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“独眼巨人”潜空光纤制导导弹

来源:互联网 责编:大嘴 作者:王泽和 时间:2004-11-29

  “独眼巨人”(Polypheme) 潜空光纤制导导弹( 下称“独眼巨人”) 目前正由法国宇航公司和西德MBB 公司联合研制, 并已取得初步成果, 预计在5 年内将进行首枚样弹的发射试验, 在九十年代中后期投入使用。“独眼巨人”计划的提出引起潜艇兵器界的强烈反响。它的意义在于: 它将一改因潜艇不具备防空能力而使几十年来航空反潜为所欲的历史, 并有可能使潜艇在同航空反潜武器的对抗中, 占据优势。因此, 它的发展引人瞩目。

  潜艇防空势在必行

  航空兵反潜具有反应速度快、机动灵活、搜潜效率高和隐蔽性好等优点。在现代反潜战中, 已逐步开始取代水面舰船反潜。目前, 航空反潜主要依靠反潜巡逻机和反潜直升机, 所使用的探测设备有吊放式声纳、声纳浮标和磁探仪等。反潜武器主要是鱼雷和深水炸弹。反潜巡逻飞机和反潜直升机对于潜望深度到巡航深度的常规攻击潜艇和核动力潜艇均构成严重威胁。在潜艇与航空兵的对抗中, 航空兵的生存概率几乎是百分之百。例如, 在第二次世界大战期间, 德国的潜艇虽然使盟军水面舰船受到很大损失, 但由于潜艇对航空反潜毫无反击能力, 致使损失惨重。反潜飞机可在不受任何威胁情况下, 有恃无恐地搜猎潜艇。

  为增加潜艇的防空能力并改变被动挨打的局面, 许多国家长期在研究潜空武器。如英国和美国都有自己的潜空战器计划。但由于潜空武器性能要求高, 技术难度大, 所以迄今为止, 尚无一种有效的潜空武器问世。

  “独眼巨人”潜空导弹, 虽然采用旧的有线制导体制, 但以其技术的独特性和先进性, 有可能使它在各项潜空导弹研究计划中独占熬头,成为佼佼者。它不仅对其他研究中的潜空导弹构成重大冲击或构成严重挑战, 甚至迫使一些国家放弃了自己较为落后的潜空导弹计划。

  几种可能制导方式的比较

  不言而喻, 研究中的潜空导弹均为近程防空导弹。它的制导方式很多。但由于海水对无线电波和光波的强烈吸收, 使得许多在大气中行之有效的制导方式在潜空导弹中无法使用。供潜空导弹选用的制导方式包括线束制导、主动寻的制导和半主动寻的制导等。再细分一下, 线束制导包括导线制导和光纤制导, 主动寻的制导包括激光主动寻的和雷达主动寻的制导, 被动寻的制导有雷达被动寻的、红外被动寻的、红外成像( 或电视成像) 被动寻的制导等多种方式。

  分析比较这几种制导方式, 光纤制导是目前可供潜空导弹使用的最便宜、最有效的制导方式。

  主动激光寻的、主动雷达寻的和被动红外寻的导弹, 易受反潜飞机布设的雷达诱饵和红外诱饵的干扰和欺骗; 反潜飞机在执行反潜任务时, 可采用“关闭雷达”措施而使被动雷达寻的导弹失效。光纤制导、导线制导和红外成像被动寻的制导不存在上述问题, 有可能构成潜空导弹的制导系统。

  光纤制导和导线制导工作原理类似。导线制导的研究是从第二次世界大战开始的。近40年来, 已生产几十万枚导线制导反坦克导弹。尽管光纤制导导弹的研究历史只有十几年, 而且尚未正式装备部队使用, 但其制导方式已显示出导线制导无与伦比的优点。

  铜导线制导用在潜空导弹中遇到的首要问题是导线对海水的密封和防腐问题。为了达到上述目的, 就必须在导线外部加上隔离层, 使制导导线体积和重量很大, 从而难以满足目前对潜空导弹所提出的战术要求。其次, 导线传输信号的带宽较窄, 因而难以与现代探测设备和数据处理系统实现最佳配合, 最终造成制导精度和控制指令质量下降。

  相比之下, 光纤是由石英材料制成的, 有非常好的水密性和防腐性。另外, 光纤还具有重量轻、体积小、强度高和抗电磁干扰等特点。光纤传输信号的容量也很大, 在线径和长度相同的条件下, 是铜导线的5,000 倍。这一切, 使得光纤制导系统不仅可采用最新一代的探测器和大容量数据处理机, 而且也较容易满足对潜空导弹提出的其他各项战术指标。

  被动寻的红外( 或电视) 成像制导是近年来涌现出来的一种先进制导方式。这种制导方式采用高密度凝视型红外焦平面阵列。例如在美国海军目前研究的一种空对空导弹导引头中, 其焦平面阵列的探测元直径为0.0508毫米, 阵列排列为128 ×128,采用碲镉汞探测材料。被动红外成像寻的制导具有伪警率低、搜索速度快和抗干扰能力强等特点, 但根据目前的技术, 它与光纤制导方式相比, 有下述缺点:

  (1) 对红外焦平面探测器件的鉴别率要求要比光纤制导系统的高得多。在被动寻的红外成像制导导弹中, 其数据处理系统及各种软件系统均装在导弹内, 由于空间和价格方面的限制, 不可能构成太复杂的系统。由此产生的不足由高密度红外线焦平面阵列来弥补。与之相比, 在光纤制导导弹中, 上述系统均装在艇内。由于受空间和重量限制的因素较小, 因而可构成数据处理容量大和功能更多的系统。与此同时, 在其寻的器中也可采用性能略低、目前又能提供使用的红外摄像机。

  (2) 其造价要比光纤制导系统昂贵

  在红外成像制导导弹中, 数据处理和软件系统属一次消耗的设备, 而在光纤制导导弹中, 尽管数据处理及软件结构价格昂贵, 但它是装在艇内, 属非消耗性设备。因此, 从总体上看, 光纤制导导弹较便宜。

  (3) 其功能低于光纤制导系统

  被动红外成像制导系统为全自动, 属于“发射后不管”式, 而光纤制导除可具有上述功能外, 操纵手还可实行人工干预, 从而有可能提高光纤制导导弹在非常复杂情况下的杀伤概率。这种人工智能制导是光纤制导的一大优点。

  当然, 光纤制导导弹也并非十全十美。它的最主要问题是飞行速度和作用距离。由于目前光纤线轴放线速度的限制,光纤制导导弹的最大飞行速度很难超过300 ~500 米/ 秒。由于光纤性能及缠线技术的限制, 目前光纤制导的作用距离为10千米级。这个距离足以用来对付目前的反潜飞机和直升机。当然, 随着航空反潜技术的提高, 对光纤制导系统的性能也必然要提出更高的要求。

  “独眼巨人”潜空导弹计划的产生

  “独眼巨人”导弹计划有潜空型和反装甲型两种。这项计划目前已从技术研究转入型号研究阶段。这项研究最初由西德MBB 公司和法国宇航公司(Aerospatiale)自筹资金, 自1989年开始, 则由双方政府提供经费, 估计总研制经费约为1.75亿美元。

  “独眼巨人”的研究可追溯到八十年代初。在1982~1984年间, 西德MBB 公司利用改型的Mamba 导弹进行了光纤制导的初步原理试验, 其目的是验证光纤绕线轴、光纤传输图象和控制指令的可行性情况。试验距离为0.9 ~2.5 千米。1984年, 两家公司联合提出“独眼巨人”光纤制导导弹发展计划。

  根据这项计划, 在1984~1986年间, 又利用法国生产的SS-11(或SS-12M) 有线制导导弹做进一步改装试验, 验证在几千米光纤中双向通信的可行性; 试验弹上装有由陀螺稳定的昼夜电视摄像机。

  在1987年12月~1989年间又进行多次实际尺寸导弹的发射和飞行试验。试验目的是验证光纤制导用于潜空导弹和反装甲导弹的有关情况, 主要包括光纤放线速度、双向信息传输的能力和质量、传输距离以及人工制导的能力等。试验距离多为6.5 千米, 最大达 7千米。目前研究的制导距离为10千米级, 速度为150 ~250 米/ 秒, 最终目标是将制导距离提高到60千米, 甚至100 千米, 速度提高到350 米/ 秒以上。

  “独眼巨人”潜空型和反装甲型有许多异同。二者的弹径、射程和飞行速度相同, 而弹长、导弹重量和战斗部重量有所不同。据估计, 制导用的光纤也不同。潜空型光纤除了具有和反装甲光纤相同的性能要求外, 在水密和强度方面可能会有更特殊的要求。二者在发射方法上也不同,反装甲型采用垂直发射, 而潜空型则采用斜向发射。

  系统结构和性能

  基本结构

  “独眼巨人”潜空导弹系统主要由导弹、水下运载器和发射器三部分组成。

  (1) 导弹

  导弹技术来源于线导反坦克导弹, 特别是“米兰”(Milan) 和霍特(Hot) 导弹。导弹采用圆柱形弹体, 中部有4 个十字型配置的用于控制方向的鸭式弹翼, 尾部也有同样4 个十字形配置的稳定翼, 弹翼均可折叠, 导弹头部装有红外或电视摄像机, 光纤线轴装在尾部并由此放出。

  导弹的推进系统在试验弹上采用固体火箭发动机。据估计其生产型可能采用西德航空技术公司的涡轮喷气发动机或法国微型涡轮发动机公司的发动机。为防止损伤光纤, 发动机尾部喷管是在弹体侧面伸出的。

  战斗部装有3 公斤重的高能炸药, 备有独发和近炸两种引信。 制导系统分弹上和艇上两部分, 二者由光纤互传视频信息、各种测量数据和指令信号。在试验弹中, 导引头采用电视摄像机。但最新资料表明, 在正式产品中可能采用红外线热成像探测器或者毫米波探测器。后面两种探测器有更好的昼夜和全天候工作能力。 (2) 水下运载器 “独眼巨人”潜空型导弹利用的水下运载器和“飞鱼”SM39潜对舰导弹的非常类似。运载器内充有低压气体, 并将有一套推进系统。水下运载器可在从潜望深度到300 米深的任一深度上由鱼雷发射管发射。当运载器跃出水面后, 就在出水传感器探制下爆裂脱落, 释放出由它运载的导弹。潜空导弹运载器与“飞鱼”SM39运载器的主要区别是后者采用头部爆裂而前者则是沿轴向爆裂成两块或多块。采用这种方法的主要目的是防止尾部释放的光纤受损害。为同一目的, 运载器推进系统也不能从尾部排气, 而从侧面排气。 (3) 发射系统 “独眼巨人”潜空导弹采用533 毫米的标准鱼雷管从潜艇上发射, 其发射位置不受特别限制。 技术性能 “独眼巨人”潜空导弹的主要战术和技术性能指标如下。 作战目标: 反潜巡逻飞机和直升机 作战距离: 10千米 飞行速度: 搜索: 150 米/ 秒, 攻击: 250 米/ 秒 机动飞行加速度: 15个重力加速度 弹长: 1.85米 弹径: 0.165 米 导弹总重: 105 公斤。其中运载器重62公斤, 导弹重43公斤 推进系统: 试验型为固体火箭发动机生产型拟为涡轮喷气发动机 制导系统: 光歼制导, 试验型采用CCD 电视摄像机导引头, 生产型拟选用红外热成像或毫米波雷达导引头 战斗部重量: 3 公斤高能炸药 “独眼巨人”潜空导弹工作方式 目标指示 “独眼巨人”潜空导弹在作战前, 首先要接收艇上声纳设备所提供的目标指示数据。艇上声纳可根据反潜飞机或直升机叶片发出的声响测量出目标的大致方位和仰角, 或根据目标投放的吊放式声纳、声纳浮标或鱼雷撞击水面发出的声音测量出目标的大致方位。 导弹发射 一旦确定有反潜飞机或直升机存在并知道大致方位( 或仰角), 就可发射导弹。这种导弹可在海情大于6 级的恶劣环境下发射。装有潜空导弹的运载器从鱼雷管发射后,首先按预编程序轨道以15米/ 秒的速度沿水下飞行, 在大约距发射位置1 千米处飞出水面。

  目标搜索

  运载器出水后, 出水传感器控制运载器爆炸连接装置, 使运载器沿轴向裂成多块并向外抛离。与此同时, 导弹助推器和主发动机先后点火, 折叠的弹翼和尾翼展开。然后导弹在空中飞行进入目标搜索阶段。搜索方式有两种, 操纵手可根据目标指示情况选择其中一种。

  (1) 定向搜索方式 如果目标指示有精确的目标方位和仰角数据, 则艇上操纵手可控制导弹沿软件系统计算出来的方向进行搜索。搜索范围宽3 千米, 长10千米。

  (2) 区域搜索方式 如果目标指示只有目标的大致方位, 那么操纵手可控制导弹在大致方位上进行区域搜索。这时, 导弹一面爬升, 一面搜索。如未搜索到目标,则可沿螺旋线做上下飞行搜索。搜索半径为1 千米, 搜索高度为500 米。与此同时, 寻的器摄像机也配合上下左右搜索。这样, 就可构成一个很大的搜索区域, 目标很难漏掉。

  目标攻击

  一旦搜索到目标, 其视频图象就显示在控制台的监视屏上。操纵手根据视频图像及有关数据, 可手控执行下述功能:

  (1) 通过操纵杆让导弹接近目标, 然后对放大了的图象进行人工识别。当确认是所要打击的目标后, 就通过指令控制导弹跟踪目标并将其摧毁。

  (2) 如果在搜索时发现多个目标, 那么操纵手可根据各目标的威胁程度先后发射多枚导弹, 攻击不同的目标。根据需要, 也可对同一目标发射第二枚导弹。

  (3) 根据视频图象, 如确认拟攻击的目标不是敌方反潜飞机, 而是友机, 则操纵手可通过光纤发出自毁指令, 导弹通过自毁装置自毁。

  上述过程也可利用数字图象跟踪装置自动完成, 但要复杂得多。目前搜索时的导弹速度为150 米/ 秒, 目标攻击时提高到250 米/ 秒。