防空概念的改变支配着低空近程防空导弹的发展

杨存富;石德平
冷战状态的结束和现代局部战争的实践,正促使防空基本概念发生重大的变化。战略分 析结果表明,全球性战争的威胁已随冷战的结束和苏联的解体而消失,局部战争已成为对和 平的主要威胁。 世界局势的演变和现代兵器技术的发展,势必对防空作战的概念产生重大影响,并进而 影响到防空兵器装备的发展与运用。 这种变化首先反映在兵器部署上,两大阵营各自构建大型防空网的时代已经结束,而能 够适应世界任何地区局势变化的高机动、多用途、具有联网功能的防空系统成为当今防空兵 器的首要需求。 其次,空袭兵器技术性能和战术运用的变化,也影响着防空概念的变化。战术弹道导弹 取代了战略核导弹,成为来自空中的重要威胁力量,而巡航导弹和掠海反舰导弹又成为现代 低空空袭中的撒手锏。诸如此类的变化对新一代防空导弹武器系统的战技性能提出了更新更 高的要求。 防空概念的另一种改变,来自防御空域的区分。随着防空导弹技术的发展,三个空域的 概念正向两极分化发展:具有反战术地地导弹能力的大型、机动中远程主战型号和具有反精 确制导武器能力的低空超低空近程型号成为新一代型号发展的主旋律。 最后,随着新一代防空导弹武器系统的技术难度日益加大和开发费用日趋沉重,新一代 型号的研制方式也发生了显著的变化,越来越多的型号走上了跨国合作、共同开发的道路。 空袭和防空概念的改变、空袭战术技术和防空战术技术的发展以及防空兵器技术的进 步,对研制新一代低空近程防空导弹武器系统提出了新的需求。 一、低空近程防空导弹系统的新需求 1.低空近程防空导弹武器系统概念的出现 低空近程防空导弹武器系统的概念出现于60年代末期。当时由于第一代中高空地空导 弹武器系统技术的发展,使得传统的中高空空袭方式面临着严重的挑战,这就导致了空袭方 对低空、超低空空袭技术和战术的需求;同时现代航空技术的发展,也为低空、超低空空袭 提供了技术上的可行性。由于防空兵器以微波雷达作为主要的搜索、跟踪和制导传感器,受 其本身技术特点的限制,对低空、超低空目标的探测能力极为有限,而目标视线大角速度运 动也给防空武器系统拦截超低空目标带来了极大的困难,这就使得低空、超低空突防可能获 得较高的成功率。所有这些需求和技术可能,导致了低空空袭技术兵器的成熟和低空空袭战 术的长足发展,也导致了低空近程防空导弹武器系统概念的出现。与此同时,低空目标探测 跟踪技术、轻小型化导弹技术和数字计算机技术的发展也为早期低空近程防空导弹型号的研 制提供了技术基矗到60年代末70年代初,出现了以法国陆射响尾蛇、英国长剑为代表的 第一代低空近程地空导弹武器系统。这一代型号的拦截对象主要是低空突防的有人驾驶固定 翼飞机。 2.低空超低空空袭战术、技术的新发展 从早期低空、超低空空袭概念的出现至今已逾30年,在此期间低空空袭兵器技术、种 类和相应的空袭战术均已发生了重大变化,其中一些变化对低空近程防空导弹武器系统技术 的发展产生了重要影响: (1)低空空袭战术上的新特点 1)空袭兵器趋于多样化。随着航空兵器技术的发展,当前低空超低空空袭兵器越来越 体现出多样化的特点。低空近程防空武器系统需对抗的目标除高性能有人驾驶固定翼飞机 外,还需对抗武装直升机和各种无人飞行器以及精确制导武器(特别是巡航导弹、空地反辐 射导弹和其它空地制导兵器)。这些目标在机动能力、几何尺度、电磁特征和运用方式等方 面均表现出极大的差异,对低空近程防空武器系统的目标适应性提出了很高的要求。 2)低空空袭的目标密度进一步提高。尽管各种精确制导武器的实用使得使用较少的兵 器即可达到良好的对地攻击效果,但总的看多批次、多方向饱和攻击仍成为现代低空空袭的 主要特点之一。 3)广泛使用各种空地精确制导武器。低空近程武器系统面临的主要精确制导武器威胁 包括空地反辐射导弹、光电或毫米波制导的空地导弹(制导炸弹)及各种反舰导弹。 4)武装直升机技术发展,导致了低空空袭作战中武装直升机的广泛使用。武装直升机 的低空性能好、攻击突然性大,使得传统的低空目标监测方法难以奏效,对它的探测、跟踪 和拦截均具有相当难度。 5)空袭与防空作战中的电磁环境日趋复杂,各种干扰和对抗设备已成为空袭作战的必 备装备,在此情形下防空兵器的作战效率受到极大影响。 (2)空袭兵器技术性能上的新发展 1)空袭兵器的低空飞行能力进一步提高,飞行高度的下限不断降低。陆上低空空袭兵 器飞行低限由固定翼飞机在平原地区的100~200米,发展到典型巡航导弹的30~5 0米,而水面舰艇的主要威胁掠海反舰导弹的飞行最低高度已可达3~7米,由此对低空近 程防空导弹在低空目标探测、跟踪、拦截能力等方面提出了更高的要求。 2)低空空袭兵器的飞行速度和法向机动能力有了显著提高。如反舰巡航导弹在几十米 低空飞行的速度可达音速以上;典型飞机在低空的机动幅度也由早期的2g达到目前的5~ 7g;反辐射导弹的俯冲速度可达600米/秒以上。低空目标拦截的运动学难度越来越 大。 3)随着隐身技术的实用化和部分目标几何尺度的小型化,低空目标的几何特征和电磁 特征日益变小,部分空地导弹的雷达截面积仅为0.03~0.1平方米,给武器系统对目标 的探测、跟踪和有效杀伤造成了很大的困难。 (3)低空防空作战对低空近程防空导弹提出的新需求 上述低空空袭在技术、战术上的发展既有与中高空空袭的发展的共同趋势,也有其独有 的特点。低空空中威胁的变化给低空近程防空导弹技术的发展提出了新的需求,即与中高空 型一样能在复杂电磁环境中和高密度饱和空袭条件下有效地拦截高机动小特征目标;同时还 要满足低空近程防空导弹的特殊需求,如低空、掠地(掠海)作战性能好,地面机动能力 高,反应速度更快,经济性好,使用维护简单方便,以及尽量使用相对廉价的技术装备达到 可对抗现代空袭兵器的技术要求,特别是在效费比上的高要求。这就使得低空近程型号的发 展在某种意义上讲,比其它系列型号的发展面临着更大的技术难度。 二、新一代低空近程防空导弹系统具有的技术特点 根据现代低空超低空防空的需求,近年来国际上陆续研制了一些新一代近程防空导弹武 器系统,其中有的已装备部队或进入国际军贸市场(如俄罗斯的道尔M1、以色列的巴拉 克、法国的响尾蛇NG、英国的长剑2000等),有的仍在研制之中(如西欧的未来面空 导弹族中的SAAM舰空点防御系统)。这些型号的技术水平和技术途径各异,但都在系统 的基本战术技术性能和主要技术的运用上体现了新一代低空近程防空导弹的共同特点。 1.强调了武器的多目标能力 如前所述,大量空袭兵器的多方向、多批次饱和攻击,是现代空袭的基本特点之一。新 一代低空近程防空导弹武器系统普遍具有较强的多目标能力,如采用遥控制导体制的道尔系 统,可同时拦截两个目标,搜索雷达可同时处理40个目标;采用寻的体制的SAAM系统 可同时拦截10到12个目标、跟踪上百个目标。而实现这一多目标能力的关键技术是多功 能相控阵雷达技术的应用。垂直发射技术和高速导弹技术也为提高多目标能力发挥了重要作 用。 2.强调了对高机动目标的拦截能力 第一代低空近程防空系统设计的典型目标最大速度为400米/秒,机动过载为2g, 而新一代型号的典型目标最大速度达600~700米/秒,机动过载达5~7g。这为拦 截第三代喷气飞机和各种空地导弹、超音速反舰导弹提供了可能。实现这一目标主要依赖于 高速导弹气动设计技术、高能发动机技术、推力矢量控制技术和现代制导控制技术理论的应 用。如响尾蛇NG系统使用的VT1导弹,最大飞行速度可达1000米/秒以上;SA AM系统使用的阿斯特15导弹采用了气动和燃气推力矢量复合控制的空中机动技术;而法 国海响尾蛇系统在导弹速度特性一定的情况下,通过改进制导控制算法使允许的目标机动能 力由2g增加到5g。 3.新一代低空防空导弹的超低空拦截能力获得极大的提高,系统杀伤区低界指标已近 极限 第一代低空近程导弹武器系统的最低拦截高度通常为100米以上。如法国的响尾蛇2 000型的拦截低界对应于目标视线仰角20毫弧度左右,在其最优拦截距离4到5公里上 对应目标高度为100米左右。这一拦截低界水平与当时以有人驾驶固定翼飞机为拦截对象 的需求是相适应的。随着各种掠地、掠海导弹技术的发展和武装直升机的广泛应用,空袭兵 器的最低飞行高度已显著下降,如典型的巡航导弹陆上飞行高度可达30米甚至15米,典 型的掠海反舰导弹飞行高度可达3到7米,因而防空作战对低空防空导弹武器系统拦截低界 的指标提出了更高的要求。如俄罗斯的陆上型号道尔M1的拦截低界指标为10米,法国块 式海响尾蛇系统的拦截低界为5米。 4.新一代低空近程防空导弹明确将精确制导武器和武装直升机列为拦截对象 第一代系统的典型代表响尾蛇2000型规定的目标雷达截面为1平方米,搜索雷达允 许的最低目标速度为40米/秒,允许的目标俯冲角为20到30度。新一代系统为有效对 抗机载空地精确制导武器的攻击,普遍规定了拦截雷达截面为0.1平方米、俯冲角60度 的高速目标。同时相当部分的型号具备了对超低空悬停直升机的特殊探测跟踪能力。这就使 得低空近程武器系统的目标适应性和自卫能力有了长足进展。 5.新一代系统的搜索雷达普遍采用三坐标体制 随着搜索雷达技术的发展,特别是各种电扫技术或机电扫描结合技术的日益成熟和小型 化,低空近程防空系统用于目标指示的搜索雷达已由早期的两坐标方式(方位、距离)发展 到以三坐标雷达为主,同时搜索空域的仰角范围也由20到30度扩大到60到70度,对 超低空目标和悬停直升机的探测技术也获得了极大的进步。如法国的响尾蛇NG采用了机 扫、相扫方案,俄罗斯的道尔采用机扫、频扫方案来实现搜索雷达的三坐标化。目标指示雷 达的上述改进极大地提高了目标指示信息的质量,对提高系统反应速度、扩大系统拦截空域 发挥了重要作用。 6.新一代低空近程防空系统较之上一代系统作战空域显著扩大,空域覆盖已接近中低 空系列的水平 由于探测跟踪技术的限制,低空、超低空防空系统必是近程系统,但近程系统的最大拦 截距离已有显著提高。早期此类系统的杀伤区远界通常为6到8公里(如罗兰特、响尾蛇2 000型),在这一空域可有效对抗飞机采用非制导武器的空袭。为对抗空地制导武器(特 别是光学制导武器)的攻击,新一代低空近程防空系统的最大拦截距离已达15到17公 里,同时系统的拦截高界也相应增长到5到8公里。这一空域的扩展,使得低空超低空近程 系统与中低空系统的空域差距大大缩小,两系列间出现融合趋势。 7.武器系统地面机动能力进一步加强 随着陆军对低空野战防空需求的提高,新一代低空近程防空系统在提高武器系统地面机 动作战能力方面大幅度得到加强。型号已显示出明显的主战装备单车化趋势,许多型号还实 现了行进间搜索目标甚至行进间射击作战。俄罗斯道尔系统和法国响尾蛇NG系统成为此趋 势的典型代表。 8.武器系统在复杂电子环境下的作战能力显著提高 随着电子对抗技术的普遍运用,新一代低空防空导弹系统需要有较强的抗干扰能力。如 SAAM系统的搜索跟踪雷达具有强大的电子环境分析能力,其雷达发射机具有捷变频、可 调脉宽、杂波干扰自适应等抗干扰手段;道尔系统在导弹遥控通道上也采用了独特的高应答 功率抗干扰措施。这些技术措施和对抗战术的综合运用使得新一代低空近程武器系统在典型 的有源、无源干扰环境中仍能保证相当的作战能力。 上述新一代低空近程武器系统的战技性能特点,成为其区别于前一代同类武器系统的主 要特征。 三、新一代低空近程防空导弹需要的支撑性技术 随着新一代低空近程防空导弹武器系统家族的形成,构成此类武器系统的一些关键性支 撑技术日趋明朗,新一代系统的技术运用特点越来越显示出共同性。这些支撑性技术是: 1.适于低空近程防空武器系统使用的相控阵雷达技术 要提高系统的多目标拦截能力,使用相控阵雷达技术是当前主要的技术途径之一。以往 因此项技术的复杂昂贵限制了它在低空防空领域的应用。近年来,随着对低空系统多目标能 力的需求日益紧迫和相控阵技术的日益成熟和小型化,低空近程防空武器系统一般都采用了 相控阵雷达技术,但由于地面机动能力和经济性的特别要求,低空系统使用的相控阵雷达通 常是简化的和有限功能的,如道尔系统的制导雷达电扫范围仅为15度,天线移相器仅50 0多个,体积孝重量轻且经济性好。 2.先进的雷达信号和数据处理技术 先进的雷达信号处理技术是低空超低空防空导弹系统的核心技术之一。这一技术领域的 进步使得系统的搜索、跟踪雷达和导引头能在强烈的地、海杂波背景下有效地检测目标并准 确测量其坐标参数。近年来随着信号处理理论和技术的发展,新一代系统在检测、跟踪悬停 直升机及通过数据处理克服多路径效应等方面又有了新的进展。 3.毫米波雷达和光电跟踪技术 新一代低空型号的技术关键之一是开发传感器使用的新电磁波段,以克服地、海背景和 多路径效应的影响。如制导雷达由Ku或X波段向Ka等毫米波段的变革,同时长波红外、 电视等光电跟踪器技术也为超低空目标的探测跟踪和导弹制导提供了新的频率资源。新的频 率资源的开发对低空近程防空武器系统的作战性能有着重大的影响。 4.多传感器信息融合技术 由于各波段传感器在技术性能上各有短长,因而使用多种传感器互补互助成为新一代低 空型号的共同思路。由此多传感器的信息融合技术已成为发展新一代超低空武器系统的关键 技术,在型号的研制中发挥着重要作用。 5.小型化高机动导弹设计制造技术 为了能在有效的低空雷达视距下获得对高性能目标的尽可能大的系统杀伤区,研制小型 化的高速高机动导弹成为开发新一代低空近程型号的另一技术关键。在此技术推动下新一代 低空近程型号的飞行速度已达1000米/秒以上,法向机动过载达40到50g。 6.小型导弹垂直发射技术 为保证系统备有较大数量的待发导弹,提高系统对多方向、多批次目标流的适应力,采 用垂直发射技术是一个重要的技术途径。对于新一代舰载低空近程型号来说此技术已成为系 统的标准配置,在提高系统多目标能力的同时,还具有扩大系统射界、便于舰体布局等优 点。为实现陆上型号的高发射率,俄罗斯的道尔系统率先在陆用超低空型号中使用了垂直发 射技术。 7.先进低空导弹制导控制技术 新一代系统近于极限的拦截低界、对大机动小目标的拦截需求和采用光电跟踪器的作战 模式,均对导弹制导控制理论和技术提出新的课题。各种最优、次优控制技术在型号中的程 应用研究已成为型号开发的重要技术领域。 8.先进的系统综合技术 新一代低空近程防空系统面对与中高空型号相近的作战环境,又必须有比中高空型号更 好的经济性和地面机动性要求,两方面的性能要求给低空型号设计带来了相互矛盾的技术需 求。先进的总体设计和综合技术将在关键技术的途径选择、取舍、集成和系统体系结构设 计,以及如何采用不同档次技术构成高效费比的系统等关键问题上发挥决定性作用。□