利刃当空舞——浅谈空空导弹攻击技术

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 17:19:31
由于在1991年海湾战争以来的历次局部战争中取得突出战绩,空空导弹已经成为现代空战的绝对主角。目前空空导弹已经发展到了第四代,其发射技术也由最早的定轴发射发展到离轴发射,并向越肩发射方向发展,其攻击方式也由追尾攻击发展到全向攻击。

早期空空导弹的攻击技术
早期的第一、二代空空导弹不具备离轴发射的能力。第一代空空导弹(如美国的“响尾蛇”AIM-9B、苏联的K-13)只能在敌机尾后一个不大的锥形面积范围内对目标实施攻击,这个时期的导弹发射采用纯追踪法,就是定轴瞄准、定轴发射。飞行员发现目标后,对目标进行跟踪机动飞行,使载机的轴线(飞机挂载导弹的轴线与载机方向相同)指向目标,当导弹的导引头截获目标后,即可以发射空空导弹。这种定轴的纯追踪法发射,对于战斗机要求很高,必须一直紧紧跟在敌机后面那个较小的范围内飞行,使敌机处于导引头的瞄准、跟踪范围内。而导弹本身因为不具备离轴能力,所以攻击、跟踪范围也很小,无法脱离导弹自身的轴线去追踪目标,只能依靠有限的机动过载去追击目标,用术语讲,就是导弹只能对发射包线外的有限范围内的目标进行打击。当目标作大机动飞机规避时,就很容易跟丢目标,所以命中率自然很差。
第二代空空导弹(代表有AIM-9D和“魔术”I)在速度、过载方面有了很大提高,但导弹导引头依旧不具备离轴瞄准、跟踪能力,还是只能依赖于载机的跟踪瞄准和导弹自身有限的机动能力去追击目标。虽然可以从后半球和侧向攻击机动能力不大的目标,发射范围有所扩大,但载机本身依旧需要占据符合发射要求的位置才能发射导弹。而导弹在敌机做大机动飞行,远远脱离导弹定轴发射的区域范围之外时,导弹即便是在过载和速度上都远远优于敌机,也往往无可奈何——因为敌机往往可以飞到导弹即使作出机动动作也不可能飞到的范围之外。
不具备离轴发射能力,使得导弹对目标的截获、跟踪受到飞机本身机动能力和空战中占位的严重制约——只有机头指向敌机、或飞机飞到合适的位置时,才可以发射导弹命中目标。同时,不具备离轴发射能力,对导弹本身的飞行攻击范围也有极大限制。
于是有许多科学家和工程师就提出一个设想:假如导弹自身就可以离轴发射,从而扩大本身的发射和攻击范围,那么就可以直接打击与导弹自身轴线相差角度极大的一些身侧甚至是身后的目标,而不是在定向发射之后才利用机动能力玩“急刹车转弯”去追赶敌机(即尾追攻击)。这样一来,导弹攻击范围小、命中率差的问题就可以得到解决,这就是导弹的全向攻击技术。

离轴发射与越肩发射技术
目前空空导弹技术已经发展到第三、第四代,这个时期的导弹已具备离轴发射的能力,甚至还在发射技术上走得更远,在离轴的基础上进一步发展出了更为先进的越肩发射技术。
所谓离轴发射,就是利用导弹导引头的离轴能力,在瞄准、捕获目标之前,导引头就自己偏离弹轴,对目标实施瞄准、捕获和跟踪,待发射条件满足之后,发射的导弹就在导引头的“指挥”下以离轴角跟踪目标,直至最终命中。而导弹的轴线与导引头中位标器轴线的夹角,就是离轴角。也就是说,离轴角越大,导弹导引头偏离弹轴瞄准、捕获和跟踪目标的范围就越大,空空导弹跟踪攻击目标的范围也就越大。
第三代空空导弹,如“响尾蛇”AIM-9L/M、“魔术”II,离轴范围都在15~30度之间,而二十世纪八十年代以后发展的第四代空空导弹,由于采用了红外成像导引头和推力矢量控制技术,导弹的探测能力和机动性都大大提高,离轴范围可达70%以上,与之相对应的导弹跟踪范围就可以达到正负80~90度,而离轴速度可达100度/秒。如美国的新型“响尾蛇”AIM-9X,其离轴发射角为正负90度。也就是说,载机根本不用做大的机动就可以占据符合发射要求的阵位来发射导弹,而具有大离轴角发射能力的导弹甚至可以覆盖整个前半球的范围。
不过具有离轴发射能力的导弹,其离轴角最大也就是正负90度,所以就只能攻击载机前半球的目标而不能攻击后半球的目标,战机在空战中依旧要面临来自身后的威胁,无法达到对尾后目标进行直接攻击的要求,越肩攻击技术就因此应运而生。
越肩发射就是本机利用机载火控系统控制空空导弹攻击尾后敌机的一种新型的攻击方式。主要分为两种发射方式:一种是导弹向前发射,发射后在空中转弯去攻击后方的目标,叫做“前射”;另一种是导弹向后发射,直接攻击后方的目标,叫做“后射”,也叫做“后向攻击”。
前射空空导弹一般采用中距复合制导,尾后目标参数由载机后视雷达或传感器获得,或者由本方友机通过数据链传送给载机。导弹采用初制导(转弯段)和末制导复合的体制,其中初制导用来完成导弹的敏捷转弯,当转弯完成后,就由末制导来接班以完成对目标的最终打击,末制导就是通常使用的主动制导模式——如雷达或红外制导。前射方式的技术关键是要使导弹在短时间内完成大角度转弯,并尽量缩小转弯半径,这就对导弹弹体的强度、过载和能量储备提出了较高的要求。
后射空空导弹一般是具有推力矢量控制的近距红外格斗弹,对于目标参数的获取与前射方式相同。后射采用一段制导模式,并用气动力+推力矢量控制导弹飞行。后射导弹与前射导弹的不同之处在于需要使用旋转发射架,发射架的旋转可以在起飞前完成,也可以在发射前完成。后射导弹的好处就是无需载机提供对目标的攻击导引,载机在后射之后就可以做机动脱离,而后射导弹会通过导引头自行寻找目标。基于我们中学物理课上都要学到的惯性定律,载机在向后发射导弹的同时,本身是在向前运动的,因此携载在载机上的后射导弹就有一个向前的初始速度,所以导弹后射时要经历速度方向由前向后的转变过程,导弹的切向速度有个过零的过程,这就是导弹后射技术的最大难点。

基于离轴与越肩发射的全向攻击技术
离轴和越肩发射技术的出现,使使用定轴发射技术的早期空空导弹的尾追攻击模式走入历史,适合新的发射技术的全向攻击模式正在成为空空导弹的主要攻击方式。
对目标的全向攻击是以离轴发射为基础的。按照载机飞行时速度向量的指向,离轴发射分为两种情况:当载机的速度向量指向目标运动前方位置,也就是当载机朝向目标前方飞行的时候,称为前置离轴发射;而当载机的速度向量指向目标运动后方位置,也就是载机朝向目标后方飞行的时候,称为后置离轴发射。
从全向攻击来考虑,使用后置离轴发射更为合理。因为如果使用前置离轴发射,就意味着载机要在敌机前方实施攻击,这个时候两机相向而行,相当于加大了敌机相对导弹的飞行速度和离轴角的角度,导弹在飞行中用于机动、反应的时间较少,往往需要进行过载更大的机动动作,才能完成对目标的打击,如果不顺利的话,还会出现导弹攻击的死角,就是说导弹的攻击区会出现中断,导致攻击无法进行。举个例子,比如敌机在载机左方与载机轴线成60度角(即离轴角60度)的方位出现,并向载机高速飞来,这时载机发出导弹,导弹打出后,由于敌机相对载机做侧向迎面飞行,与载机轴线的离轴角可能已经达到80度,这个时候导弹就需要向左方进行更大动作的转弯机动,才能有效攻击敌机。如果此时敌机的离轴角已经超过90度,那么就进入死角区,无法对其进行攻击了。而采用后置离轴发射时,导弹的攻击就相对容易,因为敌机一直在远离载机,所以与载机轴线的离轴角就在变小,这样导弹无须做更大的过载机动就可以实现对敌机目标的攻击。
以离轴发射技术为基础的全向攻击,仍然要求在攻击前,载机机头方向需要在一定范围内指向目标,因此载机依旧要花费一定功夫来完成发射前的机动占位。而基于越肩发射技术的全向攻击,则进一步简化了载机在发射前的准备工作——攻击前载机无须机动占位,在任何位置,无论目标的前方、侧方还是后方,载机都可以随时发起攻击,而且无须做机头指向机动动作。这就使飞行员能够在空战中最大限度地最先捕捉战机,使载机永远处于随时可以发起攻击的优势地位,这就符合了未来空战“先视先射”、“先发制人”的作战原则。
以越肩发射技术为基础的全向攻击,摆脱了离轴发射全向攻击模式中以目标为中心的旧模式,是一种以载机为中心的全新的全向攻击模式,该模式使得载机可以发射导弹对其周围360度范围内的敌机进行有效地打击,它相当于在很大程度上扩大了离轴角,使离轴角突破了90度的限制,接近了180度。应该说,基于越肩发射技术的全向攻击才是真正意义上的全向攻击。

各国空空导弹全向攻击技术的发展现状
基于越肩发射的全向攻击导弹技术自出现之后,就得到世界各军事强国的普遍重视。美国和俄罗斯已明确表示其下一代机载武器火控系统将具有该功能。据资料分析,目前具有越肩发射能力的导弹有美国的“响尾蛇”AIM-9X、法国的“米卡”、俄罗斯的R-73R和英国的AIM-132。
美国
美国在越肩发射技术上动手最早,拥有雄厚的技术实力及储备。在开发兼顾近距格斗、中程拦截两种职能的双射程导弹(DRM)时,就明确要求该导弹必须具有越肩发射能力。2003年,美国宣布其最新研制的AIM-9X经过软件改进已具备越肩发射能力。近年来,美国又对双射程导弹结合擦肩发射开展了新的研究,其基本要求是,导弹在发射后5秒之内能够拦截一个初始斜距为450米,离轴角45度,过载9G的已锁定侧向迎面目标。
法国
2007年,在法国导弹试验和发射中心进行的实验中,法国空军的一架“阵风”F2战斗机发射了一枚“米卡”导弹,成功击中了其尾后飞行的C-22靶机。“阵风”先是通过僚机的数据链得到了身后目标的方位信息,而后发射出的导弹在推力矢量控制系统的作用下完成160度的快速转弯机动,先后使用中程惯性制导和末段雷达主动制导完成了对靶机的准确攻击。该实验的成功表明“米卡”作为目前唯一现役的双射程导弹,已初步具备了越肩发射能力,法国对越肩发射技术的研究已经走出实验室和数学建模,进入实验打靶阶段。
俄罗斯
俄罗斯从二十世纪九十年代开始对越肩发射技术进行试验和研究,俄罗斯的“三角旗”导弹设计局在现役的R-73红外制导空空导弹的基础上,通过在飞行前或飞行中转动发射架来实现向后发射,并用推力矢量的方式控制导弹低速飞行,用一部背景观察机载雷达为R-73导弹指示目标。1998年,“三角旗”设计局正式将这种基于R-73研制的后射导弹定名为R-73R(AA-11B)。很快,俄罗斯又宣布本国的第五代战斗机(相当于欧美的第四代战机)PAK-FA将具有越肩发射导弹的能力,俄罗斯目前正在战术轰炸机和海岸巡逻机上进行前射越肩导弹试验,为其第五代战机装备越肩发射的全向攻击导弹作准备。由于在1991年海湾战争以来的历次局部战争中取得突出战绩,空空导弹已经成为现代空战的绝对主角。目前空空导弹已经发展到了第四代,其发射技术也由最早的定轴发射发展到离轴发射,并向越肩发射方向发展,其攻击方式也由追尾攻击发展到全向攻击。

早期空空导弹的攻击技术
早期的第一、二代空空导弹不具备离轴发射的能力。第一代空空导弹(如美国的“响尾蛇”AIM-9B、苏联的K-13)只能在敌机尾后一个不大的锥形面积范围内对目标实施攻击,这个时期的导弹发射采用纯追踪法,就是定轴瞄准、定轴发射。飞行员发现目标后,对目标进行跟踪机动飞行,使载机的轴线(飞机挂载导弹的轴线与载机方向相同)指向目标,当导弹的导引头截获目标后,即可以发射空空导弹。这种定轴的纯追踪法发射,对于战斗机要求很高,必须一直紧紧跟在敌机后面那个较小的范围内飞行,使敌机处于导引头的瞄准、跟踪范围内。而导弹本身因为不具备离轴能力,所以攻击、跟踪范围也很小,无法脱离导弹自身的轴线去追踪目标,只能依靠有限的机动过载去追击目标,用术语讲,就是导弹只能对发射包线外的有限范围内的目标进行打击。当目标作大机动飞机规避时,就很容易跟丢目标,所以命中率自然很差。
第二代空空导弹(代表有AIM-9D和“魔术”I)在速度、过载方面有了很大提高,但导弹导引头依旧不具备离轴瞄准、跟踪能力,还是只能依赖于载机的跟踪瞄准和导弹自身有限的机动能力去追击目标。虽然可以从后半球和侧向攻击机动能力不大的目标,发射范围有所扩大,但载机本身依旧需要占据符合发射要求的位置才能发射导弹。而导弹在敌机做大机动飞行,远远脱离导弹定轴发射的区域范围之外时,导弹即便是在过载和速度上都远远优于敌机,也往往无可奈何——因为敌机往往可以飞到导弹即使作出机动动作也不可能飞到的范围之外。
不具备离轴发射能力,使得导弹对目标的截获、跟踪受到飞机本身机动能力和空战中占位的严重制约——只有机头指向敌机、或飞机飞到合适的位置时,才可以发射导弹命中目标。同时,不具备离轴发射能力,对导弹本身的飞行攻击范围也有极大限制。
于是有许多科学家和工程师就提出一个设想:假如导弹自身就可以离轴发射,从而扩大本身的发射和攻击范围,那么就可以直接打击与导弹自身轴线相差角度极大的一些身侧甚至是身后的目标,而不是在定向发射之后才利用机动能力玩“急刹车转弯”去追赶敌机(即尾追攻击)。这样一来,导弹攻击范围小、命中率差的问题就可以得到解决,这就是导弹的全向攻击技术。

离轴发射与越肩发射技术
目前空空导弹技术已经发展到第三、第四代,这个时期的导弹已具备离轴发射的能力,甚至还在发射技术上走得更远,在离轴的基础上进一步发展出了更为先进的越肩发射技术。
所谓离轴发射,就是利用导弹导引头的离轴能力,在瞄准、捕获目标之前,导引头就自己偏离弹轴,对目标实施瞄准、捕获和跟踪,待发射条件满足之后,发射的导弹就在导引头的“指挥”下以离轴角跟踪目标,直至最终命中。而导弹的轴线与导引头中位标器轴线的夹角,就是离轴角。也就是说,离轴角越大,导弹导引头偏离弹轴瞄准、捕获和跟踪目标的范围就越大,空空导弹跟踪攻击目标的范围也就越大。
第三代空空导弹,如“响尾蛇”AIM-9L/M、“魔术”II,离轴范围都在15~30度之间,而二十世纪八十年代以后发展的第四代空空导弹,由于采用了红外成像导引头和推力矢量控制技术,导弹的探测能力和机动性都大大提高,离轴范围可达70%以上,与之相对应的导弹跟踪范围就可以达到正负80~90度,而离轴速度可达100度/秒。如美国的新型“响尾蛇”AIM-9X,其离轴发射角为正负90度。也就是说,载机根本不用做大的机动就可以占据符合发射要求的阵位来发射导弹,而具有大离轴角发射能力的导弹甚至可以覆盖整个前半球的范围。
不过具有离轴发射能力的导弹,其离轴角最大也就是正负90度,所以就只能攻击载机前半球的目标而不能攻击后半球的目标,战机在空战中依旧要面临来自身后的威胁,无法达到对尾后目标进行直接攻击的要求,越肩攻击技术就因此应运而生。
越肩发射就是本机利用机载火控系统控制空空导弹攻击尾后敌机的一种新型的攻击方式。主要分为两种发射方式:一种是导弹向前发射,发射后在空中转弯去攻击后方的目标,叫做“前射”;另一种是导弹向后发射,直接攻击后方的目标,叫做“后射”,也叫做“后向攻击”。
前射空空导弹一般采用中距复合制导,尾后目标参数由载机后视雷达或传感器获得,或者由本方友机通过数据链传送给载机。导弹采用初制导(转弯段)和末制导复合的体制,其中初制导用来完成导弹的敏捷转弯,当转弯完成后,就由末制导来接班以完成对目标的最终打击,末制导就是通常使用的主动制导模式——如雷达或红外制导。前射方式的技术关键是要使导弹在短时间内完成大角度转弯,并尽量缩小转弯半径,这就对导弹弹体的强度、过载和能量储备提出了较高的要求。
后射空空导弹一般是具有推力矢量控制的近距红外格斗弹,对于目标参数的获取与前射方式相同。后射采用一段制导模式,并用气动力+推力矢量控制导弹飞行。后射导弹与前射导弹的不同之处在于需要使用旋转发射架,发射架的旋转可以在起飞前完成,也可以在发射前完成。后射导弹的好处就是无需载机提供对目标的攻击导引,载机在后射之后就可以做机动脱离,而后射导弹会通过导引头自行寻找目标。基于我们中学物理课上都要学到的惯性定律,载机在向后发射导弹的同时,本身是在向前运动的,因此携载在载机上的后射导弹就有一个向前的初始速度,所以导弹后射时要经历速度方向由前向后的转变过程,导弹的切向速度有个过零的过程,这就是导弹后射技术的最大难点。

基于离轴与越肩发射的全向攻击技术
离轴和越肩发射技术的出现,使使用定轴发射技术的早期空空导弹的尾追攻击模式走入历史,适合新的发射技术的全向攻击模式正在成为空空导弹的主要攻击方式。
对目标的全向攻击是以离轴发射为基础的。按照载机飞行时速度向量的指向,离轴发射分为两种情况:当载机的速度向量指向目标运动前方位置,也就是当载机朝向目标前方飞行的时候,称为前置离轴发射;而当载机的速度向量指向目标运动后方位置,也就是载机朝向目标后方飞行的时候,称为后置离轴发射。
从全向攻击来考虑,使用后置离轴发射更为合理。因为如果使用前置离轴发射,就意味着载机要在敌机前方实施攻击,这个时候两机相向而行,相当于加大了敌机相对导弹的飞行速度和离轴角的角度,导弹在飞行中用于机动、反应的时间较少,往往需要进行过载更大的机动动作,才能完成对目标的打击,如果不顺利的话,还会出现导弹攻击的死角,就是说导弹的攻击区会出现中断,导致攻击无法进行。举个例子,比如敌机在载机左方与载机轴线成60度角(即离轴角60度)的方位出现,并向载机高速飞来,这时载机发出导弹,导弹打出后,由于敌机相对载机做侧向迎面飞行,与载机轴线的离轴角可能已经达到80度,这个时候导弹就需要向左方进行更大动作的转弯机动,才能有效攻击敌机。如果此时敌机的离轴角已经超过90度,那么就进入死角区,无法对其进行攻击了。而采用后置离轴发射时,导弹的攻击就相对容易,因为敌机一直在远离载机,所以与载机轴线的离轴角就在变小,这样导弹无须做更大的过载机动就可以实现对敌机目标的攻击。
以离轴发射技术为基础的全向攻击,仍然要求在攻击前,载机机头方向需要在一定范围内指向目标,因此载机依旧要花费一定功夫来完成发射前的机动占位。而基于越肩发射技术的全向攻击,则进一步简化了载机在发射前的准备工作——攻击前载机无须机动占位,在任何位置,无论目标的前方、侧方还是后方,载机都可以随时发起攻击,而且无须做机头指向机动动作。这就使飞行员能够在空战中最大限度地最先捕捉战机,使载机永远处于随时可以发起攻击的优势地位,这就符合了未来空战“先视先射”、“先发制人”的作战原则。
以越肩发射技术为基础的全向攻击,摆脱了离轴发射全向攻击模式中以目标为中心的旧模式,是一种以载机为中心的全新的全向攻击模式,该模式使得载机可以发射导弹对其周围360度范围内的敌机进行有效地打击,它相当于在很大程度上扩大了离轴角,使离轴角突破了90度的限制,接近了180度。应该说,基于越肩发射技术的全向攻击才是真正意义上的全向攻击。

各国空空导弹全向攻击技术的发展现状
基于越肩发射的全向攻击导弹技术自出现之后,就得到世界各军事强国的普遍重视。美国和俄罗斯已明确表示其下一代机载武器火控系统将具有该功能。据资料分析,目前具有越肩发射能力的导弹有美国的“响尾蛇”AIM-9X、法国的“米卡”、俄罗斯的R-73R和英国的AIM-132。
美国
美国在越肩发射技术上动手最早,拥有雄厚的技术实力及储备。在开发兼顾近距格斗、中程拦截两种职能的双射程导弹(DRM)时,就明确要求该导弹必须具有越肩发射能力。2003年,美国宣布其最新研制的AIM-9X经过软件改进已具备越肩发射能力。近年来,美国又对双射程导弹结合擦肩发射开展了新的研究,其基本要求是,导弹在发射后5秒之内能够拦截一个初始斜距为450米,离轴角45度,过载9G的已锁定侧向迎面目标。
法国
2007年,在法国导弹试验和发射中心进行的实验中,法国空军的一架“阵风”F2战斗机发射了一枚“米卡”导弹,成功击中了其尾后飞行的C-22靶机。“阵风”先是通过僚机的数据链得到了身后目标的方位信息,而后发射出的导弹在推力矢量控制系统的作用下完成160度的快速转弯机动,先后使用中程惯性制导和末段雷达主动制导完成了对靶机的准确攻击。该实验的成功表明“米卡”作为目前唯一现役的双射程导弹,已初步具备了越肩发射能力,法国对越肩发射技术的研究已经走出实验室和数学建模,进入实验打靶阶段。
俄罗斯
俄罗斯从二十世纪九十年代开始对越肩发射技术进行试验和研究,俄罗斯的“三角旗”导弹设计局在现役的R-73红外制导空空导弹的基础上,通过在飞行前或飞行中转动发射架来实现向后发射,并用推力矢量的方式控制导弹低速飞行,用一部背景观察机载雷达为R-73导弹指示目标。1998年,“三角旗”设计局正式将这种基于R-73研制的后射导弹定名为R-73R(AA-11B)。很快,俄罗斯又宣布本国的第五代战斗机(相当于欧美的第四代战机)PAK-FA将具有越肩发射导弹的能力,俄罗斯目前正在战术轰炸机和海岸巡逻机上进行前射越肩导弹试验,为其第五代战机装备越肩发射的全向攻击导弹作准备。