劉代軍, 張蓬蓬
(中國空空導(dǎo)彈研究院, 河南 洛陽 471009)
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美國下一代空空導(dǎo)彈發(fā)展歷程與啟示
劉代軍, 張蓬蓬
(中國空空導(dǎo)彈研究院, 河南 洛陽471009)
摘要:為繼續(xù)保持空中作戰(zhàn)優(yōu)勢,美國開展了具有對空和對地攻擊能力以及雙射程能力的 第五代空空導(dǎo)彈的研制。本文在研究美國武器裝備論證機(jī)制的基礎(chǔ)上,詳細(xì)闡述了下一代空空導(dǎo) 彈的作戰(zhàn)背景、研制過程、試驗(yàn)及鑒定情況,分析了其發(fā)展特點(diǎn),并總結(jié)其為國內(nèi)武器裝備發(fā)展 帶來的啟示。
關(guān)鍵詞:AIM-120; 空空導(dǎo)彈; JCIDS; 試驗(yàn)與鑒定; NGM
0引言
半個世紀(jì)以來,隨著空中目標(biāo)性能的不斷提高、 空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)的不斷發(fā)展以及各種新理論、 新技術(shù)、 新材料在空空導(dǎo)彈設(shè)計制造中的不斷應(yīng)用,空空導(dǎo)彈技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展。 迄今為止,空空導(dǎo)彈已發(fā)展了四代產(chǎn)品,形成了紅外和雷達(dá)兩種制導(dǎo)體制、 近距格斗和中遠(yuǎn)距攔射兩大系列。 目前,第三代空空導(dǎo)彈仍在服役,第四代空空導(dǎo)彈已成為主戰(zhàn)裝備。
進(jìn)入21世紀(jì)后,世界軍事強(qiáng)國在研發(fā)第四代空空導(dǎo)彈及其改進(jìn)型的同時,都在積極對第五代進(jìn)行探索性的研究。 為了繼續(xù)保持空中優(yōu)勢,美國在完成第四代中距空空導(dǎo)彈AIM-120和第四代近距格斗空空導(dǎo)彈AIM-9X的研制后,一方面積極改進(jìn)現(xiàn)有的中距空空導(dǎo)彈和近距格斗空空導(dǎo)彈,另一方面積極探索未來下一代的空空導(dǎo)彈技術(shù)。 通過對未來作戰(zhàn)環(huán)境、 攻擊對象、 保障效能的綜合考慮,美國在1997年提出了“雙射程導(dǎo)彈”(DRM, Dual Range Missile)的新概念,并在此基礎(chǔ)上提出了雙射程/雙任務(wù)空空導(dǎo)彈,即下一代空空導(dǎo)彈(NGM, Next Generation Missile)。
1美國下一代空空導(dǎo)彈發(fā)展歷程
美國下一代空空導(dǎo)彈是第一個嚴(yán)格按照聯(lián)合能力集成與開發(fā)系統(tǒng)(JCIDS, Joint Capability Integration and Development System)開發(fā)的機(jī)載武器項(xiàng)目,已經(jīng)開展了23年,其中能力評估和關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研進(jìn)行了18年,演示驗(yàn)證和備選方案生成進(jìn)行了4年,各部門審批用去1年,目前已具備了立項(xiàng)研制的條件。 美國空軍裝備需求采辦體系流程圖如圖1所示。
美國下一代空空導(dǎo)彈的發(fā)展過程可以簡化為: 初始需求的產(chǎn)生與能力確認(rèn)、 初始能力的細(xì)化與技術(shù)分解、 初始能力文件(ICD, Initial Capabilities Document)的生成與評估、 關(guān)鍵技術(shù)的演示驗(yàn)證與評估、 初始發(fā)展文件(CDD, Capability Development Document)的生成與評估、 初始生產(chǎn)文件(CPD, Capability Production Document)的生成與評估。 目前NGM項(xiàng)目主要經(jīng)歷了前四個階段,其研究進(jìn)展見圖2。
圖1美國空軍裝備需求采辦體系流程圖
1.1階段一: 初始需求的產(chǎn)生及能力確認(rèn)
步驟1: 作戰(zhàn)概念輸入(1990~1992)
20世紀(jì)90年代初,美國空軍各作戰(zhàn)部隊根據(jù)演習(xí)和實(shí)戰(zhàn)中存在的問題提出了需要一種“可以為飛行員提供幾乎不用考慮目標(biāo)機(jī)的位置和朝向的攔截能力”的武器。 美國空軍聯(lián)合海軍發(fā)起了最初的作戰(zhàn)概念,提出了NGM發(fā)展的原始需求。
步驟2: 能力需求的分解(1992~2002)
美國空軍先后主導(dǎo)開展了替代控制技術(shù)(ACT, Alternative Control Technology)項(xiàng)目和雙射程(DRM)項(xiàng)目,通過兩個項(xiàng)目完成了能力需求的分解,進(jìn)一步定義了能力需求、 能力差距、 能力冗余以及在指定的功能域或作戰(zhàn)域提供這些能力的基本方法,完成了能力基礎(chǔ)評估(CBA, Capabilities-Based Assessment)的技術(shù)準(zhǔn)備。
(1) 替代控制技術(shù)(ACT)項(xiàng)目
1992年,美國空軍開始進(jìn)行ACT項(xiàng)目,采用ACT技術(shù),導(dǎo)彈可具備多任務(wù)能力,兼具近程和中遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈的能力。
(2) 雙射程(DRM)項(xiàng)目
為適應(yīng)超視距和近距空戰(zhàn)的需要,1997年,美國空軍萊特實(shí)驗(yàn)室軍械委員提出了發(fā)展進(jìn)行空空作戰(zhàn)的DRM。 同年4月,該機(jī)構(gòu)啟動了兩個驗(yàn)證項(xiàng)目——空中優(yōu)勢導(dǎo)彈技術(shù)(ASMT,Air Superiority Missile Technology)和先進(jìn)吸氣式雙射程導(dǎo)彈(AADRM, Advanced Aspirated Dual Range Missile),以驗(yàn)證將應(yīng)用于未來遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈的相關(guān)技術(shù)。
步驟3: 確定能力需求(2002~2003)
美國空軍結(jié)合作戰(zhàn)部門提出的新需求確定了下一代空空導(dǎo)彈的初始能力需求: 導(dǎo)彈應(yīng)具備增強(qiáng)的常規(guī)作戰(zhàn)能力,具有幾乎不用考慮目標(biāo)機(jī)的位置和朝向的攔截能力,除雙射程的特性外,還具有有限的空對地和壓制敵方防空力量的能力,該需求定義的導(dǎo)彈被美國空軍命名為雙任務(wù)空中優(yōu)勢導(dǎo)彈(DRADM, Dual Role Air Dominance Missile),2003年完成了CBA,并獲得批準(zhǔn)。
1.2階段二: 初始能力的細(xì)化與技術(shù)分解
2004年美國空軍形成了初始能力文件(ICD)草案,2005年通過了空軍需求監(jiān)督委員會(AFROC,Air Force Requirements Oversight Council)的確認(rèn)。
步驟1: 能力需求的細(xì)化(2005)
美國空軍與海軍合作,提出聯(lián)合雙任務(wù)空中優(yōu)勢導(dǎo)彈(JDRADM,Joint Dual Role Air Dominance Missile)概念。 確認(rèn)了更高的能力要求,希望開發(fā)一種導(dǎo)彈,不僅能全向攻擊包括固定翼飛機(jī)、旋翼機(jī)、 無人機(jī)和巡航導(dǎo)彈在內(nèi)的各種高機(jī)動空中目標(biāo),還能應(yīng)對部分地面目標(biāo);不僅能執(zhí)行中遠(yuǎn)距攔截任務(wù),還要具備近距格斗的能力,并明確了相關(guān)指標(biāo)。 JDRADM導(dǎo)彈多用途作戰(zhàn)想象圖見圖3。
圖2NGM四個階段研究歷程示意圖
步驟2: 關(guān)鍵技術(shù)的分解(2005~2009)
針對能力需求和實(shí)際的差距,美國空軍分解提出了三類技術(shù)能力用于滿足作戰(zhàn)能力的需求:
(1) 戰(zhàn)斗部有能有效破壞不同目標(biāo)的能力;
(2) 導(dǎo)引頭有能適應(yīng)不同環(huán)境和目標(biāo)的能力;
(3) 發(fā)動機(jī)有可以滿足爆發(fā)力和持續(xù)推進(jìn)要求的能力。
由能力需求牽引出下一代空空導(dǎo)彈的多效戰(zhàn)斗部、 多模導(dǎo)引頭和先進(jìn)發(fā)動機(jī)技術(shù)等三個關(guān)鍵技術(shù)。
針對上述關(guān)鍵技術(shù),美國空軍將合同授予了不同的公司進(jìn)行競爭,各公司分別提出自己的方案,如使用兩種燃燒模式的高超聲速沖壓空氣噴氣發(fā)動機(jī)(DCS)、 多模導(dǎo)引頭(融合了AGM-88E的寬頻帶被動高精度射頻接收器和雙波段有源相控陣(AESA)主動導(dǎo)引頭)。
圖3JDRADM導(dǎo)彈多用途作戰(zhàn)想象圖
1.3階段三: 初始能力文件的生成與評估
步驟1: 關(guān)鍵技術(shù)的循環(huán)研究(2009)
多個關(guān)鍵技術(shù)突破后,美國空軍開始對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深化研究和演示: 導(dǎo)引系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)一體化的目標(biāo)探測和瞄準(zhǔn)點(diǎn)選擇功能,提高對高機(jī)動目標(biāo)作戰(zhàn)效率;戰(zhàn)斗部系統(tǒng)要加強(qiáng)對不同目標(biāo)的殺傷性;控制和動力系統(tǒng)研究動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)一體化,提高導(dǎo)彈的射程、 推力及敏捷性。 通過對關(guān)鍵技術(shù)的循環(huán)分析評估,初始能力文件(ICD)草案完成了反復(fù)迭代更新。
步驟2: 初始能力文件的生成(2010)
2010年4月美國聯(lián)合需求監(jiān)督委員會(JROC, Joint Requirements Oversight Council)正式審查了JDRADM的初始能力報告(ICD),結(jié)論為:JDRADM項(xiàng)目已經(jīng)完成武器選型評估,主要包括武器性能、 作戰(zhàn)效能、 適配性和系統(tǒng)成本等,并正式將JDRADM項(xiàng)目確定為美國的“下一代空空導(dǎo)彈(NGM)”。
1.4階段四: 關(guān)鍵技術(shù)的演示驗(yàn)證與評估
步驟1: 關(guān)鍵技術(shù)的演示驗(yàn)證(2010~2011)
美國下一代空空導(dǎo)彈項(xiàng)目開始分別圍繞總體和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行演示驗(yàn)證,在關(guān)鍵技術(shù)方面開展了導(dǎo)引頭與目標(biāo)終端傳感器一體化設(shè)計(SITES, Seeker Integrated Target Endgame Sensor)、 多任務(wù)響應(yīng)軍械殺傷機(jī)理戰(zhàn)斗部技術(shù)(MRROKM, Multi-Role Responsive Ordnance Kill Mechanism)、 雙用途空中優(yōu)勢導(dǎo)彈的優(yōu)選動力和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)演示驗(yàn)證,提高了技術(shù)成熟度,驗(yàn)證了技術(shù)的可行性。 直接力/氣動力一體化尾部控制與多點(diǎn)起爆的聚能裝藥定向戰(zhàn)斗部分別如圖4和圖5所示。
在總體方面,美國空軍和DARPA一起開展了三類目標(biāo)終結(jié)者(T3, Tri-Target Terminator)計劃,用于進(jìn)行總體性能評估和提高NGM的技術(shù)成熟度。
圖4 直接力/氣動力一體化尾部控制
圖5多點(diǎn)起爆的聚能裝藥定向戰(zhàn)斗部
步驟2: 裝備備選方案的產(chǎn)生(2011~2012)
波音公司、 洛克希德·馬丁公司、 雷神公司分別提交了自己的下一代空空導(dǎo)彈備選方案,這些備選方案展示出了極大的差異性。 2012年美國空軍通過下一代空空導(dǎo)彈裝備方案分析(MSA,Milestone Solutions Analysis)評估,并提出了在2013年進(jìn)入工程制造與研發(fā)階段(EMDP, Engineering & Manufacturing Development Phase)的計劃。 美國展示的新一代導(dǎo)彈概念模型如圖6所示。
圖6美國展示的新一代導(dǎo)彈概念模型
2美國下一代空空導(dǎo)彈發(fā)展特點(diǎn)分析
美國下一代空空導(dǎo)彈項(xiàng)目較之前美軍一直采用的需求生成系統(tǒng)(RGS, Requirements Generation System)有著重大轉(zhuǎn)變。 該項(xiàng)目在按照J(rèn)CIDS的整個研究過程中呈現(xiàn)了美國機(jī)載武器預(yù)研發(fā)展思路的轉(zhuǎn)變,其發(fā)展特點(diǎn)可總結(jié)如下:
(1) 關(guān)注的焦點(diǎn)不再是裝備方案,而是能力需求和關(guān)鍵技術(shù)。
美國下一代空空導(dǎo)彈項(xiàng)目的發(fā)展中,針對能力需求分解出的關(guān)鍵技術(shù)開展了循環(huán)研究,并在此基礎(chǔ)上對裝備的需求進(jìn)行不斷修改完善。 由于NGM的研發(fā)并不是針對某一個特定的作戰(zhàn)想定,因此在預(yù)研的早期(近20年),始終沒有形成固定的裝備方案,其關(guān)鍵技術(shù)的演示平臺選擇了已有的AIM-120C空空導(dǎo)彈。
(2) 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)置全面,前期驗(yàn)證更加充分。
在研發(fā)過程中對關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)置十分全面,由于并不針對某一個固定的裝備方案,其關(guān)鍵技術(shù)就必須保證足夠的覆蓋度。 關(guān)鍵技術(shù)囊括了導(dǎo)彈導(dǎo)引、 控制、 引信、 戰(zhàn)斗部、 發(fā)動機(jī)等全部技術(shù)內(nèi)容,形成了一個完備的關(guān)鍵技術(shù)群。
關(guān)鍵技術(shù)的全面覆蓋帶動了導(dǎo)彈技術(shù)的整體進(jìn)步,以MRROKM為例,其研究內(nèi)容涵蓋了起爆方式、 新型炸藥、 定向控制、 殺傷評估等研究內(nèi)容,在開始研究時美國空軍就提出AIM-9X戰(zhàn)斗部威力不足的問題,要求新型炸藥的研究成果可用于AIM-9X空空導(dǎo)彈的后續(xù)改進(jìn)。
(3) 實(shí)現(xiàn)了需求、 技術(shù)和現(xiàn)實(shí)的綜合平衡。
第四代裝備研發(fā)之后,裝備成本大幅度上升,如何在作戰(zhàn)部隊的需求和預(yù)算現(xiàn)實(shí)中找到平衡成為一個難題。 NGM項(xiàng)目采用漸進(jìn)式采辦策略,雖然最終的裝備方案能力是最初提出能力的一個子集,但在保證了需求和現(xiàn)有能力與資源保持平衡的同時,確定了裝備提升的方向和途徑,并且通過現(xiàn)役裝備改造拓展部分技術(shù)能力,實(shí)現(xiàn)裝備能力提升。
(4) 產(chǎn)生大量的武器備選方案,保障裝備研發(fā)的風(fēng)險可控。
在關(guān)鍵技術(shù)突破的基礎(chǔ)上,根據(jù)初始能力文件(ICD),產(chǎn)生多個備選方案,這些備選方案在進(jìn)行評估(AoA)后進(jìn)入備選方案庫。 項(xiàng)目轉(zhuǎn)入技術(shù)開發(fā)(TD, Technology Development)階段時,根據(jù)預(yù)算情況可對備選方案進(jìn)行裁剪和修改,最大程度地降低了項(xiàng)目的風(fēng)險和成本。
(5) 掌握關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向,更具有主動權(quán)。
美國空軍的發(fā)展策略與國內(nèi)不同,他們更希望將裝備的基礎(chǔ)技術(shù)研究和技術(shù)方向的把握掌控在自己手里,通過裝備論證思路的轉(zhuǎn)變,裝備方案不再成為主角,通過對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究以及招標(biāo)和評估方式對工業(yè)部門研究方向形成牽引,在美國下一代空空導(dǎo)彈關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向上占據(jù)主導(dǎo)權(quán)。
3美國下一代空空導(dǎo)彈項(xiàng)目的啟示
美國下一代空空導(dǎo)彈在研制過程中遇到了許多管理問題以及技術(shù)難題,其研究管理思路以及關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)有著許多值得借鑒的地方,無論是對國內(nèi)武器裝備的技術(shù)研究還是管理模式改進(jìn)都具有重要的指導(dǎo)意義。
從美國下一代空空導(dǎo)彈的發(fā)展過程可以得到以下啟示:
(1) 空空導(dǎo)彈的研制是一項(xiàng)復(fù)雜而嚴(yán)格的系統(tǒng)工程,在發(fā)展新型號時應(yīng)當(dāng)進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃。 美國從1992年概念的提出,1997年提出“雙射程導(dǎo)彈”計劃,2004年提出“雙用途空中優(yōu)勢導(dǎo)彈”計劃,2006年簽訂第一批初步論證合同,到2012年開始研制,共歷經(jīng)了20余年的時間。 漫長的中間過程并不意味著沒有任何階段性成果。 空空導(dǎo)彈的發(fā)展應(yīng)該制定兩個目標(biāo): 一是長期目標(biāo),瞄準(zhǔn)未來20年,持續(xù)進(jìn)行研究;二是短期目標(biāo),以提升現(xiàn)役型號能力為目的,在長期的關(guān)鍵技術(shù)中尋找短期的使用點(diǎn),可以進(jìn)行實(shí)時的修訂與完善。
(2) 發(fā)展新型號時,應(yīng)當(dāng)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)確定型號需求,由型號需求牽引關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)研,并根據(jù)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展情況修訂型號需求,最終確定型號研制目標(biāo)。 目標(biāo)的制訂不應(yīng)該是以單個技術(shù)指標(biāo)的能力提升為標(biāo)準(zhǔn),不能單純追求指標(biāo)的先進(jìn)性,而應(yīng)該對各個性能指標(biāo)統(tǒng)籌考慮,最終目的是能夠提升裝備在整個戰(zhàn)場的作戰(zhàn)效能。
在預(yù)研階段,應(yīng)加大對各項(xiàng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研工作的投入,重視關(guān)鍵技術(shù)的完備性和技術(shù)積累;同時還需根據(jù)新的技術(shù)發(fā)展,對已突破的部分成熟技術(shù)進(jìn)行性能二次提升,對特色單項(xiàng)技術(shù)謀求創(chuàng)新超越。
(3) 發(fā)展新型號時,應(yīng)在確保導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能的基礎(chǔ)上,充分利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。 美國在出臺“雙射程導(dǎo)彈”計劃之前,就早已開始了“變流量涵道式火箭沖壓發(fā)動機(jī)”、 “共形陣列導(dǎo)引頭技術(shù)”、 “空中優(yōu)勢導(dǎo)彈技術(shù)”和“可編程集成彈藥”等項(xiàng)目的研究工作,使推進(jìn)系統(tǒng)、 制導(dǎo)系統(tǒng)和引戰(zhàn)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到了工程化應(yīng)用程度。 將經(jīng)過驗(yàn)證并已成熟的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到型號研制中,能夠縮短研制時間,降低研制風(fēng)險,從而降低導(dǎo)彈研制成本,滿足軍方的裝備經(jīng)費(fèi)需求。
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Development and Revelation of US Next Generation Air-to-Air Missile
Liu Daijun, Zhang Pengpeng
(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)
Abstract:In order to keep the priority of air battle,the fifth generation air-to-air missile with the ability of air-to-air /air-to-surface and dual range is developed by US. Based on the study of US weapon and equipment demonstration mechanism,the background,development process,test and evaluation of the next generation air-to-air missile (NGM) are described,the features of development are analyzed, and the enlightenment for domestic weapon and equipment development is summarized.
Key words:AIM-120; air-to-air missile; JCIDS; test and evaluation; NGM
中圖分類號:TJ760
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1673-5048( 2016) 02-0003-06
作者簡介:劉代軍(1970-),男,河南襄城人,研究員,主要從事機(jī)載武器系統(tǒng)技術(shù)研究工作。
收稿日期:2016-01-01
DOI:10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2016.02.001