无人机载制导炸弹的发展综述

2015-07-01朱平安张晓龙

兵器装备工程学报 2015年3期

朱平安，张晓龙

(陆军军官学院 a.兵器工程教研室;b.高过载弹药制导控制与信息感知实验室，合肥 230031)

以信息化武器装备和作战平台为主的现代战争，将呈现自动化、实时化、小型化的局部战争模式。在这种战争中，经常以非接触作战样式对敌目标实施精确打击，而具有低成本、零伤亡优势的无人机将成为作战力量的倍增器，能够满足未来在信息战、精确打击作战、无人化作战和陆海空天电“五维”一体化战场中的需求。无人机自20 世纪初问世以来，主要担负着战场侦察、监视的任务，随着日新月异的高新技术在无人机领域的应用，使得无人机的角色由最早的靶机蜕变成信息化作战平台，其作战用途也由单纯的侦察、监视逐步扩展到对地攻击、轰炸，无人机武装化成为遂行军事变革的一种必然趋势。作为无人机载武器装备的制导炸弹，近几年越来越受到各国军方的青睐，开始成为军事航空装备重点发展的方向之一。

1 无人机载制导炸弹是作战运用发展的迫切需求

1)无人机察打一体化的推动

在现代战争中，由于战场环境的复杂性和战争模式的改变，对于广泛分布在战场上的小型目标和一些稍纵即逝的“时间敏感目标”的打击成为作战的关键，特别是战场实时变化的动态目标，在其重新隐蔽或丧失打击时机之前，必须要做到“发现即摧毁”。无人机侦察/打击一体化的实现，可以在侦察探测到目标后及时进行识别、跟踪并发动攻击［1］，而机载弹药正是完成最终毁伤的直接作战单元，其伴随着无人机察打一体的推动而逐步发展。制导炸弹作为机载弹药的一种，也跟随无人机这种作战模式的改变而需求增加。

2)低附带毁伤效果的需求

从近几次局部战争中得出一些启示:对于隐藏在人口密集区内的军事目标实施打击，若是使用导弹给予摧毁，其大威力的战斗部往往会破坏邻近的民用设施和伤害无辜平民，一次行动可能的附带毁伤远远超过对敌目标的破坏效果。这种时候最好的解决办法就是利用无人机搭载小型制导炸弹实施精确打击，既可对敌目标实施定点清除，又可避免毁伤其他民用设施，控制战争规模。这种以低附带毁伤为战术目的的作战样式，在时下反恐战争中上演的愈来愈烈，遂行此类作战任务的无人机对机载小型制导炸弹的需求也愈来愈大。

3)武器装备效费比的制约

由于导弹和大型制导炸弹其采购价格和使用成本都比较高昂，特别是大型战斗机造价高、信号特征明显，在未完全肃清敌方战斗机和地面中远程防空导弹的威胁前，投入战场使用风险大、成本高。而无人机作为未来航空武器装备发展主要趋势之一，搭载的制导航弹能够以最低的消耗换取最大的杀伤，从经济性角度看其应用前景远远优于现役的大型攻击系统。

无人机载制导炸弹的发展顺应时代潮流，无论从军事意义还是经济角度，发展此类弹药十分必要，而且应沿着“百花齐放”、“各显神通”的思路不断创新发展。

2 无人机载制导炸弹的国内外发展现状

2.1 国外发展现状

从20 世纪60年代初开始，将航空炸弹搭载至无人机以作为空对地武器展开了一系列研究。早在1964年，美国瑞安公司在“火蜂”无人机上投放试验了MK81 低阻炸弹，后来又在改进型“火蜂”无人机上试验了225 kg SUU -7 集束炸弹。由于当时在数据传输和目标识别定位等方面存在不足，无人机缺乏打击地面目标的能力，只能说当时无人机载航空炸弹是实验性举动，而未达到实战应用水平。

到了20 世纪中后期，随着电子技术的进步和制导技术的成熟，使制导航弹得以迅速崛起。在普通航弹基础上加装制导系统后组成航空制导炸弹，投放后能对自身弹道进行控制并导向目标，使得航弹的命中精度大幅提升。制导方式也由最初的激光制导和电视制导发展到INS/GPS +末制导(激光、电视、红外、毫米波、合成孔径雷达和基于热成像原理的图像制导)的复合制导。但是发展迅速的航空制导炸弹主要搭载在轰炸机、攻击机等大型航空器上，用于直接攻击重要的地面或水面固定点目标和可跟踪的活动目标，在无人机上的使用还未全面涉及。

进入21 世纪以来，在高新技术的支撑和军事需求的牵引下，世界各国都在竞争无人机载制导炸弹的国际市场，无人机载制导炸弹发展可谓方兴未艾，层出不穷。目前国外的大量资料和报道表明，现有或在研的无人机载制导炸弹多种多样，以美国发展的此类弹药种类最多、型号最全，其他国家也在积极探索，不断投入大量经费研制此类弹药，主要发展方向是一方面对现有的制导弹药进行改造升级(如“蝰蛇打击”炸弹、“手术刀”炸弹等)，另一方面从气动布局到制导控制方式等方面进行全新研制(如小型战术弹药、“军刀”系列炸弹、“短柄斧”微型制导炸弹等)。

2002年7月，美国陆军与诺斯罗普·格鲁曼公司签署一份合同，要求将“智能反坦克”(BAT)子弹药改成制导炸弹，并装备到改进的“猎人”无人机上，后来改进成功的这种小型制导炸弹被命名为“蝰蛇打击”(Viper Strike)［2-3］。如图1所示，该弹保留了“智能反坦克”子弹药的气动布局，主要的变化是采用半主动激光导引头代替音响定位和红外感应导引头，使其命中精度可达1 m;战斗部也换成了碰炸型高爆战斗部。该弹采用闭环控制系统，具备打击移动目标的能力，如对装甲坦克进行高效摧毁。此外，该弹还具备自毁功能，从而避免在城市反恐作战中留下未爆炸弹。目前，“蝰蛇打击”在激光半主动制导基础上增加了GPS+INS 制导系统，利用滑翔可从防区外投放，最大射程可以达到64 km，从而减小了原来必须在目标附近上空投放而容易被敌防空火力摧毁的风险。

图1 “蝰蛇打击”小型制导炸弹

2006年，洛克希德·马丁公司另辟蹊径，以增程型“宝石路”Ⅱ激光制导炸弹训练弹(E-LGTR)为基本框架，采用螺旋式的技术开发方法，为美空、海军研制了一项超小型制导炸弹“手术刀”，用以解决无人机在临近的空中支援和城市作战中减小附带损伤的需求。与E-LGTR 相比，该弹采用了比例机—电控制驱动的新型控制方式，并且加装的新型激光半主动导引头配备线性搜索器，使其可以在较复杂的气象条件下稳定激光照射点，此外还增加了GPS/INS 独立制导方式。飞行员可根据对打击目标的精度要求以及战场环境等具体情况，灵活选择其中的一种，这种制导方式也使精度从E -LGTR 的3 m 提高到了2 m。“手术刀”配合洛·马公司的“狙击手”XR 瞄准吊舱或者FLIR 系统公司生产的吊舱，可挂载于中型或大型无人机上［2］。

2010年，雷希恩公司为美国海军陆战队RQ -7“影子”战术无人机研制的小型战术弹药(STM)［4］进行了首次飞行测试。这种新型弹药为无动力炸弹，采用GPS/INS 中制导+激光半主动末制导的复合制导系统，末制导采用是雷希恩公司为“禽爪(Talon)”激光制导火箭采用的激光半主动导引头，射程11 ～14 km，精度在1 m 之内。外形上STM 的控制舵机和弹翼都采用可折叠样式，而战斗部相对于以前基于肩射多功能攻击武器弹头的设计，新型战斗部质量更轻、爆炸杀伤性能更好，并且提供近炸、碰炸及延时起爆3 种引爆方式选择。该STM 可两枚一组装于为“格里芬”小型导弹研制的发射管中，可全天候打击固定和移动目标，其设计初衷就是被无人机挂载使用，可以装备“海盗”、“猎人”等3 级无人机，也可以装备“综合者”等2 级无人机。

同样在2010年，MBDA 公司研制的“军刀”(SABER)系列滑翔制导炸弹也进行了无人机载飞行试验。该公司以其独特的优势和资源，旨在气动外形和末制导系统上突破出路。“军刀”包括滑翔型和火箭助推滑翔型两种型号，弹体上方装有类似于“钻石背”的背负式菱形折叠弹翼，其射程远超同级别制导炸弹。另外，“军刀”制导系统采用模块化设计，除激光半主动导引头外，还可选用加装数据链的电视∕红外成像导引头，使炸弹可在飞行过程中接受最新的控制指令，使之具备打击“时间敏感目标”的能力，命中精度在2m 以内，主要用于装备中小型无人机。

2012年的范保罗国际航展上，美国ATK 公司展出的新型“短柄斧”微型制导炸弹也独具特色。除GPS/INS +激光半主动制导的标准配置外，该弹采用了大三角形弹翼和柳叶形的控制舵面来保证足够的有效射程和攻击精度，且独特之处在于“短柄斧”炸弹抛弃了现有炸弹常用的X 型布置的4个弹翼和舵面，取而代之的是Y 型布置的3 个弹翼和舵面(见图2)。为配合未来美军通过大批量无人机小范围搜索攻击的作战模式，该弹主要装备于成本低的小型无人机，可以比较有效地打击敌方的机动式导弹发射车等目标。

图2 “短柄斧”微型制导炸弹

此外，通用动力公司和美国陆军武器研究发展工程中心在L41 式迫击炮榴弹基础上研制的一种小型GPS 制导炸弹(ADM)［5］、波音公司研制的“小直径炸弹”(SDB)，都可搭载至无人机中使用。

从以上介绍可以看出，国外无人机机载制导炸弹的发展方式多种多样，不拘一格，有从激光制导训练弹改进而来，也有在反坦克子弹药基础上发展的制导炸弹，还有各种不同于常规制导航弹外形设计和末制导的弹药，而且都向INS/GPS+末制导的复合制导方式发展。小型制导炸弹的出现丰富了无人机机载对地打击弹药的种类，满足无人机对不同弹药的需求。

2.2 国内发展现状

我国顺应世界上发展小范围精确打击弹药的新趋势，在无人机载小型航弹上已经迈出步伐，虽然对外报道的实际运用的产品还不多，但研制能够挂载在无人机上的小型精确制导航弹已然成为可能。特别是近年来陆续发展出的“雷霆”(LT)、“雷石”(LS)和“飞腾”(FT)系列制导航弹，为今后发展无人机载小型制导航弹奠定了基础。

早在2008年第七届珠海航展上，航天科技集团就展示出可挂载于中短程无人机上的小型精确制导炸弹——飞腾-5(FT-5)［6］。该弹使用半主动雷达寻的器，头部呈截头锥形，具有很强的攻击混凝土工事的能力，弹体中部的四片平直边条翼和后部控制尾翼均呈“X”型配置，而且弹体中部采用折叠式弹翼，可以为载机提供更多数量的同型炸弹。有消息称该弹搭载国产彩虹-3 无人机，主要用于摧毁藏身于人口密集地带的目标。

还有报道称在2010年第三届中国无人机大会暨展览会上，有专家透漏，我国的无人机已经确定可以装载精确制导炸弹，不再只是停留在理论层面或是试验阶段。

3 无人机载制导炸弹发展的主要趋势

1)小型化

和有人驾驶战斗机相比，无人机由于受体积小的因素限制，其携载的弹药载荷也就相对逊色，所以在选取现有制导炸弹时质量级别成了一个制约条件［7］。而小型制导炸弹可以增加无人机的载弹量，特别是大型无人机(如MQ-1 捕食者、MQ-9 收割者等)一次携载的制导炸弹可以完成对多个目标的打击，从而有效提高作战效能。另外，小型制导炸弹更适合于现役战术无人机使用，因为目前现有的无人机载弹药质量级别都较大，适合中小型无人机携载的产品还不是特别多，所以制导炸弹小型化后可以充分发挥现役战术无人机的作战用途，遂行多种作战任务。还有，制导炸弹小型化可将附带毁伤的风险最小化。炸弹制导精度越高，战斗部质量越小，则附带毁伤程度也越小，尤其对于现代城市近距空中支援作战不可或缺。从技术层面，微机电系统、纳机电系统、精密加工等技术的发展为机载制导炸弹的关键性元器件实现小型化、甚至微型化发展提供了技术保障［8］。

2)通用化

如今新研制的小型无人机载制导炸弹药大多遵循模块化、多用途设计原则。炸弹的导引头和战斗部采用模块化设计，作战人员可以在不同的战场环境下选用合适的导引头以便达到精确打击的目的，也可根据作战任务和目标类型配装多用途战斗部以便对目标实现高效毁伤。此外，从炸弹设计之初，就考虑其与多种携载平台及发射装置的兼容性，不同型号炸弹之间尺寸和功能相似的零部件的通用性，从而为无人机武器系统的经济性、可靠性、可维护性的提高创造条件，为实现无人机载制导炸弹在多平台作战的通用能力提供基本保障。

3)网络化

现代战争已经从过去以平台为中心逐渐向以网络为中心的网络体系对抗转变，无人机作为未来战争中的一个重要作战节点［9］，其携载的武器装备也应考虑信息的联通性和融合性，将无人机载制导炸弹与分布在信息化战场环境中的各种侦查探测、指挥控制、打击武器等系统无缝隙地连接成一个有机整体，使之成建制、成系统、成体系地形成一体化作战能力。例如，在无人机载制导炸弹上加装数据链，使其和陆、海、空、天等各军兵种的指挥、控制、情报系统紧密链接在一起，并在发射后根据战场态势实时接受新的控制指令而重新瞄准或改变方向，而且可以帮助指挥员直观地确认目标的毁伤效果，以实现“人在回路”的功能，最大程度上发挥无人机系统的整体作战效能。

4)智能化

战争样式变化主导武器装备发展方向，对于现代战争而言，需要高智能、高效能的武器装备来适应瞬息万变的战场环境。要想实现对战场态势的快速响应，要求无人机载制导炸弹需具备快速获取战场信息并迅速反馈的能力，同时需具有对敌方获取信息能力的阻断和反制能力。研制具有战场态势获取、信息对抗和攻击能力的无人机载制导炸弹，使其具有类似人脑的识别、记忆、思维、联想能力，能自动侦察、控制、寻的、攻击和反馈，真正实现“发射后不管”，使之成为智能化武器，从而进一步提高作战效率。

此外，武器装备历来都是“烧钱的机器”，发展无人机载制导炸弹要满足低成本、高精度的要求。降低炸弹的成本的同时，满足对目标精确打击能力的需要，从而使得炸弹在战争中的效费比提高。采用成熟的技术研制新产品，或是在功能、规格相似的结构部分采用成熟的部件以降低研制成本，例如上面介绍的“小型战术弹药”(STM)的发射装置采用的就是“格里芬”A 导弹使用的通用发射器系统。对于提高打击精度方面，现有或在研的无人机载制导炸弹都是朝多模复合制导方向发展，如小直径炸弹Ⅱ(SDB-Ⅱ)采用的是毫米波雷达、红外成像(IIR)以及激光半主动(SAL)三模导引头，使打击精度提高至1 m 以内。

4 无人机载制导炸弹的关键技术

1)系统总体设计与评估技术

在研发新型无人机载制导炸弹时，需要具备完善的系统仿真和验证手段。其中，虚拟样机技术作为一种新兴的前沿技术，融合了现代信息技术、先进建模/仿真技术、先进制造技术和现代管理技术，是对传统设计和试验手段进一步的补充和完善，为解决复杂战场环境下系统的性能分析和数字验证手段的提供了一条技术途径，可以比较全面地分析与评估战场复杂环境对系统性能的影响。

2)载机平台与武器装备耦合技术

无人机作为制导炸弹的挂载和发射平台，与其相适应的挂弹架、发射装置及侦察设备等辅助装备是不可忽视的关键因素。实现无人机平台——辅助载荷——制导炸弹互联互通，对各自的接口协议和技术规范做到相容统一，使之成为一个有机整体规划到作战任务中，因此，重视和研究载机与其他装备之间的耦合技术十分必要。

3)信息感知技术

信息化战争的主动权就是夺取信息的控制权并保持战场信息优势。面对作战方式多样化、作战空间多维化、作战力量多元化的信息化战争，要求无人机实现多平台信息感知能力，利用信息技术和计算机技术，使预警探测、情报侦察、精确制导、火力打击、指挥控制、通信联络、战场管理等领域的信息采集、融合、处理、传输、显示实现联网化、自动化和实时化。

4)精确制导定位技术

对目标实现定点清除需实现炸弹具有更精准的制导控制及快速定位指示功能，利用先进制导模式和新型控制方式，如采用新一代焦平面阵列红外成像制导技术、毫米波雷达制导技术、多模复合制导技术以及导引头加装数据链技术等，使炸弹的命中概率进一步提升。

5)目标自动识别与跟踪技术

在复杂战场环境中针对不同类型目标选取最佳策略进行自动捕获、识别、跟踪、处理也是实现对目标有效攻击的重点。对利用多种手段收集的不同目标属性信息，采用多种识别方法进行目标综合识别，并且提高对目标进行稳健跟踪算法的准确性和实时性。

6)多用途高效战斗部技术

研究可用于根据不同作战需求选用不同的战斗部，并实现小型化和模块化设计。由于无人机承重有限，必须采用有效途径提高杀伤威力。例如采用“爆破/破片衬层一体式”(integrated blast-fragmentation sleeve，IBFS)多用途战斗部，或是采用新理论、新材料和新结构等高新技术改进战斗部的类型、构造、装药和新的引战配合技术［9］。