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[军事] 讲武谈兵|美军“脑洞大开”,研发“变异”空空导弹

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发表于 2023-3-18 10:23 AM | 显示全部楼层 |阅读模式


讲武谈兵|美军“脑洞大开”,研发“变异”空空导弹

澎湃新闻特约撰稿 王若鸿
2023-03-14 06:54
来源:澎湃新闻
 ∙ 澎湃防务 >
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近日,美国空军研究实验室在2023年空军和太空部队协会战争研讨会上,首次展示了正在研发中的“变异”空空导弹。“变异”的英文单词为MUTANT,其实就是“铰接式弹头技术”的缩写。与常规设计的空空导弹不同,“变异”空空导弹的“独门绝技”就是在弹头与前部弹体之间加装一个特殊的旋转段,从而使得弹头可以实现大角度转向。

以往各国设计研发的空空导弹无论采用哪种翼面布局和动力系统,就弹体而言都可以视为一个刚性固定的筒形结构,而“变异”空空导弹的出现,提出了“可变弯度柔性弹体”这样一种全新的概念,真可谓“脑洞大开”。

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“变异”空空导弹的弹头可以实现大角度转向。

突破瓶颈

应该说,从整个航空武器装备发展的角度来看,空空导弹的进步实际上对于空战能力的提升更为重要。无论是综合性能如何出色的隐身战斗机或者非隐身战斗机,如果没有配备足够强大且先进的空空导弹,那么其空战能力都是要大打折扣的。

这一方面比较典型的例子就是苏联在冷战时期一直与美国进行先进战斗机的竞赛,到20世纪80年代终于研制成功了苏-27和米格-29两型第四代战斗机的出现,取得了一定的技术优势。在苏联解体后的20世纪90年代中期,俄罗斯空军曾经与美国空军进行了多次战斗机模拟空战,参演的型号就是苏-27与F-15,最终连美国飞行员也不得不承认苏-27的机动性能要远优于F-15。

但是,苏联在空空导弹发展上却一直落后于美国,无论是近距空空导弹R-73还是中远距空空导弹R-77,综合性能都比不上持续改进的AIM-9“响尾蛇”和AIM-120系列,所以在经历了2019年空战惨败的经历后,印度无论如何也要为己方战机换装以色列生产的“德比”ER和国产的“阿斯特拉”中距空空导弹,代替俄制R-77,甚至不惜重金从MBDA公司采购大批“流星”中远距空空导弹。

从近年来各国空空导弹的发展来看,毫无疑问是遇到了一定的发展瓶颈或者说碰到了“天花板”。在经历了从常规固体火箭发动机到冲压发动机,再到双脉冲发动机,从鸭式布局到正常式布局、旋转弹翼布局,再到无尾式、无翼式布局等设计理念的不断更新迭代后,空空导弹似乎很难再有新的突破。

其实,目前空空导弹的主要发展趋势就是两点:一是在保持现有射程的前提下,大幅缩小弹体尺寸和重量;另一个发展趋势就是在保持现有弹体尺寸和重量的前提下,大幅提升射程。

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“变异”空空导弹若研制成功并量产很可能引发空空导弹发展的一次革命。

在缩小弹体尺寸和重量方面,美国雷神公司和洛·马公司都在研发新一代小型中远距空空导弹,前者名为“游隼”,后者名为“梭鱼”。这两型正在研发中的空空导弹在外形尺寸上仅为AIM-120的一半,这就意味着F-22A“猛禽”隐身战斗机在机腹弹舱内如果全部装备这种小型中远距空空导弹,数量将从AIM-120的6枚翻倍到12枚。

事实上,隐身战斗机弹舱载弹量较少一直是未能解决的难题。首开世界隐身战斗机先河的F-22A“猛禽”可携带2枚AIM-9“响尾蛇”近距空空导弹和6枚AIM-120中远距空空导弹,而非隐身的F-15战斗机通常可以挂载4枚AIM-9“响尾蛇”近距空空导弹和4枚AIM-120中远距空空导弹,F-35“闪电”Ⅱ的载弹量更少,只有2枚AIM-9“响尾蛇”近距空空导弹和4枚AIM-120中远距空空导弹。到了美国最新研发的F-15EX战斗机,其极限载弹量可达到惊人的22枚AIM-120中远距空空导弹。所以,如果“游隼”和“梭鱼”这类小型中远距空空导弹能够最终研发成功,对于隐身战斗机的战斗力提升将是质的飞跃。

接下来我们聊聊提升导弹射程。洛·马公司研发的JATM、雷神公司研发的LREW以及波音公司研发的LRAAM都是这一思路,其外形尺寸、重量与AIM-120基本相当,或者略大一些,但是射程都有大幅提升,一般都要达到200公里,甚至400公里。所以,F-22A“猛禽”和F-35“闪电”Ⅱ也可以选择挂载这类大型超远距空空导弹,以获得打击对方空中预警机、空中加油机等这类重要特种飞机的能力。

那么,如果美国空军正在研发的铰接式弹头技术能够获得成功,对于空空导弹的发展来说,即便称不上是一场颠覆式的革命,至少也是一个值得关注的“里程碑”。

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传统气动布局的空空导弹的发展已经快到天花板了。

有何特点

我们可以做一个类比,采用常规设计布局的空空导弹好比是鱼类,在水中需要利用尾鳍、背鳍以及腹鳍等各种鳍,再加上身体的高速摆动来实现前进以及控制方向,那么,“变异”空空导弹就好比是蛇类,虽然没有各种鳍,但是在水面以及水中游动时的速度和灵活性其实不输于鱼类,甚至更好。而蛇在游动时,除了利用身体摆动,行进方向则主要依靠蛇头来控制。从仿生学的角度看,“变异”空空导弹可以大幅摆动的弹头就相当于蛇头。

那么,对于“变异”空空导弹来说,采用铰接式弹头技术的第一个好处就是不需要再配备各种舵面以及控制用的舵机,包括利用发动机尾流实现控制的燃气舵,当然也不再需要依靠折流板来实现方向控制的矢量推力系统。这样的话,“变异”空空导弹的外形尺寸和体积就可以大幅减小,以实现更多的载弹量。或者,保持原有的尺寸和体积,将预留下来的内部空间用来装载更多的燃料或者其他设备,从而实现射程的大幅提升。也就是说,在空空导弹的两大发展趋势上,“变异”空空导弹都能够得到更好的性能提升。

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“变异”空空导弹具备对付高机动目标的能力。

第二个好处就在于“变异”空空导弹通过弹头的大幅摆动,可以更好地锁定跟踪高机动目标。关于这一点,美国空军在对“变异”空空导弹进行技术说明的时候也提到了,其主要目的就是针对未来可能出现的高机动、大过载无人战斗机。

这是因为目前各国研发装备的各型空空导弹,特别是用于格斗空战的近距空空导弹基本上都是以有人驾驶战斗机或者其他飞机来进行设计的,而我们知道,按照现有的航空技术水平,飞行员能够承受的瞬时最大过载也只有9g。但是,随着无人机技术的飞速发展,事实上能够突破人体过载限制的高机动、大过载无人战斗机已经出现端倪。尤其是采用飞翼布局的无人战斗机,其在结构强度上更有优势,最大过载超过10g乃至12g也不再只是梦想。那么,在这种情况下,即便是现有机动性最强、瞬时最大机动过载超过60g的空空导弹,也未必能够对付这种极其灵活的且目标特征较小的无人机。

所以,“变异”空空导弹采用铰接式弹头技术后,通过弹头的摆动,一方面可以实现更快的方向控制响应速度,相对弯曲的弹体也可以承受更大的机动过载。而以往常规空空导弹采用的刚性固定式筒形结构在超大过载情况下,很容易受力折断。另一方面,“变异”空空导弹的导引头在弹头摆动的情况下,还能够大幅拓展跟踪锁定视野,避免因为无人机瞬时大机动脱离而丢失目标。事实上,我们在《动物世界》《人与自然》这些纪录片中看到蛇类捕猎的场景时,就会发现蛇在高速追击目标的时候,蛇头是始终跟着目标的移动而摆动的,这不仅可以保证蛇始终可以紧盯住目标,还能够进一步引导身体行进的方向。那么,“变异”空空导弹跟踪锁定空中目标的方式,就与蛇类非常相似。

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美国空军研究实验室已经进行铰接式弹头技术的验证测试。

前景几何

目前,美国空军研究实验室已经以AGM-114“地狱火”空地导弹的弹体为基础进行铰接式弹头技术的验证测试。未来,除了空空导弹,其实这一技术可以应用在其他有高机动、大过载要求的各型导弹上,包括地空导弹、空地导弹、反舰导弹等等。

那么,在空空导弹的应用上,笔者分析有两种可能:一是在近距空空导弹上,采用弹头摆动的方式,有利于大幅提升机动性能。如果在弹头部再加装小型的十字形边条翼,气动效果可能会更好,尾翼则可以采用固定式的小展弦比十字翼面。在中远距空空导弹上,旋转段设在导弹尾部也许效果会更好一些,能够取代传统的燃气舵以及矢量推力系统,弹体中部设置十字形边条翼即可,无需其他翼面。而对于一些大型导弹来说,在头部和尾部各设置一个旋转段,实现弹体三段式摆动,对于提升飞行性能、机动能力以及搜索目标的能力都有很多好处。

当然,当一项新技术出现且处于研发阶段的时候,其面临的困难和难关也是比较多的。对于铰接式弹头技术来说,首先要面对的就是旋转段的可靠性问题。虽然美国空军研究实验室是借鉴了F-35B隐身战斗机可旋转尾喷管来设计旋转段,毕竟导弹要在高速飞行且承受大过载的情况下进行旋转,其难度是可想而知的。此外,旋转段也会成为整个导弹弹体结构强度比较薄弱的地方,如何使其能够满足强度要求,也是一个急需解决的难题。

总之,铰接式弹头技术的出现,确实为我们展示了空空导弹在设计上的一个新的方向,其究竟能否带来飞跃性的进步,可以拭目以待。

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