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空空導彈網絡化作戰(zhàn)技術的發(fā)展和關鍵技術?

2020-09-28 05:41
艦船電子工程 2020年7期
關鍵詞:載機數據鏈空空導彈

(海軍航空大學 煙臺 264000)

1 引言

信息化、網絡化已經成為現代空戰(zhàn)的主要特點,參與空戰(zhàn)的主體通過網絡成為對抗體系中的一個個節(jié)點,節(jié)點之間通過數據鏈加強信息共享[1~2],通過協同、配合實現快速反應、精確打擊,提升了綜合作戰(zhàn)能力?;跀祩餍畔⒌目湛諏棸l(fā)射與制導,是空空導彈網絡化作戰(zhàn)的重要發(fā)展方向,前出平臺(預警機、地面指揮所、無人機和直升機等)通過數據鏈提供目標信息,協助載機完成火控解算和導彈中制導,不僅擴展了載機作戰(zhàn)空域,而且可以實現載機靜默攻擊,對獲取制空權起到了至關重要的作用[3~5]。

2 空空導彈網絡化作戰(zhàn)優(yōu)勢

空空導彈網絡化空戰(zhàn)的應用對象主要為中、遠程空空導彈,其典型過程[6~7]如圖1。

圖1 空空導彈網絡化作戰(zhàn)典型過程

前出平臺通過武器數據鏈持續(xù)提供目指信息,將載機引導至作戰(zhàn)區(qū)域,當戰(zhàn)術引導完成后,載機直接利用目指信息,完成任務機火控解算以及導彈發(fā)射;導彈發(fā)射之后,彈載制導設備根據數傳信息計算導彈中制導所需的無線電修正指令,并每隔一段時間發(fā)送給導彈,使導彈能夠根據環(huán)境和目標信息變化不斷修正彈道,確保導彈末制導雷達開機時,能可靠截獲目標。利用前出平臺提供的數傳信息完成空空導彈網絡化作戰(zhàn)具有以下幾個方面的優(yōu)勢。

1)擴大載機攻擊范圍

在復雜的電磁環(huán)境下,由于目標機動能力、隱身性能的不斷增強,載機雷達的作用距離十分有限,導致空空導彈的使用受到限制。前出平臺一般具有探測能力強、抗干擾能力強等優(yōu)勢,在網絡化作戰(zhàn)條件下,載機可利用前出平臺提供的數傳信息完成目標打擊,克服了單機作戰(zhàn)存在的不足。

2)實現機載雷達靜默

在作戰(zhàn)過程中,機載雷達處于關閉狀態(tài),避免了雷達波束對目標進行照射,提高了載機的安全性、隱蔽性。

3)發(fā)射后不管

傳統意義上的“發(fā)射后不管”是指導彈發(fā)射之后能自動搜索、截獲、跟蹤并命中目標,而對于中、遠程空空導彈,在單機作戰(zhàn)時,中制導過程中需要載機提供修正指令,直至末制導雷達開機后才可脫離戰(zhàn)場。在網絡化作戰(zhàn)條件下,利用數傳信息完成導彈中制導意味著載機只是作為武器發(fā)射平臺,導彈發(fā)射之后,即可立即脫離,完成其他作戰(zhàn)任務。

4)減少反應時間

通過利用前出平臺提供的目指信息完成火控解算、導彈制導等作戰(zhàn)任務,可大大減少載機雷達搜索、跟蹤和截獲目標的時間,縮短OODA(Obser?vation,Orientation,Decision,Action)時間鏈。

3 關鍵技術

空空導彈的網絡化作戰(zhàn),是前出平臺、載機和空空導彈通過信息共享進行有機的結合,相比于現有的單機空戰(zhàn)模式,要想實現空空導彈的網絡化作戰(zhàn),既要求網絡平臺能夠提供高精度的作戰(zhàn)數據,也需要各方之間建立高效的互聯互通的通信機制,為保證數傳信息能夠用于火控解算和導彈中制導,提高空空導彈利用網絡信息打擊目標的精度,空空導彈應該具備先進的彈載數據鏈技術和彈載衛(wèi)星定位制導技術。

3.1 彈載數據鏈技術

在網絡化戰(zhàn)場中,裝有數據鏈的導彈或炸彈不僅顯著地提高了對固定目標的命中概率,而且還能保證對機動目標的打擊精度[8]。目前,空空導彈彈載數據鏈是導彈平臺和信息技術融合的典型例子,理論和實踐證明,彈載數據鏈可以在導彈中制導過程中,不僅可以接收強實時、高頻率的制導數據,而且可以在導彈發(fā)射之后,實現制導權的交接,導彈利用前出平臺提供的信息完成制導;另一方面彈載數據鏈可以實時回傳導彈自身運動參數,在引信爆炸前,提供毀傷評估數據,并且可以停止導彈中制導,防止誤發(fā)射。

3.2 彈載衛(wèi)星定位制導技術

目前,中遠程空空導彈大多采用慣導加無線電指令修正復合制導[9],這種復合制導目前還無法實現空空導彈的網絡化作戰(zhàn):對于慣性制導而言,隨著制導時間的延長,制導精度會逐漸降低,雖然能滿足近距離制導的要求,但是不能滿足中、遠程制導的要求;對于無線電指令修正制導而言,只是提供了精確的目標數據,但是導彈自身的定位數據因為慣導累積誤差并沒有進行校正,所以利用修正指令和導彈定位數據重新計算出的導彈計劃飛行軌跡存在誤差。

利用彈載衛(wèi)星定位技術可以有效解決上述問題:雖然衛(wèi)星定位系統可以提供較高精度的位置信息,但是對于高速的空空導彈而言,定位信號不容易捕捉;而慣性導航系統雖然可以實時提供導彈運動參數,但是存在時間積累誤差。通過對比衛(wèi)星定位和慣性導航的優(yōu)缺點,二者可以實現互補,利用衛(wèi)星定位可以修正慣導系統的誤差累積,可以對慣性導航系統積累的位置誤差、速度誤差和姿態(tài)誤差進行校正,而利用慣性導航系統可以解決衛(wèi)星定位信息無法持續(xù)獲取的問題,利用慣性制導裝置的加速度計,可改善彈載衛(wèi)星定位裝置的動態(tài)接受性能,使得空空導彈衛(wèi)星定位裝置能夠在高速運動的情況下連續(xù)接受定位信號。

因此彈載衛(wèi)星定位加慣性導航加無線電修正三種復合制導,不僅可以提供高精度的目指信息,也可提供高精度的導彈定位信息,從而適應網絡化作戰(zhàn)。

4 發(fā)展現狀

在網絡化空戰(zhàn)條件下,由于目標隱身性能不斷提高以及作戰(zhàn)空域不斷增大,空空導彈應該滿足更高的要求,其作戰(zhàn)性能對空戰(zhàn)勝負起著決定性的作用。為適應網絡化作戰(zhàn),近些年世界各國正大力開展空空導彈的研究和改進,以美國為首的西方國家,空空導彈技術走在世界前列,其他國家也通過技術引進和購買的途徑推進網絡化空戰(zhàn)能力[10]。

4.1 美國空空導彈

目前,對于空空導彈彈載數據鏈的研發(fā),美軍主要是將已研發(fā)的數據鏈裝配到空空導彈上并進行改進,AIM-120[11]是美軍數據鏈應用于空空導彈的典型例子。

AIM-120是美軍目前最為先進的中遠程空空導彈,它替代了原有的AIM-7系列,既可以近距格斗,也可以實現遠距攔截,既可完成單目標攻擊,也可完成多目標攻擊,并且可以保證全天候作戰(zhàn)。在火控解算階段,載機將解算數據持續(xù)裝訂到導彈上,直至導彈發(fā)射,其制導階段分為兩個部分:中制導段和末制導段。在中制導階段,載機或者由其他平臺持續(xù)的將修正指令發(fā)送給導彈,用于形成新的計劃飛行軌跡。

目前AIM-120已經從A型發(fā)展到了D型,其中AIM-120C就裝有單向數據鏈,該數據鏈實時性、保密性、抗干擾性能強,其作用距離可以達到148km,完全可以滿足AIM-120的射程要求,但是該數據鏈只能保證載機或者其他作戰(zhàn)平臺向導彈傳輸信息,無法實現導彈信息的反向傳送,從而無法對導彈的作戰(zhàn)效果進行評估,針對這一缺點,AIM-120D彈載數據鏈進一步增強,裝配了一個增強型的雙向數據鏈,不僅實現了信息的雙向傳輸,還大大提高了數據鏈傳輸信息的實時性和精確性,可以保證其他作戰(zhàn)平臺參與導彈制導,增強型數據鏈的裝配使得AIM-120D具有網絡化作戰(zhàn)能力。

美軍在彈載衛(wèi)星定位制導技術方面全球領先,由于其GPS技術已經非常成熟,并且軍用GPS定位精度非常高,目前已經實現了GPS、慣性導航系統和無線電指令修正之間的復合制導[12]。GPS制導技術在美軍導彈上應用廣泛,如JDAM、(SLAM)AGM-84E、 AGM-86C、 AGM-130、 AGM-142、AGM-154、JSOW、JASSM和AIM-120D等導彈。

由于AIM-120D空空導彈裝配有衛(wèi)星定位制導設備和增強型數據鏈,可以實現空空導彈的靜默攻擊,在導彈發(fā)射之前,載機雷達不開機,載機利用數傳信息實現火控解算,導彈發(fā)射之后,由網絡平臺發(fā)送無線電修正指令,結合高精度的衛(wèi)星定位制導和慣性制導,可以實現AIM-120D在網絡化作戰(zhàn)條件下高精度命中目標。

4.2 歐洲空空導彈

為了突破美國在空空導彈技術上封鎖,歐洲各國決定研發(fā)自己的空空導彈,20世紀七八十年代,英國和瑞典共同研發(fā)了一種半主動雷達制導的空空導彈,但是該型導彈受雷達回波限制,作用距離有限。隨后英、德、法、意等過開始致力于研發(fā)“流行”導彈[12],該型導彈采用主動雷達導引頭,可以實現中遠距離攔截,并具有發(fā)射后不管能力,該型導彈的出現打破了美軍空空導彈在市場上長期壟斷的局面。

目前,該型導彈通常裝備的雙向數據鏈,只有部分導彈計劃只裝配單向數據鏈。無論是單向數據鏈還是雙向數據鏈,都可以由第三方平臺向導彈提供高精度目標信息。目前導彈的研發(fā)團隊還在對衛(wèi)星定位制導設備的集成進行評估,而且已經找到了放置空間,如果衛(wèi)星定位制導裝置集成成功,彈載數據鏈技術再進一步增強,那么該型導彈也能和AIM-120D一樣擁有網絡化空戰(zhàn)能力。

4.3 以色列空空導彈

“德比”導彈[12]的研制成功使得以色列空中作戰(zhàn)能力大大增強,改型導彈采用新的軟件定義的雷達導引頭,升級的雙脈沖火箭發(fā)動機、先進的電子對抗技術、彈道修正算法和全球鏈接數據鏈,可以采用發(fā)射前截獲和發(fā)射后截獲作戰(zhàn)模式。2017年5月對該型導彈進行了試射,在發(fā)射后截獲作戰(zhàn)模式下,戰(zhàn)斗機成功摧毀了一個超視距的空中機動目標。根據目前公開的文獻資料,還沒有關于該型導彈利用網絡信息實現目標的報告,但是由于該型導彈裝有全球鏈接數據鏈,并可以在發(fā)射導彈之后,通過截獲目標完成目標打擊,推測可知,在中制導過程中,可以通過數據鏈完成中制導權的交接,實現網絡化作戰(zhàn)。

5 結語

國外的空空導彈網絡化作戰(zhàn)技術成果對于我國空空導彈的發(fā)展具有很重要的借鑒意義,想要實現網絡化空戰(zhàn),應攻克兩個關鍵技術:一是安裝彈載雙向數據鏈,二是衛(wèi)星定位制導技術。但是想要在空空導彈上實現這兩項技術,需要對武器裝備進行改裝和定型,或研發(fā)新的導彈,這些都是一項大的工程,需要較長的研發(fā)周期,那么如何依托現有武器裝備,考慮現狀,在現有的硬件設施以及相關的軟件技術基礎上,以現有武器裝備改動最小化為指導思想,提出可行的方法,盡快實現我國空空導彈的網絡化作戰(zhàn),是今后所需研究的重點。

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