隨著各國加大在五代機領域的投資和採購步伐,戰鬥機隱身化將快速在全球範圍內擴散。據筆者估計,未來10-20年,全球絕大多數萬億美元以上的經濟體和主要政經大國都會全面換裝隱身作戰飛機。
在所有空戰武器當中,基於主被動雷達探測的中遠距離空空導彈在隱身化趨勢面前受到最大沖擊。
在目標的雷達訊號趨向於極小值的前提下,在空戰中,依託越來越強大的機載雷達對敵方作戰飛機進行雷達探測與跟蹤都變得非常艱難,更何況目前各式主動制導的中遠距離空空導彈,狹窄的導引頭空間和受限的電源供給都使主動導引頭在面對隱身目標時會變得極為窘迫。
作為目前人類在空中發射的最為機動靈活的武器,如無法實現有效的目標跟蹤,也很難說能實現有效的攻擊。隱身戰機在中遠距離上不能及時發現對方,不可避免的走向近距離空戰。
隱身時代,走向近距離空戰將成為一種趨勢近年來的多項獨立研究表明,新型隱身戰機的發展,空戰參與方的網路化連線,以及新型雷達電子、光電對抗技術和隱身技術的大面積應用,使得未來的空戰環境變得空前複雜。
中遠距攔射導彈在面對同代隱身戰機時,可能很難找到合適的發射時機。這也使近距格鬥導彈顯得更為重要,在四代機時代曾經趨向弱勢的近距格鬥導彈再次引起了重視。
外媒報道,有模擬空戰顯示:當交戰雙方作戰飛機均採用隱身技術時,彼此的機載雷達很難在遠距離發現對方,雷達制導空空導彈導引頭對隱身目標的探測距離也較近,導致空戰將會有超過 50% 的概率要進入近距格鬥。
美國和其他西方國家的空軍進行了許多次空戰演習和模擬試驗表明:在隱身時代,1)現代頭盔瞄準具和近距空空導彈是必不可少的;2)是視距內空戰是極其危險的,而且隨著格鬥導彈的智慧化發展,會變得越來越危險;3)視距內交戰中,各種戰機被擊落的機率都是大致一樣的,向量機動、雷達隱身都不能顯著地降低被擊落的概率。
隱身時代,近距格鬥更大程度上取決於格鬥導彈的先進性從境外多次演習來看,隱身時代的戰鬥結局極大程度上取決於近距格鬥導彈的先進性。四代和四代半戰機只要配備大離軸角格鬥導彈和頭盔瞄準具,在純粹的近距離單機較量中與先進的F-22 沒有什麼顯著差異。
F22與歐洲雙方空戰演習
像 F-22 這樣的較大戰機進入視距內交戰時需要減速,就失去了在超音速機動方面的優勢,而在近距離格鬥中,F22的向量機動比起歐洲雙風的鴨式佈局並不佔據優勢。
2012 年 6 月,在美國阿拉斯加艾爾森空軍基地舉行的"紅旗"軍演中,裝備頭盔瞄準具和IRIS-T空空導彈的德國"颱風"戰鬥機,和美國 F-22"猛禽"戰鬥機在模擬近距格鬥環境中進行了 8 次基本機動對抗,結果"颱風"佔盡優勢,多次擊落了 F-22 戰機。
紅外空空導彈將將面臨更加複雜的作戰環境未來空戰環境中,各種光電對抗將更加激烈。這將造成第四代紅外導彈作戰使用效率嚴重降低。
同時,無人機、各種新式導彈誘餌、各式超音速、高超音速巡航導彈等裝備的出現和投入使用,戰術彈道導彈、臨近空間飛行器,"小、低、快"目標的出現,使得第四代紅外型空空導彈在應對這些目標時,難免出現“目不暇接”的窘況。
第五代紅外型空空導彈所要應對的目標,除了第三、四代戰鬥機,武裝直升機、隱身飛機等外,還必須承擔起對於巡航導彈、戰術彈道導彈和無人駕駛飛行器等新型空中威脅的防禦任務。
未來空中戰爭形態的突出特點是"網路中心戰",以隱身飛機、無人作戰飛機為武器載體,以各種精確打擊武器為主要手段,通過高速資料鏈接受作戰任務並迅速完成作戰規劃,對戰場上不同型別的"時間敏感"目標進行及時打擊。
這就迫使航空武器必須具備高精確打擊能力和通用作戰能力,以滿足在複雜的戰場環境中實施對多種目標有效打擊的軍事需求。紅外型空空導彈作為典型資訊化兵器的精確制導武器。也必須迎合這一時代發展潮流,才能繼續成為未來資訊化戰爭的重要支柱。
在以往的戰爭中,紅外型空空導彈的主要作戰任務是消滅天空背景下的高速飛行器。而資訊化戰爭對其作戰任務提出了更多要求,呈現出作戰目標多樣,作戰模式多變,作戰環境複雜的特點。資訊化戰爭中的紅外型空空導彈的作戰目標除了原有的飛行器外,還包括隱身飛機、複雜背景下弱小目標,超低空飛行的巡航導彈、無人機、直升機等。
這就對新一代(第五代)空空導彈的紅外導引頭在複雜戰場環境下的自動目標識別能力提出了更高的要求。
精緻的德國IRIS-T紅外格鬥導彈引導頭
紅外對抗技術如紅外誘餌彈、紅外偽裝、隱身、紅外定向干擾、紅外成像誘餌等等也在不斷地發展和應用之中。
以最常用的紅外誘餌彈為例,正在發展中的新技術包括:
改變干擾釋放策略,以不同壓制比的多誘餌彈向多方向投放;採用伴飛誘餌或拖曳式誘餌,模擬飛機的運動軌跡;改變誘餌彈材料和燃燒方式,使其光譜特性更接近目標特徵;面源形紅外誘餌彈,形成干擾雲團等等。
美軍AN/ALE-50拖曳誘餌系統
另外,當前鐳射定向干擾和壓制也開始趨向成熟,逐步在航空裝備中得到普遍推廣。飛機在探測到來襲導彈的方向時,通過機載鐳射定向干擾系統向來襲導彈發出高能量鐳射,使紅外成像導引頭致盲或致眩,從而破壞導彈對目標的穩定跟蹤造成脫靶。
這些新型紅外對抗技術對現有的紅外成像格鬥導彈造成了很大威脅。
最後,由於隱身飛機的特性,空空導彈將必須採用內埋式掛載。而在武器艙中,由於無法接收目標的紅外訊號,紅外導引頭無法工作;即使通過伸縮式掛架將紅外導引頭伸出武器艙外(開啟武器艙會導致隱身飛機隱身能力大幅降低),但導引頭的大部分視角仍會被機體遮擋,導引頭視野受到很大阻擋。
因此,發射後捕獲技術也成為新型空空導彈的特徵之一。此外,為了提高導彈的通用性,簡化後勤保障工作,新型格鬥導彈還必須採用閉式迴圈制冷探測器和數字化匯流排,滿足四代機的使用需要。
綜上所述,在未來戰場中,新一代紅外型空空導彈至少必須具備以下能力:網路中心戰能力,反隱身能力,數字化能力(與機載匯流排互聯),全電化能力(只需機載電源保障,不需要氣源供應),發射後截獲能力(適應彈倉內掛載),對抗各種新型干擾能力,大角度越肩發射能力,反小目標、巡航導彈能力。
新一代紅外空空導彈及技術應用中國第四代紅外空空導彈霹靂10使用多重紅外成像制導,其能協同飛行員佩戴的頭盔顯示器攻擊目標。該導彈採用了推力向量噴嘴,結合尾部的可變飛翼,能做出高過載飛行動作,而導彈中部的邊條翼能在發動機推進結束後保持飛行姿態。
霹靂10格鬥導彈配備紅外成像導引頭,彈徑160毫米、長3.69米、最大射程20千米、最大速度4馬赫,最大過載60G,90度離軸發射角、具備向前發射、攻擊後面敵機的功能。霹靂10導彈針對F22類隱身戰機,強化了其機動能力,根據2013年專著《空空導彈方案設計原理》中披露的資料,霹靂10導彈在3000米高度,載機平臺以0.9倍音速發射時,火箭發動機燃燒完畢僅需要2.5秒,並隨後達到4.0倍音速的極限速度。
而對應的美國第四代AIM-9X格鬥導彈彈徑127毫米、長3米、最大射程19千米、最大速度3馬赫,最大過載60G、90度離軸發射角、紅外成像制導、也具備後射功能。
從中美兩國最新一代紅外空空導彈效能來看,基本採用了如下技術:1)紅外成像技術,採用焦平面陣列(focal plane array)成像裝置來探測目標的紅外訊號;2)採用向量推進技術,能夠確保導彈能夠具備較大發射角度,大幅度提升導彈發射機會;3)採用先發射後瞄準,避免開啟彈倉影響戰鬥機和隱身性和機動性。
然而,前文所提到的,在隱身空戰環境下,目標飛機超巡帶來的高速,使雙方交戰距離的壓縮時間變得空前短暫。四代機之間出現近距格鬥交戰的可能性不僅沒有消除,而且還對格鬥導彈的效能提出了更高的要求。
格鬥對雙方戰機都是非常危險的,由於雙方距離非常近,交戰視窗期時間很短,除了戰鬥機、機載武器以外,對戰鬥機飛行員的心理考驗也很大。對於追求技術致勝的空軍部門來說,依靠不確定性和數量比來取得戰鬥勝利是不可想象的。
這些都迫使研究人員轉向更新一代(五代)的技術探索和研究,經筆者整理,我們發現未來紅外導彈在技術發展上呈現一些新的特點:1)由於機載和彈載光電探測系統的改進,近距離格鬥導彈向更遠射程進行發展,兼具部分中距離射程需要;2)採用雷達/紅外複合導引頭的方式進行制導,具備更強的抗干擾能力;3)雙射程能力,使導彈既可近距離格鬥又能超視距工具,既能高空超聲速發射、超視距攔截,又能中低空亞聲速發射、近距離格鬥。
在美國方面,美軍於1997年曾提出“先進吸氣式雙射程導彈”(AADRM)概念,該導彈能實現近距離格鬥和中遠距離攔射和“聯合雙用途空中優勢導彈”(JDRADM)計劃。JDRADM具有全向攻擊空中目標和地面防空設施的雙重能力。但該計劃於2012年取消。
國外研究機構的發展動態表明,多模複合制導技術、相控陣雷達導引技術、智慧化導引技術以及毫米波制導技術,已成為未來空空導彈導引技術的重要發展方向。
第四代紅外型空空導彈將在採用紅外成像末制導+捷聯慣導+氣動力/推力向量複合控制技術上,未來的第五代導彈將在上述技術提升基礎上,更多的整合主被動雷達制導能力。
可以預測,用以攻擊第五代隱身戰鬥機的空空導彈將未來不久出現,其技術引數大致如下:資料鏈+GPS/BD+捷聯慣導+末端導引,末端導引方式有被動紅外中長波成像、高功率微波雷達複合制導:攻擊範圍覆蓋近距離和中遠距離;作戰高度0.5~20千米;速度達到馬赫數3~4。
中國在新一代複合制導空空導彈研究也在穩步推進。其中,2009年,由西北工大和空空導彈院聯合撰寫的《雷達/紅外複合導引頭資訊融合演算法》就探索了“從毫米波雷達/紅外成像複合導引頭系統的特點及其工程應用出發,建立了一種基於聯邦濾波(FF)的分散式雷達/紅外複合導引頭資訊融合演算法”。
另外,2017年,一種由中船重工旗下河北漢光重工有限責任公司發明的“紅外/雷達複合導引頭的一體式結構”,也設計了一種設計紅外/雷達的複合導引頭。
上述研究都從側面反映出中國對雷達/紅外複合制導模式的研究在有序推進中。
必須指出,在當下尚未出現一種能有效對抗第五代隱身飛機的空空導彈之前,還難以準確地描述出第五代空空導彈的效能需求。
當前的形勢是戰鬥機發展領先於空射導彈,而隨著第六代戰鬥飛機進入研究程序,未來新一代紅外和近距離導彈的的技術進步需求和動力將更加明顯。我們有望在未來幾年看到該領域的一些具體進展。