末端防空导弹发展现状及弹族架构方案分析*

2022-09-24刘朝琪文立华

现代防御技术 2022年4期

刘朝琪，文立华

（西北工业大学航天学院，陕西西安 710072）

0 引言

现代防空体系由远程打击、中程拦截和末端防御构成的3 层体系构成。在体系化防空作战中，需要不同射程衔接的防空导弹相互配合才能有效对抗体系化空袭威胁［1-3］。从国外防空导弹发展来看，末端防御领域防空导弹是国际上种类最多，市场最活跃，年产量最多，装备与使用也最多的战术导弹［4］。

在近程末端防御领域，防空导弹按射程又可分为末端防空导弹和近程防空导弹。在进行防空导弹研制时，若不同射程的防空导弹独立研制，必然带来设计、生产、使用、维护等全生命周期成本大幅增加，经济性难以承受，制约了防空体系作战效能发挥。弹族化设计可有效提高防空导弹体系作战效能［1，5］，利于提高防空导弹全生命周期经济性，因此在防空导弹研制中得到了广泛应用。

从国外典型防空导弹弹族发展来看，包括“标准”、“紫苑”、SAHV 等，其设计核心理念为模块化、系列化［6-7］，可根据不同作战使命模块化配置导引头、战斗部、动力系统（甚至气动构件）等形成满足作战需求的导弹，在统一的架构系统下形成弹族，进而满足体系防御作战需求，同时也有利于防空导弹系列化性能演进提升，满足日益变化的空袭威胁防御需求。由于弹族设计基于模块化设计的理念，因此，防空导弹弹族的架构设计为设计的关键，良好的弹族架构应具有模块化程度高、部件通用性好的特点，有利于导弹能力快速升级。

随着现代作战理论的深刻变革，信息化、智能化等已成为现代战争的主要特点，无人机、精导弹药等装备的大规模使用，使末端防御领域防空导弹需求也发生了变革，因此有必要对新型末端防御领域防空导弹进行研究。本文对国外末端防御领域防空导弹发展现状进行了分析，并对新型末端防御领域防空导弹需求进行了研究，采用弹族化设计对新型末端防御领域防空导弹弹族架构方案进行了初步设计分析。

1 国外末端防御领域防空导弹发展现状及特点分析

1.1 发展现状

1.1.1 俄罗斯

俄罗斯末端防御领域防空导弹系统主要为“铠甲”和“道尔”，均具备对固定翼飞机、直升机、巡航导弹、空地导弹、制导炸弹、无人机等目标拦截能力，两型系统最新型号为“铠甲”SM 和“道尔”-M2。

“铠甲”最新改进计划为“铠甲”-SM［8］，与“铠甲”S2 相比，通过对57E6 导弹改进，“铠甲”SM 射程增大了一倍。57E6 改进型导弹保持了两级分离的总体设计方式，通过增大助推发动机并使最大射程达到40 km；制导体制由指令制导改进为相控阵主导雷达寻的制导。“铠甲”SM 计划增配“钉子”导弹提升对轻小型无人机拦截能力。

道尔最新型号为“道尔”-M2［9］，与“道尔”-M1 相比，导弹由9M331M更换为9M338K导弹，9M338K导弹具有更小的尺寸和更大的射程，使得系统载弹量由8 枚增加至16 枚，射程由12 km 增加至16 km，具备行进中发射作战能力。

1.1.2 美国

美国末端防御领域防空导弹主要包括海军RAM 和“海麻雀”，陆军SLAMRAAM 和M-SHORAD。

RAM 用于海军舰艇末端防空作战，最新改进型为RAM-Block2［10］。与RAM-Block1 相比，RAMBlock2 改进包括一套四轴独立控制作动系统、高灵敏度被动射频导引头和红外导引头、数字式自动驾驶仪等，导弹射程由10 km 增大到15 km，机动能力由20g增大至45g，同时还具备对海上小型舰艇打击能力。

“海麻雀”新改进为ESSM 导弹，为美海军近程防空导弹，在原“海麻雀”基础上将气动外形改为边条翼布局，发动机由203 mm 增大至254 mm，射程由15 km 增大至50 km。最新型号为ESSM Block2［11］，是在现有Block1 的基础上改进而来，前段直径也增加到254 mm，增强了导引头性能，使用双模主动/半主动X 波段雷达导引头替换了Block1 导弹的半主动雷达导引头。ESSM Block2 导弹还进行了战斗部的改进和制导控制段的升级，并使用新的双波段收发器（S 波段和X 波段）实现导弹在飞行过程中的控制和管理。

SLAMRAAM 由美国陆军基于AMRAAM 空空导弹（AIM120）改制，最新改进计划为AMRAAM-ER 导弹［12］。改进后，该导弹主要由AIM-120 导弹前段和改进型“海麻雀”（ESSM）发动机组成，导弹具有更高的速度和更强的机动性，系统射程由17 km 增加到近40 km，为典型近程防空导弹。

M-SHORAD 机动近程防空系统，该系统过渡型号采用AIM-9X Block2 和“长弓海尔法”两型导弹，AIM-9X Block2 用于对固定翼飞机、直升机等目标拦截，“长弓海尔法”增加数据链后用于拦截轻小型无人机并保留了对陆打击作战能力，但射程和拦截目标类型不满足需求。后续将采用直接碰撞设计的新型CUDA 导弹，提升对导弹类目标拦截能力，射程增加至20 km。

1.1.3 欧洲

欧洲主要国家均在开展末端防御领域新型防空导弹研制，以实现作战能力全面升级。英国的通用模块化防空导弹（common anti-air modular missile，CAMM）、德国的陆射型“彩虹”导弹、以色列Spyder等新型末端防御防空导弹已陆续进入试验和部署阶段，法国下一代“米卡”（MICA NG）已开展研制。

英国通用防空模块化导弹（CAMM）是为满足未来面空导弹和空空导弹需求，进行研制的陆军、海军、空军三军通用型导弹，将取代“长剑”近程地空导弹和“海狼”近程舰空导弹。CAMM 采用红外成像制导或主动雷达寻的制导，可用于执行空空格斗、地/舰空拦弹、反水面小型舰艇等任务，有效射程超过25 km，最大马赫数达到3，增程型CAMM-ER 导弹，加长了推进系统舱段来增加固体燃料装载量并提高射程，射程达到40 km［13］。

MICA NG 为“当米卡”导弹深度改进，除气动外形保持不变外，电子设备及发动机将全面升级换代，既可作为空空导弹，也可作为地空/舰空导弹使用［14］。在改进方面，红外导引头将采用灵敏度更高的红外阵列成像传感器，雷达导引头将采用有源相控阵导引头，动力系统将改为双脉冲固体火箭发动机，射程将达到40 km，可有效应对飞机、直升机、巡航导弹、无人机等各种威胁。

1.2 发展特点分析

通过综合分析可知，国外末端防御领域新型防空导弹逐渐形成实战装备。并根据新的威胁需求不断演化改进，呈现出如下特点：

（1）进一步增大射程

国外末端防御领域新型防空导弹显著特征之一就是进一步增大射程，以适应对无人机、新型打击武器等拦截需求。近程防空导弹射程由30 km增加至40～50 km，如57E6改进型，AMRAAM-ER，ESSM，CAMM-ER，“米卡”NG 等，其射程与传统中程防空导弹重叠区域进一步扩大。末端防空导弹由10 km 增大至15～30 km，如9M338K，RAM-Block2，CUDA，CAMM，IRIS-T SL 等。

（2）提升制导拦截能力，制导体制多样化，有效应对新型威胁

现代防空作战威胁种类复杂多样，随着空袭目标隐身化、小型化并集群化使用，要求近程末端防空导弹制导拦截能力进一步提高，满足高制导精度、高效毁伤、多目标拦截等能力需求。如ESSM 由半主动制导体制改进为双模主动/半主动寻的制导体制，RAM-Block2 改进控制系统、被动射频导引头和红外成像导引头、数字式自动驾驶仪等，IRIS-T SL 增加双向数据链，“米卡”NG 采用灵敏度更高的红外阵列成像传感器、有源相控阵导引头等。

（3）弹族化发展适应多平台、多射程、多任务需求

为达到控制成本、缩短研制周期等目的，国外主要末端防御领域新型防空导弹普遍采用了弹族化设计的思路，包括在导引头、动力系统等主要部件采用模块化设计，以满足多平台发射、射程衔接、多类型目标打击任务等需求。如“米卡”NG 采用红外成像制导和主动雷达寻的制导导弹设计，并保留了原导弹气动外形；CAMM 采用多制导体制空射程、面射型、增程型等设计；ESSM 从Block1 发展至Block2 制导能力提升；RAM，SLAMRAAM，“铠甲”-SM 等系统导弹采用增程设计等。

（4）末端防御领域防空导弹任务使命重新定义，防空能力多任务发展

随着包括红外成像、数据链、GPS/INS 等制导技术不断发展，一型导弹完成对空对海/地等多任务能力成为可能。如RAM-Block2 导引头具备对水面小型舰艇打击能力；IRIS-T SL 通过软件升级实现对地面目标打击能力；CAMM，LFK-NG 可执行防空、空空、空地等多种任务。

2 末端防御领域新型防空导弹需求分析

（1）广谱目标拦截兼顾跨域打击能力需求

在作战对象方面，现代末端防御领域防空导弹已经打破了传统按野战防空、要地防空等作为使命定位差异导致的作战对象各有侧重，除传统各类空袭飞机、直升机、巡航导弹、空地导弹、制导炸弹外，各类无人机、火箭弹、制导炮弹等目标也成为末端防御领域防空导弹拦截的重点。此外，未来战争形态呈现出分布式特征，战场纵深变大，时间敏感目标增多，防御与进攻转换节奏加快，战场态势瞬息万变，战场环境将更加复杂，只具备单一作战任务能力的武器装备将难以适应高技术战争复杂战场环境需求。防空导弹还需具备一定的对地打击能力，国外末端防御领域新型防空导弹均具备对地/海目标的打击能力。

（2）新型打击武器射程增大和无人机拒止拦截带来的增程需求

近年局部战争表明，无人机是当前使用量最大的空袭平台，无人机已成为末端防御领域防空导弹首要威胁之一。

无人机携带精确打击制导弹药后，其发弹距离不断增大。美国最新型的空地导弹JAGM 由直升机或无人机低空发射，射程达到16 km，由中大型无人机（MQ-9B）、固定翼飞机（A10）等平台高空发射时射程可达28 km［15］。此外，中大型无人机（MQ-9B）平台高空投放GBU-38 联合直接攻击弹药打击距离也达到28 km 以上。目前正在研制的无人机专用滑翔制导炸弹GBU-69/B SGM 将使无人机打击距离增大至37 km。

综上，对于末端防御领域防空导弹，末端防空要求系统高机动伴随防护作战，对导弹轻小型化要求极高，而近程防空导弹则需具备区域防空能力。因此，末端防空导弹射程需达到16 km 以上，以应对无人机、直升机等目标低空突防打击。国外9M338K，RAM-Block2，CUDA，CAMM 等末端导弹射程均接近或达到16～20 km。近程防空导弹射程需达到37 km 以上，以应对无人机防区外打击威胁，国外57E6 改进型、AMRAAM-ER，ESSM，CAMM-ER，“米卡”NG 等均达到40 km 以上，因此新型近程防空导弹射程应不小于40 km。

（3）高精度制导拦截需求

末端防御领域防空导弹拦截目标类型多样，其中，以制导炸弹目标拦截难度最大，除可探测性低外，该类目标尺寸小且壳体厚度大，对战斗部威力要求较高，要求战斗部破片具有足够的穿甲能力和破片密度。由于战斗部破片密度和穿甲能力均随制导精度降低而降低，其中，破片密度随着距离的平方成正比下降，穿甲能力随距离呈指数降低［16］，因此，随着制导精度的降低（脱靶量大）而战斗部质量迅速增大。射程要求不变的情况下，增大战斗部不利于导弹轻量化设计。因此，为了保证有效击毁空袭武器，高制导精度是实现对小尺寸厚壁目标（如制导炸弹目标）高效拦截的有效途径，也有利于提升导弹轻量化、飞行速度、机动能力等性能。

（4）多制导体制互补适应多样化作战需求

现代战争不仅要求防空导弹具备全天候、复杂电磁环境下的作战能力，还需考虑多类型目标打击、多平台发射及经济性以满足大规模装备和低成本对抗需求。现役末端防御领域防空导弹呈现出指令制导、红外寻的、雷达寻的等多种制导体制并存的特点。对末端防御领域防空导弹，在有限的空间尺寸下（弹径一般小于250 mm）要求导引头对目标具有足够的探测威力，导引头实现多模复合难度较大。国外新型近程末端防空导弹设计采用弹族化设计思路，通过模块化更换制导探测设备，实现多制导体制，如“米卡”、CAMM 等导弹。

3 末端防御领域新型防空导弹弹族架构方案分析

3.1 弹族架构方案分析

弹族化设计的核心技术思想为部件的模块化设计，可按功能划分为探测模块、毁伤模块、动力模块及导航、控制模块等。典型弹族架构如图1所示。

图1 弹族模块化架构示意图Fig.1 Schematic diagram of typical missile family architecture

针对多样化需求，末端防御领域新型防空导弹弹族架构方案为：

（1）在探测模块方面，针对多制导体制互补适应多样化作战需求，可配置满足红外成像寻的、雷达寻的、无线电指令等多种制导体制的模块化舱段，实现多种制导体制快速重构，满足对多种类型目标的制导拦截，甚至对面目标打击。

（2）在毁伤模块方面，基于不同制导体制具备的制导精度和对不同目标的打击作战能力，模块化配置对应的导引头，如具有较高制导精度的毫米波相控阵导引头可配合大破片质量战斗部，满足对制导弹药（尤其是制导炸弹类厚壁目标）目标的拦截需求。

（3）在拦截空域方面，针对末端防空远界不小于20 km、近程防空远界不小于40 km 的需求，在制导模块、毁伤模块不变的情况下，可通过动力模块更换，实现2 种射程的衔接覆盖。在进行设计时，可采用主发动机整体更换的整体式架构形式弹族，或者采用增加助推发动机的助推式架构，如图2所示。

图2 典型弹族动力架构示意图Fig.2 Schematic diagram of typical missile family architecture

综上，末端防御领域防空导弹弹族可通过不同探测制导模块、毁伤模块、动力模块的灵活配置，满足多制导体制、多类型目标打击、不同射程衔接等复杂多样化末端防御作战需求，同时减少分系统产品的重复研制带来的研制成本增加。高度模块化设计带来的工业大批量生产也有利于降低成本，促进导弹低成本化。

3.2 弹族动力架构方案分析

从国外典型防空导弹弹族动力架构形式看，可分为整体式架构和助推式架构2 种，架构形式如图2所示。整体式架构弹族通过发动机模块化设计实现射程提升，典型代表包括AMRAAM，ESSM，CAMM 等。助推式弹族通过变化助推器实现增程，典型代表包括“铠甲”S2 57E6、“标准”、Aster 等。

因此，弹族动力架构方案分析思路为，首先开展20 km 末端防空导弹方案总体参数设计，作为基本型，通过动力系统能力提升或通过增加助推器开展助推式40 km 近程防空导弹方案设计，构建近程末端防空导弹弹族。

3.2.1 末端防空导弹方案总体参数

对末端防空导弹，采用单推力、单室双推力、双脉冲等动力形式进行总体参数设计，设计结果对比如表1 所示。采用双脉冲发动机的导弹全弹质量最轻，比采用单室单推力方案导弹轻5%，但平均速度较其他2 种推力形式低。单室双推力方案导弹重量介于单推力和双脉冲之间，且平均速度最大。鉴于单室双推力方案平均速度最大，有利于武器系统效能提升，且质量较优，综合考虑，末端防空导弹采用单室双推力动力系统方案。

表1 末端防空导弹不同动力形式总体参数对比Table 1 Comparison of overall parameters of terminal air defense missile with different power forms

3.2.2 助推式近程防空导弹总体参数

在末端防空导弹基础上增加助推器实现导弹增程，构建助推式近程防空导弹。经优化后的助推式近程防空导弹总体参数如表2 所示。

表2 助推式近程防空导弹总体参数Table 2 Overall parameters of boost short range air defense missile

3.2.3 整体式近程防空导弹总体参数

在末端防空导弹基础上，通过增大发动机直径增加能量，形成整体式近程防空导弹。同样采用单推力、单室双推力、双脉冲等动力形式进行总体参数设计，设计结果对比如表3 所示。可知，与末端防空导弹类似，采用双脉冲发动机的导弹全弹质量最轻，比采用单室单推力方案导弹轻7.6%，但平均速度远低于其他2 种推力形式方案。单室双推力方案导弹质量介于单推力和双脉冲之间，且平均速度最大，比双脉冲大约100 m/s。综合考虑，整体式近程防空导弹采用单室双推力方案。

表3 整体式近程防空导弹不同动力形式总体参数对比Table 3 Comparison of overall parameters of different power forms of integral short-range air defense missiles

3.2.4 末端防御领域防空导弹弹族动力架构分析

末端防御领域防空导弹总体参数如表4 所示。由助推式和整体式近程防空导弹弹族总体参数来看，2 种技术体制各有优势。

表4 末端防御领域防空导弹弹族总体参数对比Table 4 Comparison of overall parameters of terminal defense air defense missile family

助推式导弹质量最轻，速度最大，需对增加助推器后制导控制系统及结构进行适应性改进设计，但助推器分离前导弹控制性能受到影响，近界性能不如整体式导弹。同时，助推式会增加全弹长度，带来刚度下降、尺寸超过发射装置限制、助推发动机脱落附带损害等不利影响。对于现代体系化防空作战而言，若助推发动导致全弹长度增加带来的不利影响可接受，助推式近程防空导弹的近界死区可由末端防空导弹填补，采用助推式弹族技术体制在速度特性、全弹质量等方面具有技术优势。

整体式近程导弹具有平均速度大的优势，但整体式近程导弹外形变化巨大，导致导弹飞行控制系统需重新设计和验证。但整体式弹族架构不存在整弹长度显著增加的问题，如CAMM-ER，ESSM 采用了整体式弹族架构。