国外导弹前沿技术发展及影响

□ 吴 勤

国外导弹前沿技术发展及影响

□ 吴 勤

前沿技术是物化新装备、形成新能力的“孵化器”，对导弹发展与应用产生着重大影响。近期，随着战斗部、精确制导、预警探测等技术的不断涌现，导弹综合性能大幅提升，具有多用途、模块化、智能化、微小型、跨域化等特点的新型导弹相继出现，将会对未来战场产生重要影响。

国外导弹前沿技术主要进展

开展导弹新概念研究与设计，取得诸多开创性成果

美国在研的“远程反舰导弹”采用了智能化技术，具备一定自主作战能力；采用微系统技术发展了“微型直接碰撞杀伤”“枪刺”“长矛”等导弹，最小质量已小于1千克；美国陆军启动模块化导弹技术项目，将开发新型模块化开放系统架构，这些模块能组装成空空、空地等多型导弹。欧洲近期提出“英仙座”海上打击导弹、Flexis模块化空射导弹等新概念导弹项目，涉及单兵便携式导弹、反舰巡航导弹、战术地对地导弹、模块化机载导弹等，其发展更加关注侦察监视、毁伤评估、网络化环境下的火力协同等作战功能的实现（图1）。

活性材料战斗部、毁伤效应可调战斗部、高功率微波战斗部等发展活跃，可大幅提升导弹作战毁伤效能与灵活性

图1 Flexis模块化导弹概念

图2 可调战斗部战场应用示意

图3 微型核磁共振陀螺仪

可调战斗部采用精确起爆控制与战斗部装药结构相结合，实现毁伤当量和毁伤模式可调。美国和德国的可调战斗部技术均已进入工程研制阶段，可控制战斗部的毁伤半径、范围和效应，根据需要能实现破片、爆炸成形弹丸之间的转换和并用。活性材料战斗部在减少弹药尺寸、提升杀伤力等方面具有重大作用。美国活性材料武器工程化应用的技术难题已基本解决，空军正在开展“战斧”活性材料多用途小型化战斗部的研究，海军计划将活性材料应用于现役导弹中。高功率微波战斗部将利用微波辐射攻击敌方电子信息系统、指控系统、网络系统等。美国于2012年完成首次作战飞行试验，2016年开始与常规空射巡航导弹进行集成，预计在2020年批量部署。

激光主动成像制导、弹载相控阵雷达、微型导航定位、原子陀螺、太赫兹制导等精确制导技术逐步成熟并向工程化迈进

激光主动成像制导技术具有信息维数多、测量精度高等特点，通过与其他制导体制复合，能够显著提升末制导探测识别和抗干扰能力。美国已研制出雪崩光电二极管阵列探测、自混频阵列探测等激光凝视成像雷达，成功实现了激光组件与相控阵天线的芯片级集成，在研的弹载激光雷达将突破百毫焦量级光源。弹载相控阵雷达技术具有空间功率合成、波束快速电扫、全固态高集成度等优势，在高精度、反隐身等方面具有独特优势，美国、日本等逐步在毫米波和厘米波导引头中引入该技术。美国近期发展的新型声波延迟器件、可扩展平面阵列、毫米波相控阵收发组件等技术将大幅减小相控阵雷达体积和质量，为实现弹上应用奠定基础。微型惯导、原子陀螺等技术应用后将在现有惯导精度大幅提升的同时使系统质量、体积等下降2个数量级。美国已研制出功耗100毫瓦量级、短期稳定性优于30×10-11/天、长期频率漂移为5×10-11/天的芯片级原子钟样机，开发出集成3个陀螺仪、3个加速度计、1个时钟，体积仅8立方毫米的微型导航系统样机。太赫兹波兼具毫米波与长波红外的特征，天线工作带宽宽、敏感目标微动特征显著、角分辨率高，能够提高导弹对目标要害部位的识别与选择性摧毁能力。美国马萨诸塞大学、喷气推进实验室等研制出多部太赫兹成像雷达样机；美国犹他州立大学在天地协同一体化太赫兹探测技术方面取得重要进展。

涡旋电磁波探测、量子雷达、微波光子雷达、紫外探测等新概念、新原理、新体制不断涌现，开辟了预警探测新的技术途径

涡旋电磁波的等相位面呈涡旋状，所携带的轨道角动量能提供新的信息维度，照射目标时相当于传统平面波从多个角度连续入射。该技术仍处于实验阶段，在目标多维成像、雷达特性测量及目标识别等领域具有重大应用前景。量子雷达将量子信息调制到雷达信号实现对目标的探测，在隐身目标探测方面能力突出。美国罗切斯特大学成功验证量子雷达对隐身目标的探测能力，英国约克大学开发出量子雷达原型样机。微波光子雷达利用光子技术实现微波信号的产生与处理，具有高精度和大带宽等优势，能显著提升传统雷达性能（图4）。美欧等国开展了“全光子数子雷达”“双波段微波光子雷达”等项目，突破分系统与元器件层面多项技术，研制出了雷达样机。紫外探测可在大气层内探测导弹尾焰的紫外辐射，具有灵敏度高、虚警率低等优势，为反导预警探测开辟了新的途径。美国长期开展导弹日盲紫外辐射研究，通过“深紫外雪崩光电探测器”等项目已在轨演示验证利用紫外进行导弹目标探测、识别和跟踪的能力。

图4 典型微波光子雷达发展历程

爆震火箭发动机、组合动力、燃烧可控固体推进剂等先进动力技术取得了重要进展

爆震火箭发动机利用爆震燃烧机理，具有热循环效率高、比冲高、油耗低等优点。美、俄等国已基本完成原理性实验，验证了不同尺寸燃烧室、不同推进剂组合的爆震波生成和传播。俄罗斯于2016年对世界首台液氧煤油旋转爆震火箭发动机样机进行了多次试验，验证了技术可行性。组合动力技术能发挥不同类型发动机优点，涡轮基组合循环发动机、火箭基组合循环发动机、吸气式涡轮火箭发动机、连续爆震波冲压发动机等能实现优化组合，是导弹动力未来重要的发展方向。燃烧可控固体推进剂技术是燃烧方式可控、燃速可调的先进固体推进剂配方设计及装药技术，可根据需要完成点燃或熄火的自主控制。美国中佛罗里达大学推出了一系列自熄火固体推进剂配方；雷声公司采用电压控制方式实现1.4-14兆帕环境下的可靠点火、持续燃烧与熄火。

石墨烯、隐身超材料、智能材料等先进材料对导弹性能产生了重大影响，3D打印、智能制造等方式颠覆了传统导弹生产模式，显著降低了导弹制造成本和周期

隐身超材料通过人为设计结构特征，拥有天然材料所不具备的隐身能力，已在美、俄部分导弹中得到初步应用。基于超材料的光学、电磁、声学隐身材料均已问世，美国爱荷华州立大学研发的超材料实现吸波频段8-11吉赫兹连续可调，较传统材料隐身效果提高近百倍。石墨烯在红外波段具有优越光敏特性和常温光谱特性，可用于导弹非制冷红外导引头。美国东北大学制备的石墨烯基二维材料具有热敏性和超感光性；瑞士的研究人员正开发可拾获光子的石墨烯超感光探测器，比传统硅基光电探测器灵敏度高上千倍。智能材料能够响应外界环境变化，可应用于弹翼、弹体、弹头等结构变形，有效提高导弹飞行性能。美国海军利用镍钛形状记忆合金制造了导弹的尾翼，可产生630兆帕纵向收缩力和84兆帕的拉伸力。欧洲MBDA公司提出的CVS101导弹将采用形状记忆效应材料，外形尺寸可变。3D打印技术用于导弹制造可以有效降低成本、提高效率。雷声公司利用3D打印技术制造出80%的导弹部件；ATK公司成功试验了3D打印的高超声速发动机燃烧室；美国海军“三叉戟-2”D5 潜射导弹在2016年首次测试了采用3D打印的导弹部件。智能制造已成为先进制造的重要方向，对导弹生产制造将产生重大影响。美国导弹防御局已启动“数字化推进器工厂”项目，支持从设计到生产的数字化工厂环境；洛·马公司的新一代数字化制造系统已应用于导弹生产；雷声导弹系统公司采用自动导引车实现导弹及零部件的自动搬运，使用六轴机器人完成导弹导引头光学系统的装配。

导弹前沿技术发展带来的影响

提升导弹综合性能

在打击精度方面，主动激光、相控阵雷达导引头等技术能够显著提升末制导探测识别和抗干扰能力；量子雷达、太赫兹雷达将颠覆传统军事伪装与欺骗技术，实现对隐身目标的探测识别；原子陀螺等技术将使现有惯导系统精度提高3个数量级，为导弹提供长时精确惯性制导能力。在毁伤效果方面，毁伤可调战斗部可选择和控制毁伤效果，实时改变毁伤模式，大幅提高作战灵活性；活性材料的运用使导弹战斗部的毁伤能力成倍增长，其杀伤半径是常规破片战斗部的2倍，潜在毁伤威力可达5倍。在飞行性能方面，先进动力技术将提升导弹速度、射程、投掷能力等，实现导弹大空域、宽速域、多用途作战；应用智能材料可改变导弹飞行特征，提升气动性能和过载能力。在突防与生存能力方面，隐身超材料的应用大幅提升了导弹的多波段隐身性能，燃烧可控推进技术使导弹的机动能力显著增强。

催生新型导弹问世

一是多用途导弹。先进制导技术能实现对不同类型目标的精确探测与识别，多模战斗部、可调战斗部等技术使一型导弹能根据不同目标灵活选择杀伤方式，实现了“一弹多用”。二是模块化导弹。采用模块化结构设计技术后，可根据需求选择导引头、动力装置等模块化子系统进行整弹集成，组装成多种适应不同任务的导弹。三是智能化导弹。自主导航制导、智能化信息处理、自适应飞行控制等技术能敏捷感知外界态势，自主决策，智能化控制导弹飞向目标实现智能杀伤。四是微小型导弹。微系统、一体化等技术使导弹尺寸和质量大幅减少，能满足特种作战、机载平台内埋、增加火力密度等作战需要。五是跨域化导弹。组合动力、智能材料等技术使导弹在水下、稠密大气、临近空间、太空等不同空间的跨域作战成为可能；高功率微波技术与导弹结合，形成了可在网电领域作战的新型导弹。

改变导弹战场运用

一是作战范围极大拓展。前沿技术的发展使导弹作战空域极大拓展，在战场上形成覆盖超低空到太空，末端到远程、超远程，横跨陆、海、空、天、网（电）的作战能力。二是导弹攻防更加激烈。随着前沿技术的应用，隐身突防与反制、远程精打与拦截、网电攻击与防护、高超打击与防御、饱和攻击与对抗等将使导弹攻防更加激烈复杂。三是支持新型作战。前沿技术催生的导弹在跨域协同、一体化作战、无人智能作战、蜂群攻击等新型作战样式中将发挥重大作用。四是颠覆战时维修保障。模块化、3D打印等技术的应用使作战人员根据战场实际，快速打印导弹部件，按需组装导弹成为可能，对于后勤保障将产生重大影响。

变革导弹研制模式

模块化导弹将改变原有设计模式，减少重复设计，实现以一条生产线生产多种类型的导弹，使维护、生产费用大幅降低；3D打印、智能制造将简化生产工艺，缩短供应链与开发周期，加快零部件生产与系统集成速度。例如，美国导弹防御局“数字化推进器工厂”项目预计将使生产周期缩短10%-20%，成本降低15%-30%；洛马公司采用3D打印制造的潜射导弹部件较传统方法节省了一半时间；雷声公司使用机器人进行导引头光学系统装配后，装配时间由2天缩短到不足5分钟。（北京航天情报与信息研究所）