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他机制导的含义就是空空导弹的发射和制导由不同飞机完成,亦即攻击目标T时,由战机A发射导弹,战机B进行制导。他机制导的概念很简单,但为什么经历如此长时间却仍未彻底实现?本次就讨论这个问题。
穆:在空空导弹领域,首先出现的是红外导弹。然后出现的是半主动雷达制导的,它依靠目标反射的载机雷达信号来跟踪目标。其后出现的主动雷达制导空空导弹可以靠自身雷达跟踪并锁定目标。
红外空空导弹是近距武器,只有它的导引头锁定敌机的红外信号以后,才会构成发射条件。而导弹发射后不需要外界干预就能自行跟踪目标,直至击中为止。因此红外空空导弹不存在他机制导的要求。他机制导的概念是从雷达制导空空导弹开始的。在一开始,受制于电子技术水平,把雷达装在导弹导引头内还无法实现,因此首先出现的是半主动制导的空空弹。它的导引头只需接收目标反射回来的雷达信号,技术上降低了难度。半主动空空弹的代表是苏联R-27和美国AIM-7系列。
不过半主动空空弹在发展过程中面临一个问题。在距离很远的情况下,目标反射的雷达信号十分微弱。而导弹导引头灵敏度有限,只有在距离目标很近的情况下才能接收到这个信号。如果需要导弹载机逼近目标到一定距离,等导弹的导引头接收到目标反射信号并进行锁定后才发射,那么这个发射距离就太近了,大大限制了导弹的性能发挥。典型的半主动空空弹并不采用这种发射方式。当载机雷达可以有效跟踪敌机,并进入导弹射程之内时,即使导弹尚无法接收到目标反射的雷达信号,也可以发射导弹。此时载机可通过雷达向导弹发射制导信号,告诉导弹目标机的位置。导弹则自动解算飞行路径,改变飞行路线,直到导弹的导引头接收到目标反射回来的雷达信号。
记:载机始终用指令对导弹进行制导是否可行?
刘:导弹通过接收目标反射的信号,能更精确地跟踪目标位置。因为导弹和目标飞机都是在三维空间中运动,彼此相对速度和位置变化很快。只有如此,才能保证导弹有效跟踪目标机。
穆:可以看出来,一旦载机雷达停止对目标机照射,导弹就失去制导信号,导致脱靶。从技术上讲,当敌我双方处于迎头飞行时,导弹的有效射程是最大的。但由于载机雷达需要始终跟踪并照射目标机,在导弹击落敌机之前,采用迎头攻击方式的话双方的距离往往会拉近到夸张的地步。美国曾在演习中发现,F-15携带“麻雀”导弹攻击携带“响尾蛇”导弹的F-5战斗机,F-15可以做到先敌发现,在敌方格斗弹射程外发射“麻雀”,但F-15必须始终用雷达跟踪照射目标机。而有经验的F-5驾驶员可以采取迎头机动的形式,在“麻雀”击落自己之前,让F-15进入自己的“响尾蛇”射程之内。此时F-5发射“响尾蛇”,结局往往就是同归于尽。从这一方面看,半主动雷达制导空空导弹处于一个很尴尬的境地——虽然它可以做到先敌发射,但不一定能做到先期击落敌机。它的射程优势没有表面看起来那么大。导弹载机的机动性受限,在空战中很不利。
但这不说明半主动雷达空空弹作用不大,这只是一个极端情况。实际空战中目标机的飞行员一旦被锁定,第一个反应就是尽快机动摆脱锁定。在上面的例子里,目标机的电子设备也需要能够准确指出导弹来袭的方向,并且目标机的雷达最起码要有测距功能,能告诉飞行员敌方导弹载机与自己的距离。也就是说,只有目标机飞行员对双方的态势有一个明确的了解才敢做如此的机动动作,并且也只有那些非常有经验的飞行员才有把握。比起红外空空弹,半主动雷达制导空空弹射程远,受天气云雾影响小。并且当时的红外弹只能在目标的后半球进行攻击,而半主动雷达制导空空导弹对发射条件的限制就少多了。虽然有各种缺点,但它比起红外空空弹是一个巨大进步。
对于半主动雷达空空弹的这些问题,有不同的解决设想。首先想到的是增大速度。如果把导弹的速度从3马赫加大到6马赫,导弹从发射到击中目标所需时间减少一半。可实际上,随着导弹速度的增大,空气阻力急剧增加。在导弹的尺寸和重量都受限的情况下,速度的增加使燃料过早消耗完。而发动机关闭后的无动力飞行阶段,空气阻力使导弹速度急速衰减,射程不增反降,更不用说高速飞行气动加热、空气阻力还有机动过载对导弹本身结构设计的影响了。所以目前的空空导弹最大速度都差不多。
另外一个设想就是他机制导。导弹载机在发射导弹以后离开,由另外一架制导飞机进行制导,这就给导弹的使用带来了很大的灵活性。在上面讲的那种迎头攻击的极端情形中,如果导弹发射机发射导弹后就脱离,由另外一架不同位置的飞机进行制导,就可以避免同归于尽的情形。
刘:但如果敌方的空空导弹速度比你的飞机快得多,且制导能力很强,有可能你即使采用他机制导也摆脱不了。同归于尽的情形甚至你被先打下来的可能性仍存在。今后空空导弹都由固体火箭发动机改为固体火箭冲压发动机了,速度会由目前的3马赫一下提到5马赫多。所以导弹的因素很重要。
穆:他机制导的设想表面看起来很简单,只要另外一架飞机持续用雷达来照射目标,导弹跟踪目标的雷达反射信号就行了。但是,半主动雷达制导空空弹在发射前,导弹导引头需要跟载机的雷达进行复杂的电子信号同步工作,这样才能保证导弹导引头跟踪载机的雷达反射信号,同时保证导弹在锁定目标前的阶段能正确接收到载机雷达的制导信号。因为在空战的时候,空中布满了各种电子信号,导弹雷达导引头如果跟踪其它战机雷达的电子信号或敌方的电子干扰信号,结果就是脱靶。因此导弹必须跟载机雷达进行信号同步,才能在攻击时精确接收载机信号,同时滤掉其它各种信号。
如果要实现他机制导,制导飞机的雷达和导弹之间就需要进行电子信号的同步工作。这个过程如果在地面进行,飞机起飞后虽然可以实现他机制导,但如果遇到制导飞机无法制导,而需要靠导弹载机来制导的情况,导弹载机的雷达就需要在空中再次进行与导弹的信号同步工作,这无疑会贻误战机。可以看出来,在地面事先进行制导飞机的雷达和导弹之间电子信号同步工作将大大限制实际使用的灵活性。而另一方面,如果在空中根据需要实时进行两架飞机间复杂的数据交换,在当时没有高速数据链系统的情况下根本无法完成。这是当时半主动雷达制导空空弹无法实现他机制导的原因。
主动雷达空空弹出现后,战机雷达不再需要持续照射目标。主动雷达弹有几种发射方式。一种是战机与目标距离
穆:在空空导弹领域,首先出现的是红外导弹。然后出现的是半主动雷达制导的,它依靠目标反射的载机雷达信号来跟踪目标。其后出现的主动雷达制导空空导弹可以靠自身雷达跟踪并锁定目标。
红外空空导弹是近距武器,只有它的导引头锁定敌机的红外信号以后,才会构成发射条件。而导弹发射后不需要外界干预就能自行跟踪目标,直至击中为止。因此红外空空导弹不存在他机制导的要求。他机制导的概念是从雷达制导空空导弹开始的。在一开始,受制于电子技术水平,把雷达装在导弹导引头内还无法实现,因此首先出现的是半主动制导的空空弹。它的导引头只需接收目标反射回来的雷达信号,技术上降低了难度。半主动空空弹的代表是苏联R-27和美国AIM-7系列。
不过半主动空空弹在发展过程中面临一个问题。在距离很远的情况下,目标反射的雷达信号十分微弱。而导弹导引头灵敏度有限,只有在距离目标很近的情况下才能接收到这个信号。如果需要导弹载机逼近目标到一定距离,等导弹的导引头接收到目标反射信号并进行锁定后才发射,那么这个发射距离就太近了,大大限制了导弹的性能发挥。典型的半主动空空弹并不采用这种发射方式。当载机雷达可以有效跟踪敌机,并进入导弹射程之内时,即使导弹尚无法接收到目标反射的雷达信号,也可以发射导弹。此时载机可通过雷达向导弹发射制导信号,告诉导弹目标机的位置。导弹则自动解算飞行路径,改变飞行路线,直到导弹的导引头接收到目标反射回来的雷达信号。
记:载机始终用指令对导弹进行制导是否可行?
刘:导弹通过接收目标反射的信号,能更精确地跟踪目标位置。因为导弹和目标飞机都是在三维空间中运动,彼此相对速度和位置变化很快。只有如此,才能保证导弹有效跟踪目标机。
穆:可以看出来,一旦载机雷达停止对目标机照射,导弹就失去制导信号,导致脱靶。从技术上讲,当敌我双方处于迎头飞行时,导弹的有效射程是最大的。但由于载机雷达需要始终跟踪并照射目标机,在导弹击落敌机之前,采用迎头攻击方式的话双方的距离往往会拉近到夸张的地步。美国曾在演习中发现,F-15携带“麻雀”导弹攻击携带“响尾蛇”导弹的F-5战斗机,F-15可以做到先敌发现,在敌方格斗弹射程外发射“麻雀”,但F-15必须始终用雷达跟踪照射目标机。而有经验的F-5驾驶员可以采取迎头机动的形式,在“麻雀”击落自己之前,让F-15进入自己的“响尾蛇”射程之内。此时F-5发射“响尾蛇”,结局往往就是同归于尽。从这一方面看,半主动雷达制导空空导弹处于一个很尴尬的境地——虽然它可以做到先敌发射,但不一定能做到先期击落敌机。它的射程优势没有表面看起来那么大。导弹载机的机动性受限,在空战中很不利。
但这不说明半主动雷达空空弹作用不大,这只是一个极端情况。实际空战中目标机的飞行员一旦被锁定,第一个反应就是尽快机动摆脱锁定。在上面的例子里,目标机的电子设备也需要能够准确指出导弹来袭的方向,并且目标机的雷达最起码要有测距功能,能告诉飞行员敌方导弹载机与自己的距离。也就是说,只有目标机飞行员对双方的态势有一个明确的了解才敢做如此的机动动作,并且也只有那些非常有经验的飞行员才有把握。比起红外空空弹,半主动雷达制导空空弹射程远,受天气云雾影响小。并且当时的红外弹只能在目标的后半球进行攻击,而半主动雷达制导空空导弹对发射条件的限制就少多了。虽然有各种缺点,但它比起红外空空弹是一个巨大进步。
对于半主动雷达空空弹的这些问题,有不同的解决设想。首先想到的是增大速度。如果把导弹的速度从3马赫加大到6马赫,导弹从发射到击中目标所需时间减少一半。可实际上,随着导弹速度的增大,空气阻力急剧增加。在导弹的尺寸和重量都受限的情况下,速度的增加使燃料过早消耗完。而发动机关闭后的无动力飞行阶段,空气阻力使导弹速度急速衰减,射程不增反降,更不用说高速飞行气动加热、空气阻力还有机动过载对导弹本身结构设计的影响了。所以目前的空空导弹最大速度都差不多。
另外一个设想就是他机制导。导弹载机在发射导弹以后离开,由另外一架制导飞机进行制导,这就给导弹的使用带来了很大的灵活性。在上面讲的那种迎头攻击的极端情形中,如果导弹发射机发射导弹后就脱离,由另外一架不同位置的飞机进行制导,就可以避免同归于尽的情形。
刘:但如果敌方的空空导弹速度比你的飞机快得多,且制导能力很强,有可能你即使采用他机制导也摆脱不了。同归于尽的情形甚至你被先打下来的可能性仍存在。今后空空导弹都由固体火箭发动机改为固体火箭冲压发动机了,速度会由目前的3马赫一下提到5马赫多。所以导弹的因素很重要。
穆:他机制导的设想表面看起来很简单,只要另外一架飞机持续用雷达来照射目标,导弹跟踪目标的雷达反射信号就行了。但是,半主动雷达制导空空弹在发射前,导弹导引头需要跟载机的雷达进行复杂的电子信号同步工作,这样才能保证导弹导引头跟踪载机的雷达反射信号,同时保证导弹在锁定目标前的阶段能正确接收到载机雷达的制导信号。因为在空战的时候,空中布满了各种电子信号,导弹雷达导引头如果跟踪其它战机雷达的电子信号或敌方的电子干扰信号,结果就是脱靶。因此导弹必须跟载机雷达进行信号同步,才能在攻击时精确接收载机信号,同时滤掉其它各种信号。
如果要实现他机制导,制导飞机的雷达和导弹之间就需要进行电子信号的同步工作。这个过程如果在地面进行,飞机起飞后虽然可以实现他机制导,但如果遇到制导飞机无法制导,而需要靠导弹载机来制导的情况,导弹载机的雷达就需要在空中再次进行与导弹的信号同步工作,这无疑会贻误战机。可以看出来,在地面事先进行制导飞机的雷达和导弹之间电子信号同步工作将大大限制实际使用的灵活性。而另一方面,如果在空中根据需要实时进行两架飞机间复杂的数据交换,在当时没有高速数据链系统的情况下根本无法完成。这是当时半主动雷达制导空空弹无法实现他机制导的原因。
主动雷达空空弹出现后,战机雷达不再需要持续照射目标。主动雷达弹有几种发射方式。一种是战机与目标距离