魏維偉, 劉俊豪

(1.上海無線電設(shè)備研究所,上海 201109;2.上海目標(biāo)識別與環(huán)境感知工程技術(shù)研究中心,上海 201109)

0 引言

引信是通過感知目標(biāo)、環(huán)境或按預(yù)定條件,控制戰(zhàn)斗部在最佳時機、最佳位置,向最佳方位起爆的系統(tǒng)[1-2]。引信作為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組成部分,是導(dǎo)彈武器發(fā)揮終端威力的關(guān)鍵子系統(tǒng)[2]。由于對抗的目標(biāo)具有高價值、大機動、多樣性和強破壞性等特點,對空導(dǎo)彈近炸引信在精確探測、精細(xì)分辨以及精密控制方面有更高的要求,同時應(yīng)具有極高的可靠性和單發(fā)殺傷概率。

在導(dǎo)彈武器裝備中,近炸引信在三維精確打擊中控制縱深維,是精確打擊系統(tǒng)高效毀傷的倍增器,通過更換引信使戰(zhàn)斗部毀傷概率成十倍地提高的事例屢見不鮮。引信決定了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)最終的毀傷效果,并且效費比極高。本文從打擊空中目標(biāo)對近炸引信的需求出發(fā),結(jié)合當(dāng)前對空導(dǎo)彈近炸引信技術(shù)發(fā)展情況,聚焦關(guān)鍵技術(shù),研判未來對空導(dǎo)彈近炸引信的能力特征與發(fā)展趨勢。

1 國外對空導(dǎo)彈近炸引信技術(shù)概況

近些年導(dǎo)彈引信技術(shù)處于迅速、全面的發(fā)展時期,新技術(shù)、新概念不斷出現(xiàn)。下面總結(jié)了具有代表性的對空導(dǎo)彈近炸引信技術(shù)發(fā)展概況。

1.1 反高速目標(biāo)引信技術(shù)

目前,國外臨近空間高超聲速飛行器加快了實戰(zhàn)化部署,同時末端低層彈道導(dǎo)彈突防能力不斷提升,對我國空天安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

美國反戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈增程攔截彈ERINT用于兩層防御系統(tǒng)中的低層防御。該導(dǎo)彈引信實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的側(cè)向探測向前向探測的轉(zhuǎn)變。其利用末制導(dǎo)系統(tǒng)前向探測代替了側(cè)向引信探測,并利用直接碰撞結(jié)合殺傷增強裝置對高速目標(biāo)進(jìn)行有效毀傷。美國PAC-3C防空導(dǎo)彈采用制導(dǎo)引信一體化技術(shù),并配有殺傷增強裝置,用于攔截巡航導(dǎo)彈與飛機目標(biāo)[3]。俄羅斯S300反飛機反導(dǎo)防空導(dǎo)彈采用定向戰(zhàn)斗部及所謂“全公式的引戰(zhàn)配合”,利用制導(dǎo)與側(cè)向引信探測完成反高速目標(biāo)任務(wù)。俄羅斯“凱旋”(S400)防空導(dǎo)彈采用無線電引信自適應(yīng)起爆控制技術(shù),攔截目標(biāo)的最大飛行馬赫數(shù)達(dá)18,且具備定向起爆控制能力。

1.2 反隱身目標(biāo)引信技術(shù)

隨著隱身技術(shù)的發(fā)展,各種隱身武器已逐漸成為當(dāng)前戰(zhàn)場的主角。隱身戰(zhàn)斗機、轟炸機、無人機和巡航導(dǎo)彈等目標(biāo)的共同特征是雷達(dá)散射截面積極小。如美F-22隱身飛機的雷達(dá)散射截面積已經(jīng)下降到0.01 m2以下。如何有效應(yīng)對高速目標(biāo)和隱身目標(biāo)所帶來的巨大威脅,成為對空導(dǎo)彈引信亟待解決的關(guān)鍵問題。

國外引信具備對雷達(dá)散射截面積為0.005 m2的目標(biāo)的反隱身能力。美國新型“響尾蛇”近距空空導(dǎo)彈AIM-9X Block2/3采用高性能紅外制導(dǎo)鎖定隱身目標(biāo),并采用激光引信起爆。以色列“怪蛇”-6導(dǎo)彈采用大功率成像激光引信來對抗隱身飛機。

1.3 精細(xì)探測與精確起爆控制技術(shù)

國外第四代防空武器普遍采用新型定向起爆無線電引信與定向戰(zhàn)斗部匹配的定向引戰(zhàn)系統(tǒng),目標(biāo)方位識別精度優(yōu)于10°,破片瞄準(zhǔn)角達(dá)到15°以上。俄羅斯S400防空導(dǎo)彈采用無線電引信和多點起爆的高能定向破片戰(zhàn)斗部。俄羅斯KS-172超遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈、AA-12系列先進(jìn)中程空空導(dǎo)彈等均采用了定向引信和定向戰(zhàn)斗部,破片速度和密度比非定向起爆高出1.5倍～2.0倍。美國AIM-120改進(jìn)型導(dǎo)彈采用了具有目標(biāo)脫靶方位識別能力的定向引戰(zhàn)系統(tǒng)。美國PAC-3防空導(dǎo)彈采用毫米波主動導(dǎo)引頭作為引信探測器,實現(xiàn)引信前向探測,并具備0.2 m分辨率的前向一維距離成像能力。該導(dǎo)彈通過引信高精度探測,實現(xiàn)碰撞與殺傷增強裝置高效毀傷。

1.4 超低空引信技術(shù)

隨著空中目標(biāo)超低空突防技術(shù)的發(fā)展,海上最低作戰(zhàn)高度從5 m降低到3 m,甚至更低,陸上最低作戰(zhàn)高度降低到10 m。這就要求引信具有更強的自適應(yīng)抑制海面和地面雜波的能力。

俄羅斯施基利基本型導(dǎo)彈引信具有10 m超低空能力。施基利-1導(dǎo)彈引信通過增加制導(dǎo)頻率變化識別通道,其超低空性能提高到5 m的水平,具備高單發(fā)殺傷概率。英國裝備的“海麻雀”(RIM-7F)艦載近程防空導(dǎo)彈引信具有3 m超低空性能,美國的RAM導(dǎo)彈激光引信達(dá)到了3 m的超低空作戰(zhàn)水平。

1.5 引信抗干擾技術(shù)

俄羅斯S400防空導(dǎo)彈中的40N6導(dǎo)彈引信,靠提高發(fā)射功率、降低接收機靈敏度提高抗干擾性能。美國AGM-88反輻射導(dǎo)彈采用激光引信,避開電子干擾頻段,提高抗電子干擾性能,并可抗能見度10 m以下的濃霧、煙霧,具備一定的抗拖曳干擾和箔條干擾的能力。

2 對空導(dǎo)彈近炸引信發(fā)展趨勢研判

針對目標(biāo)的高價值、大機動、多樣性和強破壞性等特點,對空導(dǎo)彈引信的發(fā)展趨勢具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 向多用途/多任務(wù)方向發(fā)展

不局限于打擊常規(guī)飛機類目標(biāo),面空、空空導(dǎo)彈正向著多用途、多任務(wù)的方向發(fā)展。當(dāng)前國外裝備針對的目標(biāo)高度涵蓋低空掠海到臨近空間,目標(biāo)尺寸涵蓋巡航彈類小目標(biāo)到戰(zhàn)斗機或預(yù)警機類大目標(biāo)[4],目標(biāo)速度涵蓋低速到高超聲速。

在對空導(dǎo)彈引信適應(yīng)多用途、多任務(wù)需求的同時,對引信的尺寸、重量與可靠性提出了苛刻要求。為此,導(dǎo)彈引信必須盡量減小體積和重量,并進(jìn)行高可靠、高集成設(shè)計。在近十年的美國引信年會論文中,對專用集成電路(ASIC)、片上系統(tǒng)(SoC)、系統(tǒng)級封裝(SIP)等技術(shù)進(jìn)行了大量的介紹,也表明高可靠、高集成是導(dǎo)彈引信發(fā)展的一個重要方向。

2.2 向“三化”方向發(fā)展

導(dǎo)彈引信的“三化”是指系列化、組合化、模塊化,向“三化”方向發(fā)展成為引信裝備發(fā)展的必然趨勢。根據(jù)打擊不同目標(biāo)的需要,通過不同模塊的組合形成不同用途的引信,減少后勤支援設(shè)備,便于維護(hù)和技術(shù)改進(jìn)。由于國外導(dǎo)彈引信資料有限,無法準(zhǔn)確評估其“三化”水平,但從國外導(dǎo)彈系列化發(fā)展模式和開放式設(shè)計理念看,要求導(dǎo)彈引信應(yīng)具備良好的通用化設(shè)計和升級能力。

通過導(dǎo)彈引信“三化”發(fā)展,可形成引信模塊型譜,并形成系列化引信產(chǎn)品,支撐快速形成裝備。圍繞導(dǎo)彈引信“三化”發(fā)展,可將導(dǎo)彈引信型譜架構(gòu)分為無線電引信型譜架構(gòu)、激光引信型譜架構(gòu)以及復(fù)合引信型譜架構(gòu)三類。

2.3 精細(xì)化和精確化已成為發(fā)展主流

精細(xì)化和精確化是指引信對環(huán)境和目標(biāo)進(jìn)行精細(xì)和準(zhǔn)確的探測、識別、分類,對安全轉(zhuǎn)換、炸點起爆進(jìn)行精確的控制。國外定向探測引信已經(jīng)廣泛應(yīng)用于型號,俄羅斯的靜電引信方位識別精度達(dá)到10°。而國內(nèi)在對定向引爆的技術(shù)需求和實戰(zhàn)效果的認(rèn)識上仍存在分歧,仍停留在單項技術(shù)研究的層面,尚未開展整個定向引戰(zhàn)系統(tǒng)的綜合性能功能驗證。

精細(xì)化能夠滿足各類戰(zhàn)斗部發(fā)展的需要,可以根據(jù)目標(biāo)類型自動確定戰(zhàn)斗部的作用模式,以發(fā)揮戰(zhàn)斗部的最大威力。精確化能夠保證引信乃至整個武器系統(tǒng)在復(fù)雜、惡劣環(huán)境下的安全性,以及實現(xiàn)戰(zhàn)斗部對各種目標(biāo)的最佳毀傷效果。美國在研的“三類目標(biāo)終結(jié)者(T3)”導(dǎo)彈具備0.2 m的距離分辨率,并能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)瞄準(zhǔn)點的準(zhǔn)確選擇[5]。

2.4 向自適應(yīng)抗干擾方向發(fā)展

未來戰(zhàn)爭中,電子對抗和光電對抗將愈演愈烈,引信受到的干擾將越來越強,抗干擾技術(shù)、反輻射技術(shù)持續(xù)發(fā)展,采用新體制、復(fù)合體制等手段的引信綜合抗干擾是今后一段時間內(nèi)抗干擾、反輻射的基本途徑。天線、數(shù)字化、集成化、信息融合等技術(shù)的發(fā)展和運用是引信抗干擾技術(shù)發(fā)展的前提和動力。

隨著光電對抗技術(shù)的發(fā)展和新的作戰(zhàn)方式的出現(xiàn),對空導(dǎo)彈引信的使用環(huán)境更加復(fù)雜,低空掠海時的背景干擾、紅外干擾彈所產(chǎn)生的濃煙、箔條干擾以及主動電磁干擾都對導(dǎo)彈引信產(chǎn)生了較大威脅。當(dāng)前國外先進(jìn)導(dǎo)彈引信均具備相當(dāng)?shù)膹?fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力[6-8]。

2.5 新體制、新概念研究在不斷推進(jìn)

無線電引信的工作體制由過去的單一體制朝著隨機跳頻加偽碼調(diào)相脈沖多普勒(PD)、多重復(fù)頻率PD、隨機或偽隨機調(diào)頻等多種復(fù)合體制方向發(fā)展。激光引信由傳統(tǒng)的非相干直接探測體制向偏振收發(fā)以及相干探測體制發(fā)展,相應(yīng)的新型超窄、偏振、雙色、成像以及相干等激光引信體制成為研究熱點。

此外,一些新概念、新理論得以迅速發(fā)展和應(yīng)用。如亞毫米波引信,近年來美國進(jìn)行了大量的研究,充分利用亞毫米波段高分辨、強等離子鞘套的穿透特性提高引信性能。一方面實現(xiàn)對空、對地目標(biāo)的高精度成像及易損點識別,并且實現(xiàn)對地隱蔽目標(biāo)的識別,實現(xiàn)精確打擊;另一方面實現(xiàn)對等離子鞘套的穿透,應(yīng)用于反臨近空間武器。靜電引信亦有很好的應(yīng)用前景,靜電引信利用目標(biāo)飛行時所帶的靜電或者高速飛行時產(chǎn)生的靜電進(jìn)行探測,結(jié)構(gòu)簡單,作用距離遠(yuǎn),具有很強的抗干擾能力。靜電引信在對隱身目標(biāo)、低空飛行目標(biāo)進(jìn)行探測時,采用陣列探測,可以避免無線電引信因角閃爍帶來的測角精度下降問題,獲得較高的脫靶方位識別精度。渦旋電磁波引信利用對軌道角動量域模態(tài)的選擇,實現(xiàn)天線波束傾角自適應(yīng)控制,使引信具備對寬速度域目標(biāo)的適應(yīng)能力,同時利用模態(tài)與方位的對偶關(guān)系實現(xiàn)脫靶方位識別。

2.6 向智能化方向發(fā)展

充分利用武器系統(tǒng)的信息提高引信性能,進(jìn)而提高整個武器系統(tǒng)的綜合效能,是現(xiàn)代武器系統(tǒng)和引信的發(fā)展趨勢之一。國外將引信作為武器系統(tǒng)信息鏈的一部分統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計,有效提高了武器系統(tǒng)的綜合作戰(zhàn)效能。彈上系統(tǒng)給引信提供遭遇段干擾態(tài)勢、目標(biāo)類型等信息,結(jié)合引信對目標(biāo)的近場探測與識別,實現(xiàn)復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下引信的自適應(yīng)探測與智能起爆控制,最終實現(xiàn)最佳引戰(zhàn)配合與高效毀傷。引信與武器系統(tǒng)間的信息交聯(lián)技術(shù)將繼續(xù)向前發(fā)展,以有效對付未來更快、更小、更堅固的空中目標(biāo)。

另一方面,基于新材料的可重構(gòu)技術(shù)、基于人工智能的環(huán)境感知技術(shù)、目標(biāo)探測和識別技術(shù)等在引信中的應(yīng)用,可顯著提高引信的智能化認(rèn)知與決策能力。新材料天線技術(shù)通過材料重構(gòu)實現(xiàn)波束前傾,滿足高速目標(biāo)探測對引信波束前傾的需求。利用環(huán)境感知與智能探測技術(shù)感知目標(biāo)與干擾,自適應(yīng)調(diào)整引信工作頻段、波形、體制等,實現(xiàn)引信智能認(rèn)知探測。瞄準(zhǔn)式戰(zhàn)斗部、毀傷可調(diào)戰(zhàn)斗部的發(fā)展,要求引信具備易損部位瞄準(zhǔn)點識別、殺傷效果評估等能力,充分利用人工智能技術(shù)成果,有望在該方面實現(xiàn)突破。

3 結(jié)論

對空導(dǎo)彈近炸引信是有效對抗空中目標(biāo)的倍增器,如何有效探測目標(biāo)并實施高效毀傷,成為攔截空中威脅目標(biāo)的核心問題之一。特別是需開展適應(yīng)未來空中目標(biāo)導(dǎo)彈引信末端探測與毀傷控制的全要素關(guān)鍵技術(shù)研究,強化系統(tǒng)性發(fā)展,綜合提升導(dǎo)彈武器遭遇段對空中目標(biāo)精準(zhǔn)探測與高效毀傷控制的能力。