反舰导弹路在何方
2017-10-30吴日平
吴日平
据外媒报道,日前,美国新型亚声速远程反舰导弹IRASM成功进行了试验;而俄罗斯的“锆石”高超声速反舰导弹计划今年正式服役。针对反舰导弹的技战术优长,各军事强国有着不同的发展战略,其中,以美军重点的发展亚声速反舰导弹和俄军重点发展的超声速反舰导弹为代表。
为什么有的国家选择发展亚声速反舰导弹,有的国家则大力发展超声速反舰导弹?这两种导弹又反映了哪些技术路径?反舰导弹真的是“唯快不破”吗?让我们来—探究竟。
“超声速”与“亚声速”反舰导弹原理
当前,反舰导弹开始进入百花齐放的大发展时期,按速度可分为亚声速、超声速两大类。由于受发动机技术和材料技术的限制,传统反舰导弹以亚声速反舰导弹为主。随着冲压喷气发动机技术的成熟和使用,基于冲压喷气发动机的超声速、高超声速反舰导弹也渐渐广泛使用。反舰导弹采用喷气动力,巡航推力稳定性好,巡航速度可放宽到马赫数0.65~0.9,掠海高度低,射程与飞行性能指标较为平衡,是西方亚声速反舰导弹的主要动力。如果改进喷气动力性能和弹形,导弹的巡航飞行速度可提高到马赫数1.4以上,能保证反舰导弹实现超声速巡航,但在低空的单位航程油耗要增加3~4倍,低空有效射程并不理想。
现代反舰导弹的巡航速度主要集中在两个范围,亚声速在马赫数0.65~0.9,超声速在马赫数1.5~3,很少出现速度在马赫数1~1.4之间的跨声速导弹。跨声速导弹在开发早期就被放弃,主要是飞行速度比亚声速提高不大,动力要求却与马赫数1.5以上的导弹相差不多,保留了其动力与结构的全部缺点,却没有优点来弥补。反舰导弹超声速的标准基本都在马赫数1.5以上,这个速度范围适合采用高速标准的气动布局,也能充分发挥火箭和喷气动力的效能。
典型三型反舰导弹
目前,由于受导弹动力技术和隐身技术水平的限制,新型反舰导弹技术的发展路线还存在亚声速高隐身和超声速大机动两个发展方向的争论,正所谓的萝卜青菜,各有所爱。因此,各国都在不遗余力地进行技术突进,力图扬长避短。
美军LRASM-A亚声速反舰导弹
美国一直奉行全球性海军战略,强调基于作战平台、信息网络的体系反舰作战能力,在反舰导弹路线上一直以亚声速为主。美国反舰导弹的典型代表是LRASM-A亚声速反舰导弹。
LRASM-A是洛马公司在JASSM增程型导弹JASSM-ER基础上研制的,是具有隐身和高生存能力的亚声速巡航导弹。JASSM-ERR在外形设计、气动布局等方面与JASSM基本型保持一致,最大区别是使用了F107-WR-105涡扇发动机,携带的燃料也增加了45千克,射程增加到1100~1300千米。2006年5月,洛马公司在白沙导弹试验场进行了JASSM-ER的首次试验,由B-1B发射,导弹飞行740千米后命中目标。
LRASM-A亚声速反舰导弹延续了JASSM的气动和外形,这使其雷达和红外隐身性能会比较出色,其末端制导可能在红外成像制导基础上增加主动雷达制导。LRASM-A的综合指标LRASM总长约4.27米,重约1134千克,采用多模传感器、数据链和增强的数字抗干扰全球定位系统来探测目标,具有全天候作战的能力。相对于以前的导弹型号,LRASM提高了打击不确定移动目标的能力,导弹的传感器能准确找到要打击的舰船。LRASM装备有454千克的穿甲爆破型战斗部,与JASSM-ER类似。基于JASSM-ER的隐身优势,LRASM-A采用了降低RCS的外形设计,在结构上大量采用复合材料并在弹体表面涂敷了新型吸波涂料。发动机采用埋入式矩形喷口,利用弹体尾部遮挡高温排气,光滑的弹体表面有利于减少与空气摩擦产生的红外辐射。通过多种措施,LRASM-A可有效突破敌舰防空系统的拦截。
俄罗斯“锆石”超声速反舰导弹
俄罗斯海军的潜在作战对象是拥有强大海上航母编队、快速反应能力和远程预警能力的国家,所以反舰导弹必须以快制胜,并确保一发命中,给对方造成致命打击。同时,由于俄罗斯在超声速导弹技术方面的实力强于西方,因此俄罗斯的反舰导弹以超声速型号为主,“锆石”反舰导弹就是其中典型。“锆石”反舰导弹是在“宝石”和“布拉莫斯”超声速反舰导弹的基础上研制的,突破了动力系统这一关键技术,使飞行速度实现从超声速到高超声速的跨越。尽管与“花岗岩”导弹相比,“锆石”巡航导弹的射程较近,但其速度却令当前的导弹防御技术难以拦截。“锆石”导弹的飞行速度可以达马赫数5至6之间,可在目标舰防御系统完成探测、跟踪、锁定、判断并发射拦截武器之前逼近其防御区,具有极高的突防能力。“锆石”导弹将继承“宝石”导弹的通用化、模块化特点,实现良好的装载适应性,可装备多种海基发射平台。
俄罗斯海军“彼得大帝”号核动力巡洋舰将在2019年到2022年进行的升级改造中配装“锆石”高超声速反舰导弹。“锆石”反舰导弹因为有足够高的速度,再加上超高速飞行对导弹气动外形的限制,所以战斗部不能太大,装药也不会多,因而将主要依靠动能杀伤。由于侵彻能力与导弹的动能相关,而“锆石”导弹的速度在飞行末端将超过马赫数6,所以弹头的动能极大。试验表明,速度在马赫数6的弹头可侵彻50米厚的土层或6米厚的混凝土,侵彻能力远远超过“布拉莫斯”和“宝石”反舰导弹。
日本ASM-3超声速反舰导弹
日本属于岛国,多山地,地形非常复杂,敌对国家可能的进攻几乎都来自海上,导致日本军方一直强调要御敌于国门之外,要求在海上消灭来袭舰队。为此,日本非常重视反舰导弹的发展,期望在未来海战中以小博大,他们先后研制了88式、91式、93式亚声速反舰导弹,但由于技术的限制,近年来才基于美国超声速靶弹的技术,开发了ASM-3超声速反舰导弹。ASM-3导弹是配备在日本航空自卫队F-2战斗机上的超声速反舰导弹,是日本新一代空射反舰导弹。ASM-3导弹发射质量大约为900kg,弹长约6米。导弹气动外形与法国的ANF反舰导弹非常相似,均采用流线型圆柱弹体,两个楔形的进气道分别位于弹体的侧下部,具备一定的隐身能力,尾部有4个呈X形布置的小型舵面。导弹从前到后分别是制导段、燃料箱和冲压发动机三部分。导弹制导方式为中繼惯导加末段主/被动复合制导方式,具备较强的抗电子干扰能力。导弹最大飞行速度可达到马赫数3,射程为150千米,一架F-2战斗机最多可挂载4枚ASM-3导弹。ASM-3配备整体式液体火箭冲压发动机(即固体火箭发动机+液体涡喷发动机),兼具固体火箭发动机和涡轮喷气发动机的优点,如火箭发动机的结构简单和不依赖氧气,涡喷发动机的经济性和稳定性,因此飞行效率大幅提高,飞行速度可达马赫数3。XASM-3的冲压发动机使其以超声速飞行,留给对方舰空导弹的反应时间和近防系统的射击时间还不到ASM-1和AMS-2的一半,这将提高XASM-3的生存性。XASM-3在发射前将收到目标信息,发射后根据这一信息飞向指定位置。如果能够感知到对方雷达电波,导弹将改为被动雷达制导方式:如果主动雷达开机后捕获目标,将结合此前被动雷达获得的目标信息,引导导弹飞向敌舰。通过同时使用主动和被动雷达制导,可提高导弹的目标选择能力和抗干扰能力。endprint
反舰导弹的超声速与亚声速之优劣
反舰导弹的亚声速和超声速各有优势,正所谓的尺有所短,寸有所长,但在现有技术内没有综合的可能。
(一)超声速之优VS亚声速之劣
1.利于降低导弹对中继修正和惯性导航精度的要求
如果以远程弹的300千米射程作为发射点与目标的距离标准,目标以55千米/时速度横向运动,导弹飞行速度为马赫数0.9时的瞄准点误差大约8千米,速度增加到马赫数1.5时的误差降低到5千米,达到马赫数2时的误差则降低到约3.2千米。按照目标稳定直线运动作为标准,导引头跟踪到目标的概率分别为0.92~0.998和1。由此可见,超声速有利于降低导弹对中继修正和惯性导航精度的要求。
2.利于搜索目标
如果以中程弹的100千米作为攻击距离,速度达马赫数0.8的亚声速导弹的理论作战周期为6~7分钟,而以马赫数1.8~2速度巡航的超声速导弹只有2.5~3分钟。目标舰艇如果以55千米每小时进行横向脱离,利用惯性自控到达导引头开机点,亚声速和超声速导弹对应的瞄准点偏差最大值为3.5和1.6千米。导弹在10米高度低空突防时,瞄准点偏差越小,对导引头扫描偏差角要求越低,在视野中线附近搜索到目标的概率就越大。反舰导弹的导引头视野范围有限,突防高度越低则受瞄准偏差的影响越大,需要中段修正手段,而全程低空超声速导弹可取消对中段修正的依赖,降低修正的次数和幅度。
3.突防威胁大
假设反舰导弹巡航高度为20米,目标舰艇的搜索雷达天线高度为25米,则发现导弹的理论距离在39千米左右,采用消除杂波干扰等措施后的可靠发现距离为25~27千米。在此距离上,现役中、远程防空导弹的反应时间,与反舰导弹以马赫数2速度掠海巡航的时间相合,导弹拦截接触点基本处于近距防御系统盲区的边界,致使中、远程防空导弹很难拦截到超声速反舰导弹。如果反舰导弹在距目标20千米处启动导引头搜索目标,目标对速度马赫数0.8的亚声速导弹告警时间为76秒,对马赫数1.8的超声速导弹只有34秒。同样处于目标搜索雷达盲区的高度突防时,目标舰艇侦察到超声速导弹的时间要少55%。硬杀伤拦截时,超声速导弹的大体积会增加被命中概率,但高速度又会增加拦截导弹的脱靶量,两者效果基本上可抵消。超声速反舰导弹动能较大,同样采用延时引信高爆战斗部时,以马赫数2速度命中的200千克导弹战斗部,打击能量相当于马赫数0.9时的400~450千克的弹头,对多层舱壁的舰艇破坏效能较大。
(二)超声速之劣VS亚声速之优
1。低空隐蔽突袭距离短
超声速反舰导弹采用液体燃料冲压发动机,高空有利巡航飞行高度在14千米~15千米,最大巡航飞行速度可达到马赫数2.8~3.5,燃料消耗只有1千米高度和马赫数2速度时的25%~30%。导弹采用高空巡航,最大射程是低空的3~4倍,但高空巡航目标明显,飞行速度还没有高到可对抗防空火力的标准。高空突防能力不足,迫使反舰导弹进行末段低空突防,实现隐蔽突袭的低空掠海飞行距离不能少于30千米,超声速反舰导弹采用低空掠海突防可大幅压缩目标反应时间,但也会压缩弹载控制系统的反应时间。当导弹面对自然干扰和电子对抗时,弹载系统的识别和抗干扰难度更大,数据处理技术难度很大。高空巡航经济性好却容易暴露目标,低空掠海隐蔽性好,但对航程影响过大,现有技术下这个矛盾基本无解。
2.隐身性能差
超声速反舰导弹的速度有利于削弱远程拦截弹的效能,但高迎头速度却有比亚声速导弹强得多的多普勒效应,舰载搜索雷达准确跟踪的距离要比跟踪亚声速导弹更大,会明显增加舰载指令制导点防空导弹的瞄准距离。首先是低空高速飞行的气动加热,使迎头红外信号强度远大于亚声速导弹,更大的体积也增加了迎头RCS。典型亚声速反舰导弹的迎头RCS为0.5~1米2,常规驱逐舰警戒雷达对其正常搜索距离在10千米左右。超声速导弹迎头RCS在2~3米2,同高度舰载雷达对其搜索距离的增量不大,但在多普勒雷达搜索过程中信号明显。面对日益发展的舰载防空系统,LRASM-B应用高速进行突防的设想在总体设计上还必须兼顾超声速所要求的良好气动外形和隐身性能所要求的特殊气动外形,而这两个要求在气动外形上是矛盾的,有很大的技术瓶颈。此技术瓶颈目前从技术上难以克服,因此导致LRASM-B下马。显然从总体实现技术角度来看,LRASM-B难度大,目前难以实现,与其综合能力无关。从生存能力上看亚声速反舰导弹并不比超声速反舰导弹差,而且成本上有着较大的优势。这也是为什么美军LRASM导弹取消了高超声速版本,继续发展亚声速LRASM-A的原因。
3.升级改造空间小
超声速反舰导弹的气动与动力关系较严格,基本结构对改进发展的限制比较大,改进潜力明显不如亚声速反舰导弹,能方便地改造成对地攻击型,还能通过加长弹体燃料段长度提高射程。亚声速导弹对弹体升力面位置和重心的限制小,调整弹体尺寸对整体性能和控制的影响很容易克服。超声速反舰导弹本身的尺寸和重量就很大,弹体在性能改进中可做改动的结构又不多,全弹推比、重心位置和翼面力矩要求严格,气动设计和各舱段比例很难进行调整,改善战术性能的技术压力和成本压力远超过亚声速导弹。这种差异普遍存在于各国类似的型号中,当很多亚声速导弹通过改进实现了多平台、多功能通用化时,超声速反舰导弹往往从服役到退役的模样都差不多,技术战术性能也没有什么大的改善。
4.弹体结构强度要求高
现代反舰导弹大都具备末段机动能力,在接近目标时采用大过载机动来规避近距防御系统的拦截。导弹末段机动的过载可达到8~15g,飛行速度越快对弹体强度要求就越高。弹体结构强度要求高就增加了导弹外壳的结构重量,这又推动了对动力系统的要求。超声速反舰导弹最大的问题就是尺寸和重量。根据飞行器的工作环境,飞行速度从Ma0.9增加到Ma1.5时,增幅虽然还不到一倍,但导弹所承受的阻力要增加4~5倍。高速对弹体结构强度要求很高,气动加热也较明显,导致很难降低超声速反舰导弹的尺寸和重量。超声速导弹大尺寸、大重量意味着高成本,高成本又迫使导弹必须选择高价值目标,高价值目标需要的战斗部威力必须要大,导引头的精度和抗干扰能力也要求更高,反过来又迫使导弹的成本和技术指标增加。另外,以同时期同类导弹的可比成本价格为标准,超声速反舰导弹的价格是亚声速同类弹的3~5倍,也更难维护,实际作战效能却远不能与成本相适应。只有不计代价投入,才有可能保证超声速反舰导弹装备,而大部分国家却没此能力和必要。endprint
未来发展趋势
反舰导弹已经走过了几十年的历程,这期间,随着科技的发展,反舰导弹技术也得到了长足进步,并且在现代海战中起到重要作用,产生过重大的影响。展望未来,反舰导弹的发展将会集中在以下几个方面:
(一)提高防区外攻击能力
在敌我之间无遮蔽物可利少的海面作战,大射程的打击能力,也是发挥先发制人作战效能的重要支撑。另外,携带反舰导弹的飞机、舰艇只有在打击目标防区外发射导弹,这就需要增加反舰导弹的射程来提高载弹平台的安全。因此,反舰导弹的远程打击能力仍将是各国发展重点。目前,大多反舰导弹经过升级,其射程已由原来30~40千米雷达视距,发展到一百多、甚至数百千米,一些新研发的远程巡航反舰导弹射程可达1000千米,如美军正在研制的“LRASM-A”反舰导弹射程在600至1000千米,目标防区外攻击将成为未来反舰导弹的主要攻击方式。
(二)向亚超并举,亚超结合方向发展
战略需求牵引装备发展。各个国家安全的关注焦点不同,未来反舰导弹的发展思路自然不会跟着别国走。从近期来看,亚声速远程隐身反舰导弹成本较低,通用性好,技术难度较低,适合多平台大量装备。超声速反舰导弹研制难度大,尤其是高超声速导弹涉及到诸多新的技术领域,适合作为杀手锏杀手铜武器当做长期目标发展。比较亚声速方案与超声速方案,速度虽是影响反舰导弹发展和改进作战能力的重要因素,但却不是全部和唯一因素。超声速方案速度大幅提高,高速特性使得敌方防御系统反应和拦截的时间很短,生存概率提高:但高速带来隐身性能的问题,被发现概率增加,导弹的总体作战性能不一定提高。因此,在未来的反水面作战中,亚声速方案和超声速方案的主要依存关系,将既不是传统的“主从”关系,也不是简单的“取代”关系,而是一种优势互补关系,将按照亚超并举的发展原则,建成一个既可以发挥各自优势,又能夠在联合或协同作战中,按优势互补原则,形成最佳火力配置的反舰导弹武器体系。
(三)提高超隐身突防能力
反舰导弹隐身能力作为衡量导弹性能的一个重要指标,也是影响导弹突防能力的一个关键指标。根据隐身原理,反舰导弹的隐身包括外形隐身、隐形涂料隐身和红外隐身等。为减少反舰导弹对雷达电磁波的辐射,新型导弹在研发过程中,一方面通过导弹外形设计,将寻弹外表面尽量倾斜、后掠,以偏斜探测需达波束,来减小导弹的雷达反射面积(RCS),通过仿真数据可以发现,采取大后掠多面体极大提高导弹隐身效果:二是将发动机进气口置于弹体上侧,利用弹身遮蔽来减小进气的雷达波辐射:三是在反舰导弹外表面涂上雷达吸波材料,可降低反射率。从目前,挪威“NSM”和“JSM”反舰导弹、美国“LRASM-A”反舰导弹均采用非圆截面弹身外形设计、遮蔽发动机进气门和涂覆吸波材料等措施,大幅降低了导弹雷达反射面积(RCS),使反舰导弹的可探测性变得更低。
(四)提高智能化精确打击能力
信息技术及人工智能在军事领域的广泛应用,大大提升了反舰导弹的网络化、智能化程度,同时提高了反舰导弹的精确打击和抗干扰能力。反舰导弹的网络化、智能化控制能力主要体现在中段自控飞行段和末段制导飞行段。传统反舰导弹在飞行段主要采用惯导技术、GPS定位技术、地形匹配技术进行自控飞行。随着信息系统的推广以及战场信息支持能力的加强,中继制导技术在反舰导弹上得到广泛应用,通过在导弹上加装双通道数据链,利用弹上传感器反馈的信息精确控制导弹。如美国通过对“鱼叉”导弹的不断升级改进,通过采用多模控制方式提高了导弹在自控飞行段的网络化远程控制能力,控制人员还可根据战场情况实时控制反舰导弹规避防空火力区。选择舰船要害部位实施精确打击。
编辑:戴嘉琦endprint