超遠程空空導(dǎo)彈攻擊關(guān)鍵技術(shù)分析

摘要：從超遠程空空導(dǎo)彈攻擊軍事需求出發(fā)，介紹了國內(nèi)外超遠程空空導(dǎo)彈發(fā)展歷史及需要的關(guān)鍵技術(shù)，并重點從閉合超遠程空空導(dǎo)彈攻擊殺傷鏈角度出發(fā)，從信息側(cè)和火力側(cè)討論了涉及到的一些關(guān)鍵技術(shù)途徑，以期為未來超遠程空空導(dǎo)彈研究提供一定的應(yīng)用參考。

Abstract： Starting from the military needs of ultra-long-range air-to-air missile attack， the development history of domestic and foreign ultra-long-range air-to-air missiles and the key technologies are introduced. The focus is from the perspective of closing the ultra-long-range air-to-air missile attack killing chain and discussing from the information side and firepower side. Some key technical approaches involved are provided in order to provide certain application references for future research on ultra-long-range air-to-air missiles.

關(guān)鍵詞：超遠程空空導(dǎo)彈;截獲概率;動力射程

Key words： ultra-long-range air-to-air missile;interception probability;dynamic range

中圖分類號：TJ762.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）09-0297-03

0? 引言

隨著航空技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代空中爭斗從作戰(zhàn)飛機單系統(tǒng)之間的對抗，轉(zhuǎn)向以預(yù)警、偵察、干擾、空戰(zhàn)、加油等各種飛機有機結(jié)合的大體系對抗，預(yù)警機等高價值目標(biāo)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的“力量倍增器”[1]。從防區(qū)外發(fā)射的超遠程空空導(dǎo)彈武器，能夠在充分保障發(fā)射平臺安全性的基礎(chǔ)上，摧毀敵縱深嚴(yán)密設(shè)防的預(yù)警機、加油機等高價值目標(biāo)，使對手喪失空域活動的信息支撐和補給支撐。美國空軍發(fā)布的《2030空中優(yōu)勢飛行規(guī)劃》中指出，“隨著敵方遠程交戰(zhàn)武器的不斷發(fā)展和殺傷性能增強，傳統(tǒng)預(yù)警機等大型作戰(zhàn)平臺的風(fēng)險持續(xù)增大，對此美國將發(fā)展有人無人編組協(xié)同、分散式指揮控制系統(tǒng)等新型預(yù)警指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)”。由此可見，世界各國從超遠程攻擊及高價值防護攻防兩端，都將超遠程精確打擊的重要性提升到了空前的高度。超遠程空空導(dǎo)彈是奪取非對稱優(yōu)勢的殺手锏武器。

1? 超遠程空空導(dǎo)彈發(fā)展歷史及關(guān)鍵技術(shù)

軍事需求及技術(shù)進步是推動武器裝備發(fā)展的動力，美國、俄羅斯等武器研制強國在研發(fā)近距格斗型和中距攔射型空空導(dǎo)彈的同時，都曾不遺余力發(fā)展過超遠程空空導(dǎo)彈概念或裝備。早在冷戰(zhàn)時期，為有效應(yīng)對蘇聯(lián)海軍超遠程戰(zhàn)略轟炸機的飽和攻擊能力，美國海軍研制了具備遠距多目標(biāo)攻擊能力的AIM-54不死鳥空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng);為了應(yīng)對美國層出不窮的預(yù)警機研制項目，俄羅斯在反高價值武器的超遠程空空導(dǎo)彈研制方面極其活躍，據(jù)稱其研制的KS-172[2]、RVV-BD和Kh-31等超遠程空空導(dǎo)彈都具有反高價值目標(biāo)的能力。KS-172導(dǎo)彈采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中制導(dǎo)加雷達末制導(dǎo)復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)，末制導(dǎo)采用阿嘎特研究所研制的直徑為350mm的9B-1103M-350導(dǎo)引頭，其探測距離可達90km，能夠適應(yīng)超遠程攻擊對中末制導(dǎo)交接班的要求;安裝了雷達近炸引信和質(zhì)量大約為50kg的高爆破片定向戰(zhàn)斗部，具有對大型目標(biāo)較高的毀傷能力;推進裝置采用串聯(lián)固體火箭助推器，射程可達400km。

為完成一次成功的空空導(dǎo)彈打擊，無論從“先敵發(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射、先敵脫離、先敵命中”空戰(zhàn)制勝四先原則[3]，還是從空戰(zhàn)中OODA環(huán)（O-觀察、O-判斷、D-決策、A-行動）的概念出發(fā)，為閉合超遠程空空導(dǎo)彈殺傷鏈需要從信息側(cè)和火力側(cè)兩方面滿足要求。信息側(cè)是指為匹配導(dǎo)彈最大動力射程，需要具備相對單機作戰(zhàn)平臺更遠的體系探測能力，同時為滿足中末制導(dǎo)交接班要求，需要體系提供較高的目標(biāo)指示精度，需要導(dǎo)彈提高制導(dǎo)能力能夠適應(yīng)較粗的目指信息?；鹆Χ耸侵柑嵘湛諏?dǎo)彈最大動力射程，從氣動減阻、提升推進能力、彈道成型等方面進行突破。

2? 超遠程空空導(dǎo)彈攻擊信息側(cè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 超遠程攻擊體系作戰(zhàn)樣式

在空戰(zhàn)中，誰能夠先完成自己的OODA環(huán)，誰就獲得了戰(zhàn)斗勝利。在傳統(tǒng)空戰(zhàn)OODA環(huán)中，預(yù)警系統(tǒng)對目標(biāo)“看得遠，但看不精”，無法將體系的“信息優(yōu)勢”迅速轉(zhuǎn)化為“火力優(yōu)勢”，需要構(gòu)建全新的超遠程空空導(dǎo)彈攻擊樣式。美國海軍提出的海軍綜合火力控制-防空系統(tǒng)（NIFC-CA）空中殺傷鏈（From-the-Air （FTA）），以及美國智庫戰(zhàn)略與預(yù)算評估中心發(fā)布《空對空作戰(zhàn)趨勢及對未來空中優(yōu)勢的影響》、《決勝電磁波》報告中，提出了幾種可能的超遠程攻擊樣式范例：它機接力制導(dǎo)模式和多機無源探測協(xié)同制導(dǎo)模式[4]。

2.2 超遠程攻擊截獲概率分析

空戰(zhàn)體系傳感器能夠滿足信息側(cè)對探測距離的遠距探測需求，但從體系提供的目指精度、數(shù)據(jù)傳輸周期等方面，相較載機平臺提供的火控級目指信息質(zhì)量較低，為滿足中末制導(dǎo)交接班要求，需要重點對超遠程攻擊截獲概率進行分析。

空空導(dǎo)彈目標(biāo)角度截獲概率常用到方差分析法，通過對影響目標(biāo)截獲概率的各種誤差進行分析，得到總導(dǎo)引頭指向誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，可以在一次彈道計算中完成目標(biāo)截獲概率計算目標(biāo)角度截獲概率P的計算公式為[5]：

其中d為導(dǎo)引頭視場寬度，？滓為目標(biāo)指示誤差的均方差。

影響空空導(dǎo)彈中末制導(dǎo)交接班截獲概率的主要因素包括：目標(biāo)指示誤差、導(dǎo)引頭瞬時視場角。目標(biāo)指示誤差主要誤差源由目標(biāo)的位置測量誤差、導(dǎo)彈的位置測量誤差以及導(dǎo)彈的姿態(tài)誤差組成，這些誤差均服從獨立無偏的正態(tài)分布，具體構(gòu)成見圖3。

設(shè)仿真初始條件如下：①載機目標(biāo)飛行高度均為10km，目標(biāo)飛行軌跡見圖4;②體系可提供的探測性能測速精度100m/s，測距精度1000m，測角精度0.3°，數(shù)據(jù)鏈傳輸周期10s;③彈載陀螺的零偏為0.3（°）/h，刻度因數(shù)誤差為500ppm，加速度計的零偏為3×10-4g，刻度因數(shù)誤差為5000ppm;傳遞對準(zhǔn)的精度為航向角0.1°，俯仰角0.1°，橫滾角0.1°，按照俄羅斯KS-172導(dǎo)彈，假定射程400km，導(dǎo)引頭末制導(dǎo)距離90km。

設(shè)置不同數(shù)據(jù)鏈傳輸周期及測角精度，分析對截獲概率的影響，仿真結(jié)果見圖5和圖6。

空空導(dǎo)彈在每個數(shù)據(jù)鏈周期獲得一次目標(biāo)更新信息，在修正點之外，導(dǎo)彈假定目標(biāo)作勻速直線運動，而實際上目標(biāo)機動會造成較大的誤差，更新周期越長誤差越大。根據(jù)圖5仿真結(jié)果，數(shù)據(jù)鏈傳輸周期超過5s后，數(shù)據(jù)鏈傳輸周期引起的誤差急劇放大，截獲概率迅速下降。根據(jù)圖6仿真結(jié)果，體系提供的較粗的測角誤差對導(dǎo)彈截獲概率影響更為嚴(yán)重。

2.3 提高中末制導(dǎo)交接班截獲概率的技術(shù)途徑

體系提供的目標(biāo)指示信息精度對截獲概率影響巨大，從體系探測能力層面，一方面對這些陸?？仗祗w系化資源的合理調(diào)度和部署，盡可能提供探測精度較高的原始數(shù)據(jù)，另一方面通過數(shù)據(jù)更新率、定時同步精度、相對導(dǎo)航精度、合成航跡精度、火控質(zhì)量航跡輸出更新率等信息融合研究提高精度[6]。

從導(dǎo)彈導(dǎo)引能力方面，采用新體制的導(dǎo)引技術(shù)提高適應(yīng)較粗的目標(biāo)指示信息。一是可采用相控陣導(dǎo)引頭。利用相控陣導(dǎo)引技術(shù)在搜索策略、多波束覆蓋和速度等方面的優(yōu)勢，導(dǎo)彈對目標(biāo)指示精度的適應(yīng)能力相對于傳統(tǒng)機械式天線大幅提高，使導(dǎo)彈利用較粗的目標(biāo)指示信息實現(xiàn)較高概率截獲目標(biāo)。

二是采用多模導(dǎo)引頭。發(fā)揮多模導(dǎo)引頭各自體制的能力優(yōu)點[7]，如可采用主被動雷達雙模導(dǎo)引頭。按照上文給出的典型誤差參數(shù)，對比分析了主被動雷達雙模導(dǎo)引頭相較單模導(dǎo)引頭在截獲概率優(yōu)勢，見表1。仿真結(jié)果表明，中制導(dǎo)直接交接主動雷達導(dǎo)引，導(dǎo)引頭視場角小導(dǎo)致截獲概率只有0.33，采用主被動雙模導(dǎo)引，利用被動雷達導(dǎo)引頭適應(yīng)體系粗的目標(biāo)指示信息完成遠距寬視場截獲（截獲概率0.91以上），再用較高被動探測精度交接到主動雷達導(dǎo)引頭（概率0.99），綜合實現(xiàn)較高的截獲概率（0.91以上），解決體系精度不夠的難題。

3? 超遠程空空導(dǎo)彈攻擊動力側(cè)關(guān)鍵技術(shù)

動力射程是實現(xiàn)空空導(dǎo)彈超遠程打擊重要基礎(chǔ)，提高動力射程的關(guān)鍵技術(shù)包括：提高總沖重量比以及采用彈道成型技術(shù)。

提高總沖重量比，一是可通過采用輕質(zhì)高強材料，在保證導(dǎo)彈有足夠的強度、剛度，環(huán)境適應(yīng)性的前提下，減輕導(dǎo)彈總體結(jié)構(gòu)件的重量;二是可通過電子組件小型化一體化設(shè)計，騰出前彈體多余空間，增加發(fā)動機的裝藥量;三是采用納米技術(shù)高能推進劑，實現(xiàn)更高的裝填密度和燃燒效率;四是可采用整體式固體火箭沖壓發(fā)動機等推進形式。

采用彈道成型技術(shù)，在不改變發(fā)動機推力的情況下，采用彈道規(guī)劃可大幅增強中遠距空空導(dǎo)彈的超視距攻擊能力，目前正成為空空導(dǎo)彈的一項先進技術(shù)[8]。用推進/彈道一體化彈道成型設(shè)計，通過發(fā)動機能量管理優(yōu)化導(dǎo)彈飛行速度曲線，減低導(dǎo)彈峰值飛行速度，并通過彈道規(guī)劃在升阻比良好的高度飛行，降低飛行阻力。

假設(shè)基準(zhǔn)導(dǎo)彈射程為單位100%，仿真分析不同增程技術(shù)帶來的射程能力見表2。仿真結(jié)果表明，每個單項技術(shù)采用或提升都對增程有明顯貢獻，尤其綜合使用各項關(guān)鍵技術(shù)后，導(dǎo)彈動力射程實現(xiàn)成倍增加。

4? 結(jié)論

本文主要從閉合超遠程空空導(dǎo)彈攻擊殺傷鏈角度出發(fā)，從信息側(cè)和火力側(cè)討論了涉及的一些關(guān)鍵技術(shù)途徑。打擊高價值目標(biāo)是超遠程空空導(dǎo)彈的重要使命，而超遠程空空導(dǎo)彈攻擊實現(xiàn)又離不開體系的支撐，可以說超遠程空空導(dǎo)彈天然就是體系作戰(zhàn)的重要一環(huán)。

后續(xù)將從體系作戰(zhàn)出發(fā)，進一步分析遠距敵我識別能力、平臺掛載能力、作戰(zhàn)效能等要素對超遠程攻擊的要求，以此促進相關(guān)技術(shù)的進步。

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作者簡介：張明（1987-），男，河北邯鄲人，工程師，研究生，研究方向為飛行器設(shè)計。