趙鴻燕

(中國空空導(dǎo)彈研究院, 河南 洛陽 471009)

1 國外研究和應(yīng)用情況

1.1 美 國

1.1.1 美國空軍“空中主宰空對空武器”

美國空軍“下一代空中主宰”(NGAD)項目設(shè)立了“空中主宰空對空武器”(Air Dominance Air-to-Air Weapon)專項, 2018財年預(yù)算為該專項分配100.3萬美元, 用于開展概念發(fā)展、 機彈綜合評估和技術(shù)風(fēng)險降低工作, 以確定2030年及以后能夠改善持久性、 生存能力、 毀傷能力、 連接性、 協(xié)同作戰(zhàn)和經(jīng)濟可承受性的作戰(zhàn)概念和技術(shù)。 2019財年投資1 114.7萬美元, 開展分析和演示驗證, 試驗備選概念和技術(shù)的作戰(zhàn)價值, 為當(dāng)前和未來空中優(yōu)勢能力的差距提供解決方案。 2019～2022財年計劃共投入1 631.4 萬美元, 開展概念探索和集成研究[1]。

2021年9月, 美國空戰(zhàn)司令部司令凱利在美國空軍協(xié)會年會上表示, 美國空軍需要“第五代武器”來裝備其第五代飛機。 美軍的“下一代空中主宰”(NGAD)計劃要求具備下一代隱身能力的有人機和無人護航機合作, 攜帶彈藥、 觀察戰(zhàn)場態(tài)勢、 遂行電子戰(zhàn), 并可能對地面防空系統(tǒng)進行攻擊。 據(jù)推測, NGAD的主要武器很可能包括AIM-260“聯(lián)合先進戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈”(Joint Advanced Tactical Missile, JATM)、 “模塊化先進導(dǎo)彈”(MAM)。 雷神公司的“游隼”(Peregrine)空空導(dǎo)彈(如圖1所示)長度為AMRAAM的一半(彈長約182.9 cm, 彈重約68 kg), 采用先進的小型多模導(dǎo)引頭、 爆破戰(zhàn)斗部、 先進固體火箭推進系統(tǒng)以及輕型緊湊彈體結(jié)構(gòu)和高性能模塊化控制系統(tǒng)[2-3], 具有全天候、 高裝載量、 小型、 快速、 輕量級的特點, 可能是NGAD“系統(tǒng)簇”中護航飛機的理想選擇。 洛克希德·馬丁公司的CUDA導(dǎo)彈(如圖2所示)是一種雷達制導(dǎo)的小型多任務(wù)碰撞殺傷導(dǎo)彈[4-5], 尺寸與“游隼”相似, 但具有獨特的控制系統(tǒng), 是洛克希德·馬丁公司對美國空軍研究實驗室(AFRL)開展的“小型先進能力導(dǎo)彈”(Small Advanced Capability Missile, SACM)項目的響應(yīng)。 這些導(dǎo)彈可能裝備NGAD或后繼者[1]。

圖1 “游隼”中距空空導(dǎo)彈Fig.1 Peregrine medium-range air-to-air missile

圖2 CUDA空空導(dǎo)彈概念Fig.2 CUDA air-to-air missile concept

(1) AIM-260 “聯(lián)合先進戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈”(JATM)

洛克希德·馬丁公司正在研發(fā)的AIM-260 JATM可能采用包括紅外和毫米波雷達在內(nèi)的多模導(dǎo)引頭以及固體火箭發(fā)動機。 美國空軍一直在佛羅里達州埃格林空軍基地的靶場測試JATM, 其外形與AIM-120導(dǎo)彈可能非常相似。 洛克希德·馬丁公司正在開展組件小型化工作以裝載更多的推進劑。 先進的高密度裝藥可在不改變總體外形的情況下提高導(dǎo)彈性能。 戰(zhàn)斗部有不同選擇: 一種選擇是定向戰(zhàn)斗部; 另一種選擇, JATM可能是一種撞擊攔截彈, 不使用戰(zhàn)斗部, 從而為推進劑騰出空間。 JATM可掛載在F-22戰(zhàn)斗機內(nèi)部主武器艙中, 通過導(dǎo)軌/彈射發(fā)射裝置發(fā)射[6]。

自2020年4月以來, 美國空軍一直在進行QF-16全尺寸空中靶標(biāo)(Full-Scale Aerial Target, FSAT)飛行任務(wù), 目標(biāo)是讓AIM-260 JATM最早于2022年開始裝備美國空軍和美國海軍飛機, 如圖3所示。 2020年執(zhí)行了大約30次FSAT任務(wù), 其中4月進行了8次QF-16飛行任務(wù), 10月完成了6次飛行, 另外2次取消。 大量測試任務(wù)包括將F-16戰(zhàn)斗機轉(zhuǎn)為無人機靶標(biāo), 以及作為有人測試機進行模擬對抗訓(xùn)練和靶試試驗。 無人機靶標(biāo)模式下, 導(dǎo)彈沒有安裝真實戰(zhàn)斗部, 二者如果距離足夠近, 靶機在導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部殺傷半徑內(nèi), 就可以認為導(dǎo)彈成功殺傷靶機[7]。

圖3 QF-16飛機正在支持AIM-260項目試驗Fig.3 QF-16 jets have been regularly supporting the AIM-260 missile program

位于佛羅里達州的SAI飛行試驗站, 在2021年1～3季度支持AIM-260 JATM飛行試驗。 同時開展的還有協(xié)同空戰(zhàn)的相關(guān)工作, 包括采用網(wǎng)絡(luò)化第三方傳感器來提供目標(biāo)數(shù)據(jù), 無需載機自身鎖定目標(biāo)。 最近的演習(xí)都集中在此類復(fù)雜“殺傷鏈”交戰(zhàn)上[7]。

2022年3月31日, 美國《空軍雜志》網(wǎng)站報道稱, 美國空軍副參謀長大衛(wèi)·納霍姆中將表示, 在退役33架老舊的第20批次(Block 20)F-22戰(zhàn)斗機后, 機隊?wèi)?zhàn)斗機大部分為較新的第30/35批次(Block 30/35); 空軍計劃組建全新訓(xùn)練單位, 配合AIM-260 JATM, 繼續(xù)保持F-22強大的制空能力[8]。

2022年4月27日, 美國空戰(zhàn)司令部司令凱利發(fā)布了一張F-22戰(zhàn)斗機的藝術(shù)效果圖, 圖中每架飛機都攜帶著隱形增程油箱和細長的外翼吊艙(可能是紅外搜索和跟蹤系統(tǒng)或者電子戰(zhàn)系統(tǒng)), 其前緣有開孔。 一架F-22發(fā)射了一枚新型導(dǎo)彈, 可能是AIM-260 JATM, 如圖4所示。 據(jù)推測, AIM-260射程達到260～300 km[9-10]。

圖4 F-22藝術(shù)效果圖Fig.4 An artist’s concept of the F-22

(2) “模塊化先進導(dǎo)彈”(MAM)

根據(jù)美國空軍2023財年研究、 開發(fā)、 測試和評估(RDT&E)預(yù)算文件, MAM是另一個高度機密的項目, 將于2023年進行戰(zhàn)斗機“運動學(xué)測試”(現(xiàn)場測試發(fā)射)。 預(yù)算文件顯示該項目編號為0603036F, 2023財年預(yù)算1.256 88億美元, 推測應(yīng)該不是一次性的研究, 而可能是一個持續(xù)數(shù)年的演示驗證項目。 該武器可掛載在不同的平臺上執(zhí)行不同任務(wù), 可能具有可互換的導(dǎo)引頭和戰(zhàn)斗部, 可用作空空或空地導(dǎo)彈。 還可能采用“堆疊式”模塊化推進劑系統(tǒng)以增加射程。 倫敦皇家聯(lián)合軍種研究所高級研究員Justin Bronk推測該項目旨在實現(xiàn)一種通用導(dǎo)彈, 既適于有內(nèi)部武器艙的戰(zhàn)斗機, 也適于有大尺寸載荷外掛能力的戰(zhàn)斗機。 雷神公司開發(fā)的“遠程交戰(zhàn)武器”(Long Range Engagement Weapon, LREW)(如圖5所示)和波音公司開發(fā)的“遠程空空導(dǎo)彈”(Long-Range Air-to-Air Missile, LRAAM)很可能包括在內(nèi), 二者都采用模塊化技術(shù), 兩級推進系統(tǒng)可大幅增加導(dǎo)彈射程[1, 11-12]。

圖5 F-22發(fā)射LREW的效果圖Fig.5 A rendering of F-22 firing LREW

2021年9月, 在美國空軍協(xié)會召開的“航空、 航天與網(wǎng)絡(luò)”年會上, 波音公司首次展出其遠程空空導(dǎo)彈(LRAAM)模型, 如圖6所示, 但該方案尚處于早期階段, 并未公布基本性能。 模型顯示是一款兩級布局空空導(dǎo)彈, 尺寸符合用戶的尺寸限制。 兩級外形相似, 結(jié)構(gòu)、 部件實現(xiàn)最大程度的通用。 導(dǎo)彈采用圓柱型彈體, X型小展舷比彈翼、 尾舵。 部分舵面安裝在縱向整流罩上。 頭部整流罩表明采用了雷達導(dǎo)引頭, 但具體的數(shù)據(jù)未知。 毀傷目標(biāo)的方式也不得而知。 可能采用傳統(tǒng)的爆破-殺傷戰(zhàn)斗部。 也可能放棄戰(zhàn)斗部, 高性能導(dǎo)引頭確保與目標(biāo)直接碰撞[13-14]。

圖6 兩級遠程空空導(dǎo)彈概念模型Fig.6 Two-stage long-range air-to-air missile concept model

1.1.2 美國空軍數(shù)字化武器

為了徹底變革當(dāng)前的武器研發(fā)和采辦流程, 美國空軍正在開展以構(gòu)筑包含工業(yè)部門在內(nèi)的集成數(shù)字環(huán)境為關(guān)鍵目標(biāo)的“數(shù)字戰(zhàn)役”行動和數(shù)字轉(zhuǎn)型計劃, 利用多個“探路者”項目開展先行先試, 以評估推進武器數(shù)字工程的有效性、 效率和成本[15]。

“一號武器”是美國空軍三個數(shù)字工程標(biāo)桿項目之一, 也是美國空軍“數(shù)字戰(zhàn)役”的一個“探路者”項目。 2021年1月, AFRL彈藥部宣布, 埃格林武器數(shù)字化工作團隊利用虛擬作戰(zhàn)彈藥仿真系統(tǒng)完成了“一號武器”演示驗證。 該項目正在探索采用虛擬環(huán)境來測試武器。 AFRL稱“一號武器”演示驗證在過去一年取得了重大進展, 并強調(diào)了數(shù)字工程對作戰(zhàn)人員的價值。 試驗基于“灰狼”協(xié)同式集群武器系統(tǒng)原型的“24小時空中任務(wù)指令”周期模型, 利用數(shù)字孿生技術(shù)快速增強武器作戰(zhàn)能力。 數(shù)字孿生是現(xiàn)實世界實體的虛擬表現(xiàn), 能在整個系統(tǒng)生命周期中與實體孿生共享數(shù)據(jù), 與其物理實體(如武器)是同步的, 如圖7所示。 該演示驗證顯示了如何從飛行中的武器收集數(shù)據(jù)并與戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)一起通過先進的戰(zhàn)場管理系統(tǒng)(Advanced Battlefield Management System, ABMS)發(fā)送回來。 在人工智能/機器學(xué)習(xí)技術(shù)輔助的高性能計算機系統(tǒng)上運行數(shù)字孿生, 對可能的軟件升級進行評估。 在確定最適當(dāng)?shù)淖龇ê? 信息迅速返回到戰(zhàn)區(qū)實體武器, 幾乎實時或者在下一個“24小時空中任務(wù)指令”周期改進其性能[16]。

圖7 數(shù)字孿生Fig.7 Digital twin

AFRL彈藥部主任認為, 數(shù)字孿生技術(shù)是數(shù)字工程的終極表現(xiàn), 就像軍力倍增器, 賦予武器系統(tǒng)極大的靈活性和適應(yīng)性。 “這次演示驗證是將武器企業(yè)推向數(shù)字工程時代、 加速武器發(fā)展和改進過程所邁出的第一步。”接下來, 該項目會進一步將其數(shù)字孿生原型發(fā)展成為能與其現(xiàn)實對應(yīng)物雙向交換數(shù)據(jù)的真正數(shù)字孿生裝備[16]。

“一號武器”項目可實現(xiàn)多種能力, 包括開發(fā)權(quán)威的武器真相源、 軟件工廠/DevSecOps仿真途徑、 彈載飛行軟件和政府擁有的基于云的技術(shù)棧。 該全面、 數(shù)字化、 敏捷、 開放的生態(tài)系統(tǒng)項目將整個政府、 工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的最佳實踐和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來用于武器研發(fā)。 其開發(fā)的基于模型的武器政府參考架構(gòu), 促進了武器系統(tǒng)數(shù)據(jù)的靈活性、 模塊化、 重用性和一致性, 同時為政府在整個生命周期內(nèi)使用和保障武器建立了技術(shù)和協(xié)作基線[16]。

“一號武器”后續(xù)將通過ABMS、 半實物仿真和系統(tǒng)集成實驗室開展測試、 建模、 仿真和分析集成工作, 以支持新能力的開發(fā), 這些新能力利用數(shù)字孿生和數(shù)字主線來引入新興技術(shù), 通過數(shù)字驅(qū)動的決策途徑來增強效果和支持科技概念的快速評估[16]。

1.2 法國和英國

1.2.1 MCM ITP計劃

2008年, 法國國防采辦局(DGA)和英國國防科學(xué)技術(shù)實驗室(Dstl)啟動“導(dǎo)彈材料和組件創(chuàng)新技術(shù)合作”(MCM ITP)計劃。 大量創(chuàng)新概念從最新MCM ITP項目中涌現(xiàn)出來, 有可能實現(xiàn)更小更智能的新一代導(dǎo)彈, 如圖8所示。 MCM ITP資助有前景, 但還處于萌芽階段的技術(shù)和方法的早期試驗和驗證, 使其提高到技術(shù)成熟度4級(TRL 4)。 研究項目多種多樣, 包括先進的增程高速飛行復(fù)合材料, 改進戰(zhàn)斗部性能的活性材料, 用于規(guī)劃攻擊任務(wù)的人工智能技術(shù), 共形陣列導(dǎo)引頭技術(shù), 低成本抗干擾GNSS天線, 利用衛(wèi)星圖像進行場景匹配的新型自動目標(biāo)識別技術(shù)(基于深度學(xué)習(xí)), 數(shù)據(jù)鏈天線罩高溫材料[17]; 驗證了大量可用于未來巡航導(dǎo)彈的潛在技術(shù), 包括疊層增材制造的侵徹戰(zhàn)斗部、 高溫射頻材料和共形天線, 以及用于渦噴發(fā)動機的先進陶瓷葉片, 如圖9所示。

圖8 MCM ITP創(chuàng)新概念Fig.8 Innovation emerging of the MCM ITP program

圖9 MCM ITP中可用于未來巡航導(dǎo)彈的潛在技術(shù)Fig.9 Potential technologies for future cruise missiles in MCM ITP

在過去十幾年里, MCM ITP研發(fā)了大量新一代導(dǎo)彈技術(shù), 幫助提高英法兩國導(dǎo)彈性能并降低其成本。 驗證了從系統(tǒng)和導(dǎo)航、 導(dǎo)引頭到火箭推進、 引信等8個研究領(lǐng)域中的200多個相關(guān)技術(shù)項目, 使技術(shù)成熟度(TRL)提高到4級。 截至目前, 將近40%的項目已直接用于產(chǎn)品中, 許多其他項目得到間接應(yīng)用[17]。

MCM ITP計劃幫助法國研制下一代“米卡”空空導(dǎo)彈[18]。 正在研制中的下一代“米卡”將取代法國空軍和海軍“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機目前配備的“米卡”導(dǎo)彈。 下一代“米卡”的紅外型和雷達型保持了原有的氣動外形、 質(zhì)量和重心, 并可利用現(xiàn)役“米卡”的接口, 但在關(guān)鍵組件、 制造工藝和性能等方面重新設(shè)計, 如采用導(dǎo)彈發(fā)動機聯(lián)合公司的雙脈沖發(fā)動機, 使射程增大30%, 并確保導(dǎo)彈在末段也具備很高機動性; 采用泰勒斯公司的新型有源相控陣雷達導(dǎo)引頭(如圖10所示)以及賽峰公司和MBDA公司聯(lián)合研制的新型紅外成像導(dǎo)引頭(如圖11所示); 通過降低維護的設(shè)計以及集成健康使用監(jiān)控系統(tǒng)傳感器來簡化后勤; 采用賽峰公司的新型慣性測量裝置和MBDA公司的雙向數(shù)據(jù)鏈用于中制導(dǎo)段更新; 配備新型戰(zhàn)斗部用于應(yīng)對未來隱身目標(biāo)、 非典型目標(biāo)(無人機和輕型飛機)和常規(guī)目標(biāo)(戰(zhàn)斗機和直升機)等[19-20]。

圖10 下一代“米卡”雷達型的導(dǎo)引頭Fig.10 NG MICA RF seeker

圖11 下一代“米卡”紅外型的導(dǎo)引頭Fig.11 NG MICA IR seeker

泰勒斯公司研究了射頻導(dǎo)引頭相關(guān)部件、 技術(shù)和算法。 主要涉及下面4個方面: 為導(dǎo)引頭提供多功能和多模能力的同時改進集成性; 為高性能產(chǎn)品提供可重復(fù)和具有成本效益的解決方案以及為低性能提供顛覆性解決方案; 在目標(biāo)探測、 識別和末段制導(dǎo)方面提供更高精度和穩(wěn)定性的技術(shù)和算法; 開發(fā)可改進目標(biāo)識別和戰(zhàn)斗損傷評估能力的算法[21]。

1.2.2 “復(fù)雜武器”協(xié)議

2015年9月, 法國和英國簽署了“復(fù)雜武器”協(xié)議, 兩國將在導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈和伺服系統(tǒng)(英國負責(zé))、 武器控制系統(tǒng)和測試設(shè)備(法國負責(zé))這兩個技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)各自特有的工業(yè)能力, 并在其他4個聯(lián)合卓越中心(復(fù)雜戰(zhàn)斗部、 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、 算法和軟件)進行平等合作。 雙方都保留了自己的國有部門渠道(法國是導(dǎo)彈部門, 英國是復(fù)雜武器團隊), 以保持學(xué)術(shù)和工業(yè)能力, 提高效率, 降低總成本, 并通過合作和出口支持未來應(yīng)用。 同時, 努力最大化工業(yè)合力(重點是MBDA導(dǎo)彈系統(tǒng)公司在法國和英國的業(yè)務(wù)), 發(fā)展新型聯(lián)合復(fù)雜武器計劃, 共同研制應(yīng)用于下一代復(fù)雜武器的科學(xué)技術(shù)[22]。

復(fù)雜武器制造團隊在英國國防部和MBDA的投資管理協(xié)議支持下, 負責(zé)不斷滿足英國復(fù)雜武器需求, 并保持英國發(fā)展尖端復(fù)雜武器技術(shù)的能力。 2022年2月21日, 英國國防部公布國防裝備計劃。 作為F-35 Block4升級工作的一部分, 2021年洛克希德·馬丁公司被授予合同, 將改進的內(nèi)埋型“流星”增程空空導(dǎo)彈集成到F-35上, 如圖12所示。 但由于疫情和其他原因, 預(yù)計到2027年才能進入服役, 而且有可能因為F-35項目越來越龐大, 項目集成壓力會導(dǎo)致進一步延遲。 MBDA公司目前已開始為集成工作交付“流星”測試彈, 以防平臺試驗時間提前[23]。

圖12 “流星”導(dǎo)彈和SPARE-3導(dǎo)彈將集成到F-35上Fig.12 The Meteor missile and SPARE-3 missile will be integrated into the F-35

1.2.3 CW ITP計劃

2021年4月, 法國和英國與MBDA簽訂了一項4年合同, 啟動了“復(fù)雜武器創(chuàng)新和技術(shù)合作”(CW ITP)計劃。 CW ITP的核心任務(wù)仍然是進行TRL1-4研究和考慮2035年及以后的未來能力。 涉及5個持久技術(shù)領(lǐng)域(Enduring Technical Area, ETA): 材料、 結(jié)構(gòu)和電氣(MBDA公司); 任務(wù)系統(tǒng)和算法(MBDA公司); 導(dǎo)引頭(泰勒斯和萊昂納多英國公司); 推進(賽峰公司和導(dǎo)彈發(fā)動機聯(lián)合公司); 毀傷(泰勒斯英國公司、 法國替代能源和原子能委員會)。 ETA的任務(wù)是識別新一代導(dǎo)彈概念的關(guān)鍵技術(shù)趨勢、 能力改進和潛在顛覆性技術(shù)[22]。

未來要實現(xiàn)三個新一代能力: 第一個是戰(zhàn)術(shù)打擊, 其構(gòu)想了空射武器家族, 將建立MBDA的“智能滑翔彈”和SPEAR生產(chǎn)線。 第二個是未來戰(zhàn)場彈藥, 將研究各種選項, 聚集需求和提高互操作性。 第三個是未來空中優(yōu)勢, 法國和英國“將確定路線圖, 發(fā)展用于未來作戰(zhàn)飛機的一系列通用武器和未來超視距空空導(dǎo)彈能力, 探索‘流星’導(dǎo)彈的后繼武器?！盵22]

1.3 俄 羅 斯

俄羅斯正在發(fā)展其新一代空空導(dǎo)彈。 2021年莫斯科航展上, 蘇霍伊公司推出名為“絕殺”(Checkmate)的第五代輕型隱身戰(zhàn)斗機。 該戰(zhàn)斗機有3個內(nèi)部武器艙: 1個是機身下方的主武器艙, 2個位于進氣道兩側(cè)、 前起落架附近的狹長保形武器艙。 和“絕殺”戰(zhàn)斗機同臺出場的導(dǎo)彈武器如圖13所示, 中間是適配武器艙的R-77M, 用普通尾翼代替了柵格式尾翼。 從現(xiàn)場展出的機載武器模型看, 該機可配備R-77M中遠距空空導(dǎo)彈、 R-74M近距空空導(dǎo)彈。 也有消息稱, 主武器艙能容納3枚4 m長的R-37M遠程空空導(dǎo)彈。 前起落架前部的2個保形武器艙可攜帶近距空空導(dǎo)彈[24-25]。

圖13 R-77M導(dǎo)彈Fig.13 R-77M missile

R-77M空空導(dǎo)彈(產(chǎn)品180)采用有源相控陣導(dǎo)引頭和雙脈沖固體火箭發(fā)動機, 比其他遠程導(dǎo)彈更短, 并且具有剪短的尾翼, 可以掛載在Su-57戰(zhàn)斗機的內(nèi)部武器艙中, 如圖14所示。 除了具有比R-77更緊湊的尺寸和更遠的射程(150 km左右)之外, 其有源相控陣天線技術(shù)使導(dǎo)彈可在極端范圍內(nèi)有效應(yīng)對小型和靈活的目標(biāo), 使導(dǎo)彈能夠在自身周圍保持360°鎖定[26]。

圖14 Su-35發(fā)射R-37M導(dǎo)彈Fig.14 Su-35 is launching a R-37M missile

R-37M遠程空空導(dǎo)彈(產(chǎn)品610M)于2020年底在Su-35戰(zhàn)斗機上開始測試。 該彈的射程可達200 km, 最大飛行馬赫數(shù)可達6, 不僅能攻擊戰(zhàn)斗機, 還能夠攻擊預(yù)警機和巡航導(dǎo)彈。 R-37M的高超聲速飛行能力使其可在2～3 min內(nèi)命中最大射程內(nèi)的目標(biāo)。 導(dǎo)彈在大部分飛行段使用基于高精度激光陀螺儀的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)。 如果目標(biāo)突然改變方向, 載機可以通過無線電重新實施瞄準(zhǔn)[27]。 2022年10月, 俄羅斯媒體報道, 俄羅斯空天軍Su-57戰(zhàn)斗機發(fā)射R-37M導(dǎo)彈, 在距離217 km處擊落烏克蘭軍隊一架Su-27、 一架Su-24, 創(chuàng)造了空中實戰(zhàn)中擊落敵方高機動戰(zhàn)機的最遠距離世界紀(jì)錄[28]。 R-37M空空導(dǎo)彈出口型RVV-BD, 如圖15所示。

圖15 RVV-BD 導(dǎo)彈Fig.15 RVV-BD missile

2021年1月底, 溫貝爾公司披露其研發(fā)的一種遠程空空導(dǎo)彈“完成了初步測試, 達到足以使執(zhí)行文件獲得字母‘O’的程度?！卑炊砹_斯國防工業(yè)界的說法, 字母“O”表示允許導(dǎo)彈初始批生產(chǎn)。 溫貝爾可能指的是準(zhǔn)備掛裝在Su-57戰(zhàn)斗機內(nèi)部武器艙的新一代重型導(dǎo)彈——產(chǎn)品810。 810導(dǎo)彈于2017年7月6日開始進行發(fā)射試驗, 最大射程預(yù)計300 km, 目前沒有公開過[29]。

溫貝爾還在進行有關(guān)“未來產(chǎn)品300M”的概念研究。 300M是K-30(300)或K-MD(300)近距導(dǎo)彈的后繼型。 K-30(300)計劃裝備第五代米格多任務(wù)戰(zhàn)斗機(如圖16所示), 后因資金短缺而中斷。 300導(dǎo)彈采用了AOMZ戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈公司開發(fā)的Merlushka或“Lambskin”新型紅外成像導(dǎo)引頭, 能識別目標(biāo)并鎖定距離兩倍于以前的型號。 雙脈沖固體發(fā)動機能提供較大比沖(約100 s)。 300導(dǎo)彈采用燃氣舵控制而不是像R-74導(dǎo)彈那樣在發(fā)動機噴嘴處裝擾流板來進行控制。 可變氣體噴嘴的效能要高于擾流板, 而且, 噴嘴處裝擾流板會造成推力損失。 300M與300相比有哪些變化目前還不得而知, 但總體配置應(yīng)該沒有改變。 推測其會采用新研的導(dǎo)引頭和控制系統(tǒng)組件以及改進的發(fā)動機。 300M導(dǎo)彈概念研究階段通常還不涉及導(dǎo)彈的實際構(gòu)造[29]。

圖16 新一代K-30導(dǎo)彈和現(xiàn)役的R-74M(產(chǎn)品750)導(dǎo)彈Fig.16 New generation K-30 missile and the in-service R-74M((Izdeliye 750) missile

另外一種近距導(dǎo)彈在2020年進行了“大約30次發(fā)射試驗”, 應(yīng)該是導(dǎo)彈獲準(zhǔn)進行全尺寸批產(chǎn)前的最后階段試驗。 這很可能是R-74M2(產(chǎn)品760)導(dǎo)彈, 其于2016年4月8日開始進行發(fā)射試驗, 并于2019年7月配備到Su-57進行狀態(tài)評估。 R-74M2是現(xiàn)役的R-74M(產(chǎn)品750)改進型, 彈徑減小, 所以能裝到Su-57的內(nèi)部快速發(fā)射武器艙中[29]。 R-74M如圖17所示。

圖17 (從前向后)近距RVV-MD(R-74M),中距 RVV-SD(R-77-1), 遠程RVV-BD(R-37M)Fig.17 (From front to back) the short-range RVV-MD(R-74M), medium-range RVV-SD(R-77-1) and long-range RVV-BD(R-37M)

2022年7月, 據(jù)俄羅斯國防部長謝爾蓋·紹伊古透露, 一種裝備Su-57戰(zhàn)斗機的新型中距空空導(dǎo)彈已經(jīng)進入試驗最后階段, 第一批生產(chǎn)型導(dǎo)彈預(yù)計在年底交付作戰(zhàn)部隊。 該導(dǎo)彈由溫貝爾設(shè)計局研發(fā), 名稱和性能指標(biāo)目前保密。 紹伊古稱, 新導(dǎo)彈將有助于提高戰(zhàn)斗機防區(qū)外空中作戰(zhàn)效率和增大空中交戰(zhàn)目標(biāo)的范圍(目標(biāo)包括采用隱身技術(shù)的小型飛行器)。 該導(dǎo)彈首次在2019年11月披露, 預(yù)計將補充現(xiàn)有的主要空空導(dǎo)彈R-77M以及遠程空空導(dǎo)彈R-37M、 產(chǎn)品810[30], 如圖18所示。

圖18 Su-57戰(zhàn)斗機上掛載著K-77M(產(chǎn)品180)導(dǎo)彈最新改型, 可能是沖壓發(fā)動機型K-77ME(產(chǎn)品180-BD) 導(dǎo)彈Fig.18 Su-57 fighter carries the newer version of the K-77M(Izdeliye 180) and possibly a ramjet powered K-77ME((Izdeliye 180-BD)

1.4 以 色 列

拉斐爾公司自籌資金研發(fā)了I-Derby空空導(dǎo)彈的遠程改型I-Derby ER, 如圖19所示。 該導(dǎo)彈具備雙任務(wù)能力: 既可作為遠程超視距空空導(dǎo)彈, 又可作為增程型面空導(dǎo)彈裝備SPYDER-SR/MR防空系統(tǒng)。 I-Derby ER保持了與I-Derby空空導(dǎo)彈相同的外模線和尺寸, 也保持了I-Derby的下視/下射和發(fā)射前鎖定/發(fā)射后鎖定功能, 以及抗電子干擾(ECCM)、 多射、 全天候交戰(zhàn)等能力[31]。

圖19 I-Derby ER導(dǎo)彈Fig.19 I-Derby ER missile

為了增加射程, 拉斐爾公司采用了雙脈沖火箭發(fā)動機, 能根據(jù)任務(wù)需求來優(yōu)化推力管理, 明顯增加飛行距離。 第二個脈沖由導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)啟動, 可提供額外的速度、 加速度, 使導(dǎo)彈具有更好的末端機動能力。 在空空任務(wù)中, 第二個脈沖可實現(xiàn)對100 km以外的防區(qū)外目標(biāo)交戰(zhàn)[31]。

I-Derby ER還采用了重新設(shè)計的小型電子組件, 以及新型射頻近炸引信, 用于引爆攔截彈戰(zhàn)斗部(總重量大約10 kg)。 新的射頻近炸引信裝在射頻導(dǎo)引頭底部周圍, 無需占用導(dǎo)彈額外的空間。 通過這些變化節(jié)省的空間可以為雙脈沖火箭發(fā)動機增加更多的推進劑[31]。

I-Derby ER新型固態(tài)射頻導(dǎo)引頭的性能參數(shù), 包括波形和占空比, 都是由軟件確定的, 該軟件可與其他軟件或編碼適配, 以應(yīng)對未來新的和不斷變化的威脅。 其他性能包括彈道成形能力(彈載計算機中先進的算法根據(jù)發(fā)射條件和目標(biāo)狀態(tài)確定最優(yōu)彈道)以及基于拉斐爾公司的“全球鏈”軟件定義無線電數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的雙向通信能力[31]。

1.5 印 度

2022年10月4日, 在2022年印度空軍日(10月8日)慶?；顒有侣劙l(fā)布會之前, 印度空軍發(fā)布了一段長約9 min的宣傳片, 顯示該軍種的Su-30MKI戰(zhàn)斗機在進行“神兵”-2(Astra Mk2)中距空空導(dǎo)彈的試射。 這是印度官方首次發(fā)布該型導(dǎo)彈的影像, 如圖20所示[32]。

圖20 Su-30MKI在試射“神兵”-2Fig.20 Su-30MKI is launching a Astra Mk2

“神兵”-2(Astra Mk2)導(dǎo)彈是“神兵”-1(Astra Mk1)中距空空導(dǎo)彈的改進型, 主要換裝了雙脈沖火箭發(fā)動機以增大射程和改善末段機動性能, 如圖21所示。 印度宣稱其最大射程可達160 km。 有消息稱, 印度正在為“神兵”-2開發(fā)Ku波段有源相控陣導(dǎo)引頭[33]。

圖21 “神兵”-2采用雙脈沖火箭發(fā)動機Fig.21 The Astra Mk2 uses a double pulse rocket motor

“神兵”-1(Astra Mk1)是“神兵”(Astra)系列導(dǎo)彈的基本型, 最大射程為100 km, 最大飛行馬赫數(shù)為4.5, 已完成與印度空軍蘇-30MKI戰(zhàn)斗機的集成工作(如圖22所示), 正在與印度空軍的“幻影”2000、 MiG-29(含印度空軍的MiG-29UPG和印度海軍的MiG-29K)以及“光輝”戰(zhàn)斗機集成。 印度國防部于2022年5月31日與印度動力學(xué)公司簽訂了一份總金額297.1億盧比(約合3.829 6億美元)的“神兵”-1導(dǎo)彈及相關(guān)設(shè)備采購合同[32-33]。

圖22 “神兵”-1在Su-30MKI上進行掛飛和試射Fig.22 The Astra Mk1 is carried and launched on Su-30MKI

印度還在研制“神兵”-3(Astra Mk3)遠程空空導(dǎo)彈, 該型導(dǎo)彈采用固體燃料涵道式?jīng)_壓發(fā)動機, 射程預(yù)計超過300 km[34]。 印度國防研究與發(fā)展組織確認已完成“神兵”-3(Astra Mk3)超視距空空導(dǎo)彈掛載和分離試驗, 如圖23所示。

圖23 “神兵”-3超視距空空導(dǎo)彈掛載和分離試驗Fig.23 The Astra Mk3 beyond-visual-range air-to-air missile mounting and separation tests

此外, 2022年5月9日, 印度防務(wù)研究組織網(wǎng)站報道稱, 印度國防部國防研究與發(fā)展組織已開始為“神兵”(Astra)空空導(dǎo)彈設(shè)計和開發(fā)一種統(tǒng)型通用發(fā)射裝置。 該裝置可適配不同的機型和“神兵”系列導(dǎo)彈[32]。

1.6 日 本

作為2022財年預(yù)算的一部分, 日本政府批準(zhǔn)繼續(xù)推進與英國共同研制的“聯(lián)合新型空空導(dǎo)彈”(JNAAM), 如圖24所示。 日本防衛(wèi)省已明確準(zhǔn)備將3.5億日元(300萬美元)資金用于在2022財年進行JNAAM原型空射試驗(2022年4月開始)。 該聯(lián)合項目在2018財年轉(zhuǎn)入原型研制階段, 預(yù)計在2022財年完成原型試生產(chǎn)。 但項目進度受到了疫情影響。 完成原型試生產(chǎn)后, 兩國將評估導(dǎo)彈性能, 接下來再決定該導(dǎo)彈是否進入批生產(chǎn)[35]。

圖24 聯(lián)合新型空空導(dǎo)彈(JNAAM)Fig.24 Joint New Air-to-Air Missile

JNAAM項目在2014年由日本和英國共同啟動, 最初預(yù)計將在2023財年末(日本2024年3月)完成。 該項目中涉及到的英國導(dǎo)彈技術(shù)與MBDA公司的“流星”超視距空空導(dǎo)彈有關(guān)。 日本防衛(wèi)省則將基于三菱電氣公司AAM-4B導(dǎo)彈的先進射頻導(dǎo)引頭技術(shù)集成到JNAAM上, 以增強導(dǎo)彈精度和性能, 支持JNAAM的研發(fā)。 日本和英國有望將JNAAM配備到其各自的F-35“閃電”Ⅱ多任務(wù)戰(zhàn)斗機上[35]。

2 結(jié) 論

縱觀上述各國的新一代空空導(dǎo)彈的發(fā)展情況, 可以總結(jié)如下:

(1) 為了在未來空戰(zhàn)的進攻和防御任務(wù)中處于優(yōu)勢地位, 隱身作戰(zhàn)飛機裝備速度更快、 不可逃逸區(qū)更大的高殺傷概率空空導(dǎo)彈將成為2030年及以后的常態(tài)。 隨著有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)在各國的測試和部署, 會進一步激發(fā)未來幾年網(wǎng)絡(luò)化、 多用途的新一代空空導(dǎo)彈的競相發(fā)展。 美軍“下一代空中主宰”(NGAD)計劃要求具備下一代隱身能力的有人機和無人護航機合作, 攜帶彈藥、 觀察戰(zhàn)場態(tài)勢、 遂行電子戰(zhàn), 并可能對地面防空系統(tǒng)進行攻擊。 NGAD的主要武器包括AIM-260 JATM、 模塊化先進導(dǎo)彈(MAM)等, 而護航機將配備小型高速導(dǎo)彈(如“游隼”中距空空導(dǎo)彈等)。 俄羅斯Su-57戰(zhàn)斗機和“獵人”無人機也在進行協(xié)同飛行試驗, R-77M和K-77ME中遠距空空導(dǎo)彈、 R-37M和810遠程空空導(dǎo)彈將配備在Su-57戰(zhàn)斗機上, 而配裝空空導(dǎo)彈模型的“獵人”無人機已展開飛行測試。 英國和法國也在積極推進“流星”增程空空導(dǎo)彈在隱身戰(zhàn)機內(nèi)埋掛裝的進程。 同時, 殺傷率很高的新型近距導(dǎo)彈如俄羅斯R-74M2、 300M導(dǎo)彈也在研發(fā), 其有助于保持隱身優(yōu)勢的同時可在近距摧毀目標(biāo)。

(2) 關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展有力支撐空空導(dǎo)彈跨越式發(fā)展。 美國空軍研究實驗室啟動了“空中優(yōu)勢技術(shù)”和未來遠程空空導(dǎo)彈研發(fā)工作, 為新型導(dǎo)彈設(shè)計進行技術(shù)方案探索。 而英國和法國在MCM ITP以及CW ITP計劃下合作研發(fā)了大量未來導(dǎo)彈系統(tǒng)新技術(shù), 確保成熟化的技術(shù)和創(chuàng)新能力引入未來導(dǎo)彈采辦項目:

1) 小型化電子元件和輕型AESA主動導(dǎo)引頭成為首選, 如英國和日本合作研發(fā)的“聯(lián)合新型空空導(dǎo)彈”、 法國下一代“米卡”雷達型空空導(dǎo)彈、 俄羅斯R-77M導(dǎo)彈都采用了先進AESA導(dǎo)引頭, 印度也在為其“神兵”-2(Astra Mk2)空空導(dǎo)彈研制Ku波段AESA導(dǎo)引頭。

2) 為了保證導(dǎo)彈具有高制導(dǎo)精度和優(yōu)異的抗干擾能力, 新一代空空導(dǎo)彈多采用多模導(dǎo)引技術(shù), 如美國“游隼”空空導(dǎo)彈, 而AIM-260 JATM據(jù)報道很可能采用了包括紅外和毫米波雷達在內(nèi)的多模導(dǎo)引頭。

3) 為了增大導(dǎo)彈射程各國都不遺余力, 美國AIM-260 JATM采用固體火箭發(fā)動機, 先進的高密度裝藥可在不改變總體外形的情況下幫助提高性能。 以色列I-Derby ER導(dǎo)彈、 法國下一代“米卡”導(dǎo)彈和俄羅斯R-77M導(dǎo)彈、 印度“神兵”-2(Astra Mk2)導(dǎo)彈都采用了雙脈沖固體火箭發(fā)動機。 英國和法國“流星”導(dǎo)彈采用沖壓發(fā)動機來增大遠程作戰(zhàn)包線和殺傷概率, 同時還在試驗混合推進劑, 以提升最大射程。 俄羅斯R-77M的最新改型K-77ME和印度“神兵”-3(Astra Mk3)導(dǎo)彈也采用了沖壓發(fā)動機。

4) 導(dǎo)彈射程的大幅度提高, 對慣性組件和控制系統(tǒng)的精度都提出了更高的要求。 MBDA公司開發(fā)的新型低成本全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)抗干擾天線, 可利用GNSS導(dǎo)航參考數(shù)據(jù)進行干擾定位/跟蹤, 對GNSS干擾的早期探測使導(dǎo)彈能改變飛行路徑。

5) 通過對導(dǎo)彈編程可增大或減小戰(zhàn)斗部的效力以應(yīng)對不同的目標(biāo)和環(huán)境。 英國和法國MCM-ITP計劃研究了不同類型目標(biāo)的毀傷模型。 用活性材料代替戰(zhàn)斗部中的金屬部件可產(chǎn)生更強大的殺傷力, 同時能減少附帶損傷。 如果采用增材制造技術(shù), 戰(zhàn)斗部的成本還會降低。

6) 網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)能力不斷提升。 空空導(dǎo)彈與整個作戰(zhàn)體系深度融合, 具備網(wǎng)絡(luò)信息獲取和網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)能力。 此外, 作為空中對抗的前出節(jié)點, 空空導(dǎo)彈不僅可實施硬摧毀, 還可兼顧對敵偵察、 干擾等多種任務(wù), 或臨時充當(dāng)通信節(jié)點。 美國正在開展協(xié)同空戰(zhàn)的相關(guān)工作, 包括采用網(wǎng)絡(luò)化第三方傳感器來提供目標(biāo)數(shù)據(jù), 無需載機自身鎖定目標(biāo)。 以色列I-Derby ER導(dǎo)彈基于“全球鏈”軟件定義無線電數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的雙向通信能力, 增強了武器網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)性能。

7) 適應(yīng)性更強的新一代智能導(dǎo)彈將涌現(xiàn)出來。 美國、 英國和法國都在研究人工智能在復(fù)雜武器上的應(yīng)用。 美國空軍通過協(xié)同空戰(zhàn)研究提升機載武器網(wǎng)絡(luò)化自主協(xié)同作戰(zhàn)能力。 英國和法國在MCM ITP和CW ITP計劃下研究用于規(guī)劃攻擊任務(wù)的人工智能技術(shù)、 利用衛(wèi)星圖像進行場景匹配的基于深度學(xué)習(xí)的新型自動目標(biāo)識別技術(shù), 以提高導(dǎo)彈在拒止環(huán)境中的適應(yīng)性。 未來, 人工智能技術(shù)應(yīng)用于空空導(dǎo)彈的飛行控制、 彈道規(guī)劃、 任務(wù)決策、 目標(biāo)探測、 對抗干擾等環(huán)節(jié), 將使空空導(dǎo)彈實現(xiàn)作戰(zhàn)的高度自主化。

(3) 美國空軍大力推進“數(shù)字戰(zhàn)役”行動和數(shù)字轉(zhuǎn)型計劃, 通過基于數(shù)字主線和數(shù)字孿生技術(shù)的數(shù)字工程來改進武器研發(fā)和生命周期管理, 由此將武器企業(yè)推向數(shù)字工程時代, 以更快的速度為美國空軍提供精確、 方便、 適應(yīng)性強、 高效的產(chǎn)品。 目前美軍正在利用“一號武器”(Weapon ONE)等“探路者”項目開展先行先試, 嘗試利用數(shù)字主線技術(shù)通過先進建模和仿真工具構(gòu)建覆蓋武器系統(tǒng)全壽命周期的集成數(shù)字環(huán)境, 合作方于其中協(xié)同工作, 無縫獲得設(shè)計更新、 任務(wù)狀態(tài)和信息反饋并共享數(shù)據(jù)庫, 加快裝備研發(fā)和生產(chǎn)速度。 利用數(shù)字孿生技術(shù)在武器系統(tǒng)全壽命周期對其進行持續(xù)驗證和更新, 最終目標(biāo)是將數(shù)字孿生原型發(fā)展成為能與現(xiàn)實對應(yīng)物雙向交換數(shù)據(jù)的真正數(shù)字孿生裝備, 通過軟件升級來快速增強武器作戰(zhàn)能力(實現(xiàn)軟件定義能力)。

(4) 美軍正在空空導(dǎo)彈項目的研制過程中采用模塊化手段。 比如, “模塊化先進導(dǎo)彈”具有可互換的導(dǎo)引頭和戰(zhàn)斗部, 可用作空空或空地導(dǎo)彈。 表明美軍推行的模塊化開放式系統(tǒng)架構(gòu)正在變革其武器設(shè)計。