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巡飞弹是弹药技术与无人机技术相结合的产物,是一种集侦察,探测、目标定位、毁伤评估、通信中继,甚至攻击能力于一体的多用途弹药。巡飞弹可在指定区域上空长时间巡逻飞行,利用弹载光电有效载荷对区域进行侦察、监视,并将探测到的信息通过数据链回传,可显著提高作战人员及武器系统的实时战场态势感知能力,为武器系统快速摧毁威胁目标提供相关信息。攻击型巡飞弹还可利用弹载杀伤载荷对探测到的威胁目标快速实施摧毁,大幅提升对付机动目标及“时间敏感”目标(如大规模毁伤性武器导弹发射车)的能力。
巡飞弹的研制背景
随着技术的快速发展,武器系统的作战任务由“压制面目标”转变为“精确狙击点目标”。但是,野战部队的战场实时态势感知能力严重不足,无法及时了解战场前沿的情况,作战行动受限,不仅制约了作战效能的发挥,而且可能陷入敌远程火力威胁之下。
目前,各国的战场侦察手段包括卫星、前线侦察车、侦察兵、有人侦察机及无人机。卫星侦察用于战略级监视,提供的战场信息为静态信息且严重滞后;前线侦察车及侦察兵可提供实时战场信息,但不利于侦察平台及人员的生存,且受地形限制较多,信息搜集很难完整、准确,传输也不够及时;高空侦察机用于战区级侦察监视,战场信息也严重滞后,诸如“全球鹰”和“捕食者”一类的无人机则担任战术级侦察,提供的战场信息不仅延迟,且较低级别的野战部队无权直接使用。地面野战炮兵部队尽管配备一些电视侦察弹,但射程较近、侦察区域较小、工作时间偏短,无法满足远程精确打击的作战需求。鉴于上述情况,世界主要国家纷纷开始寻求可提升野战部队实时态势感知能力的新方法,并由此推动了巡飞弹的快速发展。
巡飞弹与无人机的区别
巡飞弹与无人机均具有长时间巡逻飞行和装有数据链的特点,并且所能执行的任务大幅交叉,如战场侦察、监视、通信中继、精确打击等。因此,在许多情况下,国外及国内许多文献在谈及巡飞弹时将其称为无人机。但巡飞弹在以下4方面与无人机存在着明显差异。
属于建制武器装备,作战部署方便
巡飞弹可直接由单兵或建制武器系统(如火炮、舰载发射器、飞机等)发射使用,其存储、运输及发射/投放使用与常规弹药或导弹没有区别。而无人机一般需专用装置发射。根据所执行的任务,美军将无人机分为6类,除供特种作战部队、连及连以下部队使用的战术1级无人机可手持发射外,战术2、3、4级,以及战役级和战略级无人机需要专用发射装置、场地及专门的操作人员发射。
结构设计紧凑,勤务处理与常规弹药无异
巡飞弹将使用现役武器平台发射或投放,外形结构紧凑,多数型号的弹翼在发射/投放之前处于折叠状态,在离开发射/投放平台一段时间后才展开。目前,仅有以色列“黛利拉”在发射之前弹翼处于展开状态。与此相对应的是,大型无人机机翼在发射起飞之前均处于展开状态,一些小型无人机在存储、运输的过程中其机翼处于折叠状态,但在发射之前其机翼也均为展开状态。
全寿命周期费用低,利于大量装备使用
在研的巡飞弹绝大部分是作为一次性低成本武器来研发的,在执行完指定任务后自毁或直接用于执行攻击任务,后勤保障与现有弹药一样。例如,美国最初研发的广域监视炮弹价格定为1万美元左右;英国“火影”巡飞弹的价格预计为10万美元。相比而言,尽管国外无人机也可作为“自杀性”攻击无人机,但大部分为重复使用,价格较高,需要独立的后勤保障。
战场介入快速,可满足战场实时态势感知需求
从介入战场方式而言,巡飞弹可借助发射平台快速介入战场,例如,从火炮发射时可获得较快的初速,或由飞机高空投放,可在较短时间内快速进入预定作战区域;而无人机则是起飞后匀速进入目标区域,受自身携带动力装置的限制。以前线部队作战使用为例,与使用无人机相比,发射巡飞弹能够在更短的时间内获得战场信息。一旦确定目标之后,发射巡飞弹完成攻击任务所需的时间也要短干无人机挂载武器或“自杀性”攻击无人机。
国外巡飞弹发展现状及趋势
20世纪90年代,美国启动了“洛卡斯”、“快看”、“前沿区域支援弹药”等项目,拉开了巡飞弹的研究序幕。进入21世纪,美国、以色列、俄罗斯和英国在巡飞弹领域开展了大量的研究工作,应用涉及陆、海、空三军的多种武器系统,但目前仅有俄罗斯和以色列分别装备了R-90火箭炮射巡飞弹和“黛利拉”机载巡飞弹。
国外巡飞弹研发现状
根据所执行作战任务的不同,巡飞弹可分为侦察型和侦察/攻击型两类;根据部署使用方式的不同,巡飞弹又可分为炮射/箱式发射巡飞弹、机载巡飞弹、巡飞子弹药和单兵巡飞弹4类。
炮射/箱式发射巡飞弹20世纪90年代中期,美国率先启动了炮射巡飞弹的研究,研发供火炮系统使用的侦察型巡飞弹,以提高炮兵部队的战场实时态势感知能力。美、俄、法、德、意等国均开展了侦察型炮射/箱式发射巡飞弹的研究工作,其主要技术性能特点是:①动力装置多采用电动机,部分采用燃油型发动机;②巡飞速度从每小时几十千米到200千米以上不等,巡飞时间约30分钟;③作用距离与发射火炮的最远射程相当或略远。
机载巡飞弹20世纪90年代以来,美国和以色列进行了机载巡飞弹的研究工作。目前,以色列装备了“黛利拉”巡飞弹,而美国“洛卡斯”巡飞弹项目完成技术演示后并未转入型号研制。2002年,美空军启动“主宰者”巡飞弹项目,但2006年进行首次样弹飞行试验后进展不详。2008年,美海军启动压缩运载“扫描鹰”项目,基于“主宰者”发展可探测跟踪潜艇的“磁鹰”巡飞弹。以色列为响应美海军直升机载武器替代计划,基于“黛利拉”导弹开展直升机载“黛利拉”导弹研究。此外,美国和以色列还计划使现役武器在未来具备巡飞能力,以提升其作战能力。
与炮射/箱式发射巡飞弹相比,固定翼机载巡飞弹通常高空发射使用,射程较远、巡飞时间更长;多配用战斗部,具有对陆攻击能力。
巡飞子弹药巡飞子弹药以机载布撒器或炮弹为载体,可快速进入目标区域,并节省自身动力,延长其战场区域巡飞时间。典型产品有美国“洛卡斯”和“静默空中侦察”巡飞子弹药。与同类型的巡飞弹相比,由于巡飞子弹药需要装在母弹内,外形尺寸较小,且巡飞时间较短。 单兵巡飞弹单兵巡飞弹由单兵携载使用,可显著提高士兵在城区、山地等复杂环境下的态势感知能力,而具有攻击能力的单兵巡飞弹还可增强士兵的视距外作战能力。美国和以色列均在发展单兵巡飞弹。其质量在10千克以内,动力装置选用电动机,巡飞时间较短,作用距离较近。
巡飞弹发展趋势
未来,各国将日益重视集侦察、监视、战场毁伤评估及打击能力于一体的侦察/攻击型巡飞弹,提高武器系统的战场态势感知及实时精确打击能力。随着数据链等技术的快速发展,巡飞弹彼此之间将具有网络化协同作战能力,大幅提升作战效能。
重视发展侦察/攻击型巡飞弹巡飞弹最初的研究主要集中于侦察型巡飞弹,21世纪后加强了对侦察/攻击型巡飞弹的研究,尤其是美国,其陆、海、空三军均启动了相关项目。侦察/攻击型巡飞弹不仅具有侦察型巡飞弹的侦察、监视及战场毁伤评估能力,而且能够实时对敌方重要目标,包括机动目标和时间敏感目标进行打击,可显著提高武器系统的作战效能。
网络化协同作战能力将成为巡飞弹的重要特征目前,各国研发的巡飞弹限于弹药与武器平台之间简单网络化作战能力。随着智能化、网络化、自主化等技术的快速发展,巡飞弹的网络化作战能力将拓展到弹与弹之间的协同作战。与多枚巡飞弹单独作战相比,网络化协同作战能力将大幅增加其协调控制区域,增强作战灵活性。目前,英国和美国已经将网络化协同作战能力列入巡飞弹的发展计划中。
巡飞弹关键技术分析
巡飞弹的关键技术主要包括小型弹载动力系统技术、战斗部技术、制导技术及弹载数据链技术等。
小型弹载动力系统技术
巡飞弹对动力装置的要求有:工作时间长,达到30分钟或更长;推力小,可维持巡飞弹低速飞行;结构紧凑,满足总体结构设计要求;价格低,满足武器系统一次性使用的低成本要求。目前,巡飞弹使用的动力装置包括小型涡喷发动机和活塞式发动机两种,也有电动机、脉动喷气发动机等。其中,涡喷发动机最为普遍,所涉及的关键技术包括小型燃烧室、小直径压气机和高转速轴承等。
战斗部技术
巡飞弹可配用常规杀爆战斗部、多模式战斗部和侵彻战斗部等。其中,多模式多功能战斗部是目前攻击型巡飞弹需攻克的关键技术,它可根据目标类型形成不同毁伤目标模式。美国“洛卡斯”巡飞弹就采用该战斗部。多模战斗部所涉及的关键技术包括炸药装药结构设计、起爆系统控制等。
制导技术
为顺利进入预定目标区域,巡飞弹普遍使用GPS/惯性导航制导系统进行中段导航。为进一步提高攻击精度,攻击型巡飞弹还装有末制导导引头,如激光半主动、红外成像、激光雷达以及由上述制导方式组合而成的双模/多模导引头。其中,应用前景最为广阔的是激光雷达导引头,所涉及的关键技术包括小型高功率固体/半导体激光器、碲镉汞雪崩光电二极管探测器阵列/自混频“金属-半导体-金属”(MSM)探测器阵列、读出电路和高速处理器等。
弹载数据链技术
巡飞弹外形尺寸及体积小,对数据链终端的体积、重量及功率要求苛刻。为确保远距离、高数据信息流、高质量的通信,须研发高功率的数据发送机,并采用图像压缩技术降低对带宽的要求。同时,还需要在信号处理过程中进行加密,确保通信保密。弹载数据链所涉及的关键技术包括中继技术、数据链终端技术、链路网络协议技术和链路安全技术。
巡飞弹受到军事强国的高度重视,但其总体发展并不顺利。目前,国外正积极调整巡飞弹项目管理模式及发展思路,以期快速装备部队。首先,巡飞弹的经济可承受性问题备受关注。国外研发巡飞弹的主要出发点之一,是确保具有较好的效费比,使军方可以大量装备。其次,“螺旋式”分阶段达到预期目标的研发思路值得借鉴。此外,技术难度相对较低的侦察型巡飞弹成为近期发展的重点。
巡飞弹的研制背景
随着技术的快速发展,武器系统的作战任务由“压制面目标”转变为“精确狙击点目标”。但是,野战部队的战场实时态势感知能力严重不足,无法及时了解战场前沿的情况,作战行动受限,不仅制约了作战效能的发挥,而且可能陷入敌远程火力威胁之下。
目前,各国的战场侦察手段包括卫星、前线侦察车、侦察兵、有人侦察机及无人机。卫星侦察用于战略级监视,提供的战场信息为静态信息且严重滞后;前线侦察车及侦察兵可提供实时战场信息,但不利于侦察平台及人员的生存,且受地形限制较多,信息搜集很难完整、准确,传输也不够及时;高空侦察机用于战区级侦察监视,战场信息也严重滞后,诸如“全球鹰”和“捕食者”一类的无人机则担任战术级侦察,提供的战场信息不仅延迟,且较低级别的野战部队无权直接使用。地面野战炮兵部队尽管配备一些电视侦察弹,但射程较近、侦察区域较小、工作时间偏短,无法满足远程精确打击的作战需求。鉴于上述情况,世界主要国家纷纷开始寻求可提升野战部队实时态势感知能力的新方法,并由此推动了巡飞弹的快速发展。
巡飞弹与无人机的区别
巡飞弹与无人机均具有长时间巡逻飞行和装有数据链的特点,并且所能执行的任务大幅交叉,如战场侦察、监视、通信中继、精确打击等。因此,在许多情况下,国外及国内许多文献在谈及巡飞弹时将其称为无人机。但巡飞弹在以下4方面与无人机存在着明显差异。
属于建制武器装备,作战部署方便
巡飞弹可直接由单兵或建制武器系统(如火炮、舰载发射器、飞机等)发射使用,其存储、运输及发射/投放使用与常规弹药或导弹没有区别。而无人机一般需专用装置发射。根据所执行的任务,美军将无人机分为6类,除供特种作战部队、连及连以下部队使用的战术1级无人机可手持发射外,战术2、3、4级,以及战役级和战略级无人机需要专用发射装置、场地及专门的操作人员发射。
结构设计紧凑,勤务处理与常规弹药无异
巡飞弹将使用现役武器平台发射或投放,外形结构紧凑,多数型号的弹翼在发射/投放之前处于折叠状态,在离开发射/投放平台一段时间后才展开。目前,仅有以色列“黛利拉”在发射之前弹翼处于展开状态。与此相对应的是,大型无人机机翼在发射起飞之前均处于展开状态,一些小型无人机在存储、运输的过程中其机翼处于折叠状态,但在发射之前其机翼也均为展开状态。
全寿命周期费用低,利于大量装备使用
在研的巡飞弹绝大部分是作为一次性低成本武器来研发的,在执行完指定任务后自毁或直接用于执行攻击任务,后勤保障与现有弹药一样。例如,美国最初研发的广域监视炮弹价格定为1万美元左右;英国“火影”巡飞弹的价格预计为10万美元。相比而言,尽管国外无人机也可作为“自杀性”攻击无人机,但大部分为重复使用,价格较高,需要独立的后勤保障。
战场介入快速,可满足战场实时态势感知需求
从介入战场方式而言,巡飞弹可借助发射平台快速介入战场,例如,从火炮发射时可获得较快的初速,或由飞机高空投放,可在较短时间内快速进入预定作战区域;而无人机则是起飞后匀速进入目标区域,受自身携带动力装置的限制。以前线部队作战使用为例,与使用无人机相比,发射巡飞弹能够在更短的时间内获得战场信息。一旦确定目标之后,发射巡飞弹完成攻击任务所需的时间也要短干无人机挂载武器或“自杀性”攻击无人机。
国外巡飞弹发展现状及趋势
20世纪90年代,美国启动了“洛卡斯”、“快看”、“前沿区域支援弹药”等项目,拉开了巡飞弹的研究序幕。进入21世纪,美国、以色列、俄罗斯和英国在巡飞弹领域开展了大量的研究工作,应用涉及陆、海、空三军的多种武器系统,但目前仅有俄罗斯和以色列分别装备了R-90火箭炮射巡飞弹和“黛利拉”机载巡飞弹。
国外巡飞弹研发现状
根据所执行作战任务的不同,巡飞弹可分为侦察型和侦察/攻击型两类;根据部署使用方式的不同,巡飞弹又可分为炮射/箱式发射巡飞弹、机载巡飞弹、巡飞子弹药和单兵巡飞弹4类。
炮射/箱式发射巡飞弹20世纪90年代中期,美国率先启动了炮射巡飞弹的研究,研发供火炮系统使用的侦察型巡飞弹,以提高炮兵部队的战场实时态势感知能力。美、俄、法、德、意等国均开展了侦察型炮射/箱式发射巡飞弹的研究工作,其主要技术性能特点是:①动力装置多采用电动机,部分采用燃油型发动机;②巡飞速度从每小时几十千米到200千米以上不等,巡飞时间约30分钟;③作用距离与发射火炮的最远射程相当或略远。
机载巡飞弹20世纪90年代以来,美国和以色列进行了机载巡飞弹的研究工作。目前,以色列装备了“黛利拉”巡飞弹,而美国“洛卡斯”巡飞弹项目完成技术演示后并未转入型号研制。2002年,美空军启动“主宰者”巡飞弹项目,但2006年进行首次样弹飞行试验后进展不详。2008年,美海军启动压缩运载“扫描鹰”项目,基于“主宰者”发展可探测跟踪潜艇的“磁鹰”巡飞弹。以色列为响应美海军直升机载武器替代计划,基于“黛利拉”导弹开展直升机载“黛利拉”导弹研究。此外,美国和以色列还计划使现役武器在未来具备巡飞能力,以提升其作战能力。
与炮射/箱式发射巡飞弹相比,固定翼机载巡飞弹通常高空发射使用,射程较远、巡飞时间更长;多配用战斗部,具有对陆攻击能力。
巡飞子弹药巡飞子弹药以机载布撒器或炮弹为载体,可快速进入目标区域,并节省自身动力,延长其战场区域巡飞时间。典型产品有美国“洛卡斯”和“静默空中侦察”巡飞子弹药。与同类型的巡飞弹相比,由于巡飞子弹药需要装在母弹内,外形尺寸较小,且巡飞时间较短。 单兵巡飞弹单兵巡飞弹由单兵携载使用,可显著提高士兵在城区、山地等复杂环境下的态势感知能力,而具有攻击能力的单兵巡飞弹还可增强士兵的视距外作战能力。美国和以色列均在发展单兵巡飞弹。其质量在10千克以内,动力装置选用电动机,巡飞时间较短,作用距离较近。
巡飞弹发展趋势
未来,各国将日益重视集侦察、监视、战场毁伤评估及打击能力于一体的侦察/攻击型巡飞弹,提高武器系统的战场态势感知及实时精确打击能力。随着数据链等技术的快速发展,巡飞弹彼此之间将具有网络化协同作战能力,大幅提升作战效能。
重视发展侦察/攻击型巡飞弹巡飞弹最初的研究主要集中于侦察型巡飞弹,21世纪后加强了对侦察/攻击型巡飞弹的研究,尤其是美国,其陆、海、空三军均启动了相关项目。侦察/攻击型巡飞弹不仅具有侦察型巡飞弹的侦察、监视及战场毁伤评估能力,而且能够实时对敌方重要目标,包括机动目标和时间敏感目标进行打击,可显著提高武器系统的作战效能。
网络化协同作战能力将成为巡飞弹的重要特征目前,各国研发的巡飞弹限于弹药与武器平台之间简单网络化作战能力。随着智能化、网络化、自主化等技术的快速发展,巡飞弹的网络化作战能力将拓展到弹与弹之间的协同作战。与多枚巡飞弹单独作战相比,网络化协同作战能力将大幅增加其协调控制区域,增强作战灵活性。目前,英国和美国已经将网络化协同作战能力列入巡飞弹的发展计划中。
巡飞弹关键技术分析
巡飞弹的关键技术主要包括小型弹载动力系统技术、战斗部技术、制导技术及弹载数据链技术等。
小型弹载动力系统技术
巡飞弹对动力装置的要求有:工作时间长,达到30分钟或更长;推力小,可维持巡飞弹低速飞行;结构紧凑,满足总体结构设计要求;价格低,满足武器系统一次性使用的低成本要求。目前,巡飞弹使用的动力装置包括小型涡喷发动机和活塞式发动机两种,也有电动机、脉动喷气发动机等。其中,涡喷发动机最为普遍,所涉及的关键技术包括小型燃烧室、小直径压气机和高转速轴承等。
战斗部技术
巡飞弹可配用常规杀爆战斗部、多模式战斗部和侵彻战斗部等。其中,多模式多功能战斗部是目前攻击型巡飞弹需攻克的关键技术,它可根据目标类型形成不同毁伤目标模式。美国“洛卡斯”巡飞弹就采用该战斗部。多模战斗部所涉及的关键技术包括炸药装药结构设计、起爆系统控制等。
制导技术
为顺利进入预定目标区域,巡飞弹普遍使用GPS/惯性导航制导系统进行中段导航。为进一步提高攻击精度,攻击型巡飞弹还装有末制导导引头,如激光半主动、红外成像、激光雷达以及由上述制导方式组合而成的双模/多模导引头。其中,应用前景最为广阔的是激光雷达导引头,所涉及的关键技术包括小型高功率固体/半导体激光器、碲镉汞雪崩光电二极管探测器阵列/自混频“金属-半导体-金属”(MSM)探测器阵列、读出电路和高速处理器等。
弹载数据链技术
巡飞弹外形尺寸及体积小,对数据链终端的体积、重量及功率要求苛刻。为确保远距离、高数据信息流、高质量的通信,须研发高功率的数据发送机,并采用图像压缩技术降低对带宽的要求。同时,还需要在信号处理过程中进行加密,确保通信保密。弹载数据链所涉及的关键技术包括中继技术、数据链终端技术、链路网络协议技术和链路安全技术。
巡飞弹受到军事强国的高度重视,但其总体发展并不顺利。目前,国外正积极调整巡飞弹项目管理模式及发展思路,以期快速装备部队。首先,巡飞弹的经济可承受性问题备受关注。国外研发巡飞弹的主要出发点之一,是确保具有较好的效费比,使军方可以大量装备。其次,“螺旋式”分阶段达到预期目标的研发思路值得借鉴。此外,技术难度相对较低的侦察型巡飞弹成为近期发展的重点。