光桿彈：靈動(dòng)“長(zhǎng)矛”揮向遠(yuǎn)空

　　■曹 娟 范雄飛 于千惠　　

AIM-132 ASRAAM導(dǎo)彈。

F/A-18F戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射AIM-260空空導(dǎo)彈(渲染圖)。

　　近年來(lái)，隨著軍事需求的牽引與科技的發(fā)展，空空導(dǎo)彈和防空導(dǎo)彈不斷“進(jìn)化”。其中一些“進(jìn)化”體現(xiàn)在外形上，有的國(guó)家新研發(fā)的空空導(dǎo)彈和防空導(dǎo)彈彈體舍棄了傳統(tǒng)的中段彈翼或邊條翼，僅保留尾部控制翼面，如美國(guó)的AIM-260空空導(dǎo)彈、SM-3 BLOCK IIB反導(dǎo)攔截彈等。那么，這是一種什么樣的導(dǎo)彈?有著怎樣的特點(diǎn)和發(fā)展歷程?為什么會(huì)受到多方關(guān)注?今后發(fā)展方向如何?請(qǐng)看本期解讀。

　　時(shí)勢(shì)造就光桿彈

　　近年來(lái)，在空空導(dǎo)彈和防空導(dǎo)彈領(lǐng)域興起了一種無(wú)翼式氣動(dòng)布局的導(dǎo)彈。它的彈體表面光滑，沒有中段彈翼或邊條翼，看起來(lái)像一根光滑的桿子，因此也被稱為“光桿彈”。

　　事實(shí)上，光桿彈這種氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)出現(xiàn)得較早。早期的彈道導(dǎo)彈包括彈道導(dǎo)彈鼻祖V2導(dǎo)彈，采用的就是光滑彈體加十字形尾翼的氣動(dòng)外形。

　　但是，這種氣動(dòng)外形對(duì)于空空導(dǎo)彈與防空導(dǎo)彈而言是新生事物，為什么?

　　這是因?yàn)?，彈道?dǎo)彈在飛行環(huán)境、任務(wù)需求方面與空空導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈有所不同，這種不同決定了空空導(dǎo)彈與防空導(dǎo)彈長(zhǎng)期以來(lái)普遍“身有翼片”。傳統(tǒng)的彈道導(dǎo)彈采用拋物線彈道，大部分時(shí)間依靠慣性飛行，不需要?dú)鈩?dòng)升力面，且攻擊的大多是固定或預(yù)定坐標(biāo)目標(biāo)，無(wú)需大過(guò)載機(jī)動(dòng)，依靠尾翼和空氣舵機(jī)即可滿足需求，所以彈體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。傳統(tǒng)空空導(dǎo)彈和防空導(dǎo)彈從發(fā)射到命中全程在大氣層內(nèi)飛行，需要彈翼產(chǎn)生足夠升力維持導(dǎo)彈飛行和機(jī)動(dòng)，且打擊的都是空中高速移動(dòng)目標(biāo)，往往以彈翼為主要控制面與尾翼配合，提供快速響應(yīng)能力。所以，長(zhǎng)期以來(lái)，彈翼成了空空導(dǎo)彈和防空導(dǎo)彈的標(biāo)配。

　　那么，既然彈翼如此重要，光桿彈為何又要想方設(shè)法把它“砍”掉呢?

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，從有翼到光桿，是空戰(zhàn)隱身化、遠(yuǎn)程化以及導(dǎo)彈朝高超聲速、大過(guò)載機(jī)動(dòng)方向發(fā)展的結(jié)果。其原因主要有以下三個(gè)。

　　一是為了確保低可探測(cè)性與大火力密度。第五代戰(zhàn)機(jī)為了提高隱身作戰(zhàn)能力，均采用內(nèi)置式彈艙。彈艙通常為長(zhǎng)方形，掛載的彈藥縱向有序排列。為了增加彈藥掛載數(shù)量，就需要減少?gòu)椝帉挾?，取消彈翼就是方法之一。與此同時(shí)，取消彈翼可以顯著降低導(dǎo)彈自身的雷達(dá)反射截面，對(duì)于隱身戰(zhàn)機(jī)而言，這確保了導(dǎo)彈離艙之后，不會(huì)破壞平臺(tái)的隱身性能，有利于實(shí)現(xiàn)全程低可探測(cè)性的目標(biāo)。

　　二是為了實(shí)現(xiàn)減阻增程。超視距遠(yuǎn)程殲敵，避免陷入“狗斗”，是現(xiàn)代空戰(zhàn)的主要特點(diǎn)。鑒于此，增加射程成為空空導(dǎo)彈的“追求”。傳統(tǒng)彈翼在超聲速飛行時(shí)會(huì)產(chǎn)生激波阻力，取消彈翼可將阻力降低約30%至50%，使導(dǎo)彈在同樣動(dòng)力配置下，大幅提升速度和射程。

　　三是為了更好地實(shí)現(xiàn)大過(guò)載、快反應(yīng)。第五代戰(zhàn)機(jī)最大飛行速度超2馬赫，機(jī)動(dòng)過(guò)載達(dá)9G。攔截彈需達(dá)到目標(biāo)速度的2至3倍、目標(biāo)過(guò)載的4至5倍才能確保追擊命中。傳統(tǒng)有翼導(dǎo)彈在激波阻力和誘導(dǎo)阻力作用下，實(shí)用速度上限為4馬赫，過(guò)載難以突破35G。采用光桿彈造型可讓防空導(dǎo)彈更快地改變飛行姿態(tài)，滿足高速、大過(guò)載機(jī)動(dòng)要求。

　　讓導(dǎo)彈“斷翼”不容易

　　顯然，為了適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)超視距遠(yuǎn)程作戰(zhàn)的需求，空空導(dǎo)彈與防空導(dǎo)彈“斷翼”勢(shì)在必行，然而要做到這一點(diǎn)并不容易?！皵嘁怼敝皇瞧浔硐?，本質(zhì)則是控制技術(shù)和材料技術(shù)的發(fā)展對(duì)氣動(dòng)布局的反向定義。根據(jù)“彈翼消減+控制方式變革”的程度，光桿彈按演進(jìn)過(guò)程可劃分為三代。

　　第一代是減阻型光桿彈，主要技術(shù)特征是“小翼或無(wú)翼外形+尾翼氣動(dòng)控制”，典型代表是英國(guó)于1998年列裝的AIM-132 ASRAAM導(dǎo)彈。該型導(dǎo)彈完全無(wú)彈翼，僅保留尾舵實(shí)施氣動(dòng)力控制，被譽(yù)為全球首款“純光桿”空空導(dǎo)彈。這樣的設(shè)計(jì)使該型導(dǎo)彈重量輕、加速快、體積小，擅長(zhǎng)隱身突擊5至10千米范圍內(nèi)的直升機(jī)、無(wú)人機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等低速目標(biāo)。但是僅靠尾舵控制也決定了它一旦飛高、飛慢、飛遠(yuǎn)，都會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)力不夠、舵面失靈，反應(yīng)遲鈍。砍掉彈翼又無(wú)主動(dòng)助力的設(shè)計(jì)，使其只能“秒沖”不能“長(zhǎng)跑”，無(wú)法打擊高空、高速、高機(jī)動(dòng)和遠(yuǎn)距離目標(biāo)，只適合近程格斗。

　　第二代是推力矢量輔助型光桿彈，也稱半光桿彈，主要技術(shù)特征是“小翼或無(wú)翼外形+推力矢量與氣動(dòng)力混合控制”，即導(dǎo)彈彈翼縮減甚至消除，依靠固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量與尾舵氣動(dòng)力混合控制飛行姿態(tài)。以美國(guó)AIM-260空空導(dǎo)彈為例，該型導(dǎo)彈完全取消中部彈翼，僅保留尾部4片梯形控制翼。與AIM-132 ASRAAM不同，AIM-260的推進(jìn)系統(tǒng)采用了擁有兩個(gè)獨(dú)立燃燒室的雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，除了在發(fā)射初段點(diǎn)火將導(dǎo)彈快速加速至3至4馬赫進(jìn)入滑翔狀態(tài)外，在飛行末段距目標(biāo)30至50千米處可再次點(diǎn)火，重獲推力，確保末段以5馬赫速度攻擊目標(biāo)。此外，AIM-260發(fā)動(dòng)機(jī)采用擺動(dòng)噴管，可通過(guò)偏轉(zhuǎn)燃?xì)馍淞鳎瑢?duì)導(dǎo)彈飛行速度、方向進(jìn)行控制，過(guò)載能力預(yù)計(jì)在40G以上。在導(dǎo)彈全程飛行中，發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量與尾翼空氣舵分工協(xié)作共同控制導(dǎo)彈飛行，特別是在高空滑翔和末段攻擊段，推力矢量控制占據(jù)了主導(dǎo)地位。但是，AIM-260從接到姿態(tài)控制指令至推力矢量變化，響應(yīng)時(shí)間需10至15毫秒，面對(duì)超聲速、高超聲速目標(biāo)仍然存在追不上、打不了的問(wèn)題。

　　第三代是全主動(dòng)力光桿彈，也稱全光桿彈，主要技術(shù)特征是“無(wú)彈翼+推力矢量與直接側(cè)向力控制”。這一代光桿彈不僅砍掉了彈翼，尾翼也大幅壓縮，僅保留極小尾舵，在雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供主動(dòng)力與推力矢量控制的基礎(chǔ)上，彈體周圍布置微型側(cè)推火箭實(shí)施直接側(cè)向力控制。在射程末段或與攔截目標(biāo)即將交匯瞬間點(diǎn)火，產(chǎn)生橫向推力，讓導(dǎo)彈橫向平移，能攔截速度更快的高超聲速導(dǎo)彈等目標(biāo)。與自身的速度、過(guò)載相適應(yīng)，第三代光桿彈采用先進(jìn)的新型復(fù)合材料制造，在減重同時(shí)，進(jìn)一步增大了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與高溫耐受性能。

　　光桿彈的演進(jìn)歷程，是一場(chǎng)氣動(dòng)外形與控制方式的雙重“革命”。正是這種“革命”，讓光桿彈這種靈動(dòng)的“長(zhǎng)矛”能更好地?fù)]向遠(yuǎn)空。

　　“智能”將成為重要發(fā)展特征

　　作為空空導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，光桿彈在作戰(zhàn)需求牽引、關(guān)鍵技術(shù)推動(dòng)下，正在以“智能”為重要特征持續(xù)向前發(fā)展。其主要趨勢(shì)包括三個(gè)方面。

　　一是采用智能蒙皮技術(shù)打造“隱形彈翼”。智能蒙皮技術(shù)是一項(xiàng)可主動(dòng)改變彈體外形的材料技術(shù)。采用智能蒙皮技術(shù)的殼體通常分為3層結(jié)構(gòu)，以傳統(tǒng)殼體材料作為中間結(jié)構(gòu)承力層，在中間層內(nèi)表面布置壓電陶瓷/形狀記憶合金微作動(dòng)器陣列等構(gòu)成傳感與驅(qū)動(dòng)層，外表面涂覆等離子體隱身涂層、抗燒蝕納米涂層構(gòu)成功能防護(hù)層。需要調(diào)整彈體飛行姿態(tài)時(shí)，壓電陶瓷微作動(dòng)器會(huì)通電產(chǎn)生形變，局部頂起外層蒙皮，使得彈體表面從光滑圓柱變?yōu)榫植坑型蛊鸹虬枷莸姆枪饣庑?，凸起處產(chǎn)生可控渦流，類似彈翼的升力和控制力矩，用完即收，彈體恢復(fù)原來(lái)外形。換句話說(shuō)，智能蒙皮技術(shù)能為導(dǎo)彈插上“隱形的翅膀”。目前智能蒙皮技術(shù)尚處于試驗(yàn)階段，美國(guó)的AFRL“自適應(yīng)彈形導(dǎo)彈”項(xiàng)目就旨在打造智能蒙皮可變形導(dǎo)彈。

　　二是采用AI智能算法增強(qiáng)制導(dǎo)可靠性、優(yōu)化能量分配。在制導(dǎo)控制方面，現(xiàn)階段光桿彈主要采用“慣性+衛(wèi)星修正+數(shù)據(jù)鏈+多模末制導(dǎo)”的復(fù)合制導(dǎo)體制，可實(shí)現(xiàn)米級(jí)制導(dǎo)精度，但是這種制導(dǎo)體制對(duì)數(shù)據(jù)鏈路、人在回路依賴性較高，抗干擾能力與魯棒性有限。未來(lái)將大力推動(dòng)人工智能算法應(yīng)用，強(qiáng)化光桿彈自主識(shí)別與決策能力，實(shí)現(xiàn)“發(fā)射后不管”。在能量管理與姿態(tài)控制方面，現(xiàn)階段第三代光桿彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與側(cè)推火箭獨(dú)立工作，在飛行各階段按預(yù)定程序分配推力權(quán)重，未來(lái)可采取AI智能控制算法根據(jù)飛行狀態(tài)動(dòng)態(tài)分配各個(gè)階段推力矢量與直接力控制權(quán)重，進(jìn)一步優(yōu)化能量分配。

　　三是建強(qiáng)殺傷鏈路提高協(xié)同作戰(zhàn)能力。與第六代機(jī)有人/無(wú)人協(xié)同作戰(zhàn)指揮平臺(tái)理念相適應(yīng)，下一代光桿彈勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)彈彈、彈機(jī)、彈星數(shù)據(jù)鏈路建設(shè)以及蜂群自組織算法的研究，打造“彈—機(jī)—星”一體化網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建“預(yù)警機(jī)發(fā)射信號(hào)—隱身戰(zhàn)機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈—低軌衛(wèi)星/無(wú)人機(jī)群末端精確引導(dǎo)”殺傷鏈路，強(qiáng)化A射B導(dǎo)C控與多彈協(xié)同攻擊、蜂群飽和攻擊能力。

　　本版供圖：陽(yáng)　舟