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弓如霹雳弦惊:浅析我国及全球红外格斗弹发展及演进
送交者: 不清不楚[♂★★★声望勋衔14★★★♂] 于 2019-12-03 12:03 已读 457 次  

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随着各国加大在五代机领域的投资和采购步伐,战斗机隐身化将快速在全球范围内扩散。据笔者估计,未来10-20年,全球绝大多数万亿美元以上的经济体和主要政经大国都会全面换装隐身作战飞机。

在所有空战武器当中,基于主被动雷达探测的中远距离空空导弹在隐身化趋势面前受到最大冲击。

在目标的雷达信号趋向于极小值的前提下,在空战中,依托越来越强大的机载雷达对敌方作战飞机进行雷达探测与跟踪都变得非常艰难,更何况目前各式主动制导的中远距离空空导弹,狭窄的导引头空间和受限的电源供给都使主动导引头在面对隐身目标时会变得极为窘迫。 6park.com

先进的AIM120D中距拦射导弹并不能有效应对隐身飞机 6park.com

作为目前人类在空中发射的最为机动灵活的武器,如无法实现有效的目标跟踪,也很难说能实现有效的攻击。隐身战机在中远距离上不能及时发现对方,不可避免的走向近距离空战。

隐身时代,走向近距离空战将成为一种趋势

近年来的多项独立研究表明,新型隐身战机的发展,空战参与方的网络化连接,以及新型雷达电子、光电对抗技术和隐身技术的大面积应用,使得未来的空战环境变得空前复杂。

中远距拦射导弹在面对同代隐身战机时,可能很难找到合适的发射时机。这也使近距格斗导弹显得更为重要,在四代机时代曾经趋向弱势的近距格斗导弹再次引起了重视。

外媒报道,有模拟空战显示:当交战双方作战飞机均采用隐身技术时,彼此的机载雷达很难在远距离发现对方,雷达制导空空导弹导引头对隐身目标的探测距离也较近,导致空战将会有超过 50% 的概率要进入近距格斗。 6park.com

四款现役隐身战机 6park.com

美国和其他西方国家的空军进行了许多次空战演习和模拟试验表明:在隐身时代,1)现代头盔瞄准具和近距空空导弹是必不可少的;2)是视距内空战是极其危险的,而且随着格斗导弹的智能化发展,会变得越来越危险;3)视距内交战中,各种战机被击落的机率都是大致一样的,矢量机动、雷达隐身都不能显著地降低被击落的概率。

隐身时代,近距格斗更大程度上取决于格斗导弹的先进性

从境外多次演习来看,隐身时代的战斗结局极大程度上取决于近距格斗导弹的先进性。四代和四代半战机只要配备大离轴角格斗导弹和头盔瞄准具,在纯粹的近距离单机较量中与先进的F-22 没有什么显著差异。 6park.com

F22与欧洲双方空战演习 6park.com

像 F-22 这样的较大战机进入视距内交战时需要减速,就失去了在超音速机动方面的优势,而在近距离格斗中,F22的矢量机动比起欧洲双风的鸭式布局并不占据优势。

2012 年 6 月,在美国阿拉斯加艾尔森空军基地举行的"红旗"军演中,装备头盔瞄准具和IRIS-T空空导弹的德国"台风"战斗机,和美国 F-22"猛禽"战斗机在模拟近距格斗环境中进行了 8 次基本机动对抗,结果"台风"占尽优势,多次击落了 F-22 战机。

红外空空导弹将将面临更加复杂的作战环境

未来空战环境中,各种光电对抗将更加激烈。这将造成第四代红外导弹作战使用效率严重降低。

同时,无人机、各种新式导弹诱饵、各式超音速、高超音速巡航导弹等装备的出现和投入使用,战术弹道导弹、临近空间飞行器,"小、低、快"目标的出现,使得第四代红外型空空导弹在应对这些目标时,难免出现“目不暇接”的窘况。

第五代红外型空空导弹所要应对的目标,除了第三、四代战斗机,武装直升机、隐身飞机等外,还必须承担起对于巡航导弹、战术弹道导弹和无人驾驶飞行器等新型空中威胁的防御任务。

未来空中战争形态的突出特点是"网络中心战",以隐身飞机、无人作战飞机为武器载体,以各种精确打击武器为主要手段,通过高速数据链接受作战任务并迅速完成作战规划,对战场上不同类型的"时间敏感"目标进行及时打击。 6park.com

网络中心战背景下,空情将空前复杂 6park.com

这就迫使航空武器必须具备高精确打击能力和通用作战能力,以满足在复杂的战场环境中实施对多种目标有效打击的军事需求。红外型空空导弹作为典型信息化兵器的精确制导武器。也必须迎合这一时代发展潮流,才能继续成为未来信息化战争的重要支柱。

在以往的战争中,红外型空空导弹的主要作战任务是消灭天空背景下的高速飞行器。而信息化战争对其作战任务提出了更多要求,呈现出作战目标多样,作战模式多变,作战环境复杂的特点。信息化战争中的红外型空空导弹的作战目标除了原有的飞行器外,还包括隐身飞机、复杂背景下弱小目标,超低空飞行的巡航导弹、无人机、直升机等。

这就对新一代(第五代)空空导弹的红外导引头在复杂战场环境下的自动目标识别能力提出了更高的要求。 6park.com

精致的德国IRIS-T红外格斗导弹引导头 6park.com

红外对抗技术如红外诱饵弹、红外伪装、隐身、红外定向干扰、红外成像诱饵等等也在不断地发展和应用之中。

以最常用的红外诱饵弹为例,正在发展中的新技术包括:

改变干扰释放策略,以不同压制比的多诱饵弹向多方向投放;采用伴飞诱饵或拖曳式诱饵,模拟飞机的运动轨迹;改变诱饵弹材料和燃烧方式,使其光谱特性更接近目标特征;面源形红外诱饵弹,形成干扰云团等等。 6park.com

美军AN/ALE-50拖曳诱饵系统 6park.com

另外,当前激光定向干扰和压制也开始趋向成熟,逐步在航空装备中得到普遍推广。飞机在探测到来袭导弹的方向时,通过机载激光定向干扰系统向来袭导弹发出高能量激光,使红外成像导引头致盲或致眩,从而破坏导弹对目标的稳定跟踪造成脱靶。 6park.com

俄罗斯T50飞机激光定向干扰装置 6park.com

这些新型红外对抗技术对现有的红外成像格斗导弹造成了很大威胁。

最后,由于隐身飞机的特性,空空导弹将必须采用内埋式挂载。而在武器舱中,由于无法接收目标的红外信号,红外导引头无法工作;即使通过伸缩式挂架将红外导引头伸出武器舱外(打开武器舱会导致隐身飞机隐身能力大幅降低),但导引头的大部分视角仍会被机体遮挡,导引头视野受到很大阻挡。 6park.com

F-22发射AIM-9X空空导弹 6park.com

因此,发射后捕获技术也成为新型空空导弹的特征之一。此外,为了提高导弹的通用性,简化后勤保障工作,新型格斗导弹还必须采用闭式循环制冷探测器和数字化总线,满足四代机的使用需要。

综上所述,在未来战场中,新一代红外型空空导弹至少必须具备以下能力:网络中心战能力,反隐身能力,数字化能力(与机载总线互联),全电化能力(只需机载电源保障,不需要气源供应),发射后截获能力(适应弹仓内挂载),对抗各种新型干扰能力,大角度越肩发射能力,反小目标、巡航导弹能力。

新一代红外空空导弹及技术应用

我国第四代红外空空导弹霹雳10使用多重红外成像制导,其能协同飞行员佩戴的头盔显示器攻击目标。该导弹采用了推力矢量喷嘴,结合尾部的可变飞翼,能做出高过载飞行动作,而导弹中部的边条翼能在发动机推进结束后保持飞行姿态。

霹雳10格斗导弹配备红外成像导引头,弹径160毫米、长3.69米、最大射程20千米、最大速度4马赫,最大过载60G,90度离轴发射角、具备向前发射、攻击后面敌机的功能。霹雳10导弹针对F22类隐身战机,强化了其机动能力,根据2013年专著《空空导弹方案设计原理》中披露的数据,霹雳10导弹在3000米高度,载机平台以0.9倍音速发射时,火箭发动机燃烧完毕仅需要2.5秒,并随后达到4.0倍音速的极限速度。 6park.com

霹雳10红外格斗导弹,强化了应对隐身战机的能力 6park.com

而对应的美国第四代AIM-9X格斗导弹弹径127毫米、长3米、最大射程19千米、最大速度3马赫,最大过载60G、90度离轴发射角、红外成像制导、也具备后射功能。

从中美两国最新一代红外空空导弹性能来看,基本采用了如下技术:1)红外成像技术,采用焦平面阵列(focal plane array)成像装置来探测目标的红外信号;2)采用矢量推进技术,能够确保导弹能够具备较大发射角度,大幅度提升导弹发射机会;3)采用先发射后瞄准,避免打开弹仓影响战斗机和隐身性和机动性。 6park.com

红外焦平面阵列技术示意图 6park.com

然而,前文所提到的,在隐身空战环境下,目标飞机超巡带来的高速,使双方交战距离的压缩时间变得空前短暂。四代机之间出现近距格斗交战的可能性不仅没有消除,而且还对格斗导弹的性能提出了更高的要求。

格斗对双方战机都是非常危险的,由于双方距离非常近,交战窗口期时间很短,除了战斗机、机载武器以外,对战斗机飞行员的心理考验也很大。对于追求技术致胜的空军部门来说,依靠不确定性和数量比来取得战斗胜利是不可想象的。

这些都迫使研究人员转向更新一代(五代)的技术探索和研究,经笔者整理,我们发现未来红外导弹在技术发展上呈现一些新的特点:1)由于机载和弹载光电探测系统的改进,近距离格斗导弹向更远射程进行发展,兼具部分中距离射程需要;2)采用雷达/红外复合导引头的方式进行制导,具备更强的抗干扰能力;3)双射程能力,使导弹既可近距离格斗又能超视距工具,既能高空超声速发射、超视距拦截,又能中低空亚声速发射、近距离格斗。

在美国方面,美军于1997年曾提出“先进吸气式双射程导弹”(AADRM)概念,该导弹能实现近距离格斗和中远距离拦射和“联合双用途空中优势导弹”(JDRADM)计划。JDRADM具有全向攻击空中目标和地面防空设施的双重能力。但该计划于2012年取消。 6park.com

疑似美军JDRADM导弹概念方案 6park.com

国外研究机构的发展动态表明,多模复合制导技术、相控阵雷达导引技术、智能化导引技术以及毫米波制导技术,已成为未来空空导弹导引技术的重要发展方向。

第四代红外型空空导弹将在采用红外成像末制导+捷联惯导+气动力/推力矢量复合控制技术上,未来的第五代导弹将在上述技术提升基础上,更多的集成主被动雷达制导能力。

可以预测,用以攻击第五代隐身战斗机的空空导弹将未来不久出现,其技术参数大致如下:数据链+GPS/BD+捷联惯导+末端导引,末端导引方式有被动红外中长波成像、高功率微波雷达复合制导:攻击范围覆盖近距离和中远距离;作战高度0.5~20千米;速度达到马赫数3~4。

我国在新一代复合制导空空导弹研究也在稳步推进。其中,2009年,由西北工大和空空导弹院联合撰写的《雷达/红外复合导引头信息融合算法》就探索了“从毫米波雷达/红外成像复合导引头系统的特点及其工程应用出发,建立了一种基于联邦滤波(FF)的分布式雷达/红外复合导引头信息融合算法”。

另外,2017年,一种由中船重工旗下河北汉光重工有限责任公司发明的“红外/雷达复合导引头的一体式结构”,也设计了一种设计红外/雷达的复合导引头。 6park.com

红外/雷达复合导引头的一体式结构示意简图 6park.com

上述研究都从侧面反映出我国对雷达/红外复合制导模式的研究在有序推进中。

必须指出,在当下尚未出现一种能有效对抗第五代隐身飞机的空空导弹之前,还难以准确地描述出第五代空空导弹的性能需求。

当前的形势是战斗机发展领先于空射导弹,而随着第六代战斗飞机进入研究进程,未来新一代红外和近距离导弹的的技术进步需求和动力将更加明显。我们有望在未来几年看到该领域的一些具体进展。

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