五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】远方的长剑(上) -- 晨枫

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家园 【原创】远方的长剑(上)

在美苏军备竞赛的年代,人们的注意力经常集中在坦克对坦克、战斗机对战斗机、洲际导弹对洲际导弹、核潜艇对核潜艇的对比,并根据各自的观察作出各种各样的结论。但不大为人所注意的是主战平台之外的弹药。在非制导弹药的年代,美苏的弹药技术差别并不很大。但在制导弹药的年代,美国的电子技术和精密制造方面的领先使美国很快拉开差距,尤其在进攻性精确制导空地武器方面,美国一直领世界之先。“小牛”空地导弹、“哈姆”反辐射导弹、“宝石路”激光制导炸弹、JDAM、JASSM乃至“战斧”巡航导弹已经为人们耳熟能详,但新的一代空地武器正在出现。如果说各种先进作战飞机是美国空军的骑士的话,这些新一代空地武器就是这些骑士手中的长剑。理解这些远方的长剑对理解未来的战场至关重要。

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在美苏军备竞赛的年代,F-15这样的“高可见度”装备最吸引人们的注意

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但美苏武器系统的真正差距在于电子系统和制导武器,如“宝石路”激光制导炸弹

二战以来,雷达成为防空体系中最重要的一环,即使在隐身技术日益发展的今天,雷达的中坚地位依然不可动摇。隐身是任何有点自尊的未来空军必不可少的本事,但隐身只是压缩敌人雷达有效性的手段,对付敌人雷达最终不能靠躲,而要摧毁,为后续力量打开安全通道。在越南战争中,美国首次使用AGM-45“百舌鸟”反辐射导弹,用被动雷达接收装置锁定照射中的敌人雷达,直接命中摧毁。但“百舌鸟”没有记忆,反干扰能力低,敌人雷达关机就很容易甩掉跟踪,使“百舌鸟”失控自毁。第二代AGM-88“哈姆”反辐射导弹不仅速度大大增加,减少敌人的反应时间,还有记忆能力,敌人雷达关机后,可以根据关机前的位置继续飞行,直至命中。但这对于机动雷达还是不行,敌人雷达关机并通过自身机动迅速离开原地点的话,“哈姆”无法探测目标的移动,将击中最后测定但已经空白的雷达位置。

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“百舌鸟”是第一代反辐射导弹,容易被雷达关机而甩掉

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“哈姆”是第二代反辐射导弹,单靠关机已经甩不掉了

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AARGM是第三代反辐射导弹,不仅在最后阶段开启毫米波雷达捕捉已经关机的雷达,还上传命中前的图像以确认战果,避免重复打击

最新的AGM-88E“先进反辐射导弹”(AARGM)在“哈姆”的基础上改进,只要敌人雷达短暂开机,就足够捕捉定位。AARGM用GPS辅助定位,提高敌人雷达最后位置的记忆精度。更重要的是,AARGM还有主动毫米波雷达导引,用于精确扫描地面,搜寻已经逃遁的敌人机动雷达。由于AGM-88E的速度很快,飞行时间短,敌人雷达关机机动也离开不了很远,所以AARGM的毫米波雷达捕捉住正在逃遁的敌人雷达的概率很高,使得关机机动都无法逃脱打击。在精确制导武器时代,战场战果评估成为越来越重要的问题。不能可靠评估战果的话,将只能重复打击可能已经摧毁的目标,不仅造成浪费,战斗机重复进入攻击位置也增加不必要的风险。AARGM具有电视摄像头,在击中目标前的最后时刻,可以上传目标图像,用于确认打击效果。AARGM于2003年开始研制,计划在2010年开始批量生产,现在延迟到2012年,2013年开始形成战斗力。

但是,面对强大的敌人防空体系,要进入反辐射导弹的发射阵位而不被首先探测到并遭受敌人防空导弹和战斗机的拦截也不容易。隐身是一个办法,另一个办法是干扰。全频带强力干扰在理论上可以通杀敌人的预警雷达、火控雷达到导弹的雷达导引头,在实际上不可能达到那样的频带和功率。何况强力干扰平台本身就是一个特别招摇的目标,很容易被打掉。欺骗式干扰要精致很多,但欺骗的关键一在于信号特征要能以假乱真,二在于干扰源和被掩护目标要有足够距离。信号不逼真当然不行,容易被识破;距离不够远也不行,欺骗来欺骗去,结果还是把注意力引导被掩护对象的身上,因为距离欺骗比较容易实现,但角度欺骗就很难。于是ADM-160“微型空射诱饵”应运而生,简称MALD。

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MALD是外形像导弹的有动力诱饵,可以逼真地模仿被掩护目标的雷达反射特征,但格栅式尾翼是从俄罗斯“偷”来的技术

MALD是外形像导弹的有动力诱饵,重量只有115公斤,但速度可达0.9马赫,航程可达920公里。MALD从1995年开始研制,采用推力为150磅的哈密尔顿森德斯特兰德TJ-150微型涡喷发动机,在发射前可以指定多达100个途径点,由GPS和惯性导航控制航迹,单价12万美元。这个小东西具有可调雷达反射增强装置,可以逼真地模仿从B-52到F-16到F-117的各种飞机。有意思的是,MALD采用苏联发明并用于R-77中程空空导弹的格栅式尾翼,美国总是神神叨叨到处抓别人“偷窃”美国技术,但对于格栅式弹翼倒是很泰然地笑纳了。

由于重量较轻,体积较小,成本较低,MALD可以大量使用。不仅B-52这样的重型轰炸机可以大量携带,F-16一级的战斗机也可以携带多个MALD,在进入高危空域之前发射,迷惑敌人雷达。MALD的最新改型MALD-J具备雷达干扰机,可以连骗带唬,压制敌人的防空雷达。MALI则是带战斗部的MALD,在完成诱饵任务之后,可以飞向预先指定的目标,作为巡航导弹攻击。由于MALI本身具有引火烧身的天然使命,预订目标只能是次要目标,是MALI没有被击落才轮得到攻击的目标。具备视频和其他侦察设备的MALD-V也在研制之中,可以兼作一次性使用的无人侦察机。更有甚者,MALD可以从运输机的大型框架式发射装置投放,几十上百个MALD蜂拥扑向敌人的防空体系,其中有简单的诱饵、带干扰机的MALD-J、带战斗部的MALI和侦察型的MALD-V,不仅可以迫使敌人的防空体系疲于应付,还可以侦察敌情和直接杀伤,掩护后面的战斗机突防,发动决定性的打击。从某种意义上说,MALD相当于简易版而且一次性使用的无人作战飞机,作战飞机和MALD混合使用,揭示了未来空中战争的一角。MALD已经在2010年形成战斗力,美国空军预计装备至少1500枚。MALD-J计划在2012年完成研制,MALI和MALD-V也在研制中。

美国空军一向信奉攻势空军的原则,其中最主要的一条就是空军的首要目标在地上,而不是空中。空军的生命力不在于控制天空,而在于从天空控制大地。从越战末年开始,AGM-65“小牛”空地导弹就是美国空军的主力战术空地导弹。进入无人机时代,AGM-114“地狱火”反坦克导弹也成为空对地的主要武器。但导弹的成本毕竟比较高,无控火箭依然是很常见的空对面攻击武器。对于美国陆军和空军来说,这就是70毫米“海德拉70”火箭。这是从40年代末美国空军70毫米空对空火箭发展而来的,弹翼可以折叠,在发射后弹出,以缩小发射前的直径。常用发射装置为19管火箭巢,可以挂载在AH-1“眼镜蛇”、AH-64“阿帕奇”、OH-58“基俄瓦武士”、A-10“霹雳II”、F-16“战隼”、F-18“大黄蜂”等作战飞机上。传统上,无控火箭采用齐射方式(实际上是波次发射),用于覆盖面目标,每枚70毫米火箭弹的战斗部威力相当于一颗重磅手雷,可以有效地对付步兵、轻装甲车辆、轻型工事等软目标,相当于空地武器中的霰弹枪。

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70毫米的“海德拉”火箭是美国陆航和空军的主要空对面武器

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加装激光制导组件后,“海德拉”火箭成为廉价空对地导弹

70毫米火箭成本低廉,所以可以倾泄使用。但应用现代低成本制导技术之后,70毫米火箭弹可以达到高精度,依然保持不到10000美元的单价,岂不鱼与熊掌兼得?美国陆军从1996年启动“先进精确杀伤武器系统”(简称APKWS),但在2007年下马了。美国海军在2008年接手,继续以“低成本制导成像火箭”计划(也称APKWS II)发展。英国宇航的方案入选,采用激光半主动制导,可以采用现有的各种“海德拉70”的战斗部,包括爆破、杀伤、燃烧、穿甲等类型,具有碰炸、延时、定时、空炸等多种引信。和“小牛”或者“地狱火”相比,APKWS II不仅成本低,附加杀伤小,还可以增加携带数量,增加战斗自持力。一架“阿帕奇”一次出动最多可以携带16枚“地狱火”,但要是挂载两对19管70毫米火箭发射器的话,可以携带76枚精确制导火箭,可以精确打击的目标数量大大增加。A-10、F-16、F-18也同样得益。当然,制导火箭的缺点是目标捕获范围较小,APKWS II的导引头视角只有正负4度。这是空地导弹的补充,而不是代替。APKWS II在2010年已经投入低速试生产。

如果说APKWS II特别擅长对付软目标的话,钻地炸弹就是专门对付硬目标的。2250公斤的GBU-28已经很厉害了,可以由F-15E携带,但对付很深并特别加固的地下核设施或者指挥部还是不够用。在入侵伊拉克之后,美国对现有钻地炸弹的实战效用仔细评估后,决定研制13.6吨重的GBU-57巨型钻地炸弹,要求可以穿透十几米混凝土。但GBU-57太重了,只有B-2能携带。

美国空军实验室正在研制“高速钻地武器”(简称HVPW),用火箭助推使炸弹的接地速度高达5马赫,使910公斤的火箭助推钻地炸弹具有相当于2250公斤重力钻地炸弹的钻地能力。固体火箭助推的推力可调,确保接地速度和钻深与目标达到最优匹配。这种新型炸弹具有智能引信,可以探测到穿透混凝土进入室内的时刻而自动引爆,避免固定延时引信由于定时不当而提前或者过晚引爆的问题。最重要的是,HVPW的体积和重量足够小,可以由F-35在机内携带,现有美国战术飞机也能挂载。HVPW计划在2014年投入使用。

由于隐身飞机强调机内挂载武器,武器的轻小十分重要。另外,制导武器精度越来越高,只需要很小的威力就可以达到有效杀伤,还避免政治上很有害的附带杀伤。在2003年入侵伊拉克的作战中,美国空军和海军没有225公斤以下的炸弹,用于城镇作战威力过大。美国海军为了避免过度威力造成的附加杀伤,特意用混凝土填充的“宝石路”激光制导炸弹,靠重量和动能摧毁目标,但不造成附加杀伤。但GBU-39“小直径炸弹”(简称SDB)才是正解。

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SDB的直径小、重量轻,F-22也能携带好多

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但SDB的威力相当可观

130公斤的SDB重量轻,直径小,战斗部只有23公斤。SDB具有GPS加惯性制导,圆公算误差5-8米,如果使用差分GPS还可以进一步提高精度。SDB还有可以折叠的菱形弹翼,具有优秀的滑翔能力,典型射程65公里,但由F-22以1.5马赫在高空投放的话,射程可达110公里。SDB尽管重量较小,但穿透能力不弱,在试验中穿透2.4米厚的钢筋混凝土顶盖,相当于传统的910公斤BLU-109炸弹的威力。

第一代SDB在2006年开始部署,第二代SDB正在研制,军用代号也改为GBU-53。SDB II的基本尺寸不变,改用简单的弹出式后掠弹翼。SDB II将具有数据链,数据速率达到每分钟38个猝发信息,可以在投放之后实时更新目标坐标,或者从弹上发回最后命中点的信息,用于战果核实。数据链还容许投弹飞机脱离,由其他平台(其他飞机、地面控制)接管更新目标坐标,甚至指令自毁。SDB II还具有激光半主动、主动毫米波和非制冷红外成像制导。激光的精度高,但容易受到气候影响;毫米波不受气候影响,对金属和移动物体特别敏感,适合打击装甲集群,但识别目标能力较差;红外可以昼夜使用,对有生力量特别敏感,精度、抗气候影响能力居中。增加了激光、毫米波、红外制导不仅克服了GPS受干扰或者信号丢失问题,还可以攻击机动目标,或者把三种导引头的信息综合判别,达到一定的自主目标识别和确认能力。更重要的是,SDB II具有足够的机动性和智能,可以在飞机已经飞临上空时投弹,自动绕飞一圈然后命中正下方的目标。说起来,这是早期制导炸弹的一个短板。制导炸弹一般都具有一定的滑翔能力以增加射程,降低发射平台暴露于敌人防空火力的危险。但早期制导炸弹的机动能力有限,如果飞机飞过了头,或者已经到达目标上空,需要绕飞一圈,重新进入,在远方投弹。这不仅增加不必要的风险,也延误了时间。在伊拉克和阿富汗战场上,防空威胁基本不存在,但及时投弹和命中对地面上等待火力支援的士兵至关重要,所以SDB II的这个能力十分重要。SDB II的战斗部为成形穿甲、高爆、破片综合型,可以有效地对付从主战坦克到无防护单兵的各种目标。

SDB最大的特点当然是轻小。一架F-15E可以挂载28枚,一架F-22可以携带8枚另加两枚AIM-120中程空空导弹,一架B-2则可以携带惊人的80枚。在二战中,轰炸机的投弹只有不到一半落在目标周围3公里半径以内。如果轰炸重要军工厂区的话,一架B-2可以代替二战时代几百架B-17。作为制导武器,SDB II的单价也还算低,定位在6-8万美元,计划总产量高达17000枚,其中美国空军12000枚,美国海军5000枚,外国订单将使总数进一步增加。SDB II预计在2014年开始试生产,2018年开始大规模部署。

精确制导武器的小型化、低成本化不等于美国空军放弃了高端,还有什么比5马赫高超音速巡航导弹更高端呢?事实上,美国空军还在试验雄心更大的20马赫导弹,和洲际导弹的再入速度相当。弹道导弹的速度早就超过了5马赫,但弹道导弹的弹道固定,即使有末端机动能力,那也很有限。高超音速巡航导弹在大气层边缘飞行,不仅可以把空气中的氧用于燃烧,省却自带氧化剂的重量,还保留了机动能力,极大地增加了打击的灵活性。高超音速意味着更大的动能,即使不考虑战斗部,5马赫的铁砣子击中目标也好比陨石落地,动能造成的破坏就十分巨大。高超音速不仅意味着及时打击,避免敌人受惊逃跑,还使得拦截十分困难。要拦截5马赫的高超音速巡航导弹的话,拦截弹需要更高的速度,不仅对火箭发动机是极大的挑战,对导弹的预警、制导、控制和弹体强度更是天大的挑战。

高超音速飞行对动力和气动的要求远远超过现有航空科技的前沿。火箭发动机没有速度限制,但燃料消耗大,不适合长时间工作。涡喷发动机比涡扇更适合于超音速飞行,但在3.5马赫以上时,涡喷的推进效率急剧下降。压气机需要在亚音速条件下工作,进气道需要把进气速度相应降低,这个损失随速度增高而愈加明显。冲压发动机用空气的动压取代了压气机,但常规的冲压发动机依然需要将进气速度降低到亚音速,只有在亚音速下,缩小流道才能提高流速,增加动压,所以常规冲压发动机到5.5马赫以上时,效率急剧降低。超音速燃烧冲压发动机没有这个限制,但燃烧和火焰传播速度的极限是音速,超音速条件下的稳定燃烧极端困难,这好比骑马的传令兵要在12级台风天向高铁传令。在气动上,3马赫以上就遇到热障问题,所以本来就不简单的气动力学问题变成更加复杂的气动热力学问题,流体力学现象和热力学现象交织在一起。

在很长一段时间里,超燃冲压和高超音速飞行似乎是捅破一层纸的问题,但这层纸异乎寻常地坚牢,在可预见的将来依然是一个可望而不可即的难关。美国X-51代表了现代高超音速飞行的最高水平,但飞行时间依然是以秒计算的,离实战化还有很大的距离。但这是一个值得高度关注的方向,重要性可能可以和螺旋桨时代的喷气发动机相提并论。

另一方面,美国海军有一个十分现实的超音速反舰导弹的需求。反舰导弹是苏联的发明。50-60年代,美国和西方享有航母优势,对于粗陋、笨重的反舰导弹嗤之以鼻。1967年10月21日,以色列的“埃拉特”号护卫舰被3枚“冥河”式反舰导弹击沉,西方开动雄厚的技术基础急起直追。法国研制的“飞鱼”成为欧洲海军的标准装备,美国则研制成功“鱼叉”,在70年代后半期开始使用,改进型至今依然是美国海军的主力反舰导弹。

“鱼叉”不仅可以从军舰上发射,还可以从飞机或者潜艇发射,改装导引头和战斗部后,还作为“斯拉姆”陆攻导弹使用。但“鱼叉”是高亚音速的,飞行速度慢,容易遭到拦截。俄罗斯在反舰导弹小型化和通用化方面落后于西方,但在超音速化走到了前面,P-270“日灸”(北约代号SS-N-22)成为“现代”级驱逐舰上的利器,更新的P-800“宝石”也已经问世,甚至印度也有幸和俄罗斯合作研制“布拉莫斯”。

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超音速反舰导弹LRASM的最终方案还没有公布,这是DARPA的设想图

美国曾长期对超音速反舰导弹的价值持怀疑态度。超音速反舰导弹掠海飞行难度大,通常需要适当提高飞行高度,抵消了速度带来的增加拦截困难的好处。超音速飞行的阻力大,导弹航程较短,红外特征大,这是额外的缺点。但冷战结束后,美国获得了俄罗斯Kh-41空地导弹,在试验中证实了超音速反舰导弹的实战价值。经过多年的磨蹭,美国海军终于启动了新一代的“远程反舰导弹”(简称LRASM)计划。

LRASM的速度要求没有公布,外界估计和“布拉莫斯”的2.8马赫相当。但和现有超音速反舰导弹相对较短的射程不同的是,LRASM将具有800公里射程,这要求LRASM使用较省油的冲压发动机。但更高的难度来自制导。800公里射程超出了通常超视距制导的范围,只能在远程探测和GPS的辅助下概略瞄准,靠导弹上的先进导引头自主捕获、识别、确认、锁定目标,并选择最薄弱的部分攻击。LRASM要求能从现有的通用发射装置发射,这包括舰载垂直发射系统、潜艇垂直发射模块,当然还要能从飞机上发射,有必要的话,还要包括陆上发射。不过这在现在还只是国防先进研究计划局(DARPA)的概念验证研究计划,离产品化和实战化还有距离。

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