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反艦導彈路在何方

2017-10-30 00:43吳日平
航空世界 2017年8期
關鍵詞:超聲速反艦導彈導彈

吳日平

據(jù)外媒報道,日前,美國新型亞聲速遠程反艦導彈IRASM成功進行了試驗;而俄羅斯的“鋯石”高超聲速反艦導彈計劃今年正式服役。針對反艦導彈的技戰(zhàn)術優(yōu)長,各軍事強國有著不同的發(fā)展戰(zhàn)略,其中,以美軍重點的發(fā)展亞聲速反艦導彈和俄軍重點發(fā)展的超聲速反艦導彈為代表。

為什么有的國家選擇發(fā)展亞聲速反艦導彈,有的國家則大力發(fā)展超聲速反艦導彈?這兩種導彈又反映了哪些技術路徑?反艦導彈真的是“唯快不破”嗎?讓我們來—探究竟。

“超聲速”與“亞聲速”反艦導彈原理

當前,反艦導彈開始進入百花齊放的大發(fā)展時期,按速度可分為亞聲速、超聲速兩大類。由于受發(fā)動機技術和材料技術的限制,傳統(tǒng)反艦導彈以亞聲速反艦導彈為主。隨著沖壓噴氣發(fā)動機技術的成熟和使用,基于沖壓噴氣發(fā)動機的超聲速、高超聲速反艦導彈也漸漸廣泛使用。反艦導彈采用噴氣動力,巡航推力穩(wěn)定性好,巡航速度可放寬到馬赫數(shù)0.65~0.9,掠海高度低,射程與飛行性能指標較為平衡,是西方亞聲速反艦導彈的主要動力。如果改進噴氣動力性能和彈形,導彈的巡航飛行速度可提高到馬赫數(shù)1.4以上,能保證反艦導彈實現(xiàn)超聲速巡航,但在低空的單位航程油耗要增加3~4倍,低空有效射程并不理想。

現(xiàn)代反艦導彈的巡航速度主要集中在兩個范圍,亞聲速在馬赫數(shù)0.65~0.9,超聲速在馬赫數(shù)1.5~3,很少出現(xiàn)速度在馬赫數(shù)1~1.4之間的跨聲速導彈。跨聲速導彈在開發(fā)早期就被放棄,主要是飛行速度比亞聲速提高不大,動力要求卻與馬赫數(shù)1.5以上的導彈相差不多,保留了其動力與結構的全部缺點,卻沒有優(yōu)點來彌補。反艦導彈超聲速的標準基本都在馬赫數(shù)1.5以上,這個速度范圍適合采用高速標準的氣動布局,也能充分發(fā)揮火箭和噴氣動力的效能。

典型三型反艦導彈

目前,由于受導彈動力技術和隱身技術水平的限制,新型反艦導彈技術的發(fā)展路線還存在亞聲速高隱身和超聲速大機動兩個發(fā)展方向的爭論,正所謂的蘿卜青菜,各有所愛。因此,各國都在不遺余力地進行技術突進,力圖揚長避短。

美軍LRASM-A亞聲速反艦導彈

美國一直奉行全球性海軍戰(zhàn)略,強調(diào)基于作戰(zhàn)平臺、信息網(wǎng)絡的體系反艦作戰(zhàn)能力,在反艦導彈路線上一直以亞聲速為主。美國反艦導彈的典型代表是LRASM-A亞聲速反艦導彈。

LRASM-A是洛馬公司在JASSM增程型導彈JASSM-ER基礎上研制的,是具有隱身和高生存能力的亞聲速巡航導彈。JASSM-ERR在外形設計、氣動布局等方面與JASSM基本型保持一致,最大區(qū)別是使用了F107-WR-105渦扇發(fā)動機,攜帶的燃料也增加了45千克,射程增加到1100~1300千米。2006年5月,洛馬公司在白沙導彈試驗場進行了JASSM-ER的首次試驗,由B-1B發(fā)射,導彈飛行740千米后命中目標。

LRASM-A亞聲速反艦導彈延續(xù)了JASSM的氣動和外形,這使其雷達和紅外隱身性能會比較出色,其末端制導可能在紅外成像制導基礎上增加主動雷達制導。LRASM-A的綜合指標LRASM總長約4.27米,重約1134千克,采用多模傳感器、數(shù)據(jù)鏈和增強的數(shù)字抗干擾全球定位系統(tǒng)來探測目標,具有全天候作戰(zhàn)的能力。相對于以前的導彈型號,LRASM提高了打擊不確定移動目標的能力,導彈的傳感器能準確找到要打擊的艦船。LRASM裝備有454千克的穿甲爆破型戰(zhàn)斗部,與JASSM-ER類似。基于JASSM-ER的隱身優(yōu)勢,LRASM-A采用了降低RCS的外形設計,在結構上大量采用復合材料并在彈體表面涂敷了新型吸波涂料。發(fā)動機采用埋入式矩形噴口,利用彈體尾部遮擋高溫排氣,光滑的彈體表面有利于減少與空氣摩擦產(chǎn)生的紅外輻射。通過多種措施,LRASM-A可有效突破敵艦防空系統(tǒng)的攔截。

俄羅斯“鋯石”超聲速反艦導彈

俄羅斯海軍的潛在作戰(zhàn)對象是擁有強大海上航母編隊、快速反應能力和遠程預警能力的國家,所以反艦導彈必須以快制勝,并確保一發(fā)命中,給對方造成致命打擊。同時,由于俄羅斯在超聲速導彈技術方面的實力強于西方,因此俄羅斯的反艦導彈以超聲速型號為主,“鋯石”反艦導彈就是其中典型?!颁喪狈磁瀸検窃凇皩毷焙汀安祭埂背曀俜磁瀸椀幕A上研制的,突破了動力系統(tǒng)這一關鍵技術,使飛行速度實現(xiàn)從超聲速到高超聲速的跨越。盡管與“花崗巖”導彈相比,“鋯石”巡航導彈的射程較近,但其速度卻令當前的導彈防御技術難以攔截?!颁喪睂椀娘w行速度可以達馬赫數(shù)5至6之間,可在目標艦防御系統(tǒng)完成探測、跟蹤、鎖定、判斷并發(fā)射攔截武器之前逼近其防御區(qū),具有極高的突防能力?!颁喪睂棇⒗^承“寶石”導彈的通用化、模塊化特點,實現(xiàn)良好的裝載適應性,可裝備多種?;l(fā)射平臺。

俄羅斯海軍“彼得大帝”號核動力巡洋艦將在2019年到2022年進行的升級改造中配裝“鋯石”高超聲速反艦導彈?!颁喪狈磁瀸椧驗橛凶銐蚋叩乃俣?,再加上超高速飛行對導彈氣動外形的限制,所以戰(zhàn)斗部不能太大,裝藥也不會多,因而將主要依靠動能殺傷。由于侵徹能力與導彈的動能相關,而“鋯石”導彈的速度在飛行末端將超過馬赫數(shù)6,所以彈頭的動能極大。試驗表明,速度在馬赫數(shù)6的彈頭可侵徹50米厚的土層或6米厚的混凝土,侵徹能力遠遠超過“布拉莫斯”和“寶石”反艦導彈。

日本ASM-3超聲速反艦導彈

日本屬于島國,多山地,地形非常復雜,敵對國家可能的進攻幾乎都來自海上,導致日本軍方一直強調(diào)要御敵于國門之外,要求在海上消滅來襲艦隊。為此,日本非常重視反艦導彈的發(fā)展,期望在未來海戰(zhàn)中以小博大,他們先后研制了88式、91式、93式亞聲速反艦導彈,但由于技術的限制,近年來才基于美國超聲速靶彈的技術,開發(fā)了ASM-3超聲速反艦導彈。ASM-3導彈是配備在日本航空自衛(wèi)隊F-2戰(zhàn)斗機上的超聲速反艦導彈,是日本新一代空射反艦導彈。ASM-3導彈發(fā)射質量大約為900kg,彈長約6米。導彈氣動外形與法國的ANF反艦導彈非常相似,均采用流線型圓柱彈體,兩個楔形的進氣道分別位于彈體的側下部,具備一定的隱身能力,尾部有4個呈X形布置的小型舵面。導彈從前到后分別是制導段、燃料箱和沖壓發(fā)動機三部分。導彈制導方式為中繼慣導加末段主/被動復合制導方式,具備較強的抗電子干擾能力。導彈最大飛行速度可達到馬赫數(shù)3,射程為150千米,一架F-2戰(zhàn)斗機最多可掛載4枚ASM-3導彈。ASM-3配備整體式液體火箭沖壓發(fā)動機(即固體火箭發(fā)動機+液體渦噴發(fā)動機),兼具固體火箭發(fā)動機和渦輪噴氣發(fā)動機的優(yōu)點,如火箭發(fā)動機的結構簡單和不依賴氧氣,渦噴發(fā)動機的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性,因此飛行效率大幅提高,飛行速度可達馬赫數(shù)3。XASM-3的沖壓發(fā)動機使其以超聲速飛行,留給對方艦空導彈的反應時間和近防系統(tǒng)的射擊時間還不到ASM-1和AMS-2的一半,這將提高XASM-3的生存性。XASM-3在發(fā)射前將收到目標信息,發(fā)射后根據(jù)這一信息飛向指定位置。如果能夠感知到對方雷達電波,導彈將改為被動雷達制導方式:如果主動雷達開機后捕獲目標,將結合此前被動雷達獲得的目標信息,引導導彈飛向敵艦。通過同時使用主動和被動雷達制導,可提高導彈的目標選擇能力和抗干擾能力。endprint

反艦導彈的超聲速與亞聲速之優(yōu)劣

反艦導彈的亞聲速和超聲速各有優(yōu)勢,正所謂的尺有所短,寸有所長,但在現(xiàn)有技術內(nèi)沒有綜合的可能。

(一)超聲速之優(yōu)VS亞聲速之劣

1.利于降低導彈對中繼修正和慣性導航精度的要求

如果以遠程彈的300千米射程作為發(fā)射點與目標的距離標準,目標以55千米/時速度橫向運動,導彈飛行速度為馬赫數(shù)0.9時的瞄準點誤差大約8千米,速度增加到馬赫數(shù)1.5時的誤差降低到5千米,達到馬赫數(shù)2時的誤差則降低到約3.2千米。按照目標穩(wěn)定直線運動作為標準,導引頭跟蹤到目標的概率分別為0.92~0.998和1。由此可見,超聲速有利于降低導彈對中繼修正和慣性導航精度的要求。

2.利于搜索目標

如果以中程彈的100千米作為攻擊距離,速度達馬赫數(shù)0.8的亞聲速導彈的理論作戰(zhàn)周期為6~7分鐘,而以馬赫數(shù)1.8~2速度巡航的超聲速導彈只有2.5~3分鐘。目標艦艇如果以55千米每小時進行橫向脫離,利用慣性自控到達導引頭開機點,亞聲速和超聲速導彈對應的瞄準點偏差最大值為3.5和1.6千米。導彈在10米高度低空突防時,瞄準點偏差越小,對導引頭掃描偏差角要求越低,在視野中線附近搜索到目標的概率就越大。反艦導彈的導引頭視野范圍有限,突防高度越低則受瞄準偏差的影響越大,需要中段修正手段,而全程低空超聲速導彈可取消對中段修正的依賴,降低修正的次數(shù)和幅度。

3.突防威脅大

假設反艦導彈巡航高度為20米,目標艦艇的搜索雷達天線高度為25米,則發(fā)現(xiàn)導彈的理論距離在39千米左右,采用消除雜波干擾等措施后的可靠發(fā)現(xiàn)距離為25~27千米。在此距離上,現(xiàn)役中、遠程防空導彈的反應時間,與反艦導彈以馬赫數(shù)2速度掠海巡航的時間相合,導彈攔截接觸點基本處于近距防御系統(tǒng)盲區(qū)的邊界,致使中、遠程防空導彈很難攔截到超聲速反艦導彈。如果反艦導彈在距目標20千米處啟動導引頭搜索目標,目標對速度馬赫數(shù)0.8的亞聲速導彈告警時間為76秒,對馬赫數(shù)1.8的超聲速導彈只有34秒。同樣處于目標搜索雷達盲區(qū)的高度突防時,目標艦艇偵察到超聲速導彈的時間要少55%。硬殺傷攔截時,超聲速導彈的大體積會增加被命中概率,但高速度又會增加攔截導彈的脫靶量,兩者效果基本上可抵消。超聲速反艦導彈動能較大,同樣采用延時引信高爆戰(zhàn)斗部時,以馬赫數(shù)2速度命中的200千克導彈戰(zhàn)斗部,打擊能量相當于馬赫數(shù)0.9時的400~450千克的彈頭,對多層艙壁的艦艇破壞效能較大。

(二)超聲速之劣VS亞聲速之優(yōu)

1。低空隱蔽突襲距離短

超聲速反艦導彈采用液體燃料沖壓發(fā)動機,高空有利巡航飛行高度在14千米~15千米,最大巡航飛行速度可達到馬赫數(shù)2.8~3.5,燃料消耗只有1千米高度和馬赫數(shù)2速度時的25%~30%。導彈采用高空巡航,最大射程是低空的3~4倍,但高空巡航目標明顯,飛行速度還沒有高到可對抗防空火力的標準。高空突防能力不足,迫使反艦導彈進行末段低空突防,實現(xiàn)隱蔽突襲的低空掠海飛行距離不能少于30千米,超聲速反艦導彈采用低空掠海突防可大幅壓縮目標反應時間,但也會壓縮彈載控制系統(tǒng)的反應時間。當導彈面對自然干擾和電子對抗時,彈載系統(tǒng)的識別和抗干擾難度更大,數(shù)據(jù)處理技術難度很大。高空巡航經(jīng)濟性好卻容易暴露目標,低空掠海隱蔽性好,但對航程影響過大,現(xiàn)有技術下這個矛盾基本無解。

2.隱身性能差

超聲速反艦導彈的速度有利于削弱遠程攔截彈的效能,但高迎頭速度卻有比亞聲速導彈強得多的多普勒效應,艦載搜索雷達準確跟蹤的距離要比跟蹤亞聲速導彈更大,會明顯增加艦載指令制導點防空導彈的瞄準距離。首先是低空高速飛行的氣動加熱,使迎頭紅外信號強度遠大于亞聲速導彈,更大的體積也增加了迎頭RCS。典型亞聲速反艦導彈的迎頭RCS為0.5~1米2,常規(guī)驅逐艦警戒雷達對其正常搜索距離在10千米左右。超聲速導彈迎頭RCS在2~3米2,同高度艦載雷達對其搜索距離的增量不大,但在多普勒雷達搜索過程中信號明顯。面對日益發(fā)展的艦載防空系統(tǒng),LRASM-B應用高速進行突防的設想在總體設計上還必須兼顧超聲速所要求的良好氣動外形和隱身性能所要求的特殊氣動外形,而這兩個要求在氣動外形上是矛盾的,有很大的技術瓶頸。此技術瓶頸目前從技術上難以克服,因此導致LRASM-B下馬。顯然從總體實現(xiàn)技術角度來看,LRASM-B難度大,目前難以實現(xiàn),與其綜合能力無關。從生存能力上看亞聲速反艦導彈并不比超聲速反艦導彈差,而且成本上有著較大的優(yōu)勢。這也是為什么美軍LRASM導彈取消了高超聲速版本,繼續(xù)發(fā)展亞聲速LRASM-A的原因。

3.升級改造空間小

超聲速反艦導彈的氣動與動力關系較嚴格,基本結構對改進發(fā)展的限制比較大,改進潛力明顯不如亞聲速反艦導彈,能方便地改造成對地攻擊型,還能通過加長彈體燃料段長度提高射程。亞聲速導彈對彈體升力面位置和重心的限制小,調(diào)整彈體尺寸對整體性能和控制的影響很容易克服。超聲速反艦導彈本身的尺寸和重量就很大,彈體在性能改進中可做改動的結構又不多,全彈推比、重心位置和翼面力矩要求嚴格,氣動設計和各艙段比例很難進行調(diào)整,改善戰(zhàn)術性能的技術壓力和成本壓力遠超過亞聲速導彈。這種差異普遍存在于各國類似的型號中,當很多亞聲速導彈通過改進實現(xiàn)了多平臺、多功能通用化時,超聲速反艦導彈往往從服役到退役的模樣都差不多,技術戰(zhàn)術性能也沒有什么大的改善。

4.彈體結構強度要求高

現(xiàn)代反艦導彈大都具備末段機動能力,在接近目標時采用大過載機動來規(guī)避近距防御系統(tǒng)的攔截。導彈末段機動的過載可達到8~15g,飛行速度越快對彈體強度要求就越高。彈體結構強度要求高就增加了導彈外殼的結構重量,這又推動了對動力系統(tǒng)的要求。超聲速反艦導彈最大的問題就是尺寸和重量。根據(jù)飛行器的工作環(huán)境,飛行速度從Ma0.9增加到Ma1.5時,增幅雖然還不到一倍,但導彈所承受的阻力要增加4~5倍。高速對彈體結構強度要求很高,氣動加熱也較明顯,導致很難降低超聲速反艦導彈的尺寸和重量。超聲速導彈大尺寸、大重量意味著高成本,高成本又迫使導彈必須選擇高價值目標,高價值目標需要的戰(zhàn)斗部威力必須要大,導引頭的精度和抗干擾能力也要求更高,反過來又迫使導彈的成本和技術指標增加。另外,以同時期同類導彈的可比成本價格為標準,超聲速反艦導彈的價格是亞聲速同類彈的3~5倍,也更難維護,實際作戰(zhàn)效能卻遠不能與成本相適應。只有不計代價投入,才有可能保證超聲速反艦導彈裝備,而大部分國家卻沒此能力和必要。endprint

未來發(fā)展趨勢

反艦導彈已經(jīng)走過了幾十年的歷程,這期間,隨著科技的發(fā)展,反艦導彈技術也得到了長足進步,并且在現(xiàn)代海戰(zhàn)中起到重要作用,產(chǎn)生過重大的影響。展望未來,反艦導彈的發(fā)展將會集中在以下幾個方面:

(一)提高防區(qū)外攻擊能力

在敵我之間無遮蔽物可利少的海面作戰(zhàn),大射程的打擊能力,也是發(fā)揮先發(fā)制人作戰(zhàn)效能的重要支撐。另外,攜帶反艦導彈的飛機、艦艇只有在打擊目標防區(qū)外發(fā)射導彈,這就需要增加反艦導彈的射程來提高載彈平臺的安全。因此,反艦導彈的遠程打擊能力仍將是各國發(fā)展重點。目前,大多反艦導彈經(jīng)過升級,其射程已由原來30~40千米雷達視距,發(fā)展到一百多、甚至數(shù)百千米,一些新研發(fā)的遠程巡航反艦導彈射程可達1000千米,如美軍正在研制的“LRASM-A”反艦導彈射程在600至1000千米,目標防區(qū)外攻擊將成為未來反艦導彈的主要攻擊方式。

(二)向亞超并舉,亞超結合方向發(fā)展

戰(zhàn)略需求牽引裝備發(fā)展。各個國家安全的關注焦點不同,未來反艦導彈的發(fā)展思路自然不會跟著別國走。從近期來看,亞聲速遠程隱身反艦導彈成本較低,通用性好,技術難度較低,適合多平臺大量裝備。超聲速反艦導彈研制難度大,尤其是高超聲速導彈涉及到諸多新的技術領域,適合作為殺手锏殺手銅武器當做長期目標發(fā)展。比較亞聲速方案與超聲速方案,速度雖是影響反艦導彈發(fā)展和改進作戰(zhàn)能力的重要因素,但卻不是全部和唯一因素。超聲速方案速度大幅提高,高速特性使得敵方防御系統(tǒng)反應和攔截的時間很短,生存概率提高:但高速帶來隱身性能的問題,被發(fā)現(xiàn)概率增加,導彈的總體作戰(zhàn)性能不一定提高。因此,在未來的反水面作戰(zhàn)中,亞聲速方案和超聲速方案的主要依存關系,將既不是傳統(tǒng)的“主從”關系,也不是簡單的“取代”關系,而是一種優(yōu)勢互補關系,將按照亞超并舉的發(fā)展原則,建成一個既可以發(fā)揮各自優(yōu)勢,又能夠在聯(lián)合或協(xié)同作戰(zhàn)中,按優(yōu)勢互補原則,形成最佳火力配置的反艦導彈武器體系。

(三)提高超隱身突防能力

反艦導彈隱身能力作為衡量導彈性能的一個重要指標,也是影響導彈突防能力的一個關鍵指標。根據(jù)隱身原理,反艦導彈的隱身包括外形隱身、隱形涂料隱身和紅外隱身等。為減少反艦導彈對雷達電磁波的輻射,新型導彈在研發(fā)過程中,一方面通過導彈外形設計,將尋彈外表面盡量傾斜、后掠,以偏斜探測需達波束,來減小導彈的雷達反射面積(RCS),通過仿真數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),采取大后掠多面體極大提高導彈隱身效果:二是將發(fā)動機進氣口置于彈體上側,利用彈身遮蔽來減小進氣的雷達波輻射:三是在反艦導彈外表面涂上雷達吸波材料,可降低反射率。從目前,挪威“NSM”和“JSM”反艦導彈、美國“LRASM-A”反艦導彈均采用非圓截面彈身外形設計、遮蔽發(fā)動機進氣門和涂覆吸波材料等措施,大幅降低了導彈雷達反射面積(RCS),使反艦導彈的可探測性變得更低。

(四)提高智能化精確打擊能力

信息技術及人工智能在軍事領域的廣泛應用,大大提升了反艦導彈的網(wǎng)絡化、智能化程度,同時提高了反艦導彈的精確打擊和抗干擾能力。反艦導彈的網(wǎng)絡化、智能化控制能力主要體現(xiàn)在中段自控飛行段和末段制導飛行段。傳統(tǒng)反艦導彈在飛行段主要采用慣導技術、GPS定位技術、地形匹配技術進行自控飛行。隨著信息系統(tǒng)的推廣以及戰(zhàn)場信息支持能力的加強,中繼制導技術在反艦導彈上得到廣泛應用,通過在導彈上加裝雙通道數(shù)據(jù)鏈,利用彈上傳感器反饋的信息精確控制導彈。如美國通過對“魚叉”導彈的不斷升級改進,通過采用多??刂品绞教岣吡藢椩谧钥仫w行段的網(wǎng)絡化遠程控制能力,控制人員還可根據(jù)戰(zhàn)場情況實時控制反艦導彈規(guī)避防空火力區(qū)。選擇艦船要害部位實施精確打擊。

編輯:戴嘉琦endprint

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