地空导弹:长缨在手缚苍龙
来源:科普中国
发布时间:2023-11-22
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地空导弹是从地面发射攻击空中和太空目标的导弹,过去主要是防御航空兵器,如侦察机、轰炸机、战斗机、直升机、无人机、巡航导弹等。现在为了应对日益严峻的空天进攻体系,正在向空天防御一体化方向发展。与高炮相比,地空导弹射程远、射高大,单发命中率高;与截击机相比,地空导弹反应快、威力猛,受目标速度和高度限制小,可在高、中、低空及远、中、近程构成多道绵密的防空火力网。


作为现代防空武器系统的重要组成部分,地空导弹走过了怎样的发展历程?当前主要技术特点有哪些?未来发展趋势如何?请看解读。


地空导弹逐渐成为“以地制空”的关键力量

有矛就有盾,战争的攻防统一律决定了空袭与反空袭相反相成的同一性。从1870年普法战争,普军为击落法军联络气球而制造的“防气球炮”,到一战、二战中大显神威的高射炮、探照灯、防空雷达……防空兵器随着空袭兵器的不断进步也“水涨船高”,攻防双方在战争舞台上演了一幕幕激烈对抗的生动活剧。


二战中期,盟军开始轰炸德国本土。为了对抗美英铺天盖地来袭的轰炸机群,德国加紧研发比高炮打得更高更远的地空导弹,主要有“龙胆草”“莱茵女儿”“蝴蝶”“瀑布”等型号。这些型号的导弹研究都取得不俗进展,但未及投入实战,纳粹德国即告覆灭。德国在该领域做出的开拓性探索成为战后美、苏研究地空导弹的基础。


第一代地空导弹从二战结束到20世纪50年代末研制,主要发展国是美、苏两家。他们在攫取德国导弹技术人才和资料的基础上,研究、仿制、试验了一批导弹,同时开始自行设计制造第一代地空导弹。为了对付战略轰炸机、战略侦察机等高空高速目标,美、苏重点发展中高空、中远程导弹,主要代表型为美国的“波马克”和“奈基”Ⅰ、Ⅱ型导弹,前苏联的萨姆-1和萨姆-2等。第一代地空导弹一般射程可达50千米,最远达到140千米,射高30千米左右,对高空飞机构成了一定的威胁。


第二代地空导弹是20世纪50年代末至60年代末发展的。由于中高空、中远程导弹的威胁,以往以高、中空突防的作战飞机开始采取低空、超低空突防的战术,空袭兵器的重大变化引起反空袭兵器的相应变化,新一代机动性好,反应速度快,能够攻击中低空、中远程和低空、近程目标的地空导弹相继问世,代表性的型号有:美国的“霍克”“小槲树”“红眼”和前苏联的萨姆-3、萨姆-6、萨姆-7等。此外,中高空、中远程地空导弹也有发展,前苏联研制成功萨姆-4、萨姆-5两型导弹,其中萨姆-5射程达到250千米,曾广泛装备华约和中东各国。第二代地空导弹的特点是:具有机动发射能力,反应速度较快,导弹自动化程度较高,制导体制多样化,基本形成高中低空、远中近程的全空域火力覆盖。


第四次中东战争,以色列空军的低空、近程突防战术,迫使埃、叙两国采取弹炮结合、全空域拦截。仅埃及就在正面90多千米、纵深30 千米地域内配置了62个地空导弹营,200具萨姆-7导弹和3000多门高炮。此战以色列损失飞机114 架,70%是地面防空武器所为。战争中还发生了“一石三鸟”的奇闻:以色列共发射22枚“霍克”,居然击落了25架敌机。


第三代地空导弹是20世纪60年代末至70年代末发展的。由于防空武器初步形成了全空域防卫态势,所以空袭兵器飞行高度变化不大,仍以低空和超低空突防为主,这一代地空导弹除苏联的萨姆-11中程导弹外,其余全是低空、近程地空导弹,更多国家加入了地空导弹研发,单兵防空导弹也迅速发展。第三代地空导弹的代表型有:美国的“毒刺”,前苏联的萨姆-8、萨姆-9,英国的“山猫”“轻剑”“吹管”,法国的“响尾蛇”,法德合研的“罗兰特”及瑞典的RBS-70等。


20世纪80年代,阿富汗游击队用美国提供的“毒刺”导弹重创入侵苏军。“毒刺”命中率接近80%,战争后期,很多苏军米-24武装直升机都受领了一项悲惨任务:如果不能解除运输机起降时面临的敌情威胁,遭到“毒刺”攻击时,直升机就要冲过去替运输机挡导弹。具有讽刺意味的是,美国发动“反恐战争”期间,塔利班用当年美国援助的“毒刺”抗击美军依然有效,美军飞行员也深切体会了芒刺在背的威胁。


第四代地空导弹是20世纪70年代末以后发展的。此间,战机大量采用隐形技术,速度提高到2马赫左右,机动能力和低空突防能力较强;战术弹道导弹目标小、速度快,构成了新的威胁,令地面防空更加复杂。为了防空反导,第四代导弹在兼顾低空的基础上,注意全面发展各种类型,其代表型包括:美国的“毒刺”系列、“爱国者”系列、“改霍克”等,俄罗斯的“针”系列、弹炮结合的萨姆-19和萨姆-22、自行式地空导弹系统萨姆-15和萨姆-11以及战略级地空导弹系统S-300、S-350勇士、S-400凯旋、S-500普罗米修斯等,法国的“西北风”系列,英国的“星光”, 以色列的“箭-2”,日本的91式“凯科”,意大利的“防空卫士”等。这一代导弹由于采用了相控阵雷达和先进的微电子技术,使地空导弹系统能跟踪和攻击多目标,在命中精度和作战效能方面也有很大提高。


1991年海湾战争,美军“爱国者”多次拦截伊拉克“飞毛腿”,开创了地空导弹拦截战术弹道导弹的“弹打弹”先河。1999年科索沃战争,南联盟地空导弹部队,在世界上首次击落美制F-117A隐形飞机,打破了美军隐形飞机不可战胜的神话。进入21世纪,地空导弹已成为国土防空、要地防空、野战防空不可或缺的防御和威慑力量。


地空导弹为什么行

先进的总体设计。目前,世界上一流的地空导弹系统都采用了先进的总体设计技术。大都以通用化、模块化设计为指导思想,基于成熟的气动外形,通过增加助推器形式实现导弹系统的快速迭代和族化发展;以“更高、更远拦截”为发展方向,通过对气动外形和动力系统的不断优化,提高导弹的末速和平均速度,降低制导系统的设计压力,拓展地空导弹的作战远界。美国的“爱国者”系列以成熟的气动布局,通过弹上设备升级实现作战能力提升,兼具防空反导一体化功能。


科学的气动布局。导弹的气动布局主要包括弹体的外形设计,翼面(包括弹翼、尾翼、舵面等)的外形及其在弹身周向和纵向的布置。先进地空导弹的气动布局各有千秋。俄罗斯的S-300、S-400、S-500等地空导弹,通过无翼尾舵式气动布局实现较优的升阻比和高速飞行性能,利用大攻角飞行技术提升导弹的可用过载能力。以色列的“箭-2”导弹,在弹体上安装了四片充分运用空气动力学技术的可动翼片,藉此提供低高度拦截时的机动能力。


直气复合控制技术。第四代地空导弹很多都采用直接力技术提升导弹的响应速度,但直接力发动机的高温高压喷流与高速来流相互作用,形成复杂的流场会产生附加的气动力和气动力矩,难以实现导弹的高精度制导,直接力∕气动力复合控制技术可有效提升导弹控制系统的鲁棒性、快速性和稳定性。美国的ERINT导弹采用脉冲式姿控动力系统,在导弹接近目标时通过气动力∕直接力复合控制,实现导弹的快速机动并提高命中率。


大威力、高精度探测技术。现代空袭兵器的隐身性越来越好,大威力、高精度探测技术是应对隐身目标威胁的基础。隐身目标的雷达散射截面积(RCS)一般为0.01~0.1m2,为实现远距离高精度探测,先进地空导弹系统往往采用大功率相控阵导引头技术。弹上相控阵雷达导引头通过加大T∕R模块功率提升对目标的探测距离;相控阵导引头跟踪带宽大,角速度跟踪能力强,具备波速快速电扫角度搜索能力,可对目标速度、距离和角度进行搜索、探测、截获、跟踪,大大降低了对地面制导站的要求。同时,相控阵导引头高频去耦性能好,隔离弹体扰动能力强,通过与引信一体化设计还可实现设备的小型化。“爱国者”系列的每一次升级几乎都伴随着导引头精度和探测威力的提升,ERINT导弹采用的毫米波导引头就具有极高的探测精度。


高性能毁伤技术。实现对隐形飞机、巡航导弹、弹道导弹等目标的有效毁伤是地空导弹的重要任务。传统地空导弹多为爆破式或破片战斗部技术,战斗部飞散角度难控制,毁伤效率低。近年来,以多点定向破片战斗部技术、含能自适应起爆战斗部技术、多模复合战斗部技术、动能毁伤技术等为代表的高效毁伤技术逐渐成为主流,导弹战斗部更加“智能”,破片可控性更好,毁伤效率更高。


地空导弹未来发展方向

系列化。地空导弹研发风险高、投入大、技术复杂,军事强国往往采取弹族化、系列化的发展途径。美国的中远程地空导弹装备只发展了“爱国者”系列,通过弹上设备替换升级和气动外形优化设计,实现对新威胁目标拦截能力的快速提升。俄罗斯列装的S-400、S-500,包括在研的S-550,都是在S-300系统的基础上逐步发展而来的,发展过程中始终坚持一弹多用、功能模块通用的指导原则,通过系统平台升级和导弹作战能力的加强,实现作战空域高中低、远中近覆盖和防空反导一体化能力提升。未来地空导弹研发,大概率仍会加强顶层规划设计,集中力量集约发展,适度精简型谱系列,尽量避免重复建设,同时坚持模块化发展思路,通过模块的共用及功能升级,实现地空导弹系统的系列化发展。


通用化。俄罗斯从第四代防空武器开始,很多装备都按照陆、海、空三军通用原则研制,不仅包括远程、中远程、中程系列的S-300、S-350、S-400、S-500,还包括近程末端的“铠甲”系列和超近程末端的“梦神”。三军通用既降低了研制成本,也更容易实现从单军种作战能力向多军种联合作战能力的整合转变。防空作战正在由传统的多火力平台集成作战向陆海空天有机融合的网络化作战发展,为了有效提升陆基、海基、空基、天基分布式预警探测和火力打击资源的利用效率,全面提升一体化作战效能,未来防空导弹系统建设可能以多域战概念为牵引,向着打造三军通用空天防御装备体系的方向发展。


一体化。未来,空天一体进攻将成为空袭的常态,空天一体防御即将成为新的战略制高点。防空反导一体化是应对日益严峻空天进攻体系的有效途径。下一代中程、中远程防空导弹武器系统必然会向防空反导一体化集成方向发展。可能会采取类似俄罗斯S-500系统一体化目标分配与指示、多武器协同作战的方法,加强防空反导一体化顶层设计,实现传感器和拦截弹的“随机组网、即插即用”,从顶层集成传感器系统、拦截武器系统、指挥控制系统等,构建防空反导一体化空天防御装备体系,使武器系统具备拦截传统空气动力类目标的同时,也能有效防御战术弹道导弹、高超声速武器等目标。


智能化。随着人工智能技术的爆发式发展及其在军事领域的广泛应用,空袭与反空袭对抗也不得不考虑智能化威胁,以智能化技术和手段应对复杂的战场环境必然成为未来地空导弹的显著特征。通过研发完善智能化目标检测和干扰对抗技术、自主规划和自主决策技术、协同探测和协同制导技术、智能毁伤技术等,可以实现单枚导弹“高智商”的自主感知和决策能力,多枚导弹“高情商”的自主协同作战能力,进而可以有效提升整个地空导弹系统的智能化作战能力。


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