中国主动雷达引导的空空导弹 (雷达制导空空导弹)

自美制AIM-120系列空空导弹取得一定实战成果后,在厂商与媒体的不断渲染下 主动雷达制导空空导弹俨然成了“超视距空战神器”。实际上,受制导原理、电子元器件技术水平及对抗双方相互反制等诸多限制。无论是半主动雷达制导还是主动雷达制导空空导弹,要想在实战中打出极限性能都是非常困难的。

使用不便

雷达在二战时期登上战争舞台,并逐渐成为战机不可或缺的标准配置。于是,人们开始琢磨,既然机载雷达能远距离发现敌方空中目标,为何不利用雷达波引导空空导弹实施远距离精确打击呢?

最初,人们尝试研发雷达波束制导空空导弹。这类导弹通常在尾部装有数个无线电定向天线,接收己方机载雷达波信号。通过弹载计算机来区分数个定向天线接收信号间的微小差异,从而解算出导弹偏离已方机载雷达波波束中心的偏移量,并生成与这个偏移量相对应的制导信号,传送给弹上的舵机,以控制气动舵面做相应的偏转,产生相应的控制力矩,让飞“偏”的导弹回归“正轨”。

理论上讲,雷达波束制导实现的技术门槛较低。但各国很快发现,受限于机载雷达的技术水平,雷达波束制导导弹有效射程短,且实际使用高度必须高于2000米,以免受地面杂波影响。由于性能局限太大,雷达波束制导导弹在空空导弹发展史上昙花一现,人们很快转向研制半主动雷达制导导弹。

半主动雷达制导空空导弹,中程制导空空导弹

F-15战斗机发射AIM-120空对空导弹

所谓半主动雷达制导导弹,是指己方机载雷达波将目标牢牢“罩住”弹载接收天线收到目标反射回来的雷达波信号,经弹载计算机解算后产生控制信号,不断将导弹引向目标,直至二者交会、导弹上的近炸引信动作引爆战斗部将目标摧毁。

别看制导原理不复杂,但实现起来并不容易。早期机载火控雷达多为单脉冲体制,即发射的雷达波是间断性的,半主动雷达制导导弹若不采取相应技术补偿措施,极易丢失目标。

最初的技术补偿措施,是在机载单脉冲雷达构成中增加一个连续波照射器。当机载单脉冲雷达天线出现故障时,连续波照射器能在一定程度上接续跟踪目标并引导半主动雷达制导导弹。不仅如此,连续波照射器还有另一项重要任务:在连续波信号中加入识别密码,让半主动雷达制导导弹导引头通过密码迟别,从而自动过滤接收到的各种杂波,只接收并解算目标反射回来的载机雷达波信号。

由于单脉冲体制雷达的性能局限。即便引入连续波照射器,半主动雷达制导导弹的抗干扰能力、下射能力也难以今人满意。直到20世纪70年代,能有效制地面杂波干扰,探测低空、超低空目能力突飞猛进的脉冲多普勒雷达横空出世,再配上具有极低副瓣的平板缝隙天线,使得机载雷达获得了明察秋毫的不视能力,能将相对较弱的目标回波从杂乱的地面反射回波中“剔”出来,半主动雷达制导导弹才在技术上具备了提高命中率的可能。此外,由于脉冲多普勒雷达发射的雷达波本就是连续波,因此无须另外设置连续波照射器,从而简化了雷达结构。

不管是哪种构型的机载雷达,其发出的雷达波照射到高速飞行的目标时,均会产生多普勒效应,因此目标反射回来的雷达波频率会发生变化,业内称为“频移”。目标的相对速度波动范围越大,信号频移幅度就越大。因此,半主动雷达制导导弹导引头必须大幅放宽信号接收频段。同时,导引头内还必半主动雷达制导须设置区分电路,将载机雷达发射信号与目标反射信号区分开。若未区分电路,就可能出现导引头将己方机载雷达发射信号误以为是目标反射信号,从而出现控制导弹飞向己方载机的危险情况。在正确捕获已产生频移的目标反射信号后,弹载计算机还要将其与弹尾接收到的己方机载雷达发射信号频率进行比对,通过一系列复杂的计算,解算出目标运动要素,再按预设程序算出已方弹道修正量,将相应的修正参数传输给弹上的舵机。

半主动雷达制导空空导弹,中程制导空空导弹

瑞典“狮鹫”战斗机搭载欧洲“流星”空空导弹

以上只是半主动雷达制导导弹的基本控制原理,实际工程实现难度要大得多。况且,其制导原理决定了载机雷达在半主动雷达制导导弹命中目标前,必须一直对目标保持连续照射,而在实战中很难出现,毕竟敌方发现自己被雷达锁定后,会拼命做脱锁机动及实施电磁干扰。双方陷入机动与反机动、电磁干扰与反干扰的比拼后,变数颇多。这就是半主动雷达制导导弹实战命中率与靶场数据有着天壤之别的原因所在。

当然,半主动雷达制导导弹也在不断改进中 此后,人们给导弹装上捷联惯导装置和数据链,使其在“丢失”目标后还能按预设弹道继续飞行,等待己方载机雷达重新锁定目标,将其拉回正轨一定程度上提高了导弹命中率。这种改进措施,还使导弹实际接战距离不再受导弹引头最大作用距离限制,载机通过数据链发来的修正指令中亦可加入识别码,从而使载机提高多目标接战能力。

进步有限

然而,上述改进并未改变半主动雷达制导导弹在命中目标前,需载机雷达紧盯目标不放的缺陷。而这严重限制了载机在攻击完成前的战术选择,尤其是在多对多的复杂空战中,“猎人”在追捕“猎物”时,自身有可能成为“第三者”的“猎物”。于是,人们便想着让导弹具备一定的“发射后不管”能力,主动雷达制导导弹应运而生。

主动雷达制导导弹的系统构成,是在半主动雷达制导导弹的基础上加装了一部弹载火控雷达。很多人误以为,既然导弹自身装备了雷达,载机火控雷达只要为弹载雷达装定相关初始数据,将导弹发射出去后,载机和导弹就可各自“放飞自我”。其实不然。由于雷达探测距离受天线孔径、雷达发射功率、雷达波探测精度等各种因素制约,弹载雷达作用距离远不及机载火控雷达。举个例子,目前先进的X波段机载有源相控阵雷达,能在直径1米的天线阵面上集成约2000个T/R模块,每个T/R模块发射功率在10瓦左右,效率为30%上下,工作比大体为0.1,雷达平均发射功率为2千瓦,峰值功率可达6千瓦左右,大体可在200千米距离上发现雷达反射截面积为1平方米的空中目标。以AIM-120系列主动雷达制导导弹为例,其弹径仅约177.8毫米。扣除弹头整流罩厚度及必要的安装间隙,其弹载雷达天线直径最多仅0.16米。若将该弹早期型号的平板缝隙天线换成性能更佳的主动电扫相控阵雷达天线,且假定其天线阵面能达到机载有源相控阵雷达天线阵面那样高的密植率 ,最多也只能布置51个T/R模块。哪怕是工作比达到逆天的1,其峰值功率也不过153瓦左右,理想状态下对雷达反射截面积同样为1平方米的目标探测距离仅数十千米。实际上,考虑到弹载雷达天线孔径过小,增益极为有限,其实际探测距离远达不到上述估算数值。

半主动雷达制导空空导弹,中程制导空空导弹

中国出口型SD-10A空空导弹

厂家宣传称,各国主动雷达制导导引头对典型空中目标的探测距离目前大致在15至20千米,实战中的探测距离要打上一个折扣。其实,除非空战双方已进入近距离空中格斗状态,主动雷达制导导弹才有可能实现真正意义上的“发射后不管”。

显然,若真这么使用主动雷达制导导弹,此类导弹为增大有效作用距离所付出的成本就打了水漂,其性价比远不及技术相对简单的红外制导导弹。所以,除非遇到极为特殊的情况,否则主动雷达制导导弹都尽可能远距离开火,哪怕在中远距离上无法做到对敌“一击而中”也能迫使目标不断做大过载规避机动消耗能量,从而让己方在对抗中获得有利的空中态势,为接下来的第二轮、第三*攻轮**击创造有利条件。

主动雷达制导导弹这种正常的使用方法 在弹载雷达成功截获目标前,其本质上仍是一枚半主动雷达制导导弹。半主动雷达制导导弹的所有缺点,它一样都不少,那么当弹载雷达成功截获目标后,是否就万事大吉了呢?答案是,载机实施空中机动时不必再束手束脚了,但对主动雷达制守守弹米说术必如此。

如前所述,弹载雷达天线孔径小、增益低、功率有限,不仅探测距离近,而且抗电磁干扰能力也弱。若遇上电子战能力强悍的对手,弹载雷达极易被敌方压制、欺骗或干扰,导致导弹失的。不仅如此,由于弹载雷达全靠弹载蓄电池供电,其工作时长很有限,为在尽可能远的距离上截获目标,弹载雷达必须在弹道中段就提前开机,因此,存在目标拼命做大过载规避机动,主动雷达制导导弹直至弹载蓄电池耗尽,弹载雷达被迫关机,也未能追上目标的可能性。此外,在弹载雷达接手导弹控制主导权后,若目标以大过载机动与电磁干扰相结合成功脱锁,那么导弹仅靠自身重新截获目标的可能性微乎其微。

诸多谬误

综上所述、主动雷达制导导弹所谓“发射后不管”,仅指在攻击弹道末段可“自主行动”,其较半主动雷达制导导弹的进步幅度远未达到脱胎换骨的地步。近30年来,主动雷达制导导弹所取得的寥突战果,均是在强弱过于悬殊的对抗中获得的。近年来,各国主动雷达制导导弹型号陆续推陈出新,标称最大射程不断增长。一些人据此以为,哪款主动雷达制导导弹的标称最大射程更有优势,哪款导弹就一定能在空战中占尽优势。殊不知,打仗是系统工程,绝非下军棋那般简单。对主动雷达制导导弹而言,只要接战距离超过弹载雷达导引头最大作用距离,那么飞行初段及中段就必然要由机载火控雷达提供引导。

半主动雷达制导空空导弹,中程制导空空导弹

印度“阵风”战斗机搭载欧洲“流星”空空导弹

厂家提供的机载火控雷达最大搜索距离,是在特定条件下的理想值,不仅实战状态下难以达到,而且就算机载雷达发现了目标,转入跟踪模式锁定对方,完成敌我识别及解算射击诸元等工作都需要时间。待导弹具备发射条件时,敌我双方距离已大为缩短。从实战及近似实战演练时得出的经验数据看,主动雷达制导导弹迎头状态 舟离仅为机载火控雷达最大搜索距离的1/3左右。以“阵风”为例,不少媒体虽吹嘘其与以远射程闻名的“流星”空空导弹搭配时战斗力多么强悍,但受其机载雷达探测性能限制,该机挂载“流星”导弹时,根本无法打出厂家宣称的最大射程。这对组合实际接战距离虽不及潜在对手,但只要能避开对手先发制人的首*攻轮**击 将彼此间的距离进一步拉近,“流星”凭借较大的动力射程,便能对对手形成致命威胁。当然“流星”导弹拥有较大动力射程优势不应被过度神化。就性能而言,“流星”采用的火箭冲压发动机增程作用虽明显,但凸出弹体的两个冲压进气道增加了气动阻力,也增加了该弹整合进机内弹舱的难度。

对隐身战机而言,*器武**内置是基本要求。新上马的中远程主动雷达制导导弹项目中 采用无弹翼“光杆”气动布局的比例明显增多。这种布局不仅极利于整合进机内弹舱.而且气动阻力小利于隐身。

随着激光*器武**日臻成熟,未来同战机整合后,将使战机具备对空空导弹的“硬*伤杀**”能力。这就要求新一代空空导弹必须提高自身隐身性能,以压缩被战机发现的距离。然而,要实现空空导弹隐身谈何容易。就具体技术途径而言,首先,得让导弹的气动外形尽可能简洁;其次,必不可少的尾舵也要摒弃传统的90度正交间距安装方式,改以不规则间距倾斜安装在弹体上,而且尾舵根部与弹体间最好采用融合体设计;第三,导弹燃料不仅要大幅减少铝粉含量,降低羽烟的紫外信号特征,还应加入特殊添加剂,以改变尾焰的红外辐射频带,避开敏感波段。

作为一款极为复杂的*器武**,雷达制导空空导弹在技术上可供探讨的内容很多,以上仅举一些代表性的例子,以求窥豹一斑。