SDB小直径炸弹~~~~~~~~

这个东东是好东东
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    自从联合制导攻击弹药（JDAM）问世后，传统炸弹不但具有了新的生命力，全球定位系统（GPS）也俨然成为灵巧炸弹制导的新主流。只是传统炸弹改装的JDAM体积大，美国空军新一代战斗机F-22、F-35的机内武器舱装不了几枚，为了让隐形战斗机也拥有可观的载弹量，具备革命性的空中攻击能力，美国空军从20世纪90年代中期就开始发展小型制导炸弹，而项目成果就是让世人耳目一新的小直径炸弹。
　　2006年5月22日，波音公司正式公布了一种小型、轻量化、可进行精确攻击的新一代空对面攻击武器。这种被称为小直径炸弹（Small Diameter Bomb）的新武器重129千克（285磅），适用于美国空军所有的战斗机和轰炸机。轰炸机挂载这种炸弹的话，不仅可以挂载相当过去4倍的炸弹数量，而且还能从更远的距离外发射。小直径炸弹采用先进的抗干扰全球定位系统加惯性导航系统进行制导，部署在战区周围的差分全球定位系统（differential GPS）地面控制站提供修正后的卫星信号，可使炸弹的最佳命中精度达到1.2米之内。美国空军内部的一份刊物指出：这种炸弹“可摧毁建筑物内的某间屋子里的目标，但不会使建筑物倒塌，甚至不会损坏屋内的地板和天花板。”


波音研制的第一代小直径炸弹——GBU-39
　　小直径炸弹堪称美国空军史上发展最快速与最成功的武器之一，对未来的战斗机采购、部队结构规划正产生重大影响。根据美国空军和防务业界的说法，由于这种炸弹体积小重量轻，所以每架战斗机能挂载更多的炸弹，每个飞行架次能攻击多个目标，使战斗机的对地攻击方式产生革命性变化。举例来说，现役战斗机中最先可挂载小直径炸弹的F-15E“打击鹰”（Strike Eagle）能够外挂20枚SDB；第二种可挂载小直径炸弹的是F-16，之前的典型载弹量是2枚907千克（2000磅）级或4枚227千克（500磅）级的精确制导炸弹，改为小直径炸弹后的载弹量增加到8枚，因此F-16每飞行架次就能攻击8处地面目标。
　　而F-35A联合打击战斗机（Joint Strike Fighter），机内武器舱的最大可容纳907千克的炸弹，机翼挂架则能外挂4枚907千克炸弹，换成小直径炸弹的话就能内置8枚、外挂16枚。如此一来，一架F-35A每个飞行架次就能攻击24个地面目标。换言之，此时一架F-35A的地面攻击目标数量将是挂载传统精确制导炸弹F-16的6到12倍。至于F-22，可以在武器舱内挂载8枚，也具有客观的攻击能力。
　　由于每架战斗机的攻击能力将大幅提升，以往需要多架战斗机、多次飞行才能完成的攻击任务，以后可能只要一架战斗机、一次飞行就完全搞定了。
小直径炸弹的诞生
　　小直径炸弹起源于20世纪90年代中期由美国空军实验室（US Air Force Research Laboratory）主导的一系列武器研究项目，其中包括：小型弹药技术（Miniature Munitions Technology）、灵巧多联炸弹弹射挂架（Smart Multiple Ejection Rack）、小型弹药技术验证（Miniature Munitions Technology Demonstration）项目和小型增程灵巧炸弹（SSB-REX）项目。当时的美国空军在对付坚固工事目标时，只能用轰炸机或大型战斗机挂载大型穿透炸弹（penetration bomb）进行攻击，但这种炸弹无法塞入美国空军下一代战斗机F-22和F-35的机身弹舱内。这两种新战斗机一旦正式服役，美国空军将缺乏足够的空中打击能力。为了填补这项空白，美国空军急需一种小尺寸的精确制导炸弹，要求重量只有现役Mk82炸弹（227千克/500磅）的一半，长度不能超过1.83米，直径15.25厘米，能塞进F-22和F-35的弹舱中。高碳钢制的战斗部重73千克，内置至少22.7千克的高爆炸药，足以穿透1.8米深的钢筋水泥结构，能对付907千克级BLU-109/B炸弹80%的目标。美国空军所有的战斗机，尤其是F-22和F-35，都能挂载这种足以摧毁敌方坚强工事的高破坏力炸弹。








小型弹药技术验证（Miniature Munitions Technology Demonstration）项目提出的小型弹药方案


1998年1月，美国空军把当时进行中的小型灵巧炸弹项目和低成本自动化攻击系统（Low Cost Autonomous Attack System）项目合并，成为小型弹药能力（Miniature Munitions Capability）项目。由美国空军研究实验室的弹药处（Munitions Directorate）协同波音、洛马（Lockheed Martin）、诺格（Northrop Grumman）、雷声（Raytheon）4家公司，研究发展这这种新型炸弹。项目的目标在于发展出一种重量只有113千克（250磅）的小尺寸炸弹，能让F-22内置4枚，但爆炸威力足以摧毁导弹阵地、桥梁、以及其它一向只有907千克级炸弹才能应付的目标。




波音公司的小型增程灵巧炸弹方案，采用了栅格尾翼


在1999年的科索沃（Kosovo）战争中，由于当地恶劣的天气和防空系统，以及攻击目标和平民区杂处，使美国空军难以对地面展开有效攻击。战后的检讨报告促使小直径炸弹加快了发展脚步。
　　2001年4月，美国空军用武器实验结余经费加上国会增拨的年度预算，在埃埃格林空军基地（Eglin AFB）成立小直径炸弹项目办公室，当年6月29日向业界发出方案邀请书（Request for Proposal）。2001年9月28日，美国空军从提交方案的波音、洛马、雷声3家公司中选定波音和洛马各进行为期2年的小直径炸弹零组件先期发展（Component Advanced Development）。波音和洛马各获得4700万美元的经费，在这段期间内发展并测试各自的炸弹和弹射挂架，进行一系列的空中抛投测试。美国空军在需求中规定新炸弹的性能可为量阶段渐进发展，第一阶段（Increment I，增量I）的产品只需攻击固定目标，第二阶段（Increment II，增量II）的产品则要能攻击机动目标。
　　波音公司的小直径炸弹是以该公司生产的联合制导攻击弹药（Joint Direct Attack Munition）为基础，辅以该公司参与小型炸弹技术项目、灵巧多联炸弹弹射挂架项目、小型灵巧炸弹增程项目的研究成果，以及英国MBDA导弹系统公司（MBDA Missile Systems）研发的钻石背（Diamond Back）增程折叠翼，第二阶段攻击机动目标所需的引导头由诺格公司负责提供。洛马公司的设计则以该公司联合空对面防区外导弹（Joint Air-to-Surface Standoff Missile）为基础，搭配风修正弹药布撒器（Wind-Correction Munitions Dispenser）的尾锥组件。第一阶段产品波音的设计编号是GBU-39，洛马的是GBU-41，后续加装终端制导的第二阶段产品，编号则分别是GBU-40（波音）和GBU-42（洛马）





GBU-40外形图，由于要攻击机动目标，所以在弹头增加了引导头


统发展验证
　　2003年8月28日，美国空军评估了两公司的设计和试飞结果后，选定波音设计的小直径炸弹，由该公司继续进行后续为期36个月的系统发展验证（System Development and Demonstration），合同金额1.88亿美元。波音的小直径炸弹系统在该阶段多次飞行测试中表现出了非常良好的性能。
　　2004年12月13日及15日，系统发展验证阶段的第15和第16次飞行测试是美国空军的首次实弹测试，测试内容涵盖了炸弹、可挂载4枚炸弹的气动式弹射炸弹架、支持装备、后勤、任务规划的全系统功能。一架F-15E在墨西哥湾测试场上空4500米处，成功抛投安装钻石背增程组件的小直径炸弹，顺利击中一个计分板和一辆俄制导弹发射车。



2004年8月14日试飞中，装上钻石背增程组件飞向目标的小直径炸弹


2005年5月11日，美国空军一架F-15E在墨西哥湾测试场上空9150米处抛投一枚小直径炸弹，炸弹滑翔88公里后顺利击中目标，撞击点距离预定命中点仅86厘米。这是炸弹飞行距离最远的一次测试。






1枚小直径炸弹在飞行测试中准确击中目标，贯穿钢筋水泥掩体，炸毁掩蔽于碉堡内的战斗机
2005年5月26日，美国空军测试全球定位系统干扰信号对炸弹的影响。一枚小直径炸弹在墨西哥湾测试场上空8700米处抛投，滑翔约56公里后击中目标，距离预定命中位置2米。
　　波音公司也测试了无人机抛投小直径炸弹的能力，2004年4月18日，一架波音公司为美国空军发展的X-45B从爱德华空军基地起飞，在全球定位系统的辅助下以每小时710公里的速度在10700米高空投下一枚小直径炸弹的哑弹，炸弹落在距离目标卡车1米以内的位置。






　　2005年8月25日，一架F-15E战斗机以机上的2具BRU-61炸弹架，在埃格林空军基地上空4500米高度抛投了4枚小直径炸弹，攻击4处距离约37公里的分散目标，其中3处是军用卡车，第4处是3.66米长的船运货柜，4枚小直径炸弹都顺利击中目标。
　　至此，系统发展验证阶段中的发展测试（Development Test）宣告顺利结束。
　　2005年11月，美国空军开始进行小直径炸弹的作战测试评估（Operational Test and Evaluation），发现弹体的全球定位系统有问题。为了不影响项目的发展进度，项目办公室组织成立一个独立审查小组，成员都来自其它项目办公室、参谋部门以及业界，负责审查弹体并寻求解决方案 。经过一个半月的努力后，小组找出了最可能的故障原因和解决方案。2006年5月，作战测试评估也顺利宣告结束。
　　小直径炸弹在系统发展验证期间共进行了37次飞行测试，其中35次以接近精确攻击的准确度成功击中目标，成功率超过90%，攻击距离也远超过规格书中所订的74公里（40海里）。项目办公室将此归功于弹体的基本设计优异以及严格的进度管理，自从2001年9月正式进入发展阶段后，项目的任何节点都没出现过延误，也一直满足在2006年底前部署的时限要求。

　　2005年4月22日，美国空军宣布第一代小直径炸弹开始低速率初期生产（Low-Rate Initial Production），美国空军以1850万美元采购第一批次（Lot 1）201枚GBU-39小直径炸弹和35具BRU-61炸弹架，以及部署在战区内用于提高炸弹攻击精确度的“精确度支持基础结构”（Accuracy Support Infrastructure），也就是遥控地基（ground-based）全球定位系统差分传感器。这批采购品要求在2006年底前开始交货。
　　2005年10月31日，美国空军追加小直径炸弹的第二批次采购，以3830万美元的金额采购567枚GBU-39和140具炸弹架，要求在2007年9月底前全部交货完毕。
　　2006年5月22日，波音在密苏里州的圣查尔斯（St.Charles）武器工厂举行出厂典礼，正式把第一枚生产型GBU-39交付美国空军。2006年7月7日，位于英国莱肯希思（Lakenheath）空军基地的第48战斗机联队成为第一支接收GBU-39的美国空军战斗机部队。2006年7月10日，该联队第494战斗机中队的4架F-15E“打击鹰”（Strike Eagle）以4机编队的方式首次进行GBU-39作战训练，飞越训练场上空时一次投下16枚GBU-39模拟攻击16个目标。现场监控录像显示这16枚炸弹完全击中目标，目标附近的建筑物则毫发无损，完全展现小直径炸弹优异的精确攻击性能。
　　2006年10月GBU-39在伊拉克战场首次参加实战。

　一套小直径炸弹系统包括4枚GBU-39小直径炸弹、弹体上的钻石背增程翼面、和一具可挂载4枚炸弹的BRU-61炸弹架。全套装备重664千克、长3.6米、宽0.4米、高0.4米，由一部个人计算机型态的任务规划系统（Mission Planning System）安排各枚炸弹的攻击目标。美国空军对小直径炸弹有一项关键性需求，就是必需能摧毁14种难易不等的目标，如指挥控制通信中心、防空导弹基地、油库、机场、基础工事…等，大约涵盖了典型空袭行动会遇到目标的80%。


F-15E通过BRU-61/A炸弹架挂载20枚小直径炸弹
GBU-39和美国空军目前的主力炸弹JDAM采用完全相同的制导技术，以全球定位系统加惯性导航引导炸弹攻击目标，唯一不同的是JDAM是用配有4片飞行控制翼面，内有制导控制系统的不锈钢尾椎组件来替换传统航空炸弹的尾锥，为传统炸弹赋予新的“头脑”和“翅膀”；而GBU-39则是一枚包括弹头、飞行控制面、以及制导系统在内的全新炸弹。
　　波音生产的GBU-39长1.78米，直径19厘米，重量130千克（285磅），穿透性爆破碎片钢制弹头重93千克，电子引信可由飞行员在抛投前选择爆炸方式。GBU-39是一种具有907千克级炸弹破坏力的全天候近似精确制导（near-precision-guided）炸弹。在官方公布的数据中，GBU-39的最佳圆概率误差（Circular Error Probable）只有3米，抛投距离最远达74公里，威力足可穿透1.83米厚的钢筋混凝土结构。



BU-39侧面图
GBU-39挂在炸弹架上时，弹体下方是钻石背增程翼面组件。这是一套4片式长条型翼面，平常折叠收纳在弹体上方的铝制硬盒内。炸弹被抛离后，弹体会先上下翻转使钻石背组件转到上方，组件内的热电池（thermal battery）再驱动电动机带动一个螺杆（screwjack）装置，把构成弹翼的2片长条形翼面向外张开，形成一个三角形的飞行翼面，以增加炸弹的滑翔距离。


完整的GBU-39弹翼组件
钻石背增程翼面组件是英国MBDA公司的产品，该公司早在1994年就开始发展钻石背。1997年2月到3月间，在美国空军武器综合设计技术项目（Weapons Integration Design Technology Program）中，麦道公司（McDonnell Douglas）对钻石背进行了1:2.5比例的小尺寸模型风洞吹试，大约200次吹试的结果显示即使在2倍音速下，钻石背组件与炸弹仍能安全脱离载机。2000年4月到12月间，波音与美国空军合作用一架F-16挂载JDAM和小型灵巧炸弹，进行了7次的钻石背飞行测试。根据官方公布早期的测试结果，钻石背可让基本型JDAM的航程增加3倍。钻石背目前已经可以安装在JDAM、风修正弹药布撒器以及GBU-39上，可使炸弹有更远的滑翔距离，让载机远离敌方防空系统的威胁。




钻石背增程翼面组件的展开过程
BRU-61/A灵巧炸弹挂架可挂载4枚GBU-39，有4个压缩空气弹射挂架，由英国Ultra Electronics精确空中系统公司依据高压气体产生器（High Pressure Air Generator，HiPPAG）技术发展而来。高压空气驱动的弹射挂架，使炸弹在超音速情况下仍能安全脱离载机。炸弹架具有自己的航电设备，用于炸弹管理和制定作战计划，因此很容易与各种飞机整合，也很容易安装在不同的作战平台上。高压气体弹射与传统的装药弹射方式相比，可以节约维修经费和使用成本。




BRU-61/A灵巧炸弹挂架
GBU-39使用的多用途穿透性爆炸弹头安装美国卡曼·迪龙公司（Kanan Dayorn）生产的电子联合可编程引信（Joint Programmable Fuse，美军编号FMU-152A/B）。这种引信能让飞行员能在飞行途中、抛投炸弹前（不是在战斗机起飞前）针对目标的变化而改变引信设定，让炸弹有不同的爆炸方式。


针对软目标，GBU-39就采用空爆方式
联合可编程引信也适用于美国海空军库存中主要的制导和非制导炸弹，在对付强化工事的地下目标时，可设定为延迟引信；在对付地面上的集中目标时，可设定成撞击引信；在搭配近距离传感器攻击区域目标时，可设定成空中引爆引信。卡曼·迪龙公司表示联合可编程引信能应付多种状况，可取代目前现役的多种引信。


联合可编程引信
任务规划系统硬件架构就是一部个人计算机，能自动综合载机和武器的配置情况，对多处轰炸点的复杂目标规划连续性攻击，并可让任务规划人员计划、分析、储存、和下载任务信息，让小直径炸弹能通用在战斗机、轰炸机、或无人机上。在小直径炸弹飞行测试期间，验证了通过“窗口”（Window）的操作接口时，每个任务的规划时间不到1分钟。



无破片炸弹
　　除了让小直径炸弹具备攻击机动目标的能力外，为了减少附带伤害，美国空军研究了一种无爆破碎片（shrapnel-free）小直径炸弹，被称为集中致命性弹药（Focused Lethality Munition）。这种炸弹在现有小直径炸弹内装入新型重钝性金属爆破药（Dense Inert Metal Explosive），并把原本爆破距离可达600米远的钢制弹头外壳改为复合材料。新炸药产生的爆破风压较小，但爆炸点附近的爆破脉冲（impulse）会增大，而复合材料外壳在爆炸后会破裂成伤害较小的小碎片，不会如钢制破片四处乱飞造成附带伤害。而且复合材料外壳耗费的爆炸能量较少，爆炸威力更能集中在有限范围内。新炸弹的重量、外形、尺寸完全没有改变，采用复合材料弹头外壳所减轻的重量全被较重的高爆炸药抵销了


第二代小直径炸弹

　　增量II小直径炸弹的规格在第一代的基础上加上了数据链和引导头，可以攻击地面和水面上的机动目标，如军车或船舰。载机通过数据链可迅速更新炸弹攻击目标位置，引导头则让炸弹在浓雾、沙尘、暗夜、恶劣天候…等可见度为零的情况下，攻击机动目标，而且引导头最起码要辨认出履带式车辆和轮胎式车辆，也就是能分辨出军车和民用车。要满足这项要求，引导头必需具备被动式红外、半主动激光、以及毫米波雷达3种制导能力，炸弹先以全球定位信号飞向目标，进入攻击阶段时通过半主动激光获取目标，用毫米波雷达持续跟踪，在最后的终端制导阶段以红外传感器来分辨目标，完成最后的精确攻击。
　　这3种制导方式都已经独立使用在其它导弹中，都是成熟的技术，难点是如何将这3种制导方式整合在一起，在这么小的弹体内装下这3种制导装置。
　　洛马之前已经为美国陆军发展联合通用导弹（Joint Common Missile），预定用来取代可攻击机动目标的空射型“地狱火”（Hellfire）导弹和“小牛”（Mavericks）导弹，洛马将以这种导弹的三模式引导头为基础做为增量II小直径炸弹的引导头，但由于原先的设计无需辨认目标，因此需要加上这一功能。雷声公司为美国陆军未来的非视线发射系统（Non-Line-of-Sight Launch System）的改进型精确攻击导弹（Improved Precision Attack Missile）发展了引导头，这也是该公司为增量II小直径炸弹所准备的引导头，但性能会稍微降低。
　　波音的增量II小直径炸弹弹体设计编号GBU-40，以GBU-39为基础。雷声公司的增量II小直径炸弹设计编号GBU-53，以该公司生产的联合防区外武器（Joint Stand-Off Weapon）为蓝本，但尺寸会缩小。雷声公司的炸弹模型于2006年5月开始在坎萨斯州的国家航空研究所（National Institute for Aviation Research）进行风洞吹试。


GBU-53外形


2009年4月，雷声公司完成了首枚GBU-53的试射，6月完成了数据链试验，7月完成了挂载飞行测试。随后，雷声公司连续21天进行了26次飞行试验，验证了三模式导引头间的无缝转换能力。波音公司的进展则不尽人意。

　　2010年8月，美国空军选定雷声公司的GBU-53作为增量II小直径炸弹。根据空军与雷声公司签署的4.5亿美元合同，雷声公司进入GBU-53的工程制造与发展阶段。至此，长达五年的波音与雷声公司之间的合同竞争结束了。增量II小直径炸弹完成了风险削减，全面进入了新的发展阶段。


GBU-53进行挂飞测试
　　GBU-53长1.76米、翼展1.68米、弹径150-180毫米，重93千克，最大射程100公里，尺寸与GBU-39接近，但重量更轻。两者在外观上的最大不同是GBU-53具有透明弹头，里面安装了导引头的卡塞格林光学结构，以满足三模式引导头对于红外和激光制导要求。其次GBU-53采用了结构简单的2片可折叠的大展弦比平直弹翼，而不是GBU-39的钻石背。
　　GBU-53的结构分成导引头、全球卫星定位系统辅助的惯性导航系统（GPS/INS）、电子设备舱、聚能-爆破多效应战斗部、热电池、数据链舱、尾翼/伺服舱、弹翼等部分，尾部有针形和刀形天线，分别用于接收GPS和“武器数据链结构”（WDLA）的信号。值得一提的是GBU-53还安装了弹出式空气涡轮发电机，可以在飞行中驱动微型发电机为导引头供电，降低了对热电池供电要求。和GBU-39一样，GBU-53的主弹翼和尾弹翼在挂载状态都是折叠的，抛投后弹体翻转，展开弹翼。


头部的卡塞格林光学反射镜


GBU-53结构图


GBU-53继续沿用BRU-61挂架


       与只能攻击静止目标的GBU-39相比，GBU-53的作战模式更为灵活：
　　标准攻击：炸弹预先装订目标数据，利用GPS/INS制导攻击地面静止目标，以末制导方式攻击地面的机动目标。
　　协同攻击：炸弹通过数据链获取来自其它飞机或地面人员的目标数据，对目标进行攻击。
　　即时攻击：炸弹利用末制导对时敏目标进行攻击，或在飞行过程中通过数据链重新装订新的目标数据，对新目标进行攻击。
　　2012年7月17日，一架F-15E在白沙导弹靶场的测试中投下一枚GBU-53，炸弹利用自己的三模式导引头成功获取、跟踪目标，并引导炸弹直接命中移动目标。
　　2013年1月，F-35“闪电II”战斗机在弹舱内测试了同时挂载4枚GBU-53和一枚AIM-120的配置，炸弹与内侧和外侧舱门间都留出了足够的间隙，证明了GBU-53与F-35的兼容性。
　　2014年9月和2015年2月，在对机动目标的两次实弹测试中，两枚GBU-53都成功击中了机动目标。美国空军批准该弹进入低速率初始生产（LRIP），首批炸弹有望在2015夏交付。


F-35对GBU-53进行匹配性测试


这是F-22的弹舱

结语
　　小型精确攻击炸弹对战争型态产生了革命性的影响，要明了其影响的深远，需要先以战斗机观点来看传统的轰炸行为。1991年第一次海湾战争前，要击中特定的瞄准点，战斗机至少得投下6枚传统炸弹，这和目标的防空严密与否无关，纯粹是炸弹命中率低下。而一个目标，如空军基地、工厂、导弹阵地，就不只一个瞄准点，因此一个目标就必须动用好几架飞机去轰炸。其中有些飞机可能因机械故障或被敌机攻击而无法飞抵目标，所以如果是高价值目标，就要有后备机待命。一场战争中，经常得在特定时段、特定几天、特定几个星期内攻击数个、数百个、数千个目标，大量的飞机调度和庞大的弹药消耗构成很沉重的后勤负担，更糟的是未击中目标的炸弹们随处乱飞，造成严重的附带损伤。
　　因此如果现在一架战斗机就能攻击一个、甚至多个目标，对空军至少有三个重要的影响：一、少数的飞行架次就能达成任务，飞机和人员都大大松了口气；二、飞机可在防空导弹射程外投掷炸弹，降低了飞机被击落、机员被俘掳的风险；三、炸弹不会四处乱飞，降低了附带损伤。
　　根据美国近年来的一些对外冲突经验，人口稠密区未来也将成为战争的场景，美军进行轰炸时的重要考虑之一就是尽量避免附带伤害。小直径炸弹能满足这些需求，因此往后百机临空、万弹齐投的轰炸场面将成为昨日黄花，取而代之的是神不知、鬼不觉，神龙见首不见尾，由九天之外直袭目标的小直径炸弹了。

这个东东是好东东
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    自从联合制导攻击弹药（JDAM）问世后，传统炸弹不但具有了新的生命力，全球定位系统（GPS）也俨然成为灵巧炸弹制导的新主流。只是传统炸弹改装的JDAM体积大，美国空军新一代战斗机F-22、F-35的机内武器舱装不了几枚，为了让隐形战斗机也拥有可观的载弹量，具备革命性的空中攻击能力，美国空军从20世纪90年代中期就开始发展小型制导炸弹，而项目成果就是让世人耳目一新的小直径炸弹。
　　2006年5月22日，波音公司正式公布了一种小型、轻量化、可进行精确攻击的新一代空对面攻击武器。这种被称为小直径炸弹（Small Diameter Bomb）的新武器重129千克（285磅），适用于美国空军所有的战斗机和轰炸机。轰炸机挂载这种炸弹的话，不仅可以挂载相当过去4倍的炸弹数量，而且还能从更远的距离外发射。小直径炸弹采用先进的抗干扰全球定位系统加惯性导航系统进行制导，部署在战区周围的差分全球定位系统（differential GPS）地面控制站提供修正后的卫星信号，可使炸弹的最佳命中精度达到1.2米之内。美国空军内部的一份刊物指出：这种炸弹“可摧毁建筑物内的某间屋子里的目标，但不会使建筑物倒塌，甚至不会损坏屋内的地板和天花板。”


波音研制的第一代小直径炸弹——GBU-39
　　小直径炸弹堪称美国空军史上发展最快速与最成功的武器之一，对未来的战斗机采购、部队结构规划正产生重大影响。根据美国空军和防务业界的说法，由于这种炸弹体积小重量轻，所以每架战斗机能挂载更多的炸弹，每个飞行架次能攻击多个目标，使战斗机的对地攻击方式产生革命性变化。举例来说，现役战斗机中最先可挂载小直径炸弹的F-15E“打击鹰”（Strike Eagle）能够外挂20枚SDB；第二种可挂载小直径炸弹的是F-16，之前的典型载弹量是2枚907千克（2000磅）级或4枚227千克（500磅）级的精确制导炸弹，改为小直径炸弹后的载弹量增加到8枚，因此F-16每飞行架次就能攻击8处地面目标。
　　而F-35A联合打击战斗机（Joint Strike Fighter），机内武器舱的最大可容纳907千克的炸弹，机翼挂架则能外挂4枚907千克炸弹，换成小直径炸弹的话就能内置8枚、外挂16枚。如此一来，一架F-35A每个飞行架次就能攻击24个地面目标。换言之，此时一架F-35A的地面攻击目标数量将是挂载传统精确制导炸弹F-16的6到12倍。至于F-22，可以在武器舱内挂载8枚，也具有客观的攻击能力。
　　由于每架战斗机的攻击能力将大幅提升，以往需要多架战斗机、多次飞行才能完成的攻击任务，以后可能只要一架战斗机、一次飞行就完全搞定了。
小直径炸弹的诞生
　　小直径炸弹起源于20世纪90年代中期由美国空军实验室（US Air Force Research Laboratory）主导的一系列武器研究项目，其中包括：小型弹药技术（Miniature Munitions Technology）、灵巧多联炸弹弹射挂架（Smart Multiple Ejection Rack）、小型弹药技术验证（Miniature Munitions Technology Demonstration）项目和小型增程灵巧炸弹（SSB-REX）项目。当时的美国空军在对付坚固工事目标时，只能用轰炸机或大型战斗机挂载大型穿透炸弹（penetration bomb）进行攻击，但这种炸弹无法塞入美国空军下一代战斗机F-22和F-35的机身弹舱内。这两种新战斗机一旦正式服役，美国空军将缺乏足够的空中打击能力。为了填补这项空白，美国空军急需一种小尺寸的精确制导炸弹，要求重量只有现役Mk82炸弹（227千克/500磅）的一半，长度不能超过1.83米，直径15.25厘米，能塞进F-22和F-35的弹舱中。高碳钢制的战斗部重73千克，内置至少22.7千克的高爆炸药，足以穿透1.8米深的钢筋水泥结构，能对付907千克级BLU-109/B炸弹80%的目标。美国空军所有的战斗机，尤其是F-22和F-35，都能挂载这种足以摧毁敌方坚强工事的高破坏力炸弹。








小型弹药技术验证（Miniature Munitions Technology Demonstration）项目提出的小型弹药方案


1998年1月，美国空军把当时进行中的小型灵巧炸弹项目和低成本自动化攻击系统（Low Cost Autonomous Attack System）项目合并，成为小型弹药能力（Miniature Munitions Capability）项目。由美国空军研究实验室的弹药处（Munitions Directorate）协同波音、洛马（Lockheed Martin）、诺格（Northrop Grumman）、雷声（Raytheon）4家公司，研究发展这这种新型炸弹。项目的目标在于发展出一种重量只有113千克（250磅）的小尺寸炸弹，能让F-22内置4枚，但爆炸威力足以摧毁导弹阵地、桥梁、以及其它一向只有907千克级炸弹才能应付的目标。




波音公司的小型增程灵巧炸弹方案，采用了栅格尾翼


在1999年的科索沃（Kosovo）战争中，由于当地恶劣的天气和防空系统，以及攻击目标和平民区杂处，使美国空军难以对地面展开有效攻击。战后的检讨报告促使小直径炸弹加快了发展脚步。
　　2001年4月，美国空军用武器实验结余经费加上国会增拨的年度预算，在埃埃格林空军基地（Eglin AFB）成立小直径炸弹项目办公室，当年6月29日向业界发出方案邀请书（Request for Proposal）。2001年9月28日，美国空军从提交方案的波音、洛马、雷声3家公司中选定波音和洛马各进行为期2年的小直径炸弹零组件先期发展（Component Advanced Development）。波音和洛马各获得4700万美元的经费，在这段期间内发展并测试各自的炸弹和弹射挂架，进行一系列的空中抛投测试。美国空军在需求中规定新炸弹的性能可为量阶段渐进发展，第一阶段（Increment I，增量I）的产品只需攻击固定目标，第二阶段（Increment II，增量II）的产品则要能攻击机动目标。
　　波音公司的小直径炸弹是以该公司生产的联合制导攻击弹药（Joint Direct Attack Munition）为基础，辅以该公司参与小型炸弹技术项目、灵巧多联炸弹弹射挂架项目、小型灵巧炸弹增程项目的研究成果，以及英国MBDA导弹系统公司（MBDA Missile Systems）研发的钻石背（Diamond Back）增程折叠翼，第二阶段攻击机动目标所需的引导头由诺格公司负责提供。洛马公司的设计则以该公司联合空对面防区外导弹（Joint Air-to-Surface Standoff Missile）为基础，搭配风修正弹药布撒器（Wind-Correction Munitions Dispenser）的尾锥组件。第一阶段产品波音的设计编号是GBU-39，洛马的是GBU-41，后续加装终端制导的第二阶段产品，编号则分别是GBU-40（波音）和GBU-42（洛马）





GBU-40外形图，由于要攻击机动目标，所以在弹头增加了引导头


统发展验证
　　2003年8月28日，美国空军评估了两公司的设计和试飞结果后，选定波音设计的小直径炸弹，由该公司继续进行后续为期36个月的系统发展验证（System Development and Demonstration），合同金额1.88亿美元。波音的小直径炸弹系统在该阶段多次飞行测试中表现出了非常良好的性能。
　　2004年12月13日及15日，系统发展验证阶段的第15和第16次飞行测试是美国空军的首次实弹测试，测试内容涵盖了炸弹、可挂载4枚炸弹的气动式弹射炸弹架、支持装备、后勤、任务规划的全系统功能。一架F-15E在墨西哥湾测试场上空4500米处，成功抛投安装钻石背增程组件的小直径炸弹，顺利击中一个计分板和一辆俄制导弹发射车。



2004年8月14日试飞中，装上钻石背增程组件飞向目标的小直径炸弹


2005年5月11日，美国空军一架F-15E在墨西哥湾测试场上空9150米处抛投一枚小直径炸弹，炸弹滑翔88公里后顺利击中目标，撞击点距离预定命中点仅86厘米。这是炸弹飞行距离最远的一次测试。






1枚小直径炸弹在飞行测试中准确击中目标，贯穿钢筋水泥掩体，炸毁掩蔽于碉堡内的战斗机
2005年5月26日，美国空军测试全球定位系统干扰信号对炸弹的影响。一枚小直径炸弹在墨西哥湾测试场上空8700米处抛投，滑翔约56公里后击中目标，距离预定命中位置2米。
　　波音公司也测试了无人机抛投小直径炸弹的能力，2004年4月18日，一架波音公司为美国空军发展的X-45B从爱德华空军基地起飞，在全球定位系统的辅助下以每小时710公里的速度在10700米高空投下一枚小直径炸弹的哑弹，炸弹落在距离目标卡车1米以内的位置。






　　2005年8月25日，一架F-15E战斗机以机上的2具BRU-61炸弹架，在埃格林空军基地上空4500米高度抛投了4枚小直径炸弹，攻击4处距离约37公里的分散目标，其中3处是军用卡车，第4处是3.66米长的船运货柜，4枚小直径炸弹都顺利击中目标。
　　至此，系统发展验证阶段中的发展测试（Development Test）宣告顺利结束。
　　2005年11月，美国空军开始进行小直径炸弹的作战测试评估（Operational Test and Evaluation），发现弹体的全球定位系统有问题。为了不影响项目的发展进度，项目办公室组织成立一个独立审查小组，成员都来自其它项目办公室、参谋部门以及业界，负责审查弹体并寻求解决方案 。经过一个半月的努力后，小组找出了最可能的故障原因和解决方案。2006年5月，作战测试评估也顺利宣告结束。
　　小直径炸弹在系统发展验证期间共进行了37次飞行测试，其中35次以接近精确攻击的准确度成功击中目标，成功率超过90%，攻击距离也远超过规格书中所订的74公里（40海里）。项目办公室将此归功于弹体的基本设计优异以及严格的进度管理，自从2001年9月正式进入发展阶段后，项目的任何节点都没出现过延误，也一直满足在2006年底前部署的时限要求。

　　2005年4月22日，美国空军宣布第一代小直径炸弹开始低速率初期生产（Low-Rate Initial Production），美国空军以1850万美元采购第一批次（Lot 1）201枚GBU-39小直径炸弹和35具BRU-61炸弹架，以及部署在战区内用于提高炸弹攻击精确度的“精确度支持基础结构”（Accuracy Support Infrastructure），也就是遥控地基（ground-based）全球定位系统差分传感器。这批采购品要求在2006年底前开始交货。
　　2005年10月31日，美国空军追加小直径炸弹的第二批次采购，以3830万美元的金额采购567枚GBU-39和140具炸弹架，要求在2007年9月底前全部交货完毕。
　　2006年5月22日，波音在密苏里州的圣查尔斯（St.Charles）武器工厂举行出厂典礼，正式把第一枚生产型GBU-39交付美国空军。2006年7月7日，位于英国莱肯希思（Lakenheath）空军基地的第48战斗机联队成为第一支接收GBU-39的美国空军战斗机部队。2006年7月10日，该联队第494战斗机中队的4架F-15E“打击鹰”（Strike Eagle）以4机编队的方式首次进行GBU-39作战训练，飞越训练场上空时一次投下16枚GBU-39模拟攻击16个目标。现场监控录像显示这16枚炸弹完全击中目标，目标附近的建筑物则毫发无损，完全展现小直径炸弹优异的精确攻击性能。
　　2006年10月GBU-39在伊拉克战场首次参加实战。

　一套小直径炸弹系统包括4枚GBU-39小直径炸弹、弹体上的钻石背增程翼面、和一具可挂载4枚炸弹的BRU-61炸弹架。全套装备重664千克、长3.6米、宽0.4米、高0.4米，由一部个人计算机型态的任务规划系统（Mission Planning System）安排各枚炸弹的攻击目标。美国空军对小直径炸弹有一项关键性需求，就是必需能摧毁14种难易不等的目标，如指挥控制通信中心、防空导弹基地、油库、机场、基础工事…等，大约涵盖了典型空袭行动会遇到目标的80%。


F-15E通过BRU-61/A炸弹架挂载20枚小直径炸弹
GBU-39和美国空军目前的主力炸弹JDAM采用完全相同的制导技术，以全球定位系统加惯性导航引导炸弹攻击目标，唯一不同的是JDAM是用配有4片飞行控制翼面，内有制导控制系统的不锈钢尾椎组件来替换传统航空炸弹的尾锥，为传统炸弹赋予新的“头脑”和“翅膀”；而GBU-39则是一枚包括弹头、飞行控制面、以及制导系统在内的全新炸弹。
　　波音生产的GBU-39长1.78米，直径19厘米，重量130千克（285磅），穿透性爆破碎片钢制弹头重93千克，电子引信可由飞行员在抛投前选择爆炸方式。GBU-39是一种具有907千克级炸弹破坏力的全天候近似精确制导（near-precision-guided）炸弹。在官方公布的数据中，GBU-39的最佳圆概率误差（Circular Error Probable）只有3米，抛投距离最远达74公里，威力足可穿透1.83米厚的钢筋混凝土结构。



BU-39侧面图
GBU-39挂在炸弹架上时，弹体下方是钻石背增程翼面组件。这是一套4片式长条型翼面，平常折叠收纳在弹体上方的铝制硬盒内。炸弹被抛离后，弹体会先上下翻转使钻石背组件转到上方，组件内的热电池（thermal battery）再驱动电动机带动一个螺杆（screwjack）装置，把构成弹翼的2片长条形翼面向外张开，形成一个三角形的飞行翼面，以增加炸弹的滑翔距离。


完整的GBU-39弹翼组件
钻石背增程翼面组件是英国MBDA公司的产品，该公司早在1994年就开始发展钻石背。1997年2月到3月间，在美国空军武器综合设计技术项目（Weapons Integration Design Technology Program）中，麦道公司（McDonnell Douglas）对钻石背进行了1:2.5比例的小尺寸模型风洞吹试，大约200次吹试的结果显示即使在2倍音速下，钻石背组件与炸弹仍能安全脱离载机。2000年4月到12月间，波音与美国空军合作用一架F-16挂载JDAM和小型灵巧炸弹，进行了7次的钻石背飞行测试。根据官方公布早期的测试结果，钻石背可让基本型JDAM的航程增加3倍。钻石背目前已经可以安装在JDAM、风修正弹药布撒器以及GBU-39上，可使炸弹有更远的滑翔距离，让载机远离敌方防空系统的威胁。




钻石背增程翼面组件的展开过程
BRU-61/A灵巧炸弹挂架可挂载4枚GBU-39，有4个压缩空气弹射挂架，由英国Ultra Electronics精确空中系统公司依据高压气体产生器（High Pressure Air Generator，HiPPAG）技术发展而来。高压空气驱动的弹射挂架，使炸弹在超音速情况下仍能安全脱离载机。炸弹架具有自己的航电设备，用于炸弹管理和制定作战计划，因此很容易与各种飞机整合，也很容易安装在不同的作战平台上。高压气体弹射与传统的装药弹射方式相比，可以节约维修经费和使用成本。




BRU-61/A灵巧炸弹挂架
GBU-39使用的多用途穿透性爆炸弹头安装美国卡曼·迪龙公司（Kanan Dayorn）生产的电子联合可编程引信（Joint Programmable Fuse，美军编号FMU-152A/B）。这种引信能让飞行员能在飞行途中、抛投炸弹前（不是在战斗机起飞前）针对目标的变化而改变引信设定，让炸弹有不同的爆炸方式。


针对软目标，GBU-39就采用空爆方式
联合可编程引信也适用于美国海空军库存中主要的制导和非制导炸弹，在对付强化工事的地下目标时，可设定为延迟引信；在对付地面上的集中目标时，可设定成撞击引信；在搭配近距离传感器攻击区域目标时，可设定成空中引爆引信。卡曼·迪龙公司表示联合可编程引信能应付多种状况，可取代目前现役的多种引信。


联合可编程引信
任务规划系统硬件架构就是一部个人计算机，能自动综合载机和武器的配置情况，对多处轰炸点的复杂目标规划连续性攻击，并可让任务规划人员计划、分析、储存、和下载任务信息，让小直径炸弹能通用在战斗机、轰炸机、或无人机上。在小直径炸弹飞行测试期间，验证了通过“窗口”（Window）的操作接口时，每个任务的规划时间不到1分钟。



无破片炸弹
　　除了让小直径炸弹具备攻击机动目标的能力外，为了减少附带伤害，美国空军研究了一种无爆破碎片（shrapnel-free）小直径炸弹，被称为集中致命性弹药（Focused Lethality Munition）。这种炸弹在现有小直径炸弹内装入新型重钝性金属爆破药（Dense Inert Metal Explosive），并把原本爆破距离可达600米远的钢制弹头外壳改为复合材料。新炸药产生的爆破风压较小，但爆炸点附近的爆破脉冲（impulse）会增大，而复合材料外壳在爆炸后会破裂成伤害较小的小碎片，不会如钢制破片四处乱飞造成附带伤害。而且复合材料外壳耗费的爆炸能量较少，爆炸威力更能集中在有限范围内。新炸弹的重量、外形、尺寸完全没有改变，采用复合材料弹头外壳所减轻的重量全被较重的高爆炸药抵销了


第二代小直径炸弹

　　增量II小直径炸弹的规格在第一代的基础上加上了数据链和引导头，可以攻击地面和水面上的机动目标，如军车或船舰。载机通过数据链可迅速更新炸弹攻击目标位置，引导头则让炸弹在浓雾、沙尘、暗夜、恶劣天候…等可见度为零的情况下，攻击机动目标，而且引导头最起码要辨认出履带式车辆和轮胎式车辆，也就是能分辨出军车和民用车。要满足这项要求，引导头必需具备被动式红外、半主动激光、以及毫米波雷达3种制导能力，炸弹先以全球定位信号飞向目标，进入攻击阶段时通过半主动激光获取目标，用毫米波雷达持续跟踪，在最后的终端制导阶段以红外传感器来分辨目标，完成最后的精确攻击。
　　这3种制导方式都已经独立使用在其它导弹中，都是成熟的技术，难点是如何将这3种制导方式整合在一起，在这么小的弹体内装下这3种制导装置。
　　洛马之前已经为美国陆军发展联合通用导弹（Joint Common Missile），预定用来取代可攻击机动目标的空射型“地狱火”（Hellfire）导弹和“小牛”（Mavericks）导弹，洛马将以这种导弹的三模式引导头为基础做为增量II小直径炸弹的引导头，但由于原先的设计无需辨认目标，因此需要加上这一功能。雷声公司为美国陆军未来的非视线发射系统（Non-Line-of-Sight Launch System）的改进型精确攻击导弹（Improved Precision Attack Missile）发展了引导头，这也是该公司为增量II小直径炸弹所准备的引导头，但性能会稍微降低。
　　波音的增量II小直径炸弹弹体设计编号GBU-40，以GBU-39为基础。雷声公司的增量II小直径炸弹设计编号GBU-53，以该公司生产的联合防区外武器（Joint Stand-Off Weapon）为蓝本，但尺寸会缩小。雷声公司的炸弹模型于2006年5月开始在坎萨斯州的国家航空研究所（National Institute for Aviation Research）进行风洞吹试。


GBU-53外形


2009年4月，雷声公司完成了首枚GBU-53的试射，6月完成了数据链试验，7月完成了挂载飞行测试。随后，雷声公司连续21天进行了26次飞行试验，验证了三模式导引头间的无缝转换能力。波音公司的进展则不尽人意。

　　2010年8月，美国空军选定雷声公司的GBU-53作为增量II小直径炸弹。根据空军与雷声公司签署的4.5亿美元合同，雷声公司进入GBU-53的工程制造与发展阶段。至此，长达五年的波音与雷声公司之间的合同竞争结束了。增量II小直径炸弹完成了风险削减，全面进入了新的发展阶段。


GBU-53进行挂飞测试
　　GBU-53长1.76米、翼展1.68米、弹径150-180毫米，重93千克，最大射程100公里，尺寸与GBU-39接近，但重量更轻。两者在外观上的最大不同是GBU-53具有透明弹头，里面安装了导引头的卡塞格林光学结构，以满足三模式引导头对于红外和激光制导要求。其次GBU-53采用了结构简单的2片可折叠的大展弦比平直弹翼，而不是GBU-39的钻石背。
　　GBU-53的结构分成导引头、全球卫星定位系统辅助的惯性导航系统（GPS/INS）、电子设备舱、聚能-爆破多效应战斗部、热电池、数据链舱、尾翼/伺服舱、弹翼等部分，尾部有针形和刀形天线，分别用于接收GPS和“武器数据链结构”（WDLA）的信号。值得一提的是GBU-53还安装了弹出式空气涡轮发电机，可以在飞行中驱动微型发电机为导引头供电，降低了对热电池供电要求。和GBU-39一样，GBU-53的主弹翼和尾弹翼在挂载状态都是折叠的，抛投后弹体翻转，展开弹翼。


头部的卡塞格林光学反射镜


GBU-53结构图


GBU-53继续沿用BRU-61挂架


       与只能攻击静止目标的GBU-39相比，GBU-53的作战模式更为灵活：
　　标准攻击：炸弹预先装订目标数据，利用GPS/INS制导攻击地面静止目标，以末制导方式攻击地面的机动目标。
　　协同攻击：炸弹通过数据链获取来自其它飞机或地面人员的目标数据，对目标进行攻击。
　　即时攻击：炸弹利用末制导对时敏目标进行攻击，或在飞行过程中通过数据链重新装订新的目标数据，对新目标进行攻击。
　　2012年7月17日，一架F-15E在白沙导弹靶场的测试中投下一枚GBU-53，炸弹利用自己的三模式导引头成功获取、跟踪目标，并引导炸弹直接命中移动目标。
　　2013年1月，F-35“闪电II”战斗机在弹舱内测试了同时挂载4枚GBU-53和一枚AIM-120的配置，炸弹与内侧和外侧舱门间都留出了足够的间隙，证明了GBU-53与F-35的兼容性。
　　2014年9月和2015年2月，在对机动目标的两次实弹测试中，两枚GBU-53都成功击中了机动目标。美国空军批准该弹进入低速率初始生产（LRIP），首批炸弹有望在2015夏交付。


F-35对GBU-53进行匹配性测试


这是F-22的弹舱

结语
　　小型精确攻击炸弹对战争型态产生了革命性的影响，要明了其影响的深远，需要先以战斗机观点来看传统的轰炸行为。1991年第一次海湾战争前，要击中特定的瞄准点，战斗机至少得投下6枚传统炸弹，这和目标的防空严密与否无关，纯粹是炸弹命中率低下。而一个目标，如空军基地、工厂、导弹阵地，就不只一个瞄准点，因此一个目标就必须动用好几架飞机去轰炸。其中有些飞机可能因机械故障或被敌机攻击而无法飞抵目标，所以如果是高价值目标，就要有后备机待命。一场战争中，经常得在特定时段、特定几天、特定几个星期内攻击数个、数百个、数千个目标，大量的飞机调度和庞大的弹药消耗构成很沉重的后勤负担，更糟的是未击中目标的炸弹们随处乱飞，造成严重的附带损伤。
　　因此如果现在一架战斗机就能攻击一个、甚至多个目标，对空军至少有三个重要的影响：一、少数的飞行架次就能达成任务，飞机和人员都大大松了口气；二、飞机可在防空导弹射程外投掷炸弹，降低了飞机被击落、机员被俘掳的风险；三、炸弹不会四处乱飞，降低了附带损伤。
　　根据美国近年来的一些对外冲突经验，人口稠密区未来也将成为战争的场景，美军进行轰炸时的重要考虑之一就是尽量避免附带伤害。小直径炸弹能满足这些需求，因此往后百机临空、万弹齐投的轰炸场面将成为昨日黄花，取而代之的是神不知、鬼不觉，神龙见首不见尾，由九天之外直袭目标的小直径炸弹了。