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接上篇《盾和蛋之间的那点事(十九)——深入篇(十)》(原文链接:http://bbs.tiexue.net/post_11516101_1.html),继续导弹制导的相关话题。前篇讲过了,正是由于某型舰空导弹由陆上海的特殊背景,导致了该型导弹上舰后与舰载相控阵雷达出现了不匹配的现象,然而导弹的原始设计已无从修改,如果大幅改动导弹的气动布局设计,与研发一款新导弹的难度也相差无几了,完全失去了导弹由陆上海的最初目的——即降低研发难度和研发风险。既然导弹的设计无从修改,那么要解决导弹的制导难题就只能从改善导弹的制导方式上下手了,如何减轻“指挥官”的负担,使“指挥官”能抽出更多精力用于指挥其他“士兵”,这也是前篇讨论指挥官与士兵承担负担关系的出发点,那么某型舰空导弹应该如何改进制导方式以增强“士兵”的能力,减轻“指挥官”的负担呢?闲话少说,进入正题——

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舰空导弹的制导难题

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前篇讲过了,从制导方式的角度讲,遥控制导是“指挥官”负担最重的一种制导方式,自主制导正好相反,是“士兵”负担最重的一种制导方式,指挥官与士兵承担负担的关系就好比是一条扁担的两头,哪一头力量轻了就需要另一头顶上去,反过来哪一个能力较强就可以适当放宽对另一个的能力要求。遥控制导和自主制导共同构成了舰空导弹的中制导阶段,而中制导阶段与舰载指挥系统(指挥官)的联系是最大的,舰载雷达和指挥控制系统的水平直接决定了舰空导弹中段引导的水平,这也是神盾舰相比普通远程防空舰的最大优势所在,因此要减轻指挥官的负担就要从中制导阶段下手,也就是从遥控制导和自主制导这两种制导方式上下手。中制导阶段就好比士兵在野外大地图上,先通过各种方式被指挥官引导或自行抵达僵尸所在区域,逼近到离僵尸不远的位置,以便在开灯照亮目标后发出最后一击,其中指挥官引导的部分即为遥控制导,士兵在指挥官引导之外的自主行动即为自主制导。显然,士兵的能力越强,指挥官指挥的压力就越小,当一个士兵的能力足够强,有自我判断和自我行动能力时,指挥官就无需全程加以指挥,只在僵尸出现异动时(目标大幅机动)或士兵行动出错时(自主制导出现累积误差),指挥官才发出修正指令,将士兵引回到正途上。因此舰空导弹的中制导阶段又称为中段指令修正,它与无线电指令制导的区别就在于指令修正并不需要舰载雷达全程加以控制,而只是作为一种辅助性措施的存在,因为导弹还有其他制导方式在工作,即导弹的自主制导。换句话说,增强导弹的自主制导水平,就是降低指挥官(舰载雷达)所承受负担的最有效途径——一个聪明的士兵是不需要指挥官耗费太多精力去指挥的。总结来说,指挥官与士兵承担负担的关系为——遥控制导:“士兵越低能,越需要后方有一个高能的指挥官”;自主制导:“当士兵足够高能时,指挥官甚至可以放手不管”。

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关于自主制导我曾在《盾和蛋之间的那点事(七)》一文中详细介绍过,自主制导包括程序制导、惯性制导、GPS制导、地形匹配制导、景象匹配制导、星光制导、地磁制导等等,其中“地景星磁”四种制导方式一般用于陆攻巡航导弹、弹道导弹等远程对地攻击武器上,舰空导弹一般不会采用,舰空导弹可能会用到的自主制导方式只有前三种——程序制导、惯性制导和GPS制导。程序制导多用于舰空导弹的初始段,导弹从垂发发射出去后自动转向即是通过程序制导实现的,一般来说导弹在发射前就已经导入了相关参数,此外程序制导也有利于舰空导弹实现高抛弹道。不过程序制导在舰空导弹上的应用范围非常有限,程序制导的价值主要体现在对地攻击武器上。惯性制导是应用范围较为广泛的一种自主制导方式,不光是舰空导弹,几乎每一种类型的导弹上都可以看到惯性制导的存在。惯性制导的定义是:弹上制导系统利用惯性测量装置测出导弹的运动参数,形成制导指令,通过控制发动机推力的方向、大小和作用时间,把导弹自动引导到目标区。简单点说就是导弹在加入惯性制导后可以对自身的飞行姿态有所了解,并具备自主控制能力,即使在没有外部力量引导时(比如雷达受到干扰),也能继续按照预定飞行弹道保持正常的飞行状态。可见惯性制导赋予了导弹一定的自主控制能力,当用于打击机动性不高或者距离较近的目标时,导弹甚至完全不需要外部引导,全凭惯性制导完成全部中段自主飞行,进入末段后再由寻的制导接手,完成最后的精确一击。此外,导弹在引入惯性制导后,可以利用惯性测量装置测出导弹自身的运动参数,并通过双向数据链回传给舰载指挥系统,也就是说士兵不但具备了一定的自主行动能力,还能通过通讯装置将自己的行动状态(方位、速度、姿态等)通报给后方的指挥官。如此一来就可以大大减小舰载相控阵雷达跟踪己方导弹时的负担,即减少舰载雷达跟踪己方导弹所耗费的雷达资源。我们注意到某型舰空导弹还存在“信标应答信号强度弱”的问题,指的就是数据链收发信号的强度较弱,可以通过对数据链收发天线的改进来解决问题。

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

程序制导多用于导弹的航路规划

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

舰空导弹初始段的自动转向

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

惯性制导已广泛应用于导弹制导系统

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

相控阵雷达上的指令收发阵列

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前文讲了,惯性制导的引入可以让导弹获得一定的自主控制能力,当用于攻击机动性差或距离较近的目标时,导弹甚至可以不依赖任何外部指引,仅凭借惯性制导即可完成整个中段飞行过程,末段再由寻的制导接手完成最后一击,比如一些老式反舰导弹和对空导弹没有加装数据链,其中段飞行就完全凭借的是惯性制导。但这种情况只适用于对付机动性较差的目标,即使是对付水面舰艇这样的慢速目标,老式反舰导弹在没有引入数据链和中继制导时,也已经越来越不适应现代战争了,何况是用于对付高机动空中目标的舰空导弹呢?而且惯性制导还存在累积误差的问题,即随着时间和距离的增加惯性制导的误差会逐渐增大,当中制导的误差达到一定程度时,导弹的寻的末制导就无法实现正常交班,也就意味着导弹制导的失败。因此舰空导弹在用于攻击远距离机动目标时,仅凭惯性制导是绝对无法满足精确制导的要求的,必须要引入数据链和中段指令修正,舰载雷达(指挥官)的负担虽然得到一定程度的减轻,但实际意义仍然有限。

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

老式的鱼叉反舰导弹没有上数据链系统

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

鱼叉block2可以通过数据链介入导弹的操控

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

现在的中近程舰空导弹配备数据链也是大势所趋

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既然惯性制导不能完全满足舰空导弹中制导阶段自主制导的要求,那么一个最直接的改进方法就是对惯性制导自身的改进,为惯性制导系统配备更先进的制导组件,包括对惯性测量装置、弹载计算机和导弹姿态控制系统(也称为自动驾驶仪)的改进,从而提高惯性制导的制导精度。另外,不管哪一种自主制导方式在单独使用时都存在这样或那样的缺陷,因此一种自主制导方式往往是不能满足要求的,需要在多种自主制导方式共同作用下,才能有效提高“士兵”的自主行动能力。我在《盾和蛋之间的那点事(七)》中曾介绍过GPS/INS复合制导,GPS制导和惯性制导是一对完美搭档,两者的优缺点是互补的,两者结合可以成为一种非常理想的复合制导系统,可谓是自主制导方式中的经典之作。如今GPS/INS复合制导已经成为广泛应用的全程制导和中段制导技术,并普遍应用于制导炸弹和中远程空地导弹中,美国的JDAM制导炸弹、SDB小直径炸弹、SLAM远程空舰导弹、AGM-86空射巡航导弹等对地攻击武器都配备了GPS/INS。在防空导弹方面,标准-3反导导弹已经采用了GPS/INS用于中段制导,标准-6超远程舰空导弹也将配备GPS/INS,以减轻SPY-1相控阵雷达远程引导标准-6时的负担,标准-6在配备GPS/INS后将使非神盾防空舰也有可能具备远程引导标准-6的能力,并且GPS/INS也有利于标准-6实现超地平线打击能力,或者扩展标准-6的反舰/对陆攻击能力。但要注意的一点是,防空导弹上GPS/INS复合制导的目的与对地攻击武器并不相同,远程对地武器攻击的一般都是固定目标,因此GPS/INS可以成为对地武器的主制导方式,使对地攻击武器可以实现全自主攻击目标,但GPS/INS用于舰空导弹时就只能是辅助制导方式了,因为舰空导弹攻击的是机动目标,GPS/INS对舰空导弹的意义就在于增强“士兵”的自主行动能力,减轻后方“指挥官”的负担,这也是自主制导用于对空武器和对地武器的不同目的所在。

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

GPS-INS已广泛应用于对地武器

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

标准-3反导导弹配备了GPS-INS制导系统

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

在引入了GPS制导后,非神盾防空舰也可能具备引导超远程舰空导弹的能力

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GPS/INS复合制导将使舰空导弹的自主制导水平达到一个新的高度,惯性制导的累积误差可以由GPS定位来修正,如此一来舰空导弹可以始终对自身的飞行姿态保持一个较为精准的了解,并将自身的运动参数通过双向数据链回传给舰载雷达,舰载雷达也就无需耗费过多雷达资源用于对己方导弹的跟踪,从而缓解舰载雷达(指挥官)的“近视”问题。此外,除了改进舰空导弹的串行复合制导外,还可以从导弹的并行复合制导上加以改进,一个改进方向就是主/被动复合制导,在主动雷达制导的基础上再引入被动雷达制导或被动红外制导。前文讲过了,被动制导也是一种“发射后不管”的制导方式,引入被动制导可以部分缓解舰载雷达在舰空导弹末制导阶段的远程跟踪难题,提高导弹的攻击精度。并行复合制导的典型代表就是美国标准-2 block3B,弹上导引头加入了红外传感器并增加逻辑算法,提高了标准-2的多目标攻击能力,并且得到批量生产,成为美国宙斯盾舰的主力舰空导弹型号。

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

标准-2 Block IIIA和IIIB对比图,后者导弹侧面有很明显的红外导引头

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最后,要缓解舰载雷达跟踪目标的压力,还有必要大力发展其他类型的舰载探测、跟踪、火控系统,比如以红外探测和电视探测为代表的光电跟踪系统,可以对舰载跟踪雷达起到补充作用,并与舰载雷达、电子对抗设备、指挥控制系统等舰上设备组成综合一体化探测系统,也是提高神盾舰防空作战效率的有效措施。但光电探测跟踪系统只是舰载雷达的补充,而不是替代关系,关于舰载综合一体化探测系统,会在后续篇章中加以详谈,此处只点到即止。当然了,为缓解“指挥官”压力而提升“士兵”自身作战能力,也就意味着抬高了舰空导弹的成本,这就涉及到下一个问题——指挥官与士兵的成本关系,这是下篇要讨论的话题。

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

舰用红外探测系统

盾和蛋之间的那点事(二十)——深入篇(十一)

光电监视系统

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本篇至此告一段落,敬请期待下一篇《盾和蛋之间的那点事(二十一)——深入篇(十二)》,谢谢关注!

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附《盾和蛋之间的那点事》系列全收藏:

http://tlflaomao.blog.163.com/

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本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

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