接收目标资讯即可,对方无法经由雷达信号察知射手机的存在,最多知道被感测机的雷达接触而已。不过由于射手机、感测机与目标间的相对位置不固定,某些情况下导弹可能会收不到感测机火控雷达发送的中继指令。

射手中继制导则是导弹发射后的中继修正指令上链,是由射手机火控雷达的旁波瓣转发由感测机传送的目标信息。在这种作业模式下,由于射手机雷达不能关闭,否则就会没有与导弹间的沟通渠道。不过由于射手机雷达不用直接指向目标,被目标察觉的机率较低。

完全静默发射的优势在于射手机完全不用开启自身雷达,但这种方式必须要由感测机直接提供中继指令给射手机的导弹,在现实将会遭遇许多技术困难。射手机探测目标然后发射导弹就会建立起坐标校准以及中继信号的频率、编码调谐,但若改由第3方的感测机来提供中继制导就有许多麻烦。首先,射手机与感测机的射控雷达的频率与编码必须同步,否则感测机即使向导弹发送指令,导弹也会认不得(因为它只认射手机指令);其次是感测机的坐标系也必须与导弹同步,否则导弹接收也只会造成混乱而已。例如美军就发现,受到惯导系统精度的限制,不同载台间的坐标不能同步,A机看到的目标坐标,在B机的看来却是另一个位置。这个同步动作对射手机本身来说很简单,但对作为第三者的感测机来说就很困难了。

目前雷达只能把讯息送给导弹,但导弹无法反过来向雷达回应其状态,因此难以在感测机与射手机射出的导弹间完成这种同步动作。虽然也可改成在射手机与感测机之间建立即时的坐标同步,从而间接的使感测机导弹间达到同步,但这种同步方式所需的时间与得到的精度,要达到导弹导引的要求也有许多困难,实际上几乎没有实用性。

因此目前主要还是射手中继制导方式,射手机还是要开启雷达以向导弹传输资料,并不是真正的”静默发射”。不过将来随著具备双向数据链功能的AIM-120D、流星等新型导弹的服役,或者搭配精度更高的GPS/惯性测量单元的普遍使用,也使各载台与导弹都能擭得GPS提供的绝对座标校准进而提高导航精确度,使惯导的误差从数十米降为不到数米,理论上就能使发射机雷达完全静默的第三者制导真正实现。

资料块:另一种静默发射

日本AAM-4空空导弹在与F-15J搭配时,是以l具独立的J/ARG-1修正指令发送装置来产生修正指令,再通过修改后的空对空答询器将指今调制成信号,然后借敌我识别天线(IFF)完成传输动作,无须透过机载雷达。这种方式的好处是可在保持雷达静默的情况下,借由第三者传来的目标资料执行上链动作,而且IFF一般都是开启的,比火控雷达更不易被敌方察觉。但缺点是需设有额外的指令产生装置。

资料块:再看“先视先射”

空战中“先下手为强”可算得上是一个不变法则,通过更长的雷达侦测距离与更远的武器射程,是否就一定能居于不败之地呢?其实未必,这个问题的关键战机和导弹之间的“最大脱离距离”。所谓最大脱离距离就是导弹击中目标时,撞击点与载机的距离,是空对空导弹的一项重要参数。当然,最大脱离距离越远越好,最好大于敌方导弹的最大脱离距离,才能避免遭遇反击。对近距空空导弹来说,由于导引头的探测距离有限,因此载机很难做到“光打人不挨打”。AIM-7“麻雀”这种半主动雷达制导中距弹糟糕的地方就在于,即使机载雷达探测距离较远,允许脱离的距离却很近。如果携带A1M-7M的战机在拦截携有近距空空导弹的目标时,虽然可以先视先射,但也可能被对方导弹击落。事实上美空军在20世纪80年代初期的红旗演习中,参演部队使用携带AIM-7F的F-15A,对抗假想敌部队携带AIM-9L的F-5E,多次发生二者同归于尽的情况。当然,这是一种极端的情况,现在也有了AIM-120等主动雷达导弹,但值得我们深入思考。

真实的空空导弹

随着空空导弹的大规模装备,很多原来很“玄乎”的空空导弹逐渐脱下他们神秘的外衣。这里我们就可以选取几种典型的导弹进行新的“解读”。

AIM-9L“响尾蛇”——一般资料都显示AIM-9L的最大射程为18公里左右,但这肯定这只是某种假设条件下的理想数值。从实际的攻击包线可以看出,在15000米的高空,AIM-9L在目标的后半球位置,有8公里左右的最大发射距离。在目标的前方,AIM-9L的导引头能在3000米左右发现目标,但是导弹的最小射程就有2000米,所以载机在发现目标后,只能飞1000米就必须发射导弹。这对于高速喷气战斗机来说,AIM-9L等于说很难从前半球发射。如果高度降到海平面,AIM-9L已经完全没有迎头攻击能力,就是在目标的后半球射程仅有2000米。这个结果也可以从实战中得到证明。巴基斯坦在 20世纪80年代于阿富汗边境发生的空战中,有8次确认的AIM-9L击落目标的战绩,但是巴基斯坦飞行员从来没有在超过5公里的距离上发射导弹。

R-73——这款有名的俄罗斯“响尾蛇斯基”射程也有夸大的问题。在公开的资料中,R-73在15000米对迎头目标的射程高达30公里,尾追的射程也有 10公里。但是流传到外部的俄罗斯空军手册却显示,这种射程对于像B-52这种大型轰炸机才可能达到。而对于战斗机,R-73的尾追有效攻击距离仅有8公里,迎头仅有10公里,在海平面这些数字都要减半。这还是面对开加力的战斗机,否则数字还要缩水。然而与AIM-9L相比,R-73在迎头攻击上有了很大的改善,这主要得益于R-73装有推力矢量装置。但是俄军手册仍然不提倡在目标正前方±30度的区域内发射导弹,可见在R-73上,迎头攻击仍然是个弱项。

R-27R/ER——有资料宣称标准的R-27R射程可以达到80公里,而增程型的R-27ER竟然达到了170公里。俄方宣称R-27战术性能指标全面超越美国的AIM-7M导弹,在某些方面也超过了AIM-120A导弹。然而实际上R-27R在15000米对迎头目标(战斗机)最大动力射程仅有60公里,R-27ER也就100公里,在尾追情况下又分别降到30公里和60公里。此外,这些数字也不能反映实战性能。就实际的战术使用来说,俄空军手册建议战机制导导弹缩用的雷达照射时间分别为:R-27R约15-20秒;R-27ER约30-40秒,由此换算出来的导弹最大有效距离也就是在30公里到50 公里左右,远低于宣传的数字

受限于现有的资料,像AIM-9X、AIM-120C、R-77-RVV-AE这类新型空空导弹的更深入的信息还没有披露。从性能上来说,它们肯定要强于那些第三代空空导弹。但是本文的目的在于说明空空导弹是一种非常复杂的武器子系统,无论是第三代还是第四代空空导弹,在使用时必须满足一些条件,必须同注意战场实际的环境,必须注意同载机及其他系统的配合。然而军工企业为了宣传的需要,所透露的性能数据往往是不切实际的,对于详细的制导方式以及限制更会讳莫如深。当然,民众没有必要也无法了解这些详细的情况,即使是有兴趣的军事爱好者也只能是管中窥豹。然而本文想对您说的,就是空空导弹是空战的主力武器,但需要在正确的时间、正确的地点和对正确的目标使用。这不但需要庞大、复杂的系统支持,人的准确判断和果断选择永远也不可缺少。


1
回复主贴
聚焦 国际 历史 社会 军事

猜你感兴趣

更多 >>
9条评论
点击加载更多

发表评论

更多精彩内容

热门话题

更多
广告 大型核武军事模拟 坦克 装甲 战机 航母
发帖 向上 向下
广告 关闭