二、精确制导技术在武器系统中的应用
20世纪50年代以后,精确制导技术在武器装备中得到广泛应用,促使精确制导式武器发展十分迅速。美、俄以及一些军事技术发达的国家,已装备或正在研制的各类精确制导武器约有200多种。其中,导弹约占精确制导武器总数的93%;制导炮弹约占4.3%;制导航弹和其他武器仅占2.4%左右。
(一)精确制导导弹
精确制导导弹是指依靠自身推进控制飞行弹道,引导弹头准确(通常单发命中概率在50%以上)攻击目标的武器系统。按导弹发射点与目标之间的相对位置可分为地对地、地对空(俗称防空)、岸对舰、空对地、空对舰、空对空、舰对空、舰对岸、舰对舰、舰对潜导弹等;按攻击活动目标的类型可分为反坦克、反飞机、反潜、反弹道导弹和反卫星导弹等;按飞行弹道可分为弹道导弹和巡航导弹;按推进剂的物理状态可分为固体推进剂导弹和液体推进剂导弹。这里只介绍巡航导弹、防空导弹、反坦克导弹、空对空导弹。
1.巡航导弹:是一种由气动升力、喷气发动机推力和策略决定飞行转变,形似飞机的无人驾驶武器。因其大部分时间是在稠密的大气层中作匀速水平飞行,它的重力与各升力、推力与阻力处于完全平衡的所谓巡航状态,故而得名。现代巡航导弹因没有自由飞行段,全程都是在低空或超低空状态飞行,整个飞行过程都在制导系统控制之下。因而往往采用复合制导系统以提高命中精度。战斗部采用核装药或普通装药。
现代巡航导弹的起飞重量小,导弹尺寸小,雷达反射面也小,不易被敌方探测。它的命中精度高,前段多采用惯性制导,中段采用与地形匹配制导或自主式末端寻的制导,能使导弹精确命中目标。它的飞行高度低,可作超低空飞行,空防能力强。
2.地对空导弹:是从地面发射用于反击空中威胁的导弹。按作战用途可分为要地防空导弹和野战防空导弹;按射击高度可分为高空、中空和低空防空导弹;按射程可分为远程、中程和近程防空导弹;按机动性能可分为固定式、半固定式和机动式防空导弹,其中机动式又分为牵引式、自行式和便携式3种;按作战意图可分为战术和战略地对空导弹两大类。战术地对空导弹用于对付来袭的飞机及其他空袭兵器,是现代防空的重要武器之一。战略防空导弹是专门用于拦击弹道式战略导弹的防空武器,也称反弹道导弹。
我国从20世纪50年代后期开始研制地对空导弹,现已发展为“红旗1号”、“红旗2号甲”、“红旗-2号乙”和“红旗-3号”地对空导弹系列。1959年10月~1965年1月,中国人民解放军防空导弹部队曾用“红旗-1号”地对空导弹多次击落入侵的美制U-2型高空侦察机和无人驾驶飞机。1967年7月,又用“红旗-2”导弹击落具有转播干扰能力的U-2型侦察机,表明“红旗-2号”导弹具备了一定的抗干扰能力。
3.反坦克导弹:是用于攻击坦克和其他装甲车辆的导弹。它具有重量轻、机动性好、命中精度高、杀伤威力大等优点,可以安装在车辆、强击机、直升机和舰艇上,也可以固定在地面上。反坦克导弹的制导方式有人工制导、半自动制导和自寻的制导3种。人工制导是由射手目视瞄准、手动操纵,通过导线传输指令,第一代反坦克导弹多采用这种方式。半自动制导是由射手将瞄准镜内的十字分画线始终对准目标或由制导站发射的激光、无线电、红外波束跟踪照射目标,采用三点法使导弹沿瞄准线或波束飞行,第二代反坦克导弹多采用这种制导方式。人工制导和半自动导的制导,由地面操作手用激光指示器照射目标,导弹从武装直升机或坦克车辆上发射后,导弹导引头接收目标反射回波,对目标攻击。
我国于20世纪50年代末开始研制反坦克导弹,70年代初研制成“J-201”型反坦克导弹。1978年研制成功“红箭-73”型第一代反坦克导弹。80年代中期又研制成功“红箭-8号”第二代反坦克导弹,该导弹采用了光学瞄准、管式发射、红外跟踪有线传输指令的半自动制导等新技术。
4.空对空导弹:空对空导弹是从飞机上发射打击空中目标的导弹。它和航炮相比,具有射程远、命中精度高和毁伤威力大等优点,但存在着造价昂贵、体积和重量大、载弹量有限等弱点。按射程可将空对空导弹分为近程、中程和远程3种类型。早期的空对空导弹多采用指令制导或波束制导方式,性能较差,易受干扰。目前,先进的空对空导弹多采用导的制导或复合制导。
我国于1959年开始研制空对空导弹,现又发展为“霹雳-2号”、“霹雳-2号乙”、“霹雳-3号”、“霹雳-5号乙”和“霹雳-7号”空对空导弹系列。其中,“霹雳-7号”为红外导的制导,具有自动搜索、捕获和跟踪目标的能力,有较高的机动性和近距离格斗能力。
(二)制导炮弹
制导炮弹是利用自身的制导装置,发射后能在弹道末实施导引、控制的炮弹。制导炮弹是一种打击点目标的精确制导弹种,主要用于毁伤坦克、装甲车辆、舰艇等活动目标。
(三)炮射导弹
炮射导弹是一种可以用火炮发射的导弹。它可以用普通火炮发射,发射后射手只要把目标和瞄准器的十字线中心重合,与瞄准器相连的红外跟踪指令制导系统,就能发现和校正导弹航线与目标瞄准线之间的偏差,并将导引偏差信号变换成指令,驱动执行机构,控制导弹飞行,直至命中目标。这种导弹可以用普通的152mm火炮发射,导弹的装填、发射都和普通炮弹相同,但需有一个激光器照射目标。该导弹是一种造价低、效益高的攻击性武器。
三、精确制导武器在现代战争中的地位及发展趋势
精确制导武器具有很高的效费比,在20世纪60年代以来的几次局部战争中,精确制导武器系统以无可争辩的事实,确立了它在现代高技术战争中的地位。在越南战争中,美军为了炸毁河内附近的清化桥,曾出动了600架次飞机,投弹数千吨,付出18架飞机的重大代价,但仍未能炸掉该桥。后来,美国把刚刚研制成功的激光制导炸弹投入实战,F-4战斗机仅出动12次,就炸毁了大桥,飞机却无一损伤。1973年10月的第四次中东战争期间,埃及和以色列之间展开了一场第二次世界大战以来最大的坦克战。开战头3天,以军在西奈半岛损失坦克约300辆,其中77%是被精确制导反坦克导弹击毁的。1982年6月,以色列入侵黎巴嫩,以军在电子干扰机的掩护下,使用多种空对地精确制导武器对叙利亚贝卡谷地进行空袭,一举摧毁了叙利亚的19个苏制“萨姆-6”地对空导弹阵地。1982年4~6月的马岛战争,英国“海鹞”式飞机,发射27枚“响尾蛇”AIM-9L空对空导弹,除3枚因发射系统故障未击中目标以外,其余4枚都命中目标。在马岛战争中,阿根廷仅发射2枚“飞鱼”反舰导弹,就一举击沉英军装备精良的“谢菲尔德号”驱逐舰,取得了40万美元对2亿美元的费效比。1986年4月,美国军F-111战斗机用激光制导炸弹等武器对利比亚5个地面目标进行了“外科手术”式的空袭,全部命中目标。
海湾战争被称作高技术武器的试验场,多种精确制导武器,如“战斧”巡航导弹、“爱国者”防空导弹、“斯拉姆”空对地导弹、“哈姆”反辐射导弹、“海尔法”等反坦克弹,以及“小牛”、“渔叉”、“响尾蛇”、“麻雀”等各种机载精确制导导弹和激光制导炸弹等纷纷登场亮相。据统计,多国部队在海湾战争中使用的精确制导武器多达20余种。
目前,精确制导武器系统正随着微电子与计算机技术的发展向更高级的智能制导发展。智能制导的优点是抗干扰能力强。智能化的关键是用传感器代替人眼,用微处理器模拟人的分析、推理、判断、决策等逻辑功能,用电子计算机和各种软件部分地代替人的思维过程。
发展多用途导引头也是制导技术的主要途径。一种导弹能对付不同类型的目标,或具有在不同平台上发射的能力,是今后精确制导导弹发展的方向。美国的“爱国者”导弹既能打飞机,又能拦截空对地导弹、巡航导弹、地对地战术导弹,为精确制导武器提出了今后的发展方向。提高精确制导武器系统的抗干扰能力,是高技术战争的需要。在未来的战场上,目标电磁环境复杂,每一个火力单元或一枚多弹头武器系统都必须具有较强的抗干扰能力。否则,再精确的武器系统也难以发挥其应有的效能。
激光技术
激光技术是研究激光的产生、变换、传输、探测及其应用的专门技术。激光技术在军事领域有着广泛的用途。在研究和应用方面,激光技术已经取得许多重大突破和成果,以至成为世界许多国家,特别是科技发达国家激烈争夺的一个重要“制高点”。
一、激光和激光器
(一)激光
激光是一种以量子系统(原子、分子、离子、电子束)受激辐射原理为基础而获得的红外、可见光、紫外乃至软X射线波段的相干电磁辐射。因此,激光也是一种光,只不过这种“特殊”的光是用一种“特殊”的光源——激光器产生的。所以具有亮度极高、单色性极好、方向性极强、相干性极好等特点。
(二)激光器
激光器是利用物质激辐射放大电磁波的原理产生激光的装置。早在1916年,爱因斯坦就提出了物质受激辐射的理论,直到1954年才以C.H.汤斯等制成氨分子受激辐射微波振荡器。1960年,美国人T.H.梅曼研制成功世界上第一台红宝石激光器。最初人们称它为“光的受激辐射器”,中文译名为“莱塞”,1964年以后才统称为“激光器”。
激光器主要由3部分组成:工作物质、谐振腔(或称共振腔)和激励源。
1.工作物质受到激励以后,将出现两种粒子,一种叫做上能级粒子,另一种是下能级粒子,当上能级粒子多于下能级粒子的时候,就会有激光输出。目前,激光工作物质已有数千种,激光波长也扩展为从软X光至远红外光。
2.谐振腔是使那些有一定运动规律的粒子,经过共振作用形成粒子流K激光束。
3.激励源又称光泵,它的作用是给工作物质以能量,并补充光辉输出及其他方面的能量消耗。
激光器的分类方法主要是按照上述3个组成部分来划分。
(1)按工作物质划分。有固体、气体(原子、离子、分子)、半导体、化学、染料、自由电子激光器等。还有钕玻璃激光器、氦氖激光器等。
(2)按谐振腔划分。有非稳腔激光器、共焦激光器、平面腔激光器、调激光器和锁模激光器等。
(3)按激发方式划分。有电激发激光器;热激发(所动)激光器、光示激发激光器和化学激光器等。
激光器是激光应用技术中的重要部件。在军事应用中,有些就是直接应用光辉射束(如强激光武器)。因此,光辉器的研制水平标志着一个国家激光技术的发展水平。世界各技术先进国家也都十分重视激光器的研制和发展。
二、激光技术在军事上的应用
科学技术的主要职能之一是为军事服务,激光技术也毫不例外。从第一台激光器诞生以后,各国军方就对激光产生了浓厚的兴趣。激光技术在各个领域中的应用十分广泛,但应用得最早、发展最迅速的仍然是在军事方面。激光在军事方面的应用主要包括激光制导、激光测距、激光雷达、激光通讯、激光侦察、激光武器、激光核聚变、激光陀螺以及激光对抗技术等方面。
(一)激光制导武器
激光制导武器是指利用激光跟踪、测量和传输信息的手段控制、导引战斗部飞向目标的武器。
用于武器系统的激光制导方式有两种,一种是半主动式回波制导,另一种是半主动式波束制导。半主动式回波制导是弹头本身不装激光发射器,只装激光接收器和导引头,发射源可以安装在地面(水面),也可以安装在飞机上。弹头发射后,激光接收器自动接收来自目标反射或散射的激光能量,并将弹头导向目标。半主动式激光波束制导,也是在弹头上装有激光接收器和导引头。但弹头必须始终沿着地面(水面)或空中发射的光辉波束飞行并攻击目标。
激光制导器主要有激光制导炸弹、激光制导导弹、激光制导炮弹等武器系统。
1.激光制导炸弹:是由飞机或其他航空器投掷的无航空动力,但装有激光导引头的爆炸性弹药。
最早研制并使用激光制导炸弹的国家是美国。1964年制面试验样弹,1968年在入侵越南的战场上进行作战试验和鉴定。激光制导炸弹命中率比手控投放无制导的普通航空炸弹提高200倍,比计算机投放无制导引炸弹命中率提高50倍,把航空炸弹命中精度从原来的圆周误差90~100m一下子提高到3~4m,因而,又称为“灵巧炸弹”。
2.激光制导导弹:是利用激光制导装置将导弹引向目标的武器系统。继“灵巧炸弹”出现之后,美国于20世纪70年代初又研制激光制导导弹,1976年交付试验。目前,正在向着标准化的方向发展,现已有12个型号的激光制导导弹。
激光制导导弹主要用于反坦克,也可以作为空对地、空对舰、舰对舰和地对地导弹等战术武器。
3.激光制导炮弹:是由火炮发射,依靠自身的激光制导(导引头),将弹丸导向目标的炮弹。激光制导炮弹的造价是普通炮弹造价的几倍。但由于前者的命中率高,使用激光制导炮弹的成本反而会比摧毁同一目标用的普通炮弹的成本大大下降,可取得更大的经济和军事效益。美国的“铜斑蛇”、俄罗斯的“红土地”激光制导炮弹现已装备部队。