美军机载武器的新发展

范晋祥，陈晶华

(上海机电工程研究所，上海 201109)

机载武器，对于掌控空中优势和实现防空压制以及对地面、海面目标实施有效打击具有十分重要的作用。作为世界上最强大的空中力量，美国空、海军对空中优势的掌控已达数十年，拥有世界上最先进的机载武器，然而随着未来威胁类型、作战环境的复杂多变和作战模式的多样化，现有的机载武器装备与技术已不能满足美国空、海军的作战需求。为此，多年来美国一直大力发展新一代机载武器，包括新概念机载武器，并全力发展支撑新一代机载武器的关键技术。

1 未来作战对机载武器的需求

目标、环境、任务使命和载机平台的变化，以及新的作战概念和作战方式的提出，带来了对机载武器装备与技术的需求变化，并不断驱动机载武器装备和技术的发展演变[1]。

1.1 未来作战目标、环境和任务使命、载机平台的变化

(1) 作战目标的变化

根据近年来空袭体系的演变情况，未来的空袭体系将是以网络化作战信息系统支撑、多种空袭武器协同的体系，目标向隐身、高速、高机动的方向发展，新概念的超高速对地攻击武器、临近空间飞行器将成为新一代的空中威胁。未来重要的地面目标向时敏、机动、隐蔽、深埋等方向发展,并由先进的综合防空系统进行防护。

(2) 作战环境的变化

机载武器系统的作战环境变得更加复杂，攻防博弈更加激烈。

(3) 任务使命的变化

机载武器的任务使命出现多向分化和范围扩展的趋势，以适应现代体系化、信息化作战，以及应对多种威胁和遂行多样化任务的需要。

(4) 载机平台的变化

载机平台强调隐身能力，要求机载武器内埋挂装。为了更大限度地实现载机的作战任务，要求机载武器体积更小、重量更轻，高密度挂装，尽可能增加挂装武器数量，并保证有足够大的威力。

1.2 新的作战概念和作战方式

自20世纪90年代开始信息革命以来，美国等军事强国开始提出新的作战概念和作战方式。认识到更快和更有能力的网络和计算能力，将使信息成为现代作战中的主导因素，提出并发展了网络中心战概念，其后又提出了分布式作战、作战云、多域战、第五代空战、马赛克战概念。近年来美国空军提出的未来空战新概念，进一步组合了网络中心战、作战云、多域战、融合战概念，旨在以新的、更加灵捷和一体化的作战体系框架，协同运用军事力量，通过跨域协同、运用多域作战能力来提高作战效能，在未来激烈对抗的信息化、网络化、体系化作战条件下获得作战优势[2-5]。

新的作战概念和作战方式需要新型武器的支撑。

(1) 未来机载武器能力发展重点

美国空军确定的空军兵力的核心功能是空中优势、全球精确打击和特种作战与近距空中支援。主要作战能力包括：空中优势、防空火力压制、电子攻击、地/海面目标精确打击等[6-15]。

(2) 对机载武器的能力需求

对机载空空作战武器的主要能力需求包括：超视距拦截能力；反隐身目标能力；反防空导弹的主动防御能力；多任务作战能力；多目标拦截和集群目标拦截能力；战场适应能力和综合信息对抗能力。

对机载空地、空海作战武器主要能力需求可概括为：对先进的一体化防空系统的突防能力；打击隐蔽、隐藏、伪装目标能力；打击坚硬目标、深埋目标能力；打击时敏目标能力；有效攻击地面重要电子装备能力；精确识别、打击目标，在城区环境作战具有低连带杀伤能力；复杂战场背景适应能力。

(3) 未来机载武器发展的主要挑战

未来机载武器发展面临的主要挑战是：能力和容量的平衡；隐身平台内埋高密度挂载和高杀伤概率(导引头/战斗部)的矛盾；威胁的数量和每次杀伤的成本/成本交换比；防空系统压制；高对抗烈度的反介入/区域拒止威胁；深埋及坚硬目标打击/地下设施的有效打击[6-9]。

(4) 未来机载武器技术发展重点

2030年以后的复杂和动态的环境将需要更快、效费比更高的、可生存的、协同的和新颖的动能/定向能武器以应对未来的挑战[6-9]。

第五代和第六代飞机需要能够防护重要设施，并能在高烈度对抗环境中实现作战使命的武器。重点发展的关键技术包括：超高声速、自主化、新型的导航技术、稳健强韧的通信技术、网络化协同打击、精确可控的自适应杀伤技术、低成本导引头技术、高能激光技术、高能微波技术等。

2 美国机载武器能力的新发展

近年来美国空军、海军为了提高其空中作战能力，在机载武器方面，主要采取了两条途径，一是改进现有的机载武器；二是探索未来机载武器能力概念，发展新的机载武器技术，如超高声速高速攻击武器、可控、自适应、精确杀伤效应目标打击能力武器、机载高能激光定向能武器、机载微波定向能武器等。

2.1 空中优势能力与技术

未来空中威胁目标性能的提高和作战环境、作战使命及载机平台的变化，对空战的主战武器——空空导弹提出了严峻的挑战，现有第四代空空导弹难以适应未来空战需求，较难有效拦截高隐身、高机动、高速的目标。因此，为继续保持空中优势，美国在完成第四代中距空空导弹AIM-120和第四代近距格斗空空导弹AIM-9X的研制后，积极改进现有的中距空空导弹和近距格斗空空导弹，以适应新的作战需求。如在AIM-120D和AIM-9X BlockII中分别采用了双向数据链技术，实现AIM-120D的它机制导、AIM-9X BlockII的发射后截获等先进能力；发展新的先进远距空空导弹AIM-260实现作战性能的跨越式提高；积极探索未来新一代的空中优势能力导弹概念与技术，以及高能激光定向能武器等新概念武器技术[6-15]。

(1) 针对新的作战需求，发展先进空空导弹

目前，美军使用的超视距空空导弹以AIM-120为主，并进行了数次改进，但由于主要技术已经落伍，即使最新改进型AIM-120D(尚未服役,可能是AIM-120的最后一次改进)，也不能保证美军战机在空战中获得绝对优势。美军目前最新的AIM-120D，虽然比起现役的AIM-120C在最远射程方面扩大了50%，达到了160 km左右，“不可逃逸区”大幅增加，还采用了最新的双向数据链技术，但在射程方面与新型远程空空导弹仍有明显差距。为了有效应对携载先进远程空空导弹的先进战斗机，美国近年来开始加快发展其先进的远程空空导弹。最近，美国空军宣布，美国空军和海军正在联合研制一种全新的远距空空导弹——AIM-260，其射程远超AIM-120，未来将代替AIM-120，成为美国空军、海军联合空中战术打击导弹。为了维持空中隐身优势，AIM-260的弹体大小受到严格限制，弹体长度和AIM-120一致，外形尺寸和AIM-120兼容，完全可以放进F-22和F-35的内埋弹舱中。AIM-260可能采用有源相控阵主动雷达导引头或主动雷达/红外成像双模导引头；可能采用双向数据链，与己方战机进行双向通信，进行远程精确瞄准，并基于其他传感器数据与目标交战；允许战机飞行员在不开启本机雷达的情况下，或在对手的战机雷达和红外瞄准装置的作用范围外发射导弹，并将导弹控制权交给预警机等空中雷达站，从而增加对方战机发现目标的难度。目前AIM-120D已具备这些功能，AIM-260在这方面将会进一步加强。

按照设计，AIM-260空空导弹将不仅大幅提升美军隐身战机在与对手交战中的优势，还能通过较强的网络作战能力挖掘非隐形战机的作战潜力。如将F-15等载弹量较大的战斗机作为“导弹卡车”，在隐身战斗机或预警机的指挥下，使用AIM-260空空导弹与空中目标交战，同时保证载机尽可能远离敌机和对手的防空系统。

AIM-260将配装美国空军的F-22“猛禽”战斗机和海军的F/A-18E/F战斗攻击机及F-35战斗机，预计将于2022年形成初始作战能力。未来，将逐渐代替AIM-120D，成为美三军通用的远距空空导弹。

(2) 新一代空中优势能力导弹概念与技术的探索

为了在面临未来的威胁环境的多种作战行动中实现和保持空中优势，美国在新一代空中优势能力导弹方面开展了多年探索。美国国防高级研究计划局(DARPA)、美国空军研究实验室(AFRL)开展多个科研项目，既包括导弹概念，也包括诸多关键技术。如DARPA的“三类目标终结者”(T3)项目，旨在系统性突破可打击隐身飞机、巡航导弹、先进防空系统三类目标的双用途导弹关键技术，波音公司、雷神公司等分别获得过该项目的合同，其中波音公司的试验弹尺寸与AIM-120接近，但飞行速度和射程均高于AIM-120，进行了4次试飞；AFRL曾研究的与未来空空导弹相关的“空中优势技术”，涉及到制导引信一体化、定向战斗部和可实现远射程的火箭发动机等。美国空军曾实施“联合双用途空中优势导弹/下一代导弹”(JDRADM/NGM)采办项目，试图研制一型双用途弹来同时取代AIM-120和AGM-88(反辐射导弹)，但在2012年宣布“出于经济可承受性原因”取消该项目[6-9]。JDRADM/NGM项目取消后，美国空军研究实验室重点探索用于2020年后的第五代战斗机的多任务导弹，以及用于轰炸机、运输机和空中加油机的主动防御自卫武器。此外，还在重点发展用于主动防御及巡航导弹防御等的机载战术激光武器。

设想多任务导弹具备的主要特点是：有效对付演进的威胁；扩大不可逃逸区；提高对付巡航导弹的能力；显著扩大武器交战包络和系统效能；增大载弹量/提高任务灵活性；使拦截时间最短；提高射程；可集成在F-22、F-35及第五代飞机上；提高致命性。重点发展的能力包括：多射程能力(远距和近距)、多任务能力(对小型导弹的防御、对地面防空的压制)、高速拦截能力(提高平均速度)、对付小目标(尺寸和RCS)的能力、对付高机动目标的能力、改进目标识别、抗干扰能力、提高大离轴角拦截能力、密集内埋挂装能力(减小导弹尺寸)。主动防御自卫武器的主要特点是：缩小体积、降低重量；快速响应；提高灵捷性；多模制导；先进的电子防护[6-9]。

目前重点开展的两个空空导弹概念研究项目是：小型先进能力导弹(SACM)与微型自卫弹药(MSDM)[6-9]。

设想SACM实现的能力：在高对抗烈度的反介入/区域拒止环境中突防；中远射程/轻质导弹；反第四代/第五代战机和巡航导弹；提高速度，确保高的单发杀伤概率；采用新颖的控制技术，提高末端敏捷性；显著提高大离轴角能力；高致命性的毁伤能力；具有反一体化防空系统能力，对防空压制目标具有高的杀伤概率。主要研究的关键技术包括：非刚性高灵捷性弹体设计；高空、低Q因子(过阻尼)复合控制系统(气动/姿轨控/推力矢量控制)；先进推力技术(高效的固体火箭发动机，大装药颗粒、多脉冲、节流可调)；可承受的宽视场导引头技术；先进制导导航控制算法；小型化、高杀伤威力战斗部；抗干扰的制导引信一体化；分布式/协同技术；用于性能评估的建模和仿真工具。未来将以SACM进行升级改进，实现在反介入/区域拒止环境中的空中优势，以应对中程空空威胁，并实现弹道导弹防御能力，实现远程反一体化防空能力、协同攻击能力。据称，美国洛克希德·马丁公司所发展的Cuda空空导弹概念的尺寸为AMRAAM的一半，但具有较远的射程和相当的导引头性能能力。

设想MSDM实现的能力:超敏捷、快响应弹体；可承受性，非常低成本的光电/红外导引头；近距拦截；全向拦截；运动平台自卫防御能力；在拥挤的反介入/区域拒止环境中突防；对平台载荷容量有较小的影响。主要研究的关键技术包括：非刚性弹体设计；高空、低Q因子(过阻尼)复合控制系统(气动/姿轨控/推力矢量控制)；低成本光电/红外导引头；先进推力技术(大装药颗粒、多脉冲、节流可调)；先进制导导航控制算法。

2.2 机载对地、海面目标远程精确打击能力与技术

全球远程精确打击体系是美国空军重点发展的体系，机载远程精确打击武器是该体系中的重要武器。

为继续提升美国空、海军的远程精确打击能力，美国在完成联合空地远距空地导弹(JASSM，AGM-158)及其增程型(JASSM-ER，AGM-158B)以及联合防区外打击武器JSOW的研制后，一方面为了适应近期的作战需求，积极改进JASSM-ER及JSOW-ER远距空地导弹，包括采用新的发动机和燃料系统提高作用距离(射程达950 km，超远程版达1 500 km)；改进的红外成像导引头；海面运动目标导引头算法；抗干扰GPS接收机；增加双向数据链；钻地战斗部有效打击深埋目标，以及提高通用性，发展小型化的、能够挂装F-35联合攻击战斗机和B-2A隐身轰炸机的JASSM。还发展了小口径弹药增强型(SDB II，250 lb级的精确制导空地弹药，可在远距离和多种气象条件下杀伤运动和固定目标，采用三模导引头和双波段数据链(Link16+UHF))。

另一方面，美国还在积极探索未来新一代的远程空地导弹技术。发展的重点是高速/超高速空地武器、可生存的打击武器[1，6-9]。具体发展的项目包括：

(1) 高速攻击武器(HSSW)

HSSW是美国空军与DARPA联合研发项目，旨在发展可以应用在下一代高速/超高速空地导弹的高超声速武器技术，以提高快速响应能力，实现快速响应空地/空海精确打击，有效对付时敏目标。主要项目包括：空军的空射快速响应武器(ARRW)、高超声速常规攻击武器(HCSW)以及DARPA的战术助推滑翔武器(TBG)和高超声速吸气式武器概念(HAWC)。目前，ARRW已经演进为由洛克希德·马丁公司承研的AGM-183A高超声速空地导弹项目，其核心是高超声速战术滑翔飞行器。AGM-183A高超声速空地导弹原型样机在2018年与2019年进行了飞行试验，计划在2022年达到初始作战能力。洛克希德·马丁公司还得到了承研空军的HCSW的合同，计划在2022年装备美国空军[1，6-8，16-19]。

2015年，美国空军发布《2035年美国空军作战概念》，构想了未来高超声速武器攻击的作战样式，武器的速度超出了敌方综合防空系统的态势感知和拦截能力。

(2) 可生存的打击武器

主要发展能够在高烈度的反介入/区域拒止环境中突防、生存的武器概念和关键技术，主要特征是：低成本、任务可承受性；分布式协同作战；在反介入/区域拒止条件下有效；开放结构/模块化；可生存/可选择打击效应；挂载第五代/第六代平台。研究的关键技术包括：分布式协同打击技术；小型、可承受、高效发动机；低成本巡航导弹技术；反介入/区域拒止条件下的导航与导引头技术；可控、可变杀伤效应引信和战斗部；一体化建模仿真；低成本多模传感器/导引头；快速运动目标导引头/制导技术；武器开放结构和模块化；有人/无人协同自主技术。涉及的主要项目包括：低成本巡航导弹、在高烈度对抗环境中可生存的致命性(SLICE),GBU/AGM-X。GBU-X和AGM-X分别是美国空军研究实验室探索的下一代通用制导炸弹和下一代火箭助推的有动力空地导弹，将是用于打击高价值目标的网络赋能的分布式协同打击武器。低成本巡航导弹是AGM-X项目的技术验证。目前，低成本巡航导弹项目正在进行飞行验证[1，6-8，16-19]。

美国空军研究实验室几年前提出了“灰狼”巡航导弹项目，其主要目的是低成本亚音速巡航导弹样机的飞行验证。该低成本巡航导弹采用了开放结构和模块化设计；具有网络化、协同作战特征，以确保在面临敌方的一体化防空系统时的任务成功率。牵引的主要技术包括：低成本多功能导引头与传感器；可承受的、高效的小型发动机；稳健的网络化协同(半自主)算法；高烈度对抗环境中的导航、通信；灵活的、有效的致命性；用于分布式协同攻击效能分析的高拟真度建模仿真和分析。

虽然现在美国空军取消了“灰狼”巡航导弹项目，但启动了一个新的Golden Horde项目，目的是将GBU-39/B小直径炸弹、AGM-158联合空地防区外打击导弹、ADM-160微型空射诱饵，以及正在发展的GBU-53/B StormBreaker组网，以使其在发射后作为自主的蜂群作战，帮助其突防敌方的防空系统，并使其针对特定的目标取得最佳的打击效果。采用网络化赋能实现现有的精确制导弹药组网，而不是发展一个全新的武器系统，能够显著地降低风险。如AGM-158和GBU-53B或GBU-53/B StormBreaker具有多模瞄准系统(包括红外成像导引头)、较高的打击精度和更大的自主作战能力，在到达指定的目标区域后，可以使用其弹载图像数据库，独立地识别目标并进行寻的。通过提高组网能力，这些武器可以在碰撞目标之前回传目标的图像，以供打击效果评估系统，评估是否能有效毁伤目标，并自动判断是否将正在飞行中的其他武器转到打击新的目标。这样的武器系统部署后，在发射一个机载武器集群前，发射平台甚至不必为它们指定目标。这种炸弹和导弹采用预先装订的优先级等级准则，将焦点聚焦在它们的导引头视场内出现的优先级高的目标上，这可以使机载武器集群快速把注意力集中到威胁等级高的目标(如点防御系统)上，并优先进行打击，以降低对集群中的其他武器的威胁，降低携载武器的飞机平台的风险。

在Golden Horde系统中加入ADM-160微型空射诱饵，使ADM-160成为组网系统的一个单元，可使其快速适应于变化的态势，从而能根据不同的威胁，快速地切换辐射不同的射频特征，以模拟不同的飞机或弹药，或者精细地调整电子战干扰机。此外，美国军方现在对认知电子攻击(电子战系统能够探测和识别威胁并瞄准它们的波形进行攻击)的思想越来越感兴趣。MALD-X的数据链使其能够从外部数据源接收新的信息，通过自主数据共享和优先级排序，使微型空射诱饵聚焦其攻击重点，以实现最大的效能。

Golden Horde系统的每个节点所获取的信息甚至可用于自主飞行路径规划，基于敌方防空系统的状态，改变弹药的飞行路线以及针对敌方防空系统采取的电子战战术。如果通过Golden Horde项目，使美国空军很便利地采用模块化方式实现各种类型的武器的组网，就可以相对容易地将这一功能能力加到其他系统中，包括新的机载武器和无人作战飞机上。美国空军正在单独地发展一种称为Skyborg的多用途人工智能计算机，以将各种飞机转化为自主化无人作战平台。

2.3 特种作战与近距空中支援能力

近距空中支援是航空兵与地面部队作战行动联系最直接、最密切的一种作战行动，是指对靠近己方地面部队的敌前沿至战术纵深目标实施的空中突击，所打击的是对地面行动有直接影响的目标。

近年来，近距空中支援越来越多地使用机载精确制导武器，以实施高效精准打击，并在向打击距离远程化，空中平台无人化，打击效果精确可控的方向发展，为了提高打击时敏目标和机动目标的能力，用于近距空中支援的机载精确制导弹药还在安装数据链，并能实现网络化作战能力。如图1所示，美国空军、海军在特种作战与近距空中支援能力(区域主宰能力)方面近期重点是发展体积、重量和功耗、成本较小的武器(SWAPC武器)以及多用途弹药。中期的发展重点是动态目标攻击和大装载量弹药。远期的发展目标是特种武器和未来的定向能/激光武器及模块化武器系统、提供本身的局部空中优势的武器、完全组网的武器[19-22]。

图1 美军特种作战与空中近距支援武器的发展路线图Fig.1 The roadmap of USA’s close air support and special operation weapons

3 新发展机载武器能力所牵引的先进技术

3.1 多弹/弹-机组网协同打击技术

多弹/弹-机组网协同打击技术，将使新一代机载武器具有在复杂的、区域拒止的环境中突防、作战并有效打击目标的能力，通过采用低成本的子系统，并通过将这些武器组网来共享信息，且对所观测到的战场环境的变化做出动态的响应,使多个武器(导弹、无人机等)进行集群式协同打击。正在大力发展的多弹/弹-机组网协同打击技术，将为机载武器提供适应复杂作战环境并有效打击目标的新方式。

如图2所示，如果想采用单一的导弹实现在复杂的、区域拒止的环境中突防、作战并有效打击目标的能力，所设计的导弹将非常复杂，但如果采用多弹组网协同技术，将使单个导弹的设计相对简单，通过采用不同的技术和体制的多枚较简单的导弹分别获取目标和环境信息并进行共享，实现所希望的能力。美国未来的可生存的空面打击武器和空中近距支援武器，都把多弹组网协同打击技术作为重要的赋能技术，并期望使未来的可生存的空面打击武器成为全球信息栅格上的功能节点[19-22]。

图2 多弹组网协同打击的优势Fig.2 The advantages of multiple munitions networking and cooperative attacking

3.2 高超声速武器技术

为了提高高速攻击武器的技术成熟度，支撑下一代高速/超高速空地导弹的发展，提高快速响应能力，实现快速响应空地/空海精确打击，有效对付时敏目标。美国空军和DARPA及海军等在大力发展高超声速武器技术。研究的关键技术包括：有效的冲压发动机/超冲压发动机推进/火箭助推，用于实现远距离；轻质高速和高温结构；飞行中目标瞄准；在GPS性能下降/受到拒止的条件下实现更好的CEP精度的导航技术。经过多年的发展，主要的关键技术已经取得突破，目前已开始高速攻击武器(HSSW)的技术成熟度飞行验证，进行了速度达马赫数5的两种机载发射武器概念的飞行验证[19-22]。

3.3 坚硬目标及深埋目标打击技术

提高对坚硬及深埋目标的有效打击能力技术是近年来美国空军重点发展的一项空地武器技术。美军坚硬及深埋目标的有效打击技术的发展路线[19-27]如图3所示。

图3 美军坚硬及深埋目标的有效打击技术的发展路线图Fig.3 The roadmap of USA’s strike technologies for hard and deeply buried targets

(1) 通过改进现有武器提高对坚硬及深埋目标的有效打击能力采取的主要措施包括：提高弹药结构的稳健性；保证侵彻后爆炸(避免早炸)；用于提高爆炸威力的点引爆技术；破坏性引爆；先进的定位、导航和授时技术；对混凝土的多次碰撞/毁伤的建模；抗干扰分析。如BLU-122后续型就是一种助推的钻地武器，旨在对付可能隐藏在隧道和掩体中较硬、较深的目标，采用精确制导，具有硬目标穿透能力。

重点发展的技术：高速弹药壳体；地震/声敏感引信；微型电源、敏感和有效载荷技术；基于加速度计的引信和弹药毁伤效果评估；精确到达时间制导。

(2) 发展新概念、新技术来解决坚硬及深埋目标的有效打击问题

重点是发展高速侵彻武器(HVPW)，该项目是美国空军研究试验室的标志性工作，旨在改进对硬目标、深藏目标的侵彻能力，提高技术成熟度，以应用在硬目标打击弹药的研发中。特性：可在F-35战斗机上内埋，直接高速撞击，使2 000 lb的武器具有5 000 lb武器的穿透能力，也可装载在其他轰炸机/战斗机平台，增加挂弹量；可在GPS性能下降/受到拒止的条件下作战。

目前，高速侵彻弹药(HSPOT)已经取得重要进展：提高了对包含先进的混凝土的坚硬和深埋目标的侵彻能力；在GPS受到拒止的环境下碰撞目标；实现了约5 000 lb级的武器效能；远射程；提高了武器的生存能力；通信赋能的制导导航和控制；实现了反应式材料结构。

3.4 可控、自适应、精确杀伤效应目标打击技术

近年来，美军开始发展具有可控、自适应、精确杀伤效应的空地弹药技术，使下一代精确打击武器从过去的精确命中目标坐标，扩展到精确的杀伤效应[19-22]。主要目的是：限制在城区或要打击的目标周围的连带杀伤效应；对可能难以毁伤的瞄准点进行聚焦动能的精确杀伤；由于在地面装载精确制导炸弹时，并不确切地知道所要攻击目标的类型，需在飞行中灵活地调整弹药的爆炸效应，实现对目标的最有效打击。期望通过采用先进的多模含能材料(含有爆炸性基团或氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物，是军用炸药、发射药和火箭推进剂配方的重要组成部分)、增材制造技术(增材是相对于传统的车、铣、刨、磨等去材(材料去除)而言的，增材制造技术是一种革命性的“数字化制造技术”，是根据三维模型，在计算机控制下，采用材料逐渐累加的方法(采用挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式)直接精确制造实体物品的制造技术)，以及先进的研发测试和评估技术，发展采用智能引信和新的杀伤效应的空地弹药技术，并结合新的作战云作战概念，以提高弹药的杀伤效应灵活性，并能采用较小的弹药，实现以往的大的空地弹药所能实现的杀伤威力。

(1) 可变当量杀伤效应技术

可变当量杀伤效应寻求采用一枚单一的弹药实现可变的爆炸当量。如可以预设一枚500 lb的炸弹实现完全的爆炸当量，或者仅实现其部分爆炸当量。可变爆炸当量弹药，可以提高针对各种目标环境和关注的连带毁伤问题的作战灵活性。美国空军研究实验室将“可调整致命性/低连带毁伤”弹药当作近期优先发展的项目，所提出的技术方案包括：采用需要施加电荷才能引燃的爆炸元件；通过增材制造技术“打印”含能材料，从而能实现一定范围的爆炸当量；如果选择低当量爆炸，在飞行过程中烧掉多余的含能材料。战机操作人员，可以采用同样的炸弹，对各种不同的目标进行适当当量的打击。诺斯罗普·格鲁曼公司已经成功地验证了一种对面目标和点目标具有更好杀伤性能的新型导弹战斗部，这种战斗部还具有侵彻和低连带毁伤能力。

(2) 适应性杀伤效应技术

美国新发展的BLU-129精确制导炸弹，是一种适应性杀伤效应空地弹药，是专门设计用于控制“战场效应”和减小空袭造成的附带损害的弹药。这种精确制导炸弹的壳体采用具有高度适应性的碳纤维(采用特有的碳纤维缠绕技术)制备，这样炸弹壳体不是像普通炸弹那样破碎，产生飞散的弹片，而是采用智能引信技术，根据不同需要解体，对爆炸效果进行调整，其爆炸威力还可以根据碳纤维线圈的引爆点随时进行调整，同时还具备定时、定点引爆功能，攻击性极其灵活。其具有高精确度、强大的杀伤力和破坏力，且爆炸当量可调，具有“飞行中选择能力”，能在飞机空中飞行时，根据动态作战目标进行调整，能够根据威胁大小迅速调整爆炸威力大小，在某些情况下可以开展极其有限的攻击。

美国还在基于GBU-39B小直径炸弹发展“聚焦致命性弹药”，这也是适应性杀伤效应空地弹药，这种弹药采用多反应相复合爆炸技术，以及在引爆时解体的碳纤维缠绕壳体，从而在较小的受限范围内产生局部破坏性更大的爆炸效果。

(3) 可调节杀伤效应技术

可调节杀伤效应技术是通过调整爆炸尺寸、形状、方向和破片特性来调节实际的杀伤效应剖面，使弹药的杀伤效应剖面更具灵活性。更先进的可调节杀伤效应弹药，将采用智能瞄准器，通过适当的信息链路传送控制指令，基于目标及其环境和相关的交战规则，动态调整武器的爆炸效应，使之产生最佳杀伤效应。此外，与具有独特的、但相对固定的效应剖面的适应性杀伤效应不同，可调节杀伤效应弹药面临着难度更大的技术挑战。可调节杀伤效应弹药的杀伤效应剖面，可基于由先进的情报监视侦察能力支持的目标分析进行调整，将使操作人员瞄准并打击正确的目标，而且仅打击正确的目标。

美国空军研究实验室正在探索可调节杀伤效应的实际应用，以将这一技术应用在先进空地弹药上。这些类型的武器能基于通过作战云进行的数据获取、融合和分发，以更好地保证避免自相残杀或连带杀伤。如果需要的话，操作人员可以在更接近时知道在目标的附近有民用或友方目标时，使武器“失效”，但武器仍然能借助于炸弹壳体的动能有效地打击可疑的人员、车辆或瞄准点，以有效地毁伤目标。

(4) 飞行中选择能力

无论精确制导弹药有多精确，如果瞄准了不相关的目标，或者打了会适得其反的目标，就得不到所希望的效果。如果情报监视侦察体系将一个校舍错误地识别为敌方的兵营，一枚先进的精确制导弹药将很可能以惊人的精度命中该建筑，但这将只会产生适得其反的效果。采用现在的和将来的技术，可望在未来解决这一问题。

采用作战云概念，能在最短的时间内采用配备最适合弹药的最好攻击平台，实现最佳打击效能。在作战云中的信息将是泛在的、近实时分发的，可调度任何作战域或军兵种的平台和相关的弹药，以显著提高作战效率。

通过提高弹药杀伤效应的灵活性，实现飞行中选择能力，能充分地发挥未来可能成为现实的作战云功效。

“飞行中选择能力”指飞机在空中飞行时根据动态作战目标，通过战术数据链向空地武器发送控制指令，实时调整武器的爆炸当量或杀伤效应剖面。基于飞行中选择能力，可由情报监视侦察瞄准单元或空中战术控制系统，直接向武器发送控制指令。对于美国空军的大部分飞机，假设其可变当量或适应性效应弹药具有杀伤效应选择能力，但在选择之后，所选择的效应剖面是固定的。

未来的飞行中可选择性，将扩展为可以改变处于飞行中的武器的爆炸当量或效应剖面。这一特性将使未来的空射弹药实现其最大的任务灵活性。有了这样的灵活性，第五代和未来的战机将具有基于连续的情报监视跟踪，动态的战场中快速变化的条件下，与发射后的弹药相互作用的能力。

(5) 杀伤效应的一体化设计

杀伤效应的一体化设计概念寻求协同弹药杀伤效应设计的各个方面，包括新的含能材料、调整效应剖面、寻找有利的起爆几何、多战斗部串联，以实现更大的毁伤效应。设计师将考虑在武器尺寸、交战规则、目标类型和飞行中灵活性的条件下，综合所有因素，实现最高的杀伤效应水平，从而使新一代空地弹药可由指挥官和操作人员选择可调整的爆炸当量、区别运用杀伤效应、产生瞄准的杀伤效应剖面，并能基于发射后目标等条件的变化，在飞行中调整杀伤效应。随着指挥官和操作人员持续地监控和更新任务的信息驱动战争的出现，以及未来战场变化性的增大，这种全面的能力对于未来的弹药可能是必要的。

美国空军研究实验室的实验验证了采用较小尺寸的战斗部实现对某类目标相同的杀伤效应。工业界将发展具有重量小于10 lb但具有针对某类目标的增强杀伤力战斗部的精确制导弹药，这种弹药将具有接近于当前使用的尺寸要大得多的炸弹的杀伤效应。对于行进中的单个高价值目标，一枚这样的弹药就足够了。但如果需要针对更坚硬的目标，进行更高能量的打击，操作人员也可以采用多枚弹药。此外，类似尺寸的武器弹舱可以携载几百枚这样小的弹药，而不是采用单一的2 000 lb的炸弹。这样将使F-35和当前的无人机，在一个给定的任务中，进行更加多样化的打击。

采用杀伤效应的一体化设计概念，不仅可以解决飞机数目的减少和载荷容量减少所带来的杀伤效应问题，而且也可以解决更大的、变化的杀伤效应问题。由于更多的目标可能采取加固措施，即便是2 000 lb级炸弹的杀伤效果也受到了限制，采用相同的载荷容量提高2 000 lb炸弹的杀伤效果，将给空战指挥官带来新的选项。

3.5 系统模块化和软件定义能力技术

采用开放系统结构，实现武器系统模块化以及软件定义能力，是提高机载武器的可承受性和灵活性的关键，为此，美国近年来开始全面推进机载武器的系统模块化和软件定义能力,图4示出了软件定义的武器能力概念[19-22]。

图4 软件定义的武器能力概念Fig.4 The concept of software defined weapon capabilities

3.6 新概念机载定向能武器技术

定向能武器是美国重点发展的新概念武器，包括机载战术激光武器和主要对付电子系统的高功率微波武器[19-22]。

(1) 机载战术激光武器

机载战术激光武器的优点包括：超高精度；以光速作战；跟踪和命中运动目标；连带毁伤最小；毁伤效果可变(从破坏到摧毁)。可望应用的领域包括：机载自卫、巡航导弹防御、精确交战。为实现战斗机等作战飞机的机载应用，需要解决的主要问题包括：机载能力；紧凑性；能源；热管理；光束控制和大气传播效应；机体抖动；具有足够的有效作用距离。

当前与机载激光武器相关的关键技术支持项目包括：美国空军的自卫防御高能激光武器演示验证(SHiELD) ；高能液体激光区域防御系统(DARPA)项目；联合高功率固体激光器；光纤激光器；先进战术激光；大飞机上电驱动激光；装载在小型飞机(无人机)上的电驱动激光；弹道导弹防御机载激光武器(导弹防御局)。

系统研究领域包括：激光源；作战管理；作战运用/战术；光束控制。

主要关键技术包括:先进的光束控制；改进的截获、跟踪和瞄准系统；高效轻质激光器(光纤激光器、固态激光器)；用于气动光学和大气湍流补偿的自适应光学；空气动力流控制；目标脆弱性评估。

图5是美国空军的机载激光武器的发展路线图。可以看出，机载激光武器的发展主线，是在机载应用的体积、重量等约束下，实现更高的功率等级，从高能定向能激光武器的入门10千瓦级(主要实现对导弹红外导引头和机载光电传感器的毁伤)，到构想的装备到第四代和第五代战斗机上的100千瓦级的高能激光武器概念(可实现针对地空导弹、空空导弹的自卫防御，针对飞机威胁的防空作战，针对适度硬度地面目标的超高精度打击)，再到构想的装备到第六代作战飞机上的300千瓦级高能激光武器概念(超视距打击飞机目标、拦截飞行中的硬目标、打击地面坚硬目标)。

图5 美国空军的机载激光武器的发展路线图Fig.5 The roadmap of USAF’s airborne laser weapons

美国空军的自卫防御高能激光武器演示验证(SHiELD)项目的目标是：到2021年，为F-15战斗机配装防御性激光武器吊舱，使作战飞机进入主动防御阶段。

2019年4月23日，SHiELD项目已采用地面版的激光武器验证样机，成功射击并击落了几枚空中发射的导弹，这一验证是SHiELD系统研制的一个重要的里程碑，验证了激光武器对导弹目标的杀伤有效性。但最终的SHiELD系统，将比地面验证系统小得多、轻得多，并要针对机载应用环境进行加固。SHiELD激光武器系统由洛克希德·马丁公司负责研制，采用该公司研制的功率几十千瓦的小型化、高效率光纤激光器，诺斯罗普·格鲁曼公司负责光束控制系统，波音公司负责研制携载激光武器的吊舱。

美国空军研究实验室期望到2021～2022年,SHiELD系统达到100 kW的功率水平。

(2) 机载微波定向能武器

当前主要发展的机载微波定向能能力是对付电子系统的高能微波武器。作战者可选择性攻击目标基础设施和通信节点，可在空中有效破坏指挥和控制中心等关键电子系统。其特点是：全天候工作，光速攻击，对多个目标交战，非致命性，减小连带毁伤，毁伤效果可控(从破坏到摧毁)。图6是美国空军的机载微波定向能武器的发展路线图。近期主要发展可装载在常规空射巡航导弹(CALCM)上的第二代高功率微波武器系统，设计、开发并测试具有多次射击并杀伤多目标的、具有高功率微波武器能力的巡航导弹；中期将在较小的导弹上实现高功率微波武器能力，优化高功率微波武器效能；远期将发展用于未来应用的高能微波武器概念，构建可用于像X-47B那样的可重复使用平台的灵巧波形高能微波武器，可完成协同交战和实时杀伤效果评估[19-22]。

图6 美国空军的机载微波武器的发展路线图Fig.6 The roadmap of USAF’s high power microwave weapons

4 结 束 语

为适应未来威胁类型、作战环境的复杂多变和作战模式的多样化，美国大力发展新一代的速度更快、效费比更高、生存能力与协同能力更强的机载武器装备及其支撑技术，以期继续保持其空中优势和对地、海面目标的高效打击能力。重点发展空中优势、远程精确打击、特种作战与空中近距支援等关键能力，并有力地牵引了支撑新的机载武器能力的先进技术(主要包括高超声速技术、定向能技术、自主化技术、先进导航技术、组网协同打击技术、先进含能材料技术)的发展。