國外導彈前沿技術發展及影響

□ 吳 勤

國外導彈前沿技術發展及影響

□ 吳 勤

前沿技術是物化新裝備、形成新能力的“孵化器”，對導彈發展與應用產生著重大影響。近期，隨著戰斗部、精確制導、預警探測等技術的不斷涌現，導彈綜合性能大幅提升，具有多用途、模塊化、智能化、微小型、跨域化等特點的新型導彈相繼出現，將會對未來戰場產生重要影響。

國外導彈前沿技術主要進展

開展導彈新概念研究與設計，取得諸多開創性成果

美國在研的“遠程反艦導彈”采用了智能化技術，具備一定自主作戰能力；采用微系統技術發展了“微型直接碰撞殺傷”“槍刺”“長矛”等導彈，最小質量已小于1千克；美國陸軍啟動模塊化導彈技術項目，將開發新型模塊化開放系統架構，這些模塊能組裝成空空、空地等多型導彈。歐洲近期提出“英仙座”海上打擊導彈、Flexis模塊化空射導彈等新概念導彈項目，涉及單兵便攜式導彈、反艦巡航導彈、戰術地對地導彈、模塊化機載導彈等，其發展更加關注偵察監視、毀傷評估、網絡化環境下的火力協同等作戰功能的實現（圖1）。

活性材料戰斗部、毀傷效應可調戰斗部、高功率微波戰斗部等發展活躍，可大幅提升導彈作戰毀傷效能與靈活性

圖1 Flexis模塊化導彈概念

圖2 可調戰斗部戰場應用示意

圖3 微型核磁共振陀螺儀

可調戰斗部采用精確起爆控制與戰斗部裝藥結構相結合，實現毀傷當量和毀傷模式可調。美國和德國的可調戰斗部技術均已進入工程研制階段，可控制戰斗部的毀傷半徑、范圍和效應，根據需要能實現破片、爆炸成形彈丸之間的轉換和并用。活性材料戰斗部在減少彈藥尺寸、提升殺傷力等方面具有重大作用。美國活性材料武器工程化應用的技術難題已基本解決，空軍正在開展“戰斧”活性材料多用途小型化戰斗部的研究，海軍計劃將活性材料應用于現役導彈中。高功率微波戰斗部將利用微波輻射攻擊敵方電子信息系統、指控系統、網絡系統等。美國于2012年完成首次作戰飛行試驗，2016年開始與常規空射巡航導彈進行集成，預計在2020年批量部署。

激光主動成像制導、彈載相控陣雷達、微型導航定位、原子陀螺、太赫茲制導等精確制導技術逐步成熟并向工程化邁進

激光主動成像制導技術具有信息維數多、測量精度高等特點，通過與其他制導體制復合，能夠顯著提升末制導探測識別和抗干擾能力。美國已研制出雪崩光電二極管陣列探測、自混頻陣列探測等激光凝視成像雷達，成功實現了激光組件與相控陣天線的芯片級集成，在研的彈載激光雷達將突破百毫焦量級光源。彈載相控陣雷達技術具有空間功率合成、波束快速電掃、全固態高集成度等優勢，在高精度、反隱身等方面具有獨特優勢，美國、日本等逐步在毫米波和厘米波導引頭中引入該技術。美國近期發展的新型聲波延遲器件、可擴展平面陣列、毫米波相控陣收發組件等技術將大幅減小相控陣雷達體積和質量，為實現彈上應用奠定基礎。微型慣導、原子陀螺等技術應用后將在現有慣導精度大幅提升的同時使系統質量、體積等下降2個數量級。美國已研制出功耗100毫瓦量級、短期穩定性優于30×10-11/天、長期頻率漂移為5×10-11/天的芯片級原子鐘樣機，開發出集成3個陀螺儀、3個加速度計、1個時鐘，體積僅8立方毫米的微型導航系統樣機。太赫茲波兼具毫米波與長波紅外的特征，天線工作帶寬寬、敏感目標微動特征顯著、角分辨率高，能夠提高導彈對目標要害部位的識別與選擇性摧毀能力。美國馬薩諸塞大學、噴氣推進實驗室等研制出多部太赫茲成像雷達樣機；美國猶他州立大學在天地協同一體化太赫茲探測技術方面取得重要進展。

渦旋電磁波探測、量子雷達、微波光子雷達、紫外探測等新概念、新原理、新體制不斷涌現，開辟了預警探測新的技術途徑

渦旋電磁波的等相位面呈渦旋狀，所攜帶的軌道角動量能提供新的信息維度，照射目標時相當于傳統平面波從多個角度連續入射。該技術仍處于實驗階段，在目標多維成像、雷達特性測量及目標識別等領域具有重大應用前景。量子雷達將量子信息調制到雷達信號實現對目標的探測，在隱身目標探測方面能力突出。美國羅切斯特大學成功驗證量子雷達對隱身目標的探測能力，英國約克大學開發出量子雷達原型樣機。微波光子雷達利用光子技術實現微波信號的產生與處理，具有高精度和大帶寬等優勢，能顯著提升傳統雷達性能（圖4）。美歐等國開展了“全光子數子雷達”“雙波段微波光子雷達”等項目，突破分系統與元器件層面多項技術，研制出了雷達樣機。紫外探測可在大氣層內探測導彈尾焰的紫外輻射，具有靈敏度高、虛警率低等優勢，為反導預警探測開辟了新的途徑。美國長期開展導彈日盲紫外輻射研究，通過“深紫外雪崩光電探測器”等項目已在軌演示驗證利用紫外進行導彈目標探測、識別和跟蹤的能力。

圖4 典型微波光子雷達發展歷程

爆震火箭發動機、組合動力、燃燒可控固體推進劑等先進動力技術取得了重要進展

爆震火箭發動機利用爆震燃燒機理，具有熱循環效率高、比沖高、油耗低等優點。美、俄等國已基本完成原理性實驗，驗證了不同尺寸燃燒室、不同推進劑組合的爆震波生成和傳播。俄羅斯于2016年對世界首臺液氧煤油旋轉爆震火箭發動機樣機進行了多次試驗，驗證了技術可行性。組合動力技術能發揮不同類型發動機優點，渦輪基組合循環發動機、火箭基組合循環發動機、吸氣式渦輪火箭發動機、連續爆震波沖壓發動機等能實現優化組合，是導彈動力未來重要的發展方向。燃燒可控固體推進劑技術是燃燒方式可控、燃速可調的先進固體推進劑配方設計及裝藥技術，可根據需要完成點燃或熄火的自主控制。美國中佛羅里達大學推出了一系列自熄火固體推進劑配方；雷聲公司采用電壓控制方式實現1.4-14兆帕環境下的可靠點火、持續燃燒與熄火。

石墨烯、隱身超材料、智能材料等先進材料對導彈性能產生了重大影響，3D打印、智能制造等方式顛覆了傳統導彈生產模式，顯著降低了導彈制造成本和周期

隱身超材料通過人為設計結構特征，擁有天然材料所不具備的隱身能力，已在美、俄部分導彈中得到初步應用。基于超材料的光學、電磁、聲學隱身材料均已問世，美國愛荷華州立大學研發的超材料實現吸波頻段8-11吉赫茲連續可調，較傳統材料隱身效果提高近百倍。石墨烯在紅外波段具有優越光敏特性和常溫光譜特性，可用于導彈非制冷紅外導引頭。美國東北大學制備的石墨烯基二維材料具有熱敏性和超感光性；瑞士的研究人員正開發可拾獲光子的石墨烯超感光探測器，比傳統硅基光電探測器靈敏度高上千倍。智能材料能夠響應外界環境變化，可應用于彈翼、彈體、彈頭等結構變形，有效提高導彈飛行性能。美國海軍利用鎳鈦形狀記憶合金制造了導彈的尾翼，可產生630兆帕縱向收縮力和84兆帕的拉伸力。歐洲MBDA公司提出的CVS101導彈將采用形狀記憶效應材料，外形尺寸可變。3D打印技術用于導彈制造可以有效降低成本、提高效率。雷聲公司利用3D打印技術制造出80%的導彈部件；ATK公司成功試驗了3D打印的高超聲速發動機燃燒室；美國海軍“三叉戟-2”D5 潛射導彈在2016年首次測試了采用3D打印的導彈部件。智能制造已成為先進制造的重要方向，對導彈生產制造將產生重大影響。美國導彈防御局已啟動“數字化推進器工廠”項目，支持從設計到生產的數字化工廠環境；洛·馬公司的新一代數字化制造系統已應用于導彈生產；雷聲導彈系統公司采用自動導引車實現導彈及零部件的自動搬運，使用六軸機器人完成導彈導引頭光學系統的裝配。

導彈前沿技術發展帶來的影響

提升導彈綜合性能

在打擊精度方面，主動激光、相控陣雷達導引頭等技術能夠顯著提升末制導探測識別和抗干擾能力；量子雷達、太赫茲雷達將顛覆傳統軍事偽裝與欺騙技術，實現對隱身目標的探測識別；原子陀螺等技術將使現有慣導系統精度提高3個數量級，為導彈提供長時精確慣性制導能力。在毀傷效果方面，毀傷可調戰斗部可選擇和控制毀傷效果，實時改變毀傷模式，大幅提高作戰靈活性；活性材料的運用使導彈戰斗部的毀傷能力成倍增長，其殺傷半徑是常規破片戰斗部的2倍，潛在毀傷威力可達5倍。在飛行性能方面，先進動力技術將提升導彈速度、射程、投擲能力等，實現導彈大空域、寬速域、多用途作戰；應用智能材料可改變導彈飛行特征，提升氣動性能和過載能力。在突防與生存能力方面，隱身超材料的應用大幅提升了導彈的多波段隱身性能，燃燒可控推進技術使導彈的機動能力顯著增強。

催生新型導彈問世

一是多用途導彈。先進制導技術能實現對不同類型目標的精確探測與識別，多模戰斗部、可調戰斗部等技術使一型導彈能根據不同目標靈活選擇殺傷方式，實現了“一彈多用”。二是模塊化導彈。采用模塊化結構設計技術后，可根據需求選擇導引頭、動力裝置等模塊化子系統進行整彈集成，組裝成多種適應不同任務的導彈。三是智能化導彈。自主導航制導、智能化信息處理、自適應飛行控制等技術能敏捷感知外界態勢，自主決策，智能化控制導彈飛向目標實現智能殺傷。四是微小型導彈。微系統、一體化等技術使導彈尺寸和質量大幅減少，能滿足特種作戰、機載平臺內埋、增加火力密度等作戰需要。五是跨域化導彈。組合動力、智能材料等技術使導彈在水下、稠密大氣、臨近空間、太空等不同空間的跨域作戰成為可能；高功率微波技術與導彈結合，形成了可在網電領域作戰的新型導彈。

改變導彈戰場運用

一是作戰范圍極大拓展。前沿技術的發展使導彈作戰空域極大拓展，在戰場上形成覆蓋超低空到太空，末端到遠程、超遠程，橫跨陸、海、空、天、網（電）的作戰能力。二是導彈攻防更加激烈。隨著前沿技術的應用，隱身突防與反制、遠程精打與攔截、網電攻擊與防護、高超打擊與防御、飽和攻擊與對抗等將使導彈攻防更加激烈復雜。三是支持新型作戰。前沿技術催生的導彈在跨域協同、一體化作戰、無人智能作戰、蜂群攻擊等新型作戰樣式中將發揮重大作用。四是顛覆戰時維修保障。模塊化、3D打印等技術的應用使作戰人員根據戰場實際，快速打印導彈部件，按需組裝導彈成為可能，對于后勤保障將產生重大影響。

變革導彈研制模式

模塊化導彈將改變原有設計模式，減少重復設計，實現以一條生產線生產多種類型的導彈，使維護、生產費用大幅降低；3D打印、智能制造將簡化生產工藝，縮短供應鏈與開發周期，加快零部件生產與系統集成速度。例如，美國導彈防御局“數字化推進器工廠”項目預計將使生產周期縮短10%-20%，成本降低15%-30%；洛馬公司采用3D打印制造的潛射導彈部件較傳統方法節省了一半時間；雷聲公司使用機器人進行導引頭光學系統裝配后，裝配時間由2天縮短到不足5分鐘。（北京航天情報與信息研究所）