从飞行器上发射攻击空中目标的导弹。
歼击机的主要武器之一,也用作
歼击轰炸机、强击机、直升机的空战武器。此外,从理论上讲也可以作为加油机、预警机等
军用飞机的自卫武器。
简介
空空导弹(air-to-air missile)与地地导弹、地空导弹相比,具有反应快、机动性能好、尺寸小、重量轻、使用灵活方便等特点。与航空机关炮相较,具有射程远、命中精度高、威力大的优点。它与机载火控系统、发射装置和检查测量设备构成空空导弹武器系统。
一些新型空空导弹(如“流星”)采用冲压喷气发动机,具有更好的机动性。弹翼用以产生升力,并保证导弹飞行的稳定。
组成
空空导弹主要由制导装置、战斗部、动力装置和弹翼等部分组成。制导装置用以控制导弹跟踪目标,常用的有红外寻的、雷达寻的和复合制导等类型。战斗部用来直接毁伤目标,多数装高能常规
炸药,也有的用核装药。其引信多为红外、无线电和激光等类型的近炸引信,多数导弹同时还装有触发引信。动力装置用来产生推力,推动导弹飞行,空空导弹多采用固体火箭发动机。未来的一些新型空空导弹(如“流星”)采用冲压喷气发动机,具有更好的机动性。弹翼用以产生升力,并保证导弹飞行的稳定。
空空导弹在结构上一般由导引头、飞行控制舱、引信、战斗部、发动机和舵面翼面组成,在导弹功能上空空导弹一般由制导、引战、推进分系统以及发射控制分系统构成导弹系统,武器装备空中导弹系统还包括地面保障和支援设备。因此,广义地说,空空导弹包括导弹发射控制装置和地面设备。
工作原理
导弹在截获目标并满足其它发射条件后被发射,脱离载机,火箭发动机工作一定时间便停止,导弹进入惯性飞行段。在飞行过程中,制导系统不断测量、计算目标与导弹的相对位置,由偏差形成控制信号,使舵机工作,操纵舵面偏转,控制导弹飞向目标。当导弹接近目标符合引信工作条件时,引信引爆战斗部,毁伤目标。导弹的制导方式不同,控制信号的形成方式也有所不同。红外寻的制导是把探测到的目标热辐射变换成电信号,经放大,选频与基准相位信号比较,得到误差信号,形成控制指令。
雷达寻的制导是导弹上的雷达接收目标回波信号,进行计算判断,形成控制信号。这种制导根据雷达发射机的所在位置不同分为主动、半主动两种。主动式的雷达发射机装在导弹上,半主动式的雷达发射机装在载机上。复合制导有两种以上的制导装置,弹道初始段一般采用程序控制或惯性制导等,中段为半主动
雷达制导,末段为主动雷达制导。
空空导弹之所以发射后能跟踪目标,是因为它有目标探测系统,也就是我们通常所说的导引头,以及控制导弹转向的飞行控制系统。导弹发射后,导引头锁定跟踪目标,并把目标的运动方向、速度等信息实时传送给导弹的飞行控制系统,从而控制导弹飞向目标。
空空导弹的导引头主要有两种,一种是红外导引头,它利用红外敏感器件探测目标战机尾气、以及机身与空气摩擦产生的红外辐射;另一种是雷达导引头,它通过探测目标战机反射回来的雷达波进行跟踪。
雷达导引头又分为两种。一种是半主动雷达导引头,它只接受雷达波,不能发射雷达波,工作时需要载机照射目标,这是第三代中距拦射空空导弹普遍采用的末制导方式。还有一种是主动雷达导引头,它发射并接收雷达波,因此,这种导弹具有发射后不管功能,是第四代中距空空导弹普遍采用的末制导方式。
分类
空空导弹可以用很多方法分类。
根据作战任务分类
根据作战任务可以分为拦射型和格斗型两种:
一、格斗导弹
是以攻击目视距离内的目标为主的导弹,又称近距格斗导弹,多采用红外寻的制导,发射后可以不管。导引头的跟踪范围和跟踪角速度大,能实施离轴发射,最小发射距离为300~500米。横向过载30~60g,机动能力强,能对目标实施全向攻击。迎头攻击时,最大发射距离可达18~25千米。
二、拦射导弹
有中距、远距拦射导弹之分。中距拦射导弹的最大发射距离从25千米到 100千米不等,多采用半主动雷达寻的制导。远距拦射导弹采用复合制导,可由载机在距目标100千米以外连续发射数枚,攻击不同方向的数个目标。拦射导弹与载机上的脉冲多普勒雷达火控系统相配合,具有下视、下射能力,能攻击超低空飞行的飞机和
巡航导弹,有的兼有近距格斗能力,可用于全高度、全方向、全天候作战。
根据射程分类
根据射程可以分近距、中距和远距三种:
一、近距
近距格斗导弹多采用红外寻的制导,射程一般为几百米至20千米,最大过载30~40g,主要用于近距格斗,具有较高的机动能力。
二、中距
中距拦射导弹多采用半主动雷达寻的制导,也有采取主动雷达末制导的(如AIM-120、R-77等),具有全天候、全方向作战能力。射程一般约为数十千米到上百千米。
三、远距
射程在100千米以外的称远距超视距空空导弹,简称远距空空导弹。远距空空导弹一般采用冲压发动机作为巡航段的动力装置。
根据制导方式分类
按制导方式分为激光、红外、主动雷达、半主动雷达、被动雷达(反辐射)和复合制导等。
载体要求
信息获取能力
超视距空战首重信息,所以超视距空战要求战斗机本身应具有良好的从外界获取信息的能力。目前最具实用性当属数据链。作战飞机用战术数据链联系起来,数架战斗机能共享战术情报,从而使传统的空军单机和编队战术发生根本性变革。第一个战斗用途的数据链在80年代秘密安装于JAS-37“维京”战斗机上,而“鹰狮”战斗机的数据链更向前发展了一步。战术数据链能同时在4架作战飞机上进行双向联系,其有效作用范围可达500公里,且抗干扰能力极强。拥有数据链的战斗机,可产生多种战术运用,其代表是静默攻击,比如当目标飞机意识到被锁定并处于对方的导弹射程之内,会进行蛇形机动德等战术动作,避免被锁定,但它并没有意识到在其他方向上还有其他作战飞机同时锁定它,其他飞机可通过那架发现目标的飞机所提供的信息实施导弹攻击,不需要所有编队飞机一起开机搜索,在歼灭敌机的同时保存了自己。使用数据链还可以更好地跟踪目标,数据链可以把分散编队各飞机的雷达联系起来,从而确定目标位置并对目标进行跟踪。而信息获取能力除了飞机本身性能以外,还需要构建空战系统,使战斗机能够从大系统中获取空情信息。
隐形能力
有些人认为信息化战争时代,就要增强整个系统的信息获取能力,并在系统内部合理流动。但是在获取信息的同时,也要防止己方的信息被敌人所获取,这被称为信息防护。而发展隐身战斗机就是通过减少战斗机各种物理特征值,减少被敌方传感器探测的可能,减少己方的信息被敌人所获取。就技术发展来看,战斗机的隐身能力是有限的,还不能完全隐身,只能在减小某种传感器的探测距离。但是即使这种极为有限的能力,哪怕是“准隐身”,也能够减少被敌机雷达发现的距离。理论上雷达发现目标的距离,和目标的雷达散射截面积(RCS)的四次方根成正比。也就是说,RCS降低到原来的十分之一,雷达发现它的距离就会缩短到原来的56%。即使被发现,由于不能被雷达稳定跟踪,而难以锁定。而雷达制导导弹,往往采用厘米波段,很难抓住隐身飞机。隐身飞机的出现,使在当前技术条件下的超视距空战面临挑战。但是,为了保持自己的“隐形”,减少自己的暴露可能,隐身飞机不与其它机型混编,往往单机行动,在未来空战中“单机游猎”将成为隐形战斗机进行空战的主要样式。
高速度
“速度就是生命”这句话贯穿于整个空战史,传统机炮空战是这样,导弹空战时代更是这样。在超视距空战中持续维持一个较高的速度可以大大增强战斗机在超视距空战中的战斗力与生存力。首先,高速度可以增加空空导弹的射程。据相关资料表明,F-22以M1.5进行超音速巡航发射AIM-120,可使导弹射程提高50%,这相应的扩大了导弹的攻击范围,可在更远的距离上发动攻击。其次,维持一个较高的速度,可以更容易的突破敌机的防空网。前面曾经提到的蛇形机动,如果以较高的速度进行突破将更容易实现。当被敌机雷达锁定时,则可迅速脱离战区。可见高速度仍是空战不变的法则。
机载武器性能
仿真结果表明:战斗机的空战效能与机载武器性能的4次方成正比,一些发达国家采取了“一代平台,几代武器”的发展策略,尽快通过改善空空导弹性能,来提高飞机武器系统的作战效能。而现代战斗机,雷达电子设备占全机整体价值的比重越来越大。
被动获取信息
在未来空战中,被动获取信息的能力更需值得重视。在未来空战中,贸然打开雷达,很容易被敌机所警觉。所以,加强被动信息获取能力是必要的。无源被动雷达在发现目标和消灭入侵目标方面,比单纯提高常规雷达系统的指标更为有效。在被动雷达下,将不是先敌发现,先敌发射取胜。相反,谁先雷达开机,谁将遭到攻击,因此雷达作用距离远的飞机实际上不敢早开机。但是预警机、电子战飞机又不能不开机,因此它们将处于一个非常危险的境地。
机动性
机动性再也不是战斗机的首要标准。超视距空战并不需要高机动性。超视距空战由于导弹发射距离增大,使载机处于相对安全的态势下,导弹载机不需要作出剧烈的战术动作。而由于不像近距离格斗那样充满紧张感,战术动作的转换节奏显著变慢。主要表现在近距离战术动作转换连续性更差,动作之间的衔接更为松散,像传统空战缠斗中经常出现的各种特技动作巧妙组合、一气呵成的情况更为罕见。而近距离空战中,大离轴发射角格斗弹和头盔瞄准具将成为战斗机的标准装备。由于具有全向攻击能力,和后射能力的导弹装备,像传统空战那样进行尾后攻击将很少出现,无需再为占据尾后攻击区作出剧烈的机动动作,所以战斗机的机动性需求并不强烈。双方空战的实质,变成火力质量的直接对抗。
发展历程
发展阶段
1944年4月德国首先制成X-4型有线制导空空导弹,但尚未投入使用,第二次世界大战即告结束。战后,空空导弹的发展经历了三个阶段。
第一阶段是20世纪40年代中期至50年代中期。空空导弹只能对机动性能比较差的亚音速轰炸机实施尾追攻击,射程2~6千米,主要有美国的“响尾蛇”AIM-9B,苏联的AA-1导弹。
第二阶段为50年代中期至60年代中期。超音速轰炸机的出现和电子技术的发展,促使空空导弹的射程、横向过载、适用的高度和速度都有很大提高。制导规律普遍采用比例导引,导弹具有一定的拦射和全天候作战的能力,主要有美国的“麻雀”AIM-7E导弹等。但在越南和
中东战争中的使用结果证明,这类空空导弹不宜用于攻击高速度、大机动飞行的目标。
第三阶段是60年代后期至90年代。空空导弹在远距全方向、全高度、全天候拦射和近距格斗性能方面都得到了很大发展,如美国的“不死鸟”AIM-54C、“先进中距空空导弹(AMRAAM)”AIM -120、“响尾蛇”AIM-9L,苏联的AA-11、AA-12,法国的“魔术”2、“米卡”,美、英、联邦德国等国家合作研制的AIM-132等。1981年以来,美国和利比亚、叙利亚和以色列、英国和阿根廷等在空战中,都使用了近距格斗导弹,取得了明显的效果,大大提高了空空导弹在空战中的地位。中国从50年代以来先后研制出数种空空导弹装备部队使用,根据公开信息上已知的如PL-5,PL-9C,PL-12等等。
四代空空导弹发展
一、第一代
世界上第一种空空导弹是在二战末期,由德国研制的X-4空空导弹,这种空空导弹已经具备了现代空空导弹的典型特征,它能够由飞机进行发射,采用无线电指令制导方式,能够自动导引,并采用固体火箭发动机等。这些技术在当时无疑属于真正的高科技产品,但由于技术还不成熟,此时的空空导弹还无法进入实用化。
二战后,空空导弹技术迅速发展,并于二十世纪五十年代中期开始装备部队,形成第一代空空导弹家族。红外制导空空导弹方面,典型的如美国的AIM-9B响尾蛇、苏联的K-13等,它们均采用非致冷硫化铅红外探测器,并用超小型电子管放大器进行信号处理,只能在目标尾后进行探测,且距离为10千米以下,有效攻击范围仅为目标尾后2~3千米。雷达制导空空导弹方面,主要为半主动雷达制导,典型产品如美国的 “麻雀”-1,它采用雷达波束制导,攻击范围较小。
金门空战开创了人类喷气式战斗机空战史上使用空空导弹进行空战的先河,在著名的9.24战斗中,台湾空军的F-86以美制AIM-9B“响尾蛇”导弹击落了我人民空军米格-17战斗机1架。当时台湾空军的F-86经过紧急改装后,具备了发射近程格斗空空导弹的能力,其飞行员也接受了美军的培训并拥有了在空战中使用导弹的经验。虽然台湾空军的F-86占有单方面拥有空空导弹的优势,但在整个空中战役期间,台湾空军并未因此占据优势,原因是,第一代空空导弹性能有限,在格斗空战中很难满足发射条件从而把握战机。AIM-9B“响尾蛇”导弹的发射过载不能超过3g,超过发射过载会致使导弹无法发射,或发射后出现自毁、早炸等情况,所以F-86在占位时不能灵活机动,以避免载机过载大于3g。AIM-9B“响尾蛇”导弹属于第一代红外制导空空导弹,只能跟踪喷气式飞机的尾喷口,只能采用尾追攻击方式攻击未做机动的飞机。所以,响尾蛇-9B导弹最佳发射距离仅为2~3公里。超过此距离,我飞行员可及时发现导弹发射的醒目尾烟,及时机动进行规避;太近,很容易来不及发射便进入导弹的最小允许发射距离内,极易陷入与我机的近距离缠斗,这时携带的“响尾蛇”导弹反而影响机动能力,如果这样,F-86将处于绝对下风。若草率发射后进入机炮空战,又可能出现导弹自动寻找到热感应最强的目标攻击,导致误伤。
所以,当时的AIM-9B响尾蛇导弹只有在尾随我机群偷袭时才能发挥最大效能。而在迎头攻击态势时很难发挥作用。第一代空空导弹仅能作为机炮的辅助武器而存在,当时国内普遍的看法是“导弹不如炮弹,空中还靠拼刺刀”。
二、第二代
第二代红外空空导弹代表产品有美国的AIM-9D响尾蛇、法国的马特拉R530、俄罗斯的R-60T等,于20世纪60年代开始装备部队,仍采用鸭式气动布局,采用致冷型硫化铅探测器,提高了探测灵敏度,采用晶体管电路进行信号处理,使得导弹重量减小,可靠性和寿命大为提高,采用红外近炸引信。典型的雷达制导空空导弹有美国的 麻雀3A(AIM-7E)导弹,英国的火光导弹,它们采用转动翼的气动布局、连续波半主动雷达制导,虽然这类导弹的攻击包线有所扩大,但是仍然只能在后半球或者迎头拦截小机动目标,但是这个时期的某些技术已经奠定了发展中程空空导弹的技术基础。
上个世纪60年代,美国的飞机设计师和空军的决策者认为:航炮将成为空战的摆设,导弹决定一切,空战的模式将趋向简单化:起飞—搜索—锁定—发射导弹—脱离。美国空军在此思维下发展了第二代喷气式战斗机,比如F-105雷公、F-4C鬼怪 ,这些战斗机上最初并没有安装航炮,完全以导弹为空战武器。这些飞机大型、复杂、多用途,重视高空、高速性能,2马赫是这一代战斗机的基本要求,然而此时的发动机和空气动力学还未能较好的支持这一性能需求。在这种情况下,第二代战斗机普遍呈现出大后掠角的后掠翼或三角翼、机身细长适合高速飞行。战斗机都拥有雷达和雷达制导的空空导弹。
以空空导弹为主要的空战武器,虽然体现了空战发展的大方向,但是技术发展是把双刃剑,对技术发展过于乐观而一样会导致重大失利。越南战争中,美国战斗机尽可能的选择从略微低一些的高度向前上方的米格机发射导弹,因为以天空为背景通常能减小杂波干扰从而提高导弹的引导效率。不过对二代“响尾蛇”来说,天气太好也不是什么好事情,太阳往往比米格机的尾喷口更能吸引导弹,飞行员们经常发现导弹发射后不知去向,它们要么一头栽向大地,要么就是义无反顾的逐日而去。所以,对付一代、二代红外制导的近程格斗空空导弹,被锁定飞机典型的规避动作就是开加力飞向太阳方向,然后关掉发动机迅速脱离导弹与太阳之间的航路,使导弹飞向具有更强红外辐射的太阳。
而二代“麻雀”在使用上也存在一些问题,发射过程过于复杂,每次发射一枚“麻雀”飞行员要做 5 个机动动作,确定目标到完成锁定大约需要 4-5 秒,按下发射按钮后还要将近 2 秒导弹才能完成点火和发射;即使是有经验的飞行员,也很难在变化莫测的空战中把握导弹最佳的发射时机。为了提高命中概率,飞行员会对一个目标至少发射两枚导弹,甚至有的时候飞行员会像发射火箭弹一样一次性的把所有的导弹都发射出去,这样的做法导致越战期间美国导弹的命中率低的惊人。越南战场上美国空军共发射麻雀3导弹589枚,仅有55枚命中目标,成功概率仅10%。
而与此同时,越南、中国空军的米格—17、米格—21主要使用航炮进行空战,导弹仅作为辅助武器,作为一种攻击大型轰炸机的手段,或者作为一种扩大航炮攻击范围的追击性武器来使用。在中越空军的米格机面前只装备空空导弹的美国空军被碰得头破血流,最终不得不又重新起用了航炮。并在战后根据越南战场的经验发展了重视中低空机动性的第三代战斗机。
三、第三代
第三代红外空空导弹典型产品有美国AIM-9L响尾蛇、以色列的怪蛇3等导弹。于20世纪80年代初开始装备;采用鸭式气动布局,陀螺舵作为倾斜稳定,采用锑化铟致冷探测器,这种探测器具有更高的灵敏度,能够探测目标尾气流的红外辐射,采用激光或无线电等近炸引信。能够实现全向攻击,虽然它的攻击区扩展到前半球,前向攻击距离仅2-3公里,但是侧向攻击能力确实有很大提高。上世纪90年代,改进的红外空空导弹(俗称三代半)相继被开发出来,如美国的 响尾蛇AIM-9M导弹和俄罗斯的R-73导弹,它们采用扫描探测技术或红外多元探测技术,数字处理技术、激光近炸引信或无线电引信,实现了对目标的全向攻击,同时具有一定的抗干扰的能力。
第三代雷达制导空对空导弹有俄罗斯的R-27、美国的麻雀3B(AIM-7F)、英国的天空闪光等空空导弹,采用单脉冲半主动雷达导引头,具有前向拦截能力、一定的抗干扰能力和下视下射能力,在这个时期空空导弹的本身战术技术性能已经基本能够满足超视距空战的要求。
四、第四代
第四代红外空空导弹产品有以色列的怪蛇4/5、美国
AIM-9X等导弹。这类导弹由于采用了红外成像探测、发射后截获和推力矢量控制等方面的技术,因而具有良好的跟踪性能、较强的抗干扰性能、较高的机动性和灵巧的发射方式,攻击包线也有了很大扩展。
第四代雷达型空空导弹有美国的AIM-120导弹、欧洲的流星导弹、俄罗斯的R-77导弹,这类导弹外形往往为常规气动布局,采用了中途指令、惯性制导和雷达主动末制导等复合制导方式,弹载嵌入式计算机中装定了复杂的软件系统,具有一定的“发射后不管”能力,能够超视距全向攻击目标,并且具有多种抗干扰措施和灵活的发射方式;具有对付多种飞机的拦截能力。
实战使用
实战中大规模使用空空导弹是越南战争。当时,空空导弹稳定性差,命中率不高。据统计,越南战争期间,美军战机共发射“麻雀”空空导弹589枚,仅55枚命中目标,命中率不到10%。同时,仅有一半数量的导弹能够正常使用。
此后,由于技术的逐渐成熟,空空导弹的性能和可靠性得以大幅提高,并逐渐在战争中显威。1973年第四次中东战争,阿拉伯国家在空战中被击落的飞机331架,其中81%是被空空导弹击落的。1982年英阿马岛战争中,英国的“鹞”式舰载攻击机发射AIM-9L空空导弹27枚,击落阿根廷“幻影”等战机25架,命中率高得惊人。
地位
空空导弹作为当前和未来空战的主要武器,对夺取制空权具有不可替代的作用。
可以说,没有先进的空空导弹,再先进的战机也是“和平鸽”。因此,我们在研制、装备先进战机的同时,必须加强发展与之相配套的空空导弹,这样,我空军未来的空战能力才能有更大的提高。
另外,空空导弹的维护、保养和战时保障对保持战机的作战能力具有非常重要的作用。我们必须建立与之相适应的完善的综合保障体系。
发展方向
从作战需求和技术进步的角度看,空空导弹下一步的发展趋势和脉络比较清晰。
一、射程越来越远
空中格斗时,“一寸长一寸强”,新型空空导弹必将采用新的动力技术提高射程。欧洲各国联合研制的“流星”空空导弹采用了固体火箭冲压发动机,它的射程是普通空空导弹的2倍以上。
二、攻击包线越来越大
现在空空导弹把“全向发射”作为一个重要发展目标,即导弹可以向后发射,攻击载机后方目标,或者导弹向前发射后,从载机上部飞过,攻击载机后方目标,也就是通常所说的“越肩发射”。
三、抗干扰能力越来越强
干扰与反干扰一直是空空导弹发展过程中相互对立又相互促进的两项技术,多模导引这种有效的抗干扰手段是世界各国研究的重点。
四、机动能力越来越强
随着推力矢量技术的应用、雷达火控技术的发展和导弹外形的持续改进,新型空空导弹的机动能力将达到60g以上,飞机一旦被其锁定很难逃脱。
补充:
一,开发近程格斗和超视距拦截合而为一的新一代空空导弹:需有指挥系统提供正确的引导和信息处理枝术提供可靠的情报支持,近程攻击和超视距拦截兼备的,国外称为双射程空空导弹的关键技术研究。保形天线阵列技术、反作用喷气控制技术与载机后视雷达相结合,将使双射程空空导弹具备前所未有的攻击载机后半球目标的能力,即载机发射的导弹利用其自身的超机动性和导引头广阔的雷达覆盖能力,达到可攻击位于载机后半球的目标。
二,有先进的武器装备,必须有先进的战术思想,才能提升每次战斗的效率:美国和英国正在联合研究先进的战斗部技术,重点是提高战斗部的致命性。其关键是提高战斗部爆炸能量的利用效率,缩短反应时间,将侧向爆炸方式改进为前向爆炸方式,使被攻击目标处于弹头爆炸杀伤半径的中心。
相关学院
中国空空导弹研究院,是我国唯一的科研、生产、经营一体化的空空导弹武器系统研制单位,主要从事空空导弹及其发射装置和地面设备的研究、设计和批量生产,以及多种民用光机电产品和仪器设备的研究和生产,属国有事业单位,是国家重点科研院所之一。