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小而全的“空地杀手”

2021-03-24李梅

兵器知识 2021年2期
关键词:长矛硫磺制导

李梅

渐进的“长矛”

“长矛”导弹的英文名稱“SPEAR”来自英国国防部最早提出的“可选远程精确打击效果”(SelectedPrecisionEffectsAtRange,SPEAR)武器发展计划。

雄心勃勃的计划

2001年的阿富汗战争,使英军认识到其空射精确打击武器的短缺,为此,英国军方提出了所谓的“投放”武器发展计划。该计划分两个阶段:第一阶段为“投放”1(Drop-1),目标是发展一种近程空射导弹,候选武器包括基于MBDA的“硫磺石”反坦克导弹的改型;第二阶段为“投放”2,目标是发展一种远程空射导弹,候选武器包括基于MBDA的“风暴阴影”巡航导弹的改进型。而在2010年前后英国空军以此为基础提出了“可选远程精确打击效果”计划,即“长矛”项目。该项目认为武器能力的划分首先与导弹的射程和质量有关,因此所有导弹的装备都应优先考虑高精度的导弹,以便对导弹系统进行改进,实现所定义的能力需求。这一计划实际是将“投放”计划细分成了5个阶段。

其中,SPEAR1阶段选择“宝石路”4制导炸弹改进,为其设计了串联战斗部,并提高了GPS制导系统性能。SPEAR2阶段选择了双模“硫磺石”导弹,通过毫米波雷达和激光制导交替使用以提高导弹精度。SPEAR3阶段考虑设计射程超过100千米,质量超过100千克的巡航导弹,主要针对海上目标,并可能与F-35B战机集成。SPEAR4阶段计划采用改进型“风暴阴影”,改进方法类似“宝石路”炸弹,以提高导弹控制性能及射程。SPEAR5阶段考虑发展射程1000千米的巡航导弹,可能采用高超声速导弹技术。英国防部表示,之所以这样划分,主要是使武器采购能满足分阶段集成在“狂风”GR4、“台风”、F-35B和未来无人作战飞机上的需要。

“硫磺石”铸就“长矛”2

“长矛”计划确定后,英国防部很快完成了第一阶段的“宝石路”制导炸弹的改造,着重开始第二阶段工作,并在2012年范堡罗航展展出了以“硫磺石”为原型的“长矛”2导弹设计方案,在2014年和2015年完成了飞行演示和试射试验。“硫磺石”(Brimstone)最初是由英国MBDA公司研发的空射反坦克导弹,和美国的“海尔法”导弹类似,2005年开始在英军中服役。其最初版本配备毫米波雷达制导系统,具有“发射后不管”的能力。2007年英国空军要求增加半主动的激光制导能力,这也就是所谓的“双模硫磺石”。到2010年再次对其升级,发展了“硫磺石”2,采用更加先进的激光及毫米波制导系统,可在复杂环境中对目标跟踪,穿甲性能得到提高,射程也从8~20千米增加到40~60千米。“硫磺石”2的性能已基本满足“长矛”计划的第二阶段要求。据称,英国国防部累计采购了500枚“长矛”2导弹,并应用到了中东战场。

“硫磺石”2导弹的导引头特写

“硫磺石”导弹采用的是毫米波雷达制导,因此它没有“硫磺石”2那样的“灯泡头”

航展中展出的“台风”战斗机携带的“硫磺石”2、“长矛”3空地导弹和“流星”空空导弹

越飞越远的“长矛”3

在“长矛”2计划实施不久,英国防部与MBDA签订合同开展“长矛”3的评估,项目名称为100B,预计发展100千克级远程多用途全天候武器,主要满足F-35战斗机内部挂载。经过4年的评估,英国防部与MBDA在2016年5月签订了4.11亿英镑的“长矛”3正式发展合同,预计2020年完成。新的导弹除了F-35还可配备英国现役的“台风”战斗机。“长矛”3导弹重量仅为100千克,但可以攻击128千米外的坦克和舰艇。导弹采用GPS/INS导航,通过多模导引头和双向数据链路来准确找到目标。“长矛”3是对“长矛”2的升级:一是“长矛”3的重量是2型的两倍;二是“长矛”3使用涡轮喷气发动机而不是火箭发动机,这也是外界不再将其称为空地导弹,而将其称为微型巡航导弹的原因;三是导弹上增加了一个弹翼套件,使“长矛”3的射程大幅提高,从而可实施“超地平线”攻击。“长矛”3可在飞行过程中更新目标数据,更好地嵌入了网络化战场环境。MBDA完成“长矛”3导弹开发后,计划在2025年前装备在F-35B上(题图)。

测试中的“长矛”3微型巡航导弹

嬗变中的“长矛”

“长矛”3的卓越表现,让英国防部对其寄予厚望,在后续的武器需求中通常都优先考虑,从而使它成为了一种几乎“万能的导弹”。其衍生型的第一款是“增程长矛”(SPEAR-ER),利用普惠公司的TJ-130涡喷发动机将射程提高到140千米以上;第二款叫“滑翔长矛”(SPEAR-GL),是通过增加滑翔弹翼,使射程大幅提高。通过改变战斗部,英国防部还在试验一种“电战长矛”(SPEAR-EW),用来完成防空压制任务。SPEAR-EW整合了莱昂纳多公司的微型电子战载荷,可作为电子干扰机和诱饵,压制和欺骗敌方防空系统。与美国微型空射诱饵MALD-J/X类似,它将极大地提高英国皇家空军飞机的生存能力,并抑制敌方的空中防御能力,从而成为重要的力量倍增器。

“长矛”的组成结构

目前,“长矛”系列导弹主要包括“长矛”2和“长矛”3,都采用“硫磺石”导弹的基本构型,因此总体结构相似。“长矛”导弹主要由发动机、制导系统、战斗部、弹翼组件等部分组成,包括多模导引头、GPS组件、多模战斗部、飞行控制组件、折叠翼组件、弹载热电池、数据链组件、涡喷发动机、舵机等部件。

总体布局

“长矛”的前身“硫磺石”弹长1.81米,弹径178毫米,质量49千克,外形和质量小于“长矛”,这也是其射程较小的直接原因。“硫磺石”为圆柱形弹体,导引头位于球形头罩内,尾部为固体火箭发动机。“长矛”2外形总体呈圆柱体,但弹体腹部为容纳弹载设备呈矩形结构,四片面积极小的长矩形弹翼分布在弹尾。由于“长矛”2和“硫磺石”的投放速度、用途等颇为相近,因此两者的外形也十分接近。“长矛”3由于使用了涡喷发动机,因此将弹体调整为巡航导弹的横截面,整体长度增加到了2米,背部有折叠弹翼,进气口布局为两侧进气,尾翼的3个弹翼为丫型布局。

从后侧面可以较清楚看到“長矛”3的三个丫形布局的尾翼舵和舵间的鳍刀

动力系统

“硫磺石”导弹采用固体火箭发动机,工作时采用推进/惯性滑行模式,在3秒内将导弹加速到超音速。较短的燃烧时间和低发烟效果减小了导弹的光学和红外特征,降低了其被探测的概率。“长矛”3采用一台美国汉米尔顿标准公司的TJ-150小型涡喷发动机作为动力装置,弹体中后部侧面的开口为涡喷发动机的埋入式进气道口。涡喷发动机赋予了“长矛”3比燃烧时间有限的火箭发动机要强得多的机动性和航路规划能力,以及更远的航程,这也是“长矛”3打击移动目标能力比使用火箭发动机的空地导弹要优越的主要原因之一。

制导系统

基本型“硫磺石”导弹采用中段惯导和主动毫米波雷达制导,改进的“双模硫磺石”导弹增加了激光制导方式。从图片看,“长矛”3导弹的头部与“双模硫磺石”相似,也有个很大的,占据整个弹头面积的半圆形透明整流罩,整流罩内安装有多模精确导引头。之所以采用透明窗口是因为多个制导模式中含有光学制导。目前MBDA公司未公布多模制导具体为哪几种模式,但根据技术可能性分析,应该包括毫米波制导、激光半主动制导。毫米波穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候、全天时的特点,可以弥补激光制导全天候作战能力不强的缺点,同时毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其它微波导引头。激光半主动制导可以采用机载瞄准吊舱或地面照射方式导引,具有更高的性价比和精度。此外,“长矛”3导弹引入了网络化设计概念,其中段制导为INS/GPS方式,采用了双向数据链系统,具有传输指令、修正目标参数或终止打击任务的功能,也就是可在飞行中随时更换打击目标,重新规划导弹的航路和目标。而原有的毫米波和半主动激光双模导引头负责末端制导。这使得“长矛”3具备了打击主战坦克、自行火炮、装甲输送车、舰艇等中高速移动目标的能力。

从侧面可见“长矛”3导弹近似矩形的箱形弹体及后面的进气口

战斗部

“硫磺石”导弹只有一种战斗部,即串联高爆反坦克战斗部。该战斗部分前后两部分,前战斗部质量300克,以一定角度倾斜向下,这种布置方式能更有效的对抗反应装甲;后战斗部质量6.2千克,为主战斗部。改进为“长矛”3后,为实现打击多种目标和减少附带毁伤的要求,MBDA公司为其设计了“多效应战斗部”(MEW)和多种引信,可根据不同目标灵活选择使用。

弹翼组件

由于采用了航空动力,“长矛”3导弹设计了适合远距离巡航飞行的弹翼组件,这与其前身“硫磺石”有很大不同。从图片看,“长矛”3导弹背侧安装了折叠式弹翼,弹翼向后折叠后,几乎与弹体融为一体,外部包线非常小,很适合战机挂载。弹体后部有双侧进气口和三个折叠式尾翼舵面。这种弹翼套件与涡喷发动机配合,很适合远距离高亚音速飞行。

“长矛”的性能特点

目前最先进的“长矛”3导弹长度2米,直径0.18米,重量100千克,速度为亚音速,最大射程可以达到140千米。它满足了英国防部网络中心战、低附带毁伤和防区外对多个移动和固定目标打击的能力要求,在技术和设计思想上引领了精确制导武器的发展潮流,在性能上有诸多新特点。

动力设计先进,射程较远

“长矛”3与“硫磺石”最大的区别就是采用了涡喷发动机提供动力,这不但使其可以巡航飞行,而且由于燃烧剂从空气中吸取,燃料与弹体的重量占比更小。“长矛”3最早使用美国汉米尔顿标准公司的TJ-150涡喷发动机,后改为普惠公司的TJ-130涡喷发动机,提高了可靠性和动力性,可使导弹保持较长时间的高亚音速飞行,使导弹射程扩大到140千米以上。此外,“长矛”3还采用了MBDA公司的“主动钻石背”弹翼组件,这是在“钻石背”基础上发展起来的新型弹翼套件。在非飞行状态下,弹翼折叠压缩在弹箱中,可以适应战斗机和轰炸机苛刻的空间要求,导弹发射后,展开形成大展弦比弹翼,还可以通过自身的飞控系统自适应调整,控制弹翼状态,以较高效率机动和滑翔飞行。使用该弹翼实际可使同样的弹药飞行距离增加5倍以上,从而可以在防区外投放。

弹翼折叠和打开状态的“长矛”3

制导系统复杂,打击精确

“长矛”3导弹中段采用GPS与UTC航空航天系统公司研制的惯性测量单元提供导航,末段制导有两种,一种是雷达成像导引头,另一种是增强半主动激光导引头。雷达成像导引头采用的先进算法和处理器能够“看到”并记录目标区域的图像,通过搭载的双向数据链向载机传输。雷达成像制导的“发射后不管”自主模式具备了同时打击多个目标的能力。半主动激光制导模式具有很高的打击精度,可以打击移动目标。导弹还可以通过数据链获取作战网络支持,具有在飞行中重新选定目标的功能。此外,英国防部还为“长矛”3论证过使用意大利的低成本非冷却红外成像导引头。这种多模制导方式使导弹具备主动、半主动、被动三种工作方式,可排除雨、雪等天气因素对作战带来的不利影响,具有很强的战场适应性和复杂战场环境下的目标自动识别要求,而且目标数据互补,抗干扰能力更强,打击也更精确。

气动布局合理

“长矛”3导弹的弹体基本保持了“硫磺石”较好的流線外形,在弹体中部采用了近似矩形的箱形设计,较好结合了气动外形和内部承载率要求。导弹中部为一副大展弦比弹翼,这是导弹的主升力面。在导弹的尾部是三片舵面(一上两下)。弹翼及舵面都采用了折叠设计,在挂载状态下,两片弹翼向后收起,三片舵面向前折叠。这种大展弦比弹翼加尾部舵面可以大幅提高弹体的升阻比和空中操控性。而且由于自带动力,导弹在增加射程的同时,在发射高度、飞机航向和任务计划方面都有更多的灵活性,满足了对较高速度移动目标的打击要求。

采用多效弹头,毁伤灵活

“硫磺石”导弹主要用来打击装甲目标,而英国防部在“长矛”计划中提出了反坦克、反建筑、反舰船等要求,特别是在“长矛”3计划中,还将摧毁包括加固的掩体及指挥所等硬目标作为发展重点。为此,“长矛”3不得不选择多效战斗部。实际英国防部从“长矛”发展的第二阶段就开始试验不敏感炸药(InsensitiveMunition,IM),这可以提高使用安全性,对于F-35B的航母使用环境尤为重要。而为了达到毁伤的灵活性,特别是满足对硬目标的破坏性和减少附带损伤的双重矛盾要求,“长矛”3最终选用了TDW公司的钝感多功能战斗部。这种弹头可根据不同目标特性,灵活选择大威力模式和可减少附带损伤的低破坏模式。

融入体系网络,作战智能

“长矛”3导弹作为精确制导武器的最大进步是其高效的网络能力。MBDA公司和奎奈蒂克公司用“硫磺石”导弹作为载体,进行了“传感器效能阶段”2项目开发,研发了数据链、GPS系统以及数据融合处理器(能够与激光指示器并行,但又不受激光指示器约束),这是英国首次演示网络赋能武器。目前,“长矛”3导弹配备了弹载双向数据链。英空军表示,“长矛”3导弹通过加装作战毁伤指示/作战毁伤评估的数据链路、抗干扰GPS和增加射程,来实现在飞行中再瞄准的能力,在增大飞机可攻击范围的同时,缩短了从发现目标到实施攻击所需的时间。这提高了空军在网络环境下的作战能力,使作战具有了智能化特征。

F-35B一侧弹舱打开投放“长矛”3导弹想像图,可见其导弹挂架和其它导弹的布置情况

平台兼容性高,型号多样

“长矛”3导弹设计采用了“台风”的MILSTD-1760和F-35的UAI接口标准,这使其不但对挂载平台有很高的兼容性,而且为衍生发展奠定了基础。“长矛”3可由F-35在内部弹舱携带,也可由“狂风”GR4和“台风”战斗机外挂,未来还将用于无人作战飞机上。其中,“台风”最多可挂载16枚“长矛”3,F-35B在内部弹舱内最多可携带8枚,在机翼上还可挂载更多导弹。此外,英国还将“长矛”导弹作为精确制导弹药的通用平台,发展了用途各异的新型弹药族,如前文介绍的“增程长矛”“滑翔长矛”“电战长矛”。

“长矛”的发展动因

进入新世纪,英国防部根据英军在1999 年科索沃战争中暴露出的不足,提出了全天候打击固定、移动和装甲目标的防区外空面武器的需求,后来的阿富汗和伊拉克战争使这种需求更加明确,特别是21 世纪隐身化和信息化战场的挑战,使这种需求更加迫切。总的来看,英斥巨资持续多年坚持发展“长矛”导弹主要有以下几个主要原因。

填补新型平台空白

F-35B在未来将是英国海军航空兵的主力,但令英军尴尬的是为了保持隐身性,F-35B不适合外挂弹药,而其内置弹舱较小,因此在其标准弹药中并没有远程空地导弹,更多的是“小直径炸弹”(SDB)这种投射距离有限的轻量型弹药。专门为F-35B开发的“长矛”3较好地解决了这一问题。其重量和尺寸都与SDB相近,但SDB无动力,最大高度滑翔距离只有64千米,这限制了载机的投放条件,降低了生存性。而“长矛”3射程达到140千米,还有更多的弹头选择和强大的网络能力。“长矛”3在F-35B上采用紧凑的内置弹架挂载,每个单元4枚。F-35B内置弹舱共可携带2个单元即8枚“长矛”3,与2枚“阿斯拉姆”、2枚“流星”构成了4枚空空导弹+8枚空地导弹的空地打击任务组合,有效解决了F-35B内置弹仓较小,无法携带大量大尺寸空地武器的问题。

F-35B携带“长矛”3等导弹的弹药配置情况

修正现有武器缺陷

英国原有的“双模硫磺石”实际也部分满足了空军“狂风”GR4和“台风”战斗机的需要,而且它也可配备数据链和改进的制导系统,以满足英国对特定距离内精确打击制导武器的需求。这种接近“长矛”的武器也曾部署到阿富汗战场,但在实际使用过程中,英国防部发现它的两个问题影响了这种武器的改进。一是透镜表面开裂现象。由于加工过程的工艺问题,导弹的透明整流罩曾发现有裂痕,虽然MBDA公司声称这种情况不会影响武器的作战使用和性能,但其可靠性仍受到质疑。二是导弹部件有腐蚀损坏问题。初步调查表明这是由异物造成的,如沙子或石头。虽然“双模硫磺石”与“长矛”2性能接近,但这两个问题最终让英国防部下决心重点发展“长矛”系列导弹。

增强信息适应能力

随着技术的进步及世界军事理论的发展,网络中心战逐渐成为未来战争模式的主导趋势。为了适应这种需求,世界上正在研制的下一代空地武器均将具备网络化作战能力作为设计要求之一。“长矛”3导弹的突破实际是让小型弹药具备了网络化能力,这是目前全球范围内罕见的,也代表了弹药的未来发展趋势。虽然美国目前已经赋予了“战斧”4和“战斧”5导弹的网络化能力,但是其高昂成本和复杂性难以普及。“长矛”3利用现有通信系统集成实现了网络赋能,避免了定制武器数据链的高成本。网络化使导弹可接收不同平台和不同传感器提供的目标信息,从而大大缩短从发现目标到实施打击所需的时间。导弹通过双向数据链可实现发射后截获目标,在飞行过程中可进行目标数据更新、目标重新瞄准,因此在作战过程中有很高的使用灵活性。而且,导弹在引爆前可将战损评估数据发回载机,从而完成对攻击效果的评估。

“电战长矛”(上)以及“台风”战斗机携带“电战长矛”进行网络作战的示意图

提高空对地精确打击能力

在“长矛”导弹之前,英空对地打击武器主要是“硫磺石”和引进美军的同类武器。“硫磺石”的定位与美军的“海尔法”类似,由于能力和射程有限,并不适合英空军主力“狂风”和“台风”战斗机。“长矛”3通过多模制导和多效應战斗部,以及较远的射程,满足了英军远程空对地的精确打击需求,能够有效打击各种陆基和海基目标,仅一型即可满足多种作战需求。

此外,“长矛”3在降低精确制导弹药的打击成本和应对复杂一体化防空系统方面有着独特的优势,也表明在高精确制导武器方面英国的自主化愿望,这些共同促成了“长矛”导弹项目的今天,也决定了“长矛”系列导弹将会越走越远。

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