美军将用无人驾驶飞机载小直径炸弹接收蜂群战

日期:2020-04-24编辑作者:www.w88985.com

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“小直径炸弹”是美国航空武器中心和空军研究试验室牵头开发的一种新型武器。从2003年开始,美军一直在研制、试验这种新型精确制导炸弹。今年2月19日,美国广播电台记者杰夫里·可夫曼亲临感受了这种炸弹的强大威力。

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在今年珠海航展上面,中国相关单位展出了袖剑微型导弹,它主要对付轻小型无人机,并且可以打击地面目标,是目前已知国内最小的导弹,在国际上面也属于顶尖水平。

3月4日,美国海军空战中心武器分部在加州完成了用目前世界上最小的“发射后不管”精确制导导弹———“长钉”攻击移动目标的试验,验证了该弹截获、跟踪和攻击移动目标的能力。而从2004年起,“长钉”的试验和论证就一直没有间断,美军正翘首以盼“长钉”出笼。

长钉导弹家族

中国研制出最小导弹:袖剑微型导弹

www.w88985.com,一向求大求全的“山姆大叔”如今为何喜欢上了仅重几十公斤甚至几公斤的小炸弹呢?

洛马公司的微型直接碰撞杀伤导弹

微型导弹的概念来源于本世纪初,它的研制目标在于在反恐战场上为部队提供一种高精度杀伤手段,以降低附带损伤,这是因为反恐战场上目标往往与平民混杂在一起,如果采用较大威力的武器,往往会造成较大的损带损伤,带来较大的平民损失,影响相关区域平民对于作战行动的支持,所以微型导弹出现了,例如美国研制的长钉微型多功能导弹,它的长度为0.635米,直径0.065米,发射重量为2.4公斤,战斗部重量为1公斤,采用半主动激光照射制导方式,攻击距离为3公里,此后美国又推出了更小的矛头微型导弹,它的弹长只有0.4米,直径为0.04米,发射重量2100米,矛头导弹研制成功,让陆军步兵分队具备了更强的精确打击能力,可以在更远距离对目标进行打击,尤其是对付对方的狙击手、火力点,可以说是步兵班组武器一个突破。

装备“小直径炸弹”使每架作战飞机的打击能力相当于以往的4倍

雷神长矛导弹

小导弹的设计

“小直径炸弹”使用弹出式弹翼,采用全球卫星定位系统广馈性导航系统制导。这是一种可由喷气式战斗机、轰炸机或无人机投射的轻量级精确制导武器,综合性能更强。

长矛导弹

根据国外技术发展趋势,以及国内对于超低空目标的要求,中国相关单位研制了袖剑微型导弹,从尺寸来讲,袖剑导弹的直径大约为0.07米,发射重量大约为2.5公斤,发射架重量为1.5公斤,射程为2000米,这些数据与美国的长钉微型导弹基本上相当,另外它也采用了与长钉导弹相同的鸭式气动布局,鸭式气动布局优点就是舵面在前,弹翼在后,因此舵面偏转产生的升力与弹翼产生的升力方向相同,因此导弹响应较快、升阻比大、舵面效应高,由于舵面远高导弹重心,力矩大,因此有助于减小舵面尺寸,这对于微型导弹来说是非常现实的,同时也便于静稳定度调整,由于舵面及动作机构在前部,远离发动机,因此总体设计、结构设计都比较容易,所以是轻小型、微型导弹普遍采用的一个气动布局形式

正如它的名字,“小直径炸弹”是一种非常小的炸弹,只装有不到40磅炸药。虽然个头儿不大,但“小直径炸弹”威力却一点儿也不弱。据悉,它的精确度大约为1.5米,而目前美军最小的“杰达姆”精确度是30米,2000磅的“杰达姆”精确度是52.5米。

近年来,随着反恐等低烈度军事行动对打击低价值目标需求的增长,微小型导弹应运而生并成为发展的新热点;微感知、微处理、微控制、微动力、微集成等微系统技术的进步,为微小型导弹快速发展不断注入新的动力。目前,微小型导弹发展成果主要出现在美国,其中,美国的长钉导弹、长矛导弹、微型直接碰撞杀伤导弹等,在弹体尺寸、制造成本、作战能力等方面都展现出明显优势,成为精确制导武器发展的一个新方向。

“小直径炸弹”的长度与直径的比例及弹头的形状都经过特别设计,实验中,在64.4公里以外投射并摧毁目标,至少能穿透910毫米厚的钢筋混凝土层,并在建筑内爆炸,完全可以和一枚2000磅的“钻地炸弹”相媲美。

国外微小型导弹发展现状

由于体积小,每架作战飞机将能携带更多的“小直径炸弹”,打击更多的目标,使作战效率倍增,每架作战飞机的打击能力相当于以往的4倍。按照美国空军的计划,“小直径炸弹”将首先部署在F-15E战斗机上,随后陆续部署在F-22“猛禽”、F/A-18E/F、F-35“联合打击战斗机”以及“无人驾驶战机”等所有战机上,届时它将成为美军最主要的对地攻击武器。

从目前美国的发展情况看,通常微小型导弹的弹长小于1米、质量不超过5千克,主要采用手持发射或地面发射,用于打击步兵装甲目标,或防御火箭、火炮、迫击炮、无人机等低成本目标,具有价格低、重量轻、威力大、精度高的特点,在摧毁目标的同时能减少附带损伤,可用做单兵便携式武器或战术无人机的武器装备。目前还在致力于缩小导弹尺寸、提高打击精度、降低作战成本、实现多用途化。

地面部队人员仅需15分钟就能掌握“长钉”的发射要领

长钉导弹可实现对集群目标的高效费比作战

“长钉”导弹是目前世界上最小的导弹,弹长63.5厘米,弹径为5.7厘米,重量仅为2.4千克,而且是唯一采用光学成像制导的精确制导导弹。在目前美军使用的重量为几百公斤的联合直接攻击精确制导弹药面前,“长钉”算是“小巫见大巫”了,就算与刚装备美海军仅重20公斤的精确制导“小直径炸弹”相比,也只能算是个小弟弟。

长钉导弹由海军空战中心武器分部设计研制,主要用于打击轻型装甲车、建筑物、小型舰艇、小型无人机等目标,还可用于应对日趋严峻的小型舰艇集群、无人机集群等威胁。长钉导弹弹长63.5厘米,弹径5.625厘米,重2.3千克,射程3.2千米;采用电视制导,可实现发射前锁定、发射后不管;可采用地面固定发射、空中无人机发射或士兵肩扛发射多种发射方式;动力装置为低烟固体火箭发动机,发射时不产生火光及烟尘。

“长钉”导弹和发射架系统采用商业货架零部件,每枚导弹的成本为5000美元或更低,是目前世界上最便宜的导弹。“杰达姆”炸弹每枚价格约为6万美元,而1枚空射巡航导弹的价格约为150万美元。山姆大叔虽然财大气粗,但能在武器弹药上省点资金,而且作战效果不减反增,“花最少的钱,办最多的事”,何乐而不为呢?美国总统小布什也曾深有感触地说:“如果使用价值百万美元的巡航导弹打击一顶价值仅为10美元,而且里面可能还空无一人的帐篷,有什么意义呢?”一枚“长钉”的价格为5000美元,相比其他导弹,使用“长钉”是多么合算!

该导弹大量采用其他导弹的零部件及商业器件,批产成本低,单价不超过5000美元。美军已对长钉导弹进行了多项试验,验证了其对地面机动目标和无人机的打击能力,目前还在继续改进升级,以进一步提升作战效能。

研发“长钉”导弹的初衷是将其作为海军陆战队和海军特种部队队员的便携式武器,武器系统项目最终将提交一套单兵用的发射装置,其中包括3枚导弹,重量不超过9.1千克,能让地面部队使用更轻的武器摧毁移动的、速度不快且装甲不厚的目标。系统的射程是3.2千米,每套系统造价仅为4000美元。而美军目前使用的最便宜的肩射“标枪”反坦克导弹,每套造价7.5万美元,重量约23千克;“毒刺”防空导弹每套造价为12.8万美元,重量为15千克。

长矛导弹显著改善步兵火力不足的问题

“长钉”不需要组装或维护,地面部队人员仅需15分钟的训练,就能掌握发射要领,且“长钉”导弹的精确制导能够减少附带损伤,是一种“傻瓜”式的精确打击武器。

长矛导弹由雷神公司自行研制,是目前世界上尺寸最小的导弹,弹长42.6厘米,弹径40毫米,重771克,射程2千米;也是世界上首款由手持武器发射的导弹,可由M320榴弹发射器或EGLM榴弹发射模块发射,打击固定或中慢速移动目标,使单兵具备精确打击远距离目标的能力。长矛导弹为半主动激光制导,并采用冷发射,在出膛3米左右后启动火箭发动机,在发射和飞行过程中几乎不产生烟雾,具有良好的隐蔽性。

除了在地面部队具有应用潜力外,“长钉”还是战术无人机的理想装备。它也可以装备水面舰艇,以对付集群小艇和轻型飞机。美官员称,“长钉”导弹可解决80%的问题,它对散布面广的机动目标有极大的杀伤力。据美军试验,“长钉”具有发现和击中诸如小艇、直升机、掩体、机枪掩体以及小型装甲车之类的目标的能力。

雷声公司和美国军方正在对长矛导弹进行实战能力试验。雷声公司计划进一步优化长矛导弹的软硬件,并为其配备先进数据链及多种战斗部,以提升打击精度、智能化水平、多任务作战能力。升级后的长矛导弹可由水面舰艇、全地形车以及无人机等多种平台搭载。

“长钉”导弹使用电视摄像制导。导弹使用的摄像机可以对目标进行放大,每秒产生30帧图像,并可以实时更新目标轨迹。该技术并不是什么新的技术,早在上世纪60年代越南战争中就曾经使用过电视制导炸弹,而现在的摄像机体积更小,成本更低。当年使用的摄像机的体积与计算机的显示器类似,重量为454千克,而现在“长钉”导弹使用的摄像机体积只有一个火柴盒大小。使用“长钉”导弹系统,看不见火光,也看不见尾焰,而且没有烟尘,这对射手来说比较安全。

微型直接碰撞杀伤导弹用于防空和对地作战

“长钉”使无人机成为名副其实的空中“智能杀手”

微型直接碰撞杀伤导弹是洛克希德马丁公司在美国陆军增程型区域防护与生存力项目支持下发展的动能拦截弹,于2015年正式纳入间接火力防护能力增量2项目,可与直升机、无人机、单兵发射系统等集成,具备对巡航导弹、无人机、精确制导弹药等多种目标进行战术打击的能力。弹长71.1厘米、弹径4厘米、重2.5千克、有效射程超过3千米,采用半主动雷达制导,加装了穿透增强装置,能在短暂飞行过程中选择目标最脆弱的部位进行攻击,使毁伤效果最大化。该导弹采用了纳莫公司研制的紧凑型火箭发动机,可实现能量的快速转化。

如果要问当今世界上炸弹种类最多的国家,那当然是非美国莫属。其炸弹种类丰富的程度无人能比。诸如阿富汗战争中为打击恐怖分子藏身的洞穴和地道而专门研制的温压弹,原理和效果类似于地下煤矿中最强烈的瓦斯爆炸,还有伊拉克战争中使用的钻地炸弹、科索沃战争中使用的集束炸弹,以及激光武器、电磁脉冲弹、射频武器和“非致命武器”等等。而且,每种炸弹都富含高科技,效果惊人。在此基础之上,为什么美军仍不满意,看上了军火公司小小的“长钉”?除了价格低廉、使用方便外,最主要的是它可以与无人机结合,形成智能型的新型武器。

洛克希德马丁公司于2016年4月和7月成功进行了2次微型直接碰撞杀伤导弹的飞行试验,验证了导弹的机动性、空气动力学性能以及与多任务发射器车载机动发射系统的集成性。

海湾战争后,美军无人机发展迅速,由当时的几种发展到目前的几十种,特别是在阿富汗战争和伊拉克战争以及反恐作战中,无人机都发挥了重要作用。2005年公布的新版《无人机系统路线图2005~2030》中说,美军将继续研制各种型别、系统更先进、能承担多种任务的无人机。在伊拉克战争中,美军有10种100架无人机可供使用,数量是海湾战争的7倍。目前,仅在伊拉克就有20多种1000余架无人机在战场上使用。

微小型导弹关键技术分析

无人机有很多优点,本身不必像有人驾驶飞机那样,担心飞行员遭到伤害;造价相对便宜,即使被击落,损失也相对较小,如“捕食者”无人机的采购单价为450万美元,而F-15战斗机的采购单价却为5000万美元;还有不惧怕“牺牲”等等。它已成为美军新宠。2001年10月17日,“掠夺者”无人驾驶飞机首次携带武器参与对阿富汗进行军事打击,发射导弹击毙了“基地”组织二号人物穆罕默德·阿提夫,在阿富汗战役中立下奇功,开了由无人机执行战场对地攻击的先河。发展具有攻击能力的无人机从此成为新的潮流。

为满足微小型导弹对弹体尺寸、制导精度、发射装置、制造成本的要求,优化导弹气动布局、采用低成本制导控制系统、研制低特征信号固体火箭推进剂成为微小型导弹发展的关键。

此后,美国中央情报局操控的一架“掠夺者”无人驾驶飞机,于2002年在也门境内击毙了6名“基地”组织成员,其中包括“基地”组织高级官员阿布·哈里斯。现在,无人驾驶隐身飞机已经飞到了美国航空母舰上,进行战斗检验。

优化气动布局设计提升导弹飞行速度与射程

为了适应发射导弹的需要,美军正在对部分无人机的载弹量和武器系统进行改造。改进后的“捕食者”无人机所能携带的“海尔法”导弹由原来的两枚增至8枚。经过改造的B型机比以前的无人机大得多,飞行高度是以前的两倍,载荷是以前的10倍。美军正翘首以盼“长钉”出笼,到那时,挂载几百枚精确制导导弹的无人机,势必成为战场上新的精确打击和轰炸机器。

微小型导弹需要在小型化的前提下,获得较大的飞行速度、可用过载和射程,设计合理的气动外形布局十分关键。长钉导弹、微型直接碰撞杀伤导弹等都采用了鸭式气动布局。鸭式气动布局有利于降低弹重、提高舵的操纵效率、减小舵翼面积,是微小型导弹常用的外形设计。采用鸭式布局的微小型导弹可装配弹出式尾翼或折叠式尾翼,弹出式尾翼可最大化利用发射空间,折叠式尾翼有利于获得更大的升力与过载。

专家曾设想无人机攻击编队将能像杀人蜂那样蜂拥至敌人的阵地

微小型导弹可采用两级发动机结构,实现导弹的安全发射与有效射程。第一级发动机采用速燃助推技术,可使导弹安全从发射器推出,这时导弹尾翼张开、保持鸭舵锁定状态,无控平飞至安全距离,然后启动二级发动机,待二级发动机工作结束后,鸭舵展开,导弹进入有控飞行阶段。在有控飞行阶段,导弹主要通过调整舵偏角和攻角,实现弹体的稳定飞行。

美军希望“小直径炸弹”和“长钉”能达到3个目标:每架战机或无人机携带更多的武器;在比“杰达姆”许可的更远的距离进行发射;装更少的炸药,能更加精确地对准目标。

采用捷联惯导实现制导控制系统微型化、低成本

按照五角大楼的发展目标,美军将被逐步改造成一支善于应对局部战争和执行远距离打击任务的高机动型部队。由于“小直径炸弹”符合这一目标,深得美军赏识。战斗机和轰炸机都能够大量携载它:B-1轰炸机能够携载96枚,B-2轰炸机可以携载64~80枚,F/A-22可以在它的内置式武器舱内携带8枚。

捷联导引头去掉了惯性平台及随动系统,将惯性元件与弹体固连,具有体积小、质量轻、成本低、可靠性高的特点,是微小型导弹制导系统的首选方案,在以长钉导弹为代表的微小型导弹中得到应用。涉及的关键技术主要包括:弹体运动隔离、制导控制系统一体化设计和惯性视线角速率的重构及滤波。

2006年年底,美国国防部提出了“一小时之内打击全球任何目标”的构想,让具有全球飞行能力的无人机执行“一小时打击全球”计划。毫无疑问,美军正在把进行和赢得未来战争的希望,极大地寄托在无人机身上。于是,美国国防部门投巨资研制“无人操作武器”。据称一种试验代号为X-45的无人战机已经在进行测试,其验证机已完成了实弹投放和协同飞行试验,2007年实现了空中加油。波音公司的一名工程师说:“你可以监控一次海外的轰炸行动,然后回家和家人吃饭。”

捷联导引头的惯性测量单元与弹体固连,导引头的直接测量量包含了弹体运动信息。为获得惯性系下的弹目相对运动信息与弹体视线角及其速率的关系,就需要选择合适的解耦算法对导引头测量量进行坐标变换。此外,由于微小型导弹的射程很短,弹目相对距离小,采用传统制导回路和控制回路分开设计的方案会导致导弹失稳、脱靶量大等问题,制导控制一体化设计可使系统自动补偿制导与控制环节之间的耦合,降低甚至消除不稳定性,提高制导精度。

美国专家曾设想:在今后20年里,无人机攻击编队将能像杀人蜂那样蜂拥至敌人的阵地,发射导弹。如果这种情形真的成为现实的话,“长钉”无疑是美军最为理想的首选弹药:价格低、重量轻、威力大、精度高。

研发低特征信号固体火箭推进剂提高导弹发射隐蔽性

令人担忧的是,和核武器比起来,无人机技术要简单得多。不要说一般大国都将会拥有,就是一些小国甚至那些不承认国界的“恐怖分子”也可以掌握。恐怕到那时候,美军又该忙着研究怎么防范无人机了吧!

低特征信号是指火箭发动机排气羽流的烟、羽焰的可见光、红外和紫外辐射等特征信号较低,使导弹具有较好的隐蔽性,是研发长钉长矛等手持发射微小型导弹的关键技术之一。研究低特征信号推进剂,实现推进剂无烟无焰,提升固体推进剂的安全性,是国内外研究的重点。美国开展了低特征信号火箭推进项目研究,旨在提升低烟火箭推进系统的钝感性能,2018~2023年集中解决碎片撞击、慢烤燃问题,以及药型罩金属射流对导弹推进系统的钝感性能响应问题。

目前,导弹固体发动机采用的低特征信号推进剂主要是双基和复合固体推进剂。其中采用含叠氮基的含能粘合剂代替现有的惰性粘合剂而成的叠氮低特征信号推进剂,具有密度大、氧平衡值高、燃气洁净、特征信号低、热安全性高、与含能增塑剂相容性好等优点,已成为低特征信号推进剂的首选。

微小型导弹发展趋势

无人机作战、城市巷战以及反恐战争对单兵携带高精度制导弹药的需求,推动了微小型导弹的迅速发展。在捷联制导技术、导引头技术、导弹微小型化等关键技术工程化应用方面取得更进一步突破后,微小型导弹有望大量部署,实现高精度、低成本作战。

实现通用化、模块化、低成本,满足未来作战需求

目前,美军正积极发展微型直接碰撞杀伤导弹的多任务能力,实现多平台通用;长钉长矛导弹更是以低廉的价格成为步兵作战利器。未来,发展微小型导弹首先应考虑通用化、模块化、低成本。开展多平台、多军种通用设计,能实现单兵、地面固定装置、小型无人机、小型舰艇等多方式发射,为各军种提供快速、便捷、机动、灵活的对战术打击能力。采用模块化设计思想和标准化元件,最大限度地使用其他导弹的零部件或商业现货,增强互换性,减少系统结构变动和新研元件带来的成本。

加速微惯性传感器发展与应用,进一步提高打击精度

面向未来高强度对抗与GPS拒止环境作战需求,微小型导弹惯性测量器件在满足小型化基础上,还需进一步提高精度。目前,不依赖GPS的微惯性传感器成为关注焦点。美国休斯研究实验室计划将哥氏振动陀螺的微机电系统传感器与极精准原子钟的基准频率同步,利用原子超精细跃迁频率的精确性,研制不依赖GPS的惯性传感器。诺斯罗普格鲁门公司正在研制基于MEMS的下一代导航级惯性测量装置的原型系统,以取代美军当前部署的器件,提供更加精确的导航数据。

提高网络化、智能化水平,开发战场运用新模式

目前,微小型导弹主要应用于单兵作战,打击运动速度相对较低的地面目标。未来,在嵌入网络技术与人工智能技术后,微小型导弹的作战运用范围可进一步拓展。一方面,微小型导弹可装备陆海空的小型作战平台或无人平台,利用网络化技术增强与外部传感器的信息交互能力,拓展打击目标的类型与范围;另一方面,微小型导弹可利用人工智能技术发展多弹协同作战能力,成为多对多导弹对抗的手段之一。

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