末端防空導彈發(fā)展現(xiàn)狀及彈族架構(gòu)方案分析*

劉朝琪，文立華

（西北工業(yè)大學 航天學院，陜西 西安 710072）

0 引言

現(xiàn)代防空體系由遠程打擊、中程攔截和末端防御構(gòu)成的3 層體系構(gòu)成。在體系化防空作戰(zhàn)中，需要不同射程銜接的防空導彈相互配合才能有效對抗體系化空襲威脅［1-3］。從國外防空導彈發(fā)展來看，末端防御領(lǐng)域防空導彈是國際上種類最多，市場最活躍，年產(chǎn)量最多，裝備與使用也最多的戰(zhàn)術(shù)導彈［4］。

在近程末端防御領(lǐng)域，防空導彈按射程又可分為末端防空導彈和近程防空導彈。在進行防空導彈研制時，若不同射程的防空導彈獨立研制，必然帶來設計、生產(chǎn)、使用、維護等全生命周期成本大幅增加，經(jīng)濟性難以承受，制約了防空體系作戰(zhàn)效能發(fā)揮。彈族化設計可有效提高防空導彈體系作戰(zhàn)效能［1，5］，利于提高防空導彈全生命周期經(jīng)濟性，因此在防空導彈研制中得到了廣泛應用。

從國外典型防空導彈彈族發(fā)展來看，包括“標準”、“紫苑”、SAHV 等，其設計核心理念為模塊化、系列化［6-7］，可根據(jù)不同作戰(zhàn)使命模塊化配置導引頭、戰(zhàn)斗部、動力系統(tǒng)（甚至氣動構(gòu)件）等形成滿足作戰(zhàn)需求的導彈，在統(tǒng)一的架構(gòu)系統(tǒng)下形成彈族，進而滿足體系防御作戰(zhàn)需求，同時也有利于防空導彈系列化性能演進提升，滿足日益變化的空襲威脅防御需求。由于彈族設計基于模塊化設計的理念，因此，防空導彈彈族的架構(gòu)設計為設計的關(guān)鍵，良好的彈族架構(gòu)應具有模塊化程度高、部件通用性好的特點，有利于導彈能力快速升級。

隨著現(xiàn)代作戰(zhàn)理論的深刻變革，信息化、智能化等已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要特點，無人機、精導彈藥等裝備的大規(guī)模使用，使末端防御領(lǐng)域防空導彈需求也發(fā)生了變革，因此有必要對新型末端防御領(lǐng)域防空導彈進行研究。本文對國外末端防御領(lǐng)域防空導彈發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析，并對新型末端防御領(lǐng)域防空導彈需求進行了研究，采用彈族化設計對新型末端防御領(lǐng)域防空導彈彈族架構(gòu)方案進行了初步設計分析。

1 國外末端防御領(lǐng)域防空導彈發(fā)展現(xiàn)狀及特點分析

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1 俄羅斯

俄羅斯末端防御領(lǐng)域防空導彈系統(tǒng)主要為“鎧甲”和“道爾”，均具備對固定翼飛機、直升機、巡航導彈、空地導彈、制導炸彈、無人機等目標攔截能力，兩型系統(tǒng)最新型號為“鎧甲”SM 和“道爾”-M2。

“鎧甲”最新改進計劃為“鎧甲”-SM［8］，與“鎧甲”S2 相比，通過對57E6 導彈改進，“鎧甲”SM 射程增大了一倍。57E6 改進型導彈保持了兩級分離的總體設計方式，通過增大助推發(fā)動機并使最大射程達到40 km；制導體制由指令制導改進為相控陣主導雷達尋的制導。“鎧甲”SM 計劃增配“釘子”導彈提升對輕小型無人機攔截能力。

道爾最新型號為“道爾”-M2［9］，與“道爾”-M1 相比，導彈由9M331M更換為9M338K導彈，9M338K導彈具有更小的尺寸和更大的射程，使得系統(tǒng)載彈量由8 枚增加至16 枚，射程由12 km 增加至16 km，具備行進中發(fā)射作戰(zhàn)能力。

1.1.2 美國

美國末端防御領(lǐng)域防空導彈主要包括海軍RAM 和“海麻雀”，陸軍SLAMRAAM 和M-SHORAD。

RAM 用于海軍艦艇末端防空作戰(zhàn)，最新改進型為RAM-Block2［10］。與RAM-Block1 相 比，RAMBlock2 改進包括一套四軸獨立控制作動系統(tǒng)、高靈敏度被動射頻導引頭和紅外導引頭、數(shù)字式自動駕駛儀等，導彈射程由10 km 增大到15 km，機動能力由20g增大至45g，同時還具備對海上小型艦艇打擊能力。

“海麻雀”新改進為ESSM 導彈，為美海軍近程防空導彈，在原“海麻雀”基礎上將氣動外形改為邊條翼布局，發(fā)動機由203 mm 增大至254 mm，射程由15 km 增 大至50 km。最新型 號為ESSM Block2［11］，是在現(xiàn)有Block1 的基礎上改進而來，前段直徑也增加到254 mm，增強了導引頭性能，使用雙模主動/半主動X 波段雷達導引頭替換了Block1 導彈的半主動雷達導引頭。ESSM Block2 導彈還進行了戰(zhàn)斗部的改進和制導控制段的升級，并使用新的雙波段收發(fā)器（S 波段和X 波段）實現(xiàn)導彈在飛行過程中的控制和管理。

SLAMRAAM 由美國陸軍基于AMRAAM 空空導彈（AIM120）改制，最新改進計劃為AMRAAM-ER 導彈［12］。改進后，該導彈主要由AIM-120 導彈前段和改進型“海麻雀”（ESSM）發(fā)動機組成，導彈具有更高的速度和更強的機動性，系統(tǒng)射程由17 km 增加到近40 km，為典型近程防空導彈。

M-SHORAD 機動近程防空系統(tǒng)，該系統(tǒng)過渡型號采用AIM-9X Block2 和“長弓海爾法”兩型導彈，AIM-9X Block2 用于對固定翼飛機、直升機等目標攔截，“長弓海爾法”增加數(shù)據(jù)鏈后用于攔截輕小型無人機并保留了對陸打擊作戰(zhàn)能力，但射程和攔截目標類型不滿足需求。后續(xù)將采用直接碰撞設計的新型CUDA 導彈，提升對導彈類目標攔截能力，射程增加至20 km。

1.1.3 歐洲

歐洲主要國家均在開展末端防御領(lǐng)域新型防空導彈研制，以實現(xiàn)作戰(zhàn)能力全面升級。英國的通用模塊化防空導彈（common anti-air modular missile，CAMM）、德國的陸射型“彩虹”導彈、以色列Spyder等新型末端防御防空導彈已陸續(xù)進入試驗和部署階段，法國下一代“米卡”（MICA NG）已開展研制。

英國通用防空模塊化導彈（CAMM）是為滿足未來面空導彈和空空導彈需求，進行研制的陸軍、海軍、空軍三軍通用型導彈，將取代“長劍”近程地空導彈和“海狼”近程艦空導彈。CAMM 采用紅外成像制導或主動雷達尋的制導，可用于執(zhí)行空空格斗、地/艦空攔彈、反水面小型艦艇等任務，有效射程超過25 km，最大馬赫數(shù)達到3，增程型CAMM-ER 導彈，加長了推進系統(tǒng)艙段來增加固體燃料裝載量并提高射程，射程達到40 km［13］。

MICA NG 為“當米卡”導彈深度改進，除氣動外形保持不變外，電子設備及發(fā)動機將全面升級換代，既可作為空空導彈，也可作為地空/艦空導彈使用［14］。在改進方面，紅外導引頭將采用靈敏度更高的紅外陣列成像傳感器，雷達導引頭將采用有源相控陣導引頭，動力系統(tǒng)將改為雙脈沖固體火箭發(fā)動機，射程將達到40 km，可有效應對飛機、直升機、巡航導彈、無人機等各種威脅。

1.2 發(fā)展特點分析

通過綜合分析可知，國外末端防御領(lǐng)域新型防空導彈逐漸形成實戰(zhàn)裝備。并根據(jù)新的威脅需求不斷演化改進，呈現(xiàn)出如下特點：

（1）進一步增大射程

國外末端防御領(lǐng)域新型防空導彈顯著特征之一就是進一步增大射程，以適應對無人機、新型打擊武器等攔截需求。近程防空導彈射程由30 km增加至40～50 km，如57E6改進型，AMRAAM-ER，ESSM，CAMM-ER，“米卡”NG 等，其射程與傳統(tǒng)中程防空導彈重疊區(qū)域進一步擴大。末端防空導彈由10 km 增大至15～30 km，如9M338K，RAM-Block2，CUDA，CAMM，IRIS-T SL 等。

（2）提升制導攔截能力，制導體制多樣化，有效應對新型威脅

現(xiàn)代防空作戰(zhàn)威脅種類復雜多樣，隨著空襲目標隱身化、小型化并集群化使用，要求近程末端防空導彈制導攔截能力進一步提高，滿足高制導精度、高效毀傷、多目標攔截等能力需求。如ESSM 由半主動制導體制改進為雙模主動/半主動尋的制導體制，RAM-Block2 改進控制系統(tǒng)、被動射頻導引頭和紅外成像導引頭、數(shù)字式自動駕駛儀等，IRIS-T SL 增加雙向數(shù)據(jù)鏈，“米卡”NG 采用靈敏度更高的紅外陣列成像傳感器、有源相控陣導引頭等。

（3）彈族化發(fā)展適應多平臺、多射程、多任務需求

為達到控制成本、縮短研制周期等目的，國外主要末端防御領(lǐng)域新型防空導彈普遍采用了彈族化設計的思路，包括在導引頭、動力系統(tǒng)等主要部件采用模塊化設計，以滿足多平臺發(fā)射、射程銜接、多類型目標打擊任務等需求。如“米卡”NG 采用紅外成像制導和主動雷達尋的制導導彈設計，并保留了原導彈氣動外形；CAMM 采用多制導體制空射程、面射型、增程型等設計；ESSM 從Block1 發(fā)展至Block2 制導能力提升；RAM，SLAMRAAM，“鎧甲”-SM 等系統(tǒng)導彈采用增程設計等。

（4）末端防御領(lǐng)域防空導彈任務使命重新定義，防空能力多任務發(fā)展

隨著包括紅外成像、數(shù)據(jù)鏈、GPS/INS 等制導技術(shù)不斷發(fā)展，一型導彈完成對空對海/地等多任務能力成為可能。如RAM-Block2 導引頭具備對水面小型艦艇打擊能力；IRIS-T SL 通過軟件升級實現(xiàn)對地面目標打擊能力；CAMM，LFK-NG 可執(zhí)行防空、空空、空地等多種任務。

2 末端防御領(lǐng)域新型防空導彈需求分析

（1）廣譜目標攔截兼顧跨域打擊能力需求

在作戰(zhàn)對象方面，現(xiàn)代末端防御領(lǐng)域防空導彈已經(jīng)打破了傳統(tǒng)按野戰(zhàn)防空、要地防空等作為使命定位差異導致的作戰(zhàn)對象各有側(cè)重，除傳統(tǒng)各類空襲飛機、直升機、巡航導彈、空地導彈、制導炸彈外，各類無人機、火箭彈、制導炮彈等目標也成為末端防御領(lǐng)域防空導彈攔截的重點。此外，未來戰(zhàn)爭形態(tài)呈現(xiàn)出分布式特征，戰(zhàn)場縱深變大，時間敏感目標增多，防御與進攻轉(zhuǎn)換節(jié)奏加快，戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，戰(zhàn)場環(huán)境將更加復雜，只具備單一作戰(zhàn)任務能力的武器裝備將難以適應高技術(shù)戰(zhàn)爭復雜戰(zhàn)場環(huán)境需求。防空導彈還需具備一定的對地打擊能力，國外末端防御領(lǐng)域新型防空導彈均具備對地/海目標的打擊能力。

（2）新型打擊武器射程增大和無人機拒止攔截帶來的增程需求

近年局部戰(zhàn)爭表明，無人機是當前使用量最大的空襲平臺，無人機已成為末端防御領(lǐng)域防空導彈首要威脅之一。

無人機攜帶精確打擊制導彈藥后，其發(fā)彈距離不斷增大。美國最新型的空地導彈JAGM 由直升機或無人機低空發(fā)射，射程達到16 km，由中大型無人機（MQ-9B）、固定翼飛機（A10）等平臺高空發(fā)射時射程可達28 km［15］。此外，中大型無人機（MQ-9B）平臺高空投放GBU-38 聯(lián)合直接攻擊彈藥打擊距離也達到28 km 以上。目前正在研制的無人機專用滑翔制導炸彈GBU-69/B SGM 將使無人機打擊距離增大至37 km。

綜上，對于末端防御領(lǐng)域防空導彈，末端防空要求系統(tǒng)高機動伴隨防護作戰(zhàn)，對導彈輕小型化要求極高，而近程防空導彈則需具備區(qū)域防空能力。因此，末端防空導彈射程需達到16 km 以上，以應對無人機、直升機等目標低空突防打擊。國外9M338K，RAM-Block2，CUDA，CAMM 等末端導彈射程均接近或達到16～20 km。近程防空導彈射程需達到37 km 以上，以應對無人機防區(qū)外打擊威脅，國外57E6 改進型、AMRAAM-ER，ESSM，CAMM-ER，“米卡”NG 等均達到40 km 以上，因此新型近程防空導彈射程應不小于40 km。

（3）高精度制導攔截需求

末端防御領(lǐng)域防空導彈攔截目標類型多樣，其中，以制導炸彈目標攔截難度最大，除可探測性低外，該類目標尺寸小且殼體厚度大，對戰(zhàn)斗部威力要求較高，要求戰(zhàn)斗部破片具有足夠的穿甲能力和破片密度。由于戰(zhàn)斗部破片密度和穿甲能力均隨制導精度降低而降低，其中，破片密度隨著距離的平方成正比下降，穿甲能力隨距離呈指數(shù)降低［16］，因此，隨著制導精度的降低（脫靶量大）而戰(zhàn)斗部質(zhì)量迅速增大。射程要求不變的情況下，增大戰(zhàn)斗部不利于導彈輕量化設計。因此，為了保證有效擊毀空襲武器，高制導精度是實現(xiàn)對小尺寸厚壁目標（如制導炸彈目標）高效攔截的有效途徑，也有利于提升導彈輕量化、飛行速度、機動能力等性能。

（4）多制導體制互補適應多樣化作戰(zhàn)需求

現(xiàn)代戰(zhàn)爭不僅要求防空導彈具備全天候、復雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力，還需考慮多類型目標打擊、多平臺發(fā)射及經(jīng)濟性以滿足大規(guī)模裝備和低成本對抗需求。現(xiàn)役末端防御領(lǐng)域防空導彈呈現(xiàn)出指令制導、紅外尋的、雷達尋的等多種制導體制并存的特點。對末端防御領(lǐng)域防空導彈，在有限的空間尺寸下（彈徑一般小于250 mm）要求導引頭對目標具有足夠的探測威力，導引頭實現(xiàn)多模復合難度較大。國外新型近程末端防空導彈設計采用彈族化設計思路，通過模塊化更換制導探測設備，實現(xiàn)多制導體制，如“米卡”、CAMM 等導彈。

3 末端防御領(lǐng)域新型防空導彈彈族架構(gòu)方案分析

3.1 彈族架構(gòu)方案分析

彈族化設計的核心技術(shù)思想為部件的模塊化設計，可按功能劃分為探測模塊、毀傷模塊、動力模塊及導航、控制模塊等。典型彈族架構(gòu)如圖1所示。

圖1 彈族模塊化架構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of typical missile family architecture

針對多樣化需求，末端防御領(lǐng)域新型防空導彈彈族架構(gòu)方案為：

（1）在探測模塊方面，針對多制導體制互補適應多樣化作戰(zhàn)需求，可配置滿足紅外成像尋的、雷達尋的、無線電指令等多種制導體制的模塊化艙段，實現(xiàn)多種制導體制快速重構(gòu)，滿足對多種類型目標的制導攔截，甚至對面目標打擊。

（2）在毀傷模塊方面，基于不同制導體制具備的制導精度和對不同目標的打擊作戰(zhàn)能力，模塊化配置對應的導引頭，如具有較高制導精度的毫米波相控陣導引頭可配合大破片質(zhì)量戰(zhàn)斗部，滿足對制導彈藥（尤其是制導炸彈類厚壁目標）目標的攔截需求。

（3）在攔截空域方面，針對末端防空遠界不小于20 km、近程防空遠界不小于40 km 的需求，在制導模塊、毀傷模塊不變的情況下，可通過動力模塊更換，實現(xiàn)2 種射程的銜接覆蓋。在進行設計時，可采用主發(fā)動機整體更換的整體式架構(gòu)形式彈族，或者采用增加助推發(fā)動機的助推式架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 典型彈族動力架構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of typical missile family architecture

綜上，末端防御領(lǐng)域防空導彈彈族可通過不同探測制導模塊、毀傷模塊、動力模塊的靈活配置，滿足多制導體制、多類型目標打擊、不同射程銜接等復雜多樣化末端防御作戰(zhàn)需求，同時減少分系統(tǒng)產(chǎn)品的重復研制帶來的研制成本增加。高度模塊化設計帶來的工業(yè)大批量生產(chǎn)也有利于降低成本，促進導彈低成本化。

3.2 彈族動力架構(gòu)方案分析

從國外典型防空導彈彈族動力架構(gòu)形式看，可分為整體式架構(gòu)和助推式架構(gòu)2 種，架構(gòu)形式如圖2所示。整體式架構(gòu)彈族通過發(fā)動機模塊化設計實現(xiàn)射程提升，典型代表包括AMRAAM，ESSM，CAMM 等。助推式彈族通過變化助推器實現(xiàn)增程，典型代表包括“鎧甲”S2 57E6、“標準”、Aster 等。

因此，彈族動力架構(gòu)方案分析思路為，首先開展20 km 末端防空導彈方案總體參數(shù)設計，作為基本型，通過動力系統(tǒng)能力提升或通過增加助推器開展助推式40 km 近程防空導彈方案設計，構(gòu)建近程末端防空導彈彈族。

3.2.1 末端防空導彈方案總體參數(shù)

對末端防空導彈，采用單推力、單室雙推力、雙脈沖等動力形式進行總體參數(shù)設計，設計結(jié)果對比如表1 所示。采用雙脈沖發(fā)動機的導彈全彈質(zhì)量最輕，比采用單室單推力方案導彈輕5%，但平均速度較其他2 種推力形式低。單室雙推力方案導彈重量介于單推力和雙脈沖之間，且平均速度最大。鑒于單室雙推力方案平均速度最大，有利于武器系統(tǒng)效能提升，且質(zhì)量較優(yōu)，綜合考慮，末端防空導彈采用單室雙推力動力系統(tǒng)方案。

表1 末端防空導彈不同動力形式總體參數(shù)對比Table 1 Comparison of overall parameters of terminal air defense missile with different power forms

3.2.2 助推式近程防空導彈總體參數(shù)

在末端防空導彈基礎上增加助推器實現(xiàn)導彈增程，構(gòu)建助推式近程防空導彈。經(jīng)優(yōu)化后的助推式近程防空導彈總體參數(shù)如表2 所示。

表2 助推式近程防空導彈總體參數(shù)Table 2 Overall parameters of boost short range air defense missile

3.2.3 整體式近程防空導彈總體參數(shù)

在末端防空導彈基礎上，通過增大發(fā)動機直徑增加能量，形成整體式近程防空導彈。同樣采用單推力、單室雙推力、雙脈沖等動力形式進行總體參數(shù)設計，設計結(jié)果對比如表3 所示。可知，與末端防空導彈類似，采用雙脈沖發(fā)動機的導彈全彈質(zhì)量最輕，比采用單室單推力方案導彈輕7.6%，但平均速度遠低于其他2 種推力形式方案。單室雙推力方案導彈質(zhì)量介于單推力和雙脈沖之間，且平均速度最大，比雙脈沖大約100 m/s。綜合考慮，整體式近程防空導彈采用單室雙推力方案。

表3 整體式近程防空導彈不同動力形式總體參數(shù)對比Table 3 Comparison of overall parameters of different power forms of integral short-range air defense missiles

3.2.4 末端防御領(lǐng)域防空導彈彈族動力架構(gòu)分析

末端防御領(lǐng)域防空導彈總體參數(shù)如表4 所示。由助推式和整體式近程防空導彈彈族總體參數(shù)來看，2 種技術(shù)體制各有優(yōu)勢。

表4 末端防御領(lǐng)域防空導彈彈族總體參數(shù)對比Table 4 Comparison of overall parameters of terminal defense air defense missile family

助推式導彈質(zhì)量最輕，速度最大，需對增加助推器后制導控制系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)進行適應性改進設計，但助推器分離前導彈控制性能受到影響，近界性能不如整體式導彈。同時，助推式會增加全彈長度，帶來剛度下降、尺寸超過發(fā)射裝置限制、助推發(fā)動機脫落附帶損害等不利影響。對于現(xiàn)代體系化防空作戰(zhàn)而言，若助推發(fā)動導致全彈長度增加帶來的不利影響可接受，助推式近程防空導彈的近界死區(qū)可由末端防空導彈填補，采用助推式彈族技術(shù)體制在速度特性、全彈質(zhì)量等方面具有技術(shù)優(yōu)勢。

整體式近程導彈具有平均速度大的優(yōu)勢，但整體式近程導彈外形變化巨大，導致導彈飛行控制系統(tǒng)需重新設計和驗證。但整體式彈族架構(gòu)不存在整彈長度顯著增加的問題，如CAMM-ER，ESSM 采用了整體式彈族架構(gòu)。

4 結(jié)論

本文針對體系化防空作戰(zhàn)對末端防御領(lǐng)域防空導彈需求，對國外末端防御領(lǐng)域新型防空導彈的發(fā)展現(xiàn)狀及需求以及導彈彈族架構(gòu)方案進行了分析研究，主要結(jié)論如下：

（1）國外末端防御領(lǐng)域新型防空導彈呈現(xiàn)出射程增大、制導能力提升、制導體制多樣、任務跨域拓展等特點，體現(xiàn)了末端防御領(lǐng)域防空導彈發(fā)展方向。

（2）末端防御領(lǐng)域新型防空導彈在攔截目標方面需具備廣譜目標攔截兼顧跨域打擊能力，在射程方面末端防空需增大至20 km、近程防空需增大至40 km 以上，制導體制多樣化且制導精度需進一步提高以適應導彈輕小型、高毀傷的需求。

（3）彈族化設計是滿足末端防御領(lǐng)域多樣化需求的有效手段，彈族架構(gòu)設計重點為動力系統(tǒng)能量優(yōu)化設計，以末端防空導彈為基本型，通過采用助推式或整體式動力系統(tǒng)方案構(gòu)建近程防空導彈，形成近程末端防御領(lǐng)域防空導彈彈族。

（4）助推式近程防空導彈質(zhì)量最輕，速度最大，且對制導控制、彈體結(jié)構(gòu)等改進較小，攔截近界性能不足問題可由末端防空導彈彌補。若助推發(fā)動導致全彈長度增加帶來的不利影響可接受，從總體參數(shù)的角度來看助推式架構(gòu)較優(yōu)。