丁 瑋，歐 淵，石根柱，劉 洋

(1. 解放軍軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院，北京 100082；2. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一四研究所，北京 100021)

0 引 言

空中靶標(biāo)是一種特使的有動(dòng)力無人航行器，用于逼真的模擬空中目標(biāo)，供海軍訓(xùn)練及武器裝備試驗(yàn)鑒定使用。

海軍裝備的防空武器，大多數(shù)情況是針對(duì)反艦導(dǎo)彈、艦載機(jī)、無人機(jī)等的攻擊。隨著這些武器裝備在速度、機(jī)動(dòng)性、隱身性、電子對(duì)抗能力等方面的提高，使得海軍防空裝備不斷更新?lián)Q代，同時(shí)要對(duì)士兵操作防空設(shè)備的能力進(jìn)行培訓(xùn)。使用實(shí)際反艦導(dǎo)彈、艦載機(jī)和無人機(jī)的成本過于高昂，因此需要可模擬其主要特性的空中靶標(biāo)作為 “試金石 ”。

美國海軍非常重視空中靶標(biāo)的研制工作，專門建立了美國無人航空和打擊武器項(xiàng)目執(zhí)行辦公室，負(fù)責(zé)美國海軍空中靶標(biāo)的建設(shè)，其空中靶標(biāo)的外部尺寸、運(yùn)動(dòng)特性、反射特性等性能不斷提升。美國海軍每年進(jìn)行大量的實(shí)戰(zhàn)演習(xí)及新武器測試，其不同型號(hào)的靶標(biāo)可滿足各類需求。

1 發(fā)展歷程

美國是最早研制出遙控飛行器的國家，并在之后不斷發(fā)展出多型空中靶標(biāo)，其發(fā)展歷程可大致分為以下幾個(gè)階段。

首先是二戰(zhàn)前的探索階段。1909年夏天，美國研制的首架遙控飛機(jī)完成飛行試驗(yàn)，從此開辟了一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，引起各國的關(guān)注。1937年，美國開始探索使用遙控飛行器作為靶機(jī)的可行性。受技術(shù)限制，該階段遙控飛行器性能較差，作為靶機(jī)使用的效果也不佳。

其次是二戰(zhàn)后至20世紀(jì)60年代的快速發(fā)展時(shí)期。受二戰(zhàn)影響，各國海軍在發(fā)展武器裝備的同時(shí)，越來越意識(shí)到高質(zhì)量靶標(biāo)的重要性。美國在此階段成功研制了低速OQ-19航模靶機(jī)，亞音速Q(mào)-1，Q-2靶機(jī)，超音速Q(mào)-5靶機(jī)。此外，還使用退役的飛機(jī)和導(dǎo)彈改裝成了KD2U-1，QB-47，QF-80等靶機(jī)，基于這些靶機(jī)美國后來發(fā)展出多個(gè)的現(xiàn)役型號(hào)。

從20世紀(jì)60年代至今，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，美國對(duì)靶機(jī)研制投入更多，靶機(jī)的性能得到極大提升。為了滿足海軍訓(xùn)練和對(duì)空防御裝備的試驗(yàn)鑒定，60年代后期，美國有多達(dá)30家公司投入靶機(jī)研制工作。美國海軍建成了譜系完整的靶機(jī)裝備體系，可模擬多類型的空中目標(biāo)，并不斷提升動(dòng)力特性、姿態(tài)控制、自主控制等特性。目前，美國空中靶標(biāo)水平在全世界處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品出口多數(shù)北約國家。

2 關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展情況

美國海軍空中靶標(biāo)體系可分為實(shí)體靶機(jī)、亞音速靶機(jī)、超音速靶機(jī)和旋翼靶機(jī)。

1）實(shí)體靶機(jī)

美國海軍現(xiàn)役的實(shí)體靶機(jī)主要有QF-4和QF-16，其外形、啟動(dòng)特性都與戰(zhàn)斗機(jī)相似，用于針對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)的訓(xùn)練及武器裝備測試。QF-4實(shí)體靶機(jī)是20世紀(jì)70年代后期，由BAE系統(tǒng)公司使用退役的F-4 “鬼怪”戰(zhàn)斗機(jī)改裝而成。該靶機(jī)是雙渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、下單翼布局，長 19.2 m，翼展 11.77 m，空重 13.75 t，起飛重量 28.03 t，航速 2 389 km/h，升限 16.58 km。該靶機(jī)全程由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)遙控，內(nèi)部裝有自毀裝置，可在失控或?qū)τ?xùn)練艦船、飛機(jī)造成威脅時(shí)自毀。其內(nèi)部海裝有攝像頭、脫靶量測量系統(tǒng)和電子干擾設(shè)備。

圖1 QF-4 實(shí)體靶機(jī)Fig.1 QF-4 full size aerial target

QF-16則是基于F-16 “戰(zhàn)隼 ”戰(zhàn)斗機(jī)改造，由波音公司將嚴(yán)重老化的戰(zhàn)機(jī)改造為無人駕駛靶機(jī)。該靶機(jī)采用單發(fā)噴氣式單翼布局，長15.09 m，翼展9.45 m，空重 7.07 t，起飛重量 10.80 t，航速可達(dá) 1.47 Ma，升限15.24 km。該靶機(jī)可有人駕駛飛行，也可在指定控制范圍內(nèi)無人駕駛飛行，主要用于模擬中、俄主戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī)，評(píng)估美國對(duì)抗?jié)撛趯?duì)手的能力。

圖2 QF-16 實(shí)體靶機(jī)Fig.2 QF-16 full size aerial target

2）亞音速靶機(jī)

亞音速靶機(jī)與實(shí)體靶機(jī)相比，尺寸較小，成本較低，主要用于導(dǎo)彈實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)及新型導(dǎo)彈測試評(píng)估。美國亞音速靶機(jī)中的典型代表是 “火蜂-1 ”（Firebee-1）系列靶機(jī)和 “石雞 ”（Chukar）系列靶機(jī)。

“火蜂-1 ”系列靶機(jī)是由諾·格公司研制的多用途靶機(jī)。該系列靶機(jī)發(fā)展了多個(gè)型號(hào)，包括BQM-34A，BQM-34A/S，MQM-34D及出口型BQM-34S，多個(gè)型號(hào)成為美國及其他北約國家靶場的標(biāo)配。以美國海軍使用的BQM-34A/S型靶機(jī)為例，該靶機(jī)長6.98 m，翼展 3.93 m，靶體直徑 0.94 m，起飛重量 1.13 t，最大飛行高度15.29 km，最低飛行高度15 m，最大飛行速度0.96 Ma，最大過載 7 g，續(xù)航時(shí)間 37～61.5 min，最大航程1 200 km，可由空中投放或地面發(fā)射。該靶機(jī)可根據(jù)任務(wù)選擇搭載紅外或雷達(dá)拖靶、有源回波增強(qiáng)器、脫靶量測量系統(tǒng)等。

圖3 “火蜂”-1 亞音速靶機(jī)Fig.3 Firebee-1 subsonic cruise missile target

“石雞 ”系列靶機(jī)是由諾·格公司研制的一種輕便型、可回收的亞音速多用途靶機(jī)，可模擬轟炸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)及反艦巡航導(dǎo)彈。該系列靶標(biāo)發(fā)展了AQM-38A/B，MQM-74A，MQM-74C，BQM-74C等型號(hào)。該靶機(jī)長3.95 m，靶體直徑 0.35 m，翼展 1.76 m，最大起飛質(zhì)量233 kg。該靶機(jī)可由空中或水面艦發(fā)射，并用傘降回收。靶機(jī)可搭載紅外或雷達(dá)拖靶、有源回波增強(qiáng)器、脫靶量測量系統(tǒng)等負(fù)載。

圖4 “石雞”亞音速靶機(jī)Fig.4 Chukar subsonic cruise missile target

3）超音速靶機(jī)

超音速靶機(jī)主要模擬超音速戰(zhàn)機(jī)和超音速反艦導(dǎo)彈。超音速靶機(jī)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)、氣動(dòng)外形要求更高，技術(shù)難度也相應(yīng)增加。美國海軍超音速靶機(jī)的典型型號(hào)有 “火弩 ”（Firebolt）超音速靶機(jī)和 “叢林狼 ”（Coyote）超音速靶機(jī)。

“火弩 ”超音速靶機(jī)共有AQM-81A和AQM-81N兩個(gè)型號(hào)，其中AQM-81N是美國海軍服役型號(hào)。該靶機(jī)長5.20 m，機(jī)身直徑0.32 m，翼展1.02 m，最大飛行高度 30.50 km，最低飛行高度 11.50 km，航速 4.0 Ma，航程 325 km，續(xù)航 6.5 min，最大起飛質(zhì)量 558 kg。該靶機(jī)采用復(fù)合式固液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，雙通道飛控穩(wěn)定系統(tǒng)，可由空中發(fā)射，傘降回收，可加裝回波增強(qiáng)器和脫靶量指示系統(tǒng)。

圖5 “火弩”超音速靶機(jī)Fig.5 Firebolt supersonic cruise missile target

“叢林狼 ”超音速靶機(jī)是21世紀(jì)出美國海軍研發(fā)的超音速靶機(jī)，代號(hào)GQM-163A，主要用于針對(duì)超音速掠海反艦巡航導(dǎo)彈的訓(xùn)練和武器系統(tǒng)測試。該靶機(jī)由主體發(fā)動(dòng)機(jī)段和助推器段組成，總長9.56 m，主體發(fā)動(dòng)機(jī)段長5.62 m，助推器段長3.94 m。該靶機(jī)在巡航段可以 2.5 Ma 的航速飛行 81.5 km；末段以 2.3 Ma的速度在4.5 m的高度飛行，并可實(shí)現(xiàn)最大11.2 g的機(jī)動(dòng)。該靶機(jī)遇2005年10月首次試驗(yàn)成功，隨后對(duì)其俯沖能力、耐熱性等各方面性能進(jìn)行改進(jìn)，并于此后進(jìn)行多次試驗(yàn)。該靶機(jī)可模擬俄羅斯 “俱樂部 ”反艦巡航導(dǎo)彈（SS-N-27）的威脅，為美國海軍提供有針對(duì)性的訓(xùn)練和測試。

圖6 “叢林狼”超音速靶機(jī)Fig.6 Coyote supersonic cruise missile target

4）旋翼靶機(jī)

旋翼靶機(jī)主要用于模擬直升機(jī)及旋翼無人機(jī)。美國海軍主要使用早期的直升機(jī)改造為旋翼靶機(jī)。

20世紀(jì)60年代，美國海軍基于HH-43F救援直升機(jī)，改裝為QH4-3G靶機(jī)。該靶機(jī)長7.67 m，高7.34 m，旋翼直徑 14.33 m，重 1.83 t，最大起飛重量 3.08 t，航速 120 km/h，航程 354 km，最大懸停高度 3.66 km。該靶機(jī)可搭載多類型負(fù)載，主要用于對(duì)直升機(jī)的偵察、防御訓(xùn)練。

圖7 QH4-3G 旋翼靶機(jī)Fig.7 QH4-3G rotary wing vehicle target

20世紀(jì)80年代，美國波音公司研制了Mi-4UM旋翼靶機(jī)。該靶機(jī)采用俄羅斯“米格”24D “雄鹿”直升機(jī)的半尺寸模型，長8.32 m，寬1.12 m，旋翼直徑6.6 m，最大發(fā)射重量 170 kg，最大航速 215 km/h。該靶機(jī)可逼真模擬武裝直升機(jī)，用于測試空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈。

此外，隨著技術(shù)發(fā)展，旋翼無人機(jī)越來越多的出現(xiàn)在海戰(zhàn)中。美軍使用民用或自行研制的低成本旋翼無人機(jī)作為靶機(jī)，主要進(jìn)行反偵察、反介入訓(xùn)練。

圖8 Mi-4UM 旋翼靶機(jī)Fig.8 Mi-4UM rotary wing vehicle target

3 未來發(fā)展趨勢

目前，各國第4代戰(zhàn)斗機(jī)全面服役，巡航導(dǎo)彈性能也不斷提升，對(duì)未來靶機(jī)發(fā)展也提出更高的要求。通過對(duì)美國海軍靶機(jī)發(fā)展情況研究，其發(fā)展趨勢如下：

1）高突防性

第4代戰(zhàn)斗機(jī)和巡航導(dǎo)彈都具有高機(jī)動(dòng)特性，使得未來靶標(biāo)也需要具備相當(dāng)?shù)臋C(jī)動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的逼真模擬?，F(xiàn)代武器研制十分注重其突防性。超音速突防是現(xiàn)代武器常用的突防手段，攻擊突然，不易被發(fā)現(xiàn)。另外，超低空突防也是較為有效的手段，飛行高度在5～15 m，可躲避雷達(dá)等探測設(shè)備。因此，未來超音速靶機(jī)仍是發(fā)展重點(diǎn)，對(duì)其突防特性提高可逼真模擬未來武器目標(biāo)特性。

2）低可探測特性

現(xiàn)役性能先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)都具有較好的隱身性，因此靶機(jī)也需具備低可探測性，主要包括雷達(dá)隱身特性、紅外隱身特性及激光隱身特性。靶機(jī)可以通過減小雷達(dá)截面積，降低雷達(dá)反射信號(hào)強(qiáng)度，模擬戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)反射特性；通過改變輻射特性，降低輻射強(qiáng)度，調(diào)節(jié)紅外輻射傳輸，模擬目標(biāo)紅外特性；同時(shí)改變外形結(jié)構(gòu)，使用激光隱身涂料，模擬激光散射特性。

3）可集群控制

靶機(jī)的集群控制和協(xié)同任務(wù)是其發(fā)展的重要趨勢。隨著，飛行器邊端計(jì)數(shù)的迅速發(fā)展，多機(jī)協(xié)同是各國發(fā)展的重要方向，因此對(duì)空武器需要具備打擊多機(jī)編隊(duì)能力。集群控制對(duì)靶機(jī)設(shè)計(jì)要求更高，不僅要能定位自身位置，還要通過網(wǎng)絡(luò)通信推算其他靶機(jī)位置信息，并根據(jù)任務(wù)快速做出反應(yīng)。靶機(jī)執(zhí)行協(xié)同任務(wù)，有助于將訓(xùn)練上升至戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)層面，同時(shí)有助于新型武器的研制測試。