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精确制导:导弹的目标锁定之法

2022-11-15龙琛芮

科学24小时 2022年11期
关键词:制导惯性导弹

文/龙琛芮

随着武器装备和战争形态的发展,相较于激烈战场上的弹药倾泻而下所带来的震撼,导弹对目标的高命中率更容易达成作战目的。

1982 年英阿马岛战争中,阿根廷空军使用一枚“飞鱼”导弹,击沉了英军价值2 亿美元的“谢菲尔德号”驱逐舰。2015 年10 月,俄罗斯海军里海舰队从一艘猎豹级轻型护卫舰和3 艘“暴徒-M”级轻型导弹护卫舰上,发射了26 枚“口径-NK”巡航导弹,以不超过3 米的误差精准命中了1500 千米外叙利亚境内的11 个预定目标。2020 年1 月,美国使用MQ-9 无人机,发射“地狱火”激光制导导弹,斩杀了伊朗的“名将之花”苏莱曼尼。

现代战争,从某种意义上可以说是世界各国科技水平的较量。对于机动能力很强的空中目标或远在几千千米以外的非机动目标,一般的武器是无能为力的,即使能够勉强予以攻击,其杀伤效果也极差。而导弹以其超远射程、精准攻击的特点得到了重点发展与广泛运用。实际上,自20 世纪60 年代以来,几乎每一场战争都不同程度地使用了导弹武器,从陆地到海洋,从天空到太空,从进攻到防御,到处都有导弹的身影。导弹在作战中的运用已经悄然使作战样式发生了深刻的变化,不仅使旷日持久的局部战争被速战速决取代,还使远程火力袭击的突然性空前增大。

那么,导弹是如何做到精准打击目标的呢?

实际上,导弹之所以能够准确地命中目标,是由于我们能按照一定的导引规律对导弹实施控制。首先,我们要明确制导的概念。制导是指导引和控制飞行器按照一定规律飞向目标或预定轨道的技术和方法。而导弹与普通武器的根本区别就在于它具有制导系统。

制导系统以导弹为控制对象,基本功能是保证导弹在飞行过程中,能够克服各种不确定性和干扰因素,使导弹按照预定的弹道,或根据目标的运动情况随时修正自己的弹道,最后准确命中目标。如果把整个导弹武器系统比作一个人的话,那么制导系统就是“神经中枢”,由此可见它所占据的重要地位。当然,对于不同的目标,导弹会选取不同的制导方法。

千里之外,如何精准打击

1991 年海湾战争中,美国空军在100 千米之外,向伊拉克的一个水电站发射了两枚防区外对地攻击导弹(SLAM),其中第一枚导弹准确命中一堵护墙,随后第二枚导弹穿洞而入,进入发电厂,彻底摧毁了目标。此次攻击不仅并未波及大坝,而且附近的建筑物和居民区也未受到损伤。我们不由得惊叹其命中精度之高。

在惊叹之余,不禁想问:在千里之外,美空军使用的这种导弹是如何精确打击目标的? SLAM 是由美国反舰导弹改型而成的防区外对地攻击导弹,能够在敌方防空火力区域之外发射。在发射之前,SLAM 就接收到了美国GPS 卫星的时钟数据,在目标上空捕获到GPS信号后,在其引导下飞行,进而命中目标。这与传统的空对地攻击相比,不需要目标在可视范围以内,能够有效保障载机安全。

利用卫星引导来命中目标,是导弹在远距离发射后命中目标的有效方式。其原理是利用导弹上安装的接收机,接收导航卫星信号,来修正导弹的飞行轨迹。卫星制导系统广泛运用于各种精确打击武器的制导,其中有代表性的如美国AGM-84 SLAM 反舰导弹、AGM-158 联合对地防区外攻击导弹、GBU-37 钻地炸弹等。其优点是费用低廉,制导精度较高,但同时也存在一个致命的缺点,那就是容易被干扰。

电磁影响,如何抗衡干扰

当前战场电磁环境复杂,若是信号受到干扰,受电磁信号引导的导弹就很有可能难以命中目标,不能完成作战任务。那么,导弹应如何去抗衡干扰,保证命中呢?这就需要用到惯性制导。

惯性制导不需要中继控制,而是通过导弹对自身飞行状态的测定来控制飞行路线。因此,仅使用惯性制导一种方式的导弹在发射后不需要操纵者控制而自动飞向目标,也就是“发射后不管”。

惯性制导系统通常由惯性测量装置、计算器、控制器等组成,最早应用于第二次世界大战末期德国的V-2 导弹。美国和苏联在早期的导弹计划中都采用全惯性制导系统来提高命中精度和可靠性。例如俄罗斯的SS-18 导弹,是为了打击发射井等加固目标而设计的,被北约称为“撒旦”。因为其有效载荷接近9 吨,能够携带多枚核弹头,其单弹头达到了2000 万~2500 万吨TNT 当量。要知道,当年美国投放在日本广岛的原子弹威力也只不过1.5 万吨TNT 当量,折算下来相当于1600 多个广岛原子弹。如此巨大的威力,若是使用无线电制导被干扰后打击到其他目标,造成的后果不堪设想。而使用惯性制导系统,保证了其能够按照预定弹道飞行,并准确打击目标。

利用惯性制导系统的导弹的优点是抗干扰性强,隐蔽性好,不会受到气象条件限制。而缺陷是它只能攻击预先设定的固定目标,对运动目标无能为力。

隐蔽之处,如何跟踪锁定

在战争中,为了有效保持战斗力,会使用多种手段对高价值目标进行隐蔽伪装,或者利用高机动性和暗夜等不良天候展开行动。例如隐藏设置的防空雷达和高速飞行的战斗机,在一般条件下难以捕捉。那么,对于这些目标,如何去跟踪锁定呢?此时,就需要用到寻的制导系统。

寻的制导系统是指利用目标辐射或反射的能量制导导弹去攻击目标。例如对于防空雷达,在其开机工作时,反辐射导弹就能根据其发射的信号锁定其位置,进而对其进行打击。典型代表是美国的AGM-88“哈姆”反辐射导弹,实战效果较好。1986 年,美军对利比亚实施的“黄金峡谷”行动中,发射了数枚“哈姆”反辐射导弹,精准摧毁了多座开机的利比亚防空雷达。在海湾战争中,600 多枚“哈姆”导弹与其他反辐射导弹一起摧毁和压制了伊拉克90%的预警雷达和地空导弹制导雷达系统,有效地降低了己方飞机的战损率。

而对于高速运动的战斗机等移动目标,其红外特征则成了红外制导导弹攻击的关键所在。红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量来实现寻的制导的技术,可在夜间和低能见度下作战,是非常有效的精确制导打击手段。例如AIM-9“响尾蛇”导弹,作为世界上第一种红外制导空对空导弹,它发射后,导弹控制舱前面的红外感光器探测高温目标发出的红外辐射,使导弹自动跟踪目标飞行,直至击中目标,可做到发射后不管,在越南战争、马岛战争和海湾战争等实战中被广泛使用。

复杂地形,如何一击必杀

地面目标不同于海上目标,因为陆上地形复杂,高低起伏多变,既可能有高山屏障,也有可能面临多个其他目标的干扰。那么,对于复杂地形中的目标,导弹是如何搜索到它的呢?此时,就需要用到图像匹配制导和电视寻的制导。

图像匹配制导是导弹自身根据实际地形与内部储存的地图的匹配关系来引导导弹攻击目标的技术。与我们日常看到的地图相比,其内部储存的地图信息特征有所不同,有的是以地形轮廓线(等高线)为匹配特征,有的是以区域地貌为匹配特征,实际上就是分为地形匹配和地图匹配制导,其中地形匹配制导基准源数据稳定,不受气象变化的影响,但不宜在平原等起伏不大的地形使用。例如,美军B-52 轰炸机所携带的空地巡航导弹用的就是地形匹配制导技术。而地图匹配制导能在平原地区使用,但基准源数据会受气候和季节变化的影响,不够稳定,如美国“潘兴2”弹道导弹就采用这类制导方式。

而使用电视寻的制导方式的导弹,依靠导弹上的电视自动寻的头自动跟踪目标,并通过导弹自动驾驶仪控制导弹飞向目标。其核心部件是电视自动寻的头,它由电视摄像机、图像信息处理装置、跟踪伺服机构等组成。这种导弹具有区别目标和复杂背景的能力,攻击地面目标制导精度高,但作用距离受大气能见度的限制,不适于全天候工作。现在使用电视制导方式或者制导方式中含有电视制导功能的导弹有很多,例如俄罗斯的KH-59ME 电视制导空地导弹、以色列研制的“金字塔”电视制导炸弹等。

根据不同的目标和作战任务,导弹会采用不同的制导系统。根据导引系统的工作是否需要导弹以外的任何信息,导弹的制导系统可分为非自主制导与自主制导两大类。自主制导包括方案制导与惯性制导等。非自主制导包括寻的制导、遥控制导、天文制导、卫星制导与地图匹配制导等。

当然,单枚导弹并不是只能使用一种制导方式,而是可以将多种制导方式结合起来使用,从而避免单一制导方式的缺陷,实现优势互补。例如,美国海军的SM-2“标准”防空导弹,其飞行初始段和中段采用惯性制导,在末段才使用半主动雷达制导,对目标进行追踪。这使得导弹不仅具备很强的抗电子干扰能力,而且还具备了多目标跟踪和攻击能力。

此外,一种导弹在攻击距离不同的目标时,使用的制导方式也有所区别。例如,美国AIM-120 系列空对空导弹,在攻击不同距离目标时使用不同的制导方式。当近距离攻击时,它采用全程主动雷达寻的的攻击方式;当中远距离攻击时,它则采用惯性制导加主动雷达寻的的攻击方式。

随着战争对武器的需求以及各项反导技术的不断发展,在战场环境日趋复杂的情况下,导弹的制导系统将进一步与信息化、智能化技术结合,向系统集成、技术融合的方向发展,从而有效应对不断涌现的对抗技术,并在提高精度的同时,达到最佳毁伤效果,实现从精确向高效转变。

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