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高超声速精确打击武器制导控制关键技术

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摘要:首先分析了以超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航导弹的主要技术特点,介绍了高超声速巡航导弹的国外发展现状;在此基础上,着重探讨和分析了高超声速巡航导弹动力学建模、飞行控制、制导体制选择及导引律设计、高动态雷达精确制导和高温高速光电制导五个方面的关键技术特点和后续应重点关注的技术发展途径,为高超声速精确打击武器制导控制技术研究提供一定的参考。

关键词:高超声速;精确打击;制导控制;巡航导弹

高超声速武器是指飞行马赫数大于或等于5,主要在临近空间飞行的各类武器。在各类高超声速武器中,以吸气式发动机为动力,在大气层内进行高超声速远程巡航的高超声速巡航导弹具有射程远、机动能力强、突防效果好、反应速度快、命中精度高、毁伤效果好等特点,对增强远程精确打击武器装备体系的整体作战能力、确保信息化局部战场上的精确打击优势具有重要意义,现其已经成为高超声速武器领域一个极其重要的发展方向。

01 高超声速巡航导弹主要技术特点

高超声速巡航导弹能够在临近空间实现长时间有动力高超声速飞行,可在巡航飞行中按需改变飞行高度、速度和方向,具有相当大的轨迹灵活性和很高的撞击速度,这样的灵活性和撞击速度使导弹对时间敏感、严密防御、加固或深埋目标具有独一无二的打击能力。此外,由于其全程有动力、全程可操控、全程高机动的特点,在时间和空间上可按需灵活运用,与现有导弹配合,协同突防和集群攻击,形成优势互补,具有很好的应用前景。

与传统亚声速、超声速武器相比,高超声速巡航导弹具有以下典型的技术特点:

(1)飞行速度快,目标“发现即摧毁”

高超声速巡航导弹全程以马赫数5以上速度巡航,能够有效压缩对敌防御系统时间,实现发现即摧毁。打击1000 km相同射程的目标,亚声速导弹约需一小时完成打击,超声速导弹约需20分钟完成打击,而高超声速导弹不足十分钟即可完成打击,使拦截成功率因反应时间太短而大幅下降,实现敌目标起飞/发射前即摧毁的效果。

(2)被拦截概率低,处于反导系统防御薄弱区

高超声速巡航导弹在临近空间内高速机动飞行,要求拦截导弹机动能力强。现有防空导弹主战空域较低或在相应空域内的拦截能力大幅下降,难以覆盖高超声速巡航导弹飞行空域;现有末段高层反导武器主要针对40 km以上惯性飞行的弹道导弹,但存在机动能力不够的问题,短期内无有效可实现拦截高超声速巡航导弹的防御体系。

(3)机动能力强,弹道灵活全空域突防

高超声速巡航导弹在巡航段和俯冲攻击段均具有多方向、多种形式下的机动能力,防御系统无法预测导弹弹道;高超声速巡航导弹有动力飞行,导弹机动过程不以牺牲速度为代价,保证了落速和动能,大大增加了现有反导系统的拦截难度、毁伤效果,自主机动突防打击能力优势明显。

02 高超声速巡航导弹研究现状

高超声速巡航导弹的巨大优势和潜力已经引起世界各国的极大关注,目前有能力研制高超声速武器的国家主要是美国、俄罗斯等军事科学技术十分发达的国家,但目前尚未研制出实用型的高超声速巡航导弹。

(1)美国

美国认为高超声速技术是五大改变作战模式的技术之一和七项常规威慑技术之一,可在速度、范围、灵活性和准确性方面增强军队的作战能力。

近年来,美国以高超声速巡航导弹为应用背景,先后提出了ARRMD, X-51A, HSSW, HAWC等多个关键技术验证项目和武器化发展项目。其中,ARRMD为1998年提出的可负担快速响应导弹项目,在2005年项目中的升力体方案演变为X-51A项目;基于X-51A技术成果,于2012年提出了HSSW高速打击武器项目,目的是研发一种至少能以马赫数5飞行的防区外武器,用于对敌方先进的防空系统及时敏目标进行打击,提高第5代战斗机应对反介人/区域拒止的能力;2010-2013年,美国先后开展了四次X-51A飞行试验,针对前三次飞行试验出现的问题不断改进,并在第四次飞行试验中实现了最大飞行马赫数5.1、有动力飞行时间210s。 X-51A第四次飞行试验的成功,标志着吸气式高超声速技术已逐渐成熟,具备向军用装备成果转化的基础和条件。2014年,由HSSW项目衍生出HAWC项目,作为美国重点实施的高超声速巡航导弹演示验证项目,发展路线如图1所示。

美国高超声速巡航导弹发展路线

图1美国高超声速巡航导弹发展路线

HAWC作战使用示意图如图2所示,目标是形成巡航飞行马赫数6、射程大于1000 km的高超声速巡航导弹,用于打击高价值固定目标、水面目标和移动目标,可实现战斗机外挂和轰炸机内埋,预期将在2019年前后完成武器化相关技术的验证试验。

HAWC作战使用

图2 HAWC作战使用

在精确制导控制技术方面,2014年8月,美国空军科学顾问委员会在其公布的《高超声速飞行器技术成熟度研究》内容中称“大约能够在2025年前后实现”战术射程的空射高超声速打击武器,并明确提出“导引头和导引头集成技术具有最高优先级”和“探索适用于高超声速打击武器末端高速的杀伤弹药”,说明美国空军已经开始将研究重点转向更为贴近导弹武器的导引头和战斗部等分系统技术上。而据美国空军AFSBIRSTTR网站报道,美国空军于2015年1月15日发布了包括《用于高超声速飞行器的创新型合成孔径雷达及地面移动目标指示器》和《高超声速飞行环境对光电和红外传感器的影响》在内的多项高超声速飞行传感器设计方案征询通告,探求用于高超声速飞行器的创新型SAR/GMTI及其应用于不同高超声速飞行器和不同飞行轨迹时的性能,探讨高超声速飞行气流环境对光电/红外传感器的影响和减轻该不利影响的对策。从相关发展情况也可以发现,目前高超声速导弹制导控制的主要技术难点集中在导引头和末段高速机动打击方面。

(2)俄罗斯及其他国家

俄罗斯开展了“锆石”项目的研究,目标是研发一型飞行马赫数5~6、射程约400 km的海基高超声速巡航导弹。据报道,2016年3月和2017年4月“锆石”已各完成一次测试。印度借助俄罗斯力量,正在合作研发适装空基、陆基、海基的布拉莫斯-2高超声速巡航导弹,如图3所示。

布拉莫斯-2

图3布拉莫斯-2

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