先进防空导弹关键技术分析及发展启示*

陈海建

(海装驻北京地区第二军事代表室，北京 100854)

0 引言

从20世纪德国研制防空导弹开始，世界上防空导弹系统已经发展了4代。第1代防空导弹以高空小批量目标为典型作战对象，普遍采用液体火箭发动机、固定/半固定发射、全程无线电指令制导，电子设备以电子管为主，设备庞杂，可靠性、维护性、操作性、抗干扰能力差。20世纪50年代开始第2代防空导弹研制，导弹采用多种制导体制，采用固体火箭发动机、发射筒等相关技术提升导弹的机动性、战场快速反应和生存能力，导弹的低空飞行能力和制导精度获得较大的提高。20世纪60年中期，以美国“爱国者”和俄罗斯C-300为代表的第3代防空导弹开始研制，第3代防空导弹更多地采用复合制导体制，可实现大攻角飞行，导弹的机动能力获得极大的提升，同时具有全空域作战和抗饱和攻击能力[1]。随着技术的进步，目前各国装备的主要是第4代防空导弹，应对的威胁从传统飞机类目标向弹道导弹、巡航导弹和临近空间高超声速目标转变[2-4]。

我国的防空导弹从无到有并逐渐壮大，装备研制经历了从引进到仿制再到自主研发的历程，经过数十年的不懈努力，技术基础逐渐积累，已经形成了较为完备的防空体系，但与国外先进水平相比仍然存在一定差距。基于此，本文开展了国外先进防空导弹的发展研究，通过型谱脉络的梳理和关键技术的分析，给出了先进防空导弹发展的技术要点，提出了我国未来新一代防空导弹发展的考虑。

1 国外先进防空导弹发展脉络及关键技术分析

1.1 俄罗斯先进防空导弹发展及关键技术分析

俄罗斯以最大程度通用化为设计原则，完成了C-300防空导弹武器系统的建设，构建了包括远、中、近的分层拦截防御体系。为应对新一代进攻体系，完成本土目标的工程防御和区域性工程防御任务，俄罗斯在C-300系列装备的基础上，大力研制远程防空导弹系统C-400，并已于2007年开始装备部队，发挥了重要的军事作用[5]。与此同时，俄罗斯开始研制C-500通用型远程防空导弹系统，将防空与反导以火力单元的形式结合，形成区域防空反导能力[6]。

俄罗斯防空导弹以单级弹为主要形态，导弹基本采用无翼尾舵式正常布局，利用大攻角提升导弹的机动能力，典型导弹包括48H6E，48H6E2和48H6E3。经过20余年的发展，最大拦截斜距已经可达到为380 km 。在后期发展的C-400武器系统中新增了9M96E及其升级版9M96E2，两型导弹长度及射程略有不同，但结构与工作原理完全相同，均采用了轨控直接力技术提升导弹的快速响应能力。其防控导弹发展脉络如图1所示。

图1 俄罗斯防空导弹发展脉络Fig.1 Russia air-defense missile development sequence

分析俄罗斯C-300,C-400和C-500导弹的发展脉络，主要关键技术如下：

(1) 先进的导弹总体设计技术。利用通用化、模块化的顶层设计技术，逐步提高导弹的性能参数和作战空域，实现导弹的快速迭代，族化发展。

(2) 高效气动设计技术。通过无翼尾舵式气动布局，实现较优的升阻比和高速飞行性能；利用大攻角飞行技术，提升导弹的可用过载能力。

(3) 大推力轨控直接力技术。利用大推力、快响应轨控直接力，提升导弹的过载响应速度。

1.2 美国先进防空导弹发展及关键技术分析

美国防空导弹以发展中远程防空装备和反导装备为目标，以拦截精确制导武器为主要任务，从1976年开始研制“爱国者”基本型开始，共研发了PAC-1，PAC-2和PAC-3 3个系列多型导弹，以反导威胁为重点，兼顾发展防空作战能力[7-8]。“爱国者”系列导弹发展路线图见图2。

图2 美国“爱国者”系列导弹发展脉络Fig.2 American Patriot missile development sequence

作为第4代防空导弹的典型代表，PAC-3导弹主要用于战术防空系统，拦截战术弹道导弹、精确制导武器以及战略和战术航空兵飞机和直升机。导弹最突出的特点是采用了动能毁伤技术和气动力/脉冲式直接力直气复合控制技术，其他技术包括采用毫米波主动雷达导引头、可抛头罩及轻小型化电子集成设备等。

为实现舰艇自身防护，美国海军正在大力发展防空装备体系，构建了以“标准”系列为骨干型号的舰队防空体系。“标准”系列导弹在研制过程中以优异的气动外形为基础，通过模块化、通用化设计实现导弹的系列化发展，大大降低了研制经费[9]。从“标准-2”增程到“标准-3”前期型号一直到“标准-6”，其主级气动外形均与单级的“标准-2”中程导弹相同，改进一直围绕着动力系统、战斗部、目标探测以及制导控制系统等展开。尤其是导弹射程的增加，主要靠主级发动机的改进和助推器的改进。

“标准-6”作为先进防空导弹武器的代表，通过采用极小展弦比边条翼正常式气动布局、单室双推力固体动力系统、高爆破片战斗部和主动雷达寻的导引头等先进技术，实现了远距离、大空域作战和多目标拦截能力。美国“标准”导弹发展脉络如图3所示。

图3 美国“标准”导弹发展脉络Fig.3 American Standard missile development sequence

通过分析美国“爱国者”、“标准”系类导弹的发展脉络，主要关键技术如下：

(1) 先进的导弹总体设计技术。“爱国者”系列导弹以成熟的气动布局，通过弹上设备升级实现武器系统作战能力的提升，兼具防空反导一体化作战能力；“标准”系列导弹以一型通用化主级，通过增加助推器的形式是实现射程的提升，通过弹上设备升级实现多任务作战能力。

(2) 直气复合控制技术。ERINT导弹采用脉冲式姿控动力系统，在导弹接近目标时通过气动力/直接力复合控制，实现导弹的快速机动，降低脱靶量。

(3) 大威力、高精度探测技术。“爱国者”系列防空导弹的每一次升级几乎都伴随着导引头精度及探测威力的提升，ERINT导弹采用的毫米波导引头具有极高的探测精度，支撑实现武器系统的高制导精度；“标准”系列导弹多用途作战能力的实现也依赖于导引头性能的提升。

(4) 高效毁伤技术。“爱国者”、“标准”系列导弹采用破片杀伤战斗部、直接碰撞/杀伤增强装置，可有效实现对气动目标和TBM目标的有效毁伤。

1.3 欧洲先进防空导弹发展及关键技术分析

欧洲“紫苑”中程防空导弹武器系统目前在役的型号的有ASTER-15和ASTER-30，正在开展ASTER-BLOCK2相关研究工作。其中ASTER-15和ASTER-30采用相同的设计概念，气动外形完全一致，通过共用主级、配属不同的助推器实现射程的覆盖，完成不同的作战需求。导弹武器系统具有模块化结构设计、部件通用性高、后续发展潜力大以及作战、维护自动化程度高等特点。为进一步提高反导和反临近作战能力，ASTER-BLOCK2突破了传统的设计思路，摒弃了之前的气动外形，采用了可分离的动能拦截器这一全新的发展模式，并配属于紫苑武器系统。ASTER-BLOCK2的出现丰富了紫苑防空武器系统，使其兼具防空、反导、反临近一体化作战能力。

ASTER-15，ASTER-30作为典型的第4代防空导弹，采用了“助推器+带小展弦比弹翼”两级导弹布局，助推器采用摆动喷管实现程序转弯，主级为通用化设计。导弹主级采用主动雷达导引头和聚能破片战斗部，利用轨控直接力技术提高导弹的响应速度，直接力装置使用了缝隙喷管，缝隙喷管与弹翼一体化设计，降低了侧喷干扰效应。ASTER系列导弹发展脉络如图4所示。

图4 ASTER系列导弹发展脉络Fig.4 ASTER missile development sequence

通过分析“ASTER”系类导弹的发展脉络，主要关键技术如下：

(1) 先进的导弹总体设计技术。ASTER-15，ASTER-30系列导弹采用通用化主级设计，通过换装不同助推器实现武器系统射程及作战高度的提升；ASTER-BLOCK2导弹采用“拦截器+拦截弹”的布局形式，利用可分离动能拦截器实现防空、反导和反临一体化作战能力。

(2) 高效的气动设计技术。ASTER导弹主级外形采用平直弹翼+尾舵控制的正常式“Х—Х”气动布局，同时直接力装置使用了缝隙喷管，采用缝隙喷管与弹翼一体化设计，使得喷管的出口截面从弹体的表面移出，降低了侧喷干扰效应对全弹的影响[10]。

(3) 直气复合控制技术。ASTER导弹采用PIF-PAF形式的直气复合控制装置，可在末制导段提升弹体的快速影响能力，降低脱靶量。

(4) 摆动喷管助推器技术。ASTER导弹助推器采用双摆动喷管助推器，与传统的燃气舵控制相比，推力损失更小，控制效率更高。

2 先进防空导弹发展的技术要点

2.1 防空导弹总体设计技术

以通用化、模块化设计为指导思想，基于成熟的气动外形，通过增加助推器的形式实现导弹的快速迭代和族化发展；以“更高拦截、更远拦截”为防空导弹的发展方向，通过气动外形、动力系统优化设计，提升导弹的末速及平均速度，有效降低制导控制系统的设计压力，提升武器系统的作战远界。导弹可采用无翼式布局或小边条翼布局，适应导弹的高速飞行能力；通过放宽静稳定性设计，在拦截点实现中立稳定或一定程度的静不稳定，提升导弹的快速响应能力。动力系统多通过研制双脉冲或多脉冲固体火箭发动机、超高燃速固体火箭发动机，提升导弹的能量管控能力和高速高加速能力，拓展导弹的作战远界。

2.2 轻小型化一体化弹上设备技术

为适应先进防空导弹小型化、轻质发展化趋势，弹上设备可采用一体化设计技术。一体化设计技术将传统导弹的弹上信息处理器、电气控制装置、指令接收机、捷联惯性测量装置、遥测采编器、遥测发射机等设备进行一体化集成设计，通过总体设计技术将功能相近的功能模块进行统一设计，数字处理功能模块在飞行管理模块实现；采用供电一体化技术，实现了一体化测量控制装置的集中供电；采用结构一体化技术，整舱的结构一体化设计节省了舱内体积，减少了整舱重量；采用信息处理交互一体化技术，将信号种类进行分类，采用多种总线信息交互的方式，提高了信息交互的实时性，降低了接口的复杂度。

2.3 大威力、高精度探测技术

大威力、高精度探测技术是应对隐身目标威胁的基础。隐身目标RCS一般为0.01～0.1 m2，为实现远距、高精度探测，可重点发展大功率相控阵导引头技术。相控阵雷达导引头通过加大T/R模块功率提升对目标的探测距离；相控阵导引头跟踪带宽大，角速度跟踪能力强，具备波束快速电扫角度搜索能力，可实现对目标在速度、距离和角度上的搜索、探测、截获和跟踪，大大降低了对外部雷达要求，满足远距高精度作战需求。同时，相控阵导引头高频去耦性能好，隔离弹体扰动能力强，可靠性高，通过与引信一体化设计可实现设备的小型化设计。

2.4 直气复合建模及控制技术

第4代防空导弹多采用直接力技术提升导弹的响应速度，但是直接力发动机的高温、高压喷流与高速来流相互作用，形成复杂的流场会产生附加的气动力和气动力矩，难以实现防空导弹的高精度制导。必须开展直气复合精确建模研究[11-13]，研究全空域条件下的侧向喷流干扰模型，建立侧向喷流参数、来流参数与干扰因子的对应关系。同时开展稠密大气层内直接侧向力/气动力复合控制技术研究，实现大动压、强干扰条件下的控制系统设计，通过开机逻辑和控制时序优化[14]，提升控制系统的鲁棒性、快速性和稳定性；开展全空域弹道规划设计，形成针对不同目标的强鲁棒全空域弹道规划策略。

2.5 固体姿轨控直接力技术

固体姿轨控直接力技术是提升防空导弹响应速度和过载能力的重要手段。根据工作方式不同，主要技术途径可分为脉冲式固体姿轨控动力系统和连续可调式固体姿轨控动力系统。脉冲式固体姿轨控动力系统以“PAC-3导弹”和“9M96E/9M96E2导弹”为典型代表，主要特点是发动机燃速高、响应快，可瞬间形成较大的推力，但是工作时间较短，技术难度相对较小；连续可调式固体姿轨控动力系统以“标准-3”blockII导弹为典型代表，多应用于大气层外反导系统，主要技术特点是发动机工作时间长，推力连续可调，技术难度大，需要重点进行技术攻关。

2.6 高性能毁伤技术

发展高性能毁伤技术，实现对隐身飞机、TBM等目标的可靠毁伤是未来防空导弹的重要目标。传统防空导弹多为爆破式或破片战斗部技术，战斗部飞散角度控制难度大，毁伤效率低。当前以多点定向破片战斗部技术、多模复合战斗部技术、含能自适应起爆战斗部技术、动能毁伤技术等为代表的高效毁伤技术正逐渐成为主流，战斗部更加“智能化”，破片可控性更好，毁伤效率更高。

3 对我国防空导弹发展的启示

3.1 高度重视防空导弹的系列化、通用化发展

美海军“标准”系列导弹先后发展了“标准-2”、“标准-3”、“标准-6”等型号，始终保持弹径不变，共用一级发动机，通过增加发动机级数、改进提升导引头等关键部件，实现了系列化发展；陆基防空反导方面，中远程地空导弹装备只发展了“爱国者”系列，通过弹上设备替换升级及气动外形优化设计，实现对不同作战环境和新型威胁目标条件下拦截能力的快速生成与提升。俄罗斯在C-300武器系统的基础上，逐步发展C-400，C-500武器系统，在发展过程中始终以一弹多用、功能模块通用作为指导原则，通过武器系统平台的升级和导弹作战能力的提升，实现作战空域的高中低、远中近覆盖和防空反导一体化能力提升。

考虑防空导弹研制技术复杂、风险高、经费投入大，我国防空导弹装备发展建设应积极借鉴美国、俄罗斯的“基本型、系列化、通用化”的成功经验做法，加强顶层规划设计，集中力量集约发展，适度精简型谱系列，力避装备重复建设；同时坚持模块化发展思路，通过模块的共用及模块功能升级，实现防空导弹的系列化、通用化发展。

3.2 拓展防空导弹的反导、反临一体化作战能力

当前，随着弹道导弹、临近空间高超声速目标威胁的加剧，防空导弹的任务使命已经逐渐发生变化，单一的防空作战能力已经很难满足武器系统的作战需求。未来的防空导弹必须具备防空、反导、反临一体化作战能力，在保证原有防空作战区域的基础上，拓展反导、反临近的作战能力，通过与末端低层、末端高层反导武器搭配，提升对弹道导弹目标的拦截能力，同时封堵临近空间高超声速目标的突防通道，填补当前应对临近空间高超声速目标能力的空白。基于此，要求防空导弹的拦截高度应不小于35 km。考虑临近空间大气密度稀薄带来导弹气动响应较慢及稳定控制等问题，可采用大气层内拦截器的技术途径，通过应用分离技术、姿轨控直接力技术，实现稳定控制、过载响应能力及快速性的提升。

3.3 提升防空导弹的智能化作战手段

近年来，随着人工智能技术的爆发式发展以及在军事领域的广泛应用，以美国新型反舰导弹LRASM及欧洲NSM导弹为典型代表的智能攻击武器已经形成有效的作战能力，通过人工智能算法自主规避防空火力网，并可自主规划作战目标和实施方案[15]。

当前防空导弹发展已历经4代，关于第5代防空导弹的定义及发展尚无定论。考虑现实的威胁，以智能化等作战手段逐步应对未来复杂战场的作战环境将成为第5代防空导弹的显著特色，通过实现单枚导弹“高智商”的自主能力和感知能力，多枚导弹“高情商”的协同作战能力，提升防空导弹的智能化作战手段。由此牵引出的关键技术包括智能化目标检测和干扰对抗技术、智能毁伤技术、自主规划和自主决策技术、协同探测和协同制导技术等。

4 结束语

过去数十年，防空导弹技术获得了长足了发展，俄罗斯、美国和欧洲等国家通过第4代防空导弹的研制，牢牢占据了技术的制高点。研究国外先进防空导弹发展的关键技术，为我国防空装备发展提供可参考的建议意义重大。本文通过梳理国外先进防空导弹的发展脉络，完成了导弹关键技术分析及技术要点总结，提出了在新型攻防态势下我国下一代先进防空导弹发展的考虑，可为建设我国的防空装备体系提供一定的参考。