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第11章 地空导弹战术要求与控制(1)

导弹武器系统有多种分类方式,其中,根据导弹武器系统在战争中的地位和作用,可将导弹划分为战术导弹和战略导弹。战略导弹一般用于攻击敌方的政治经济中心、交通枢纽、军事基地等具有战略意义的目标,射程通常可以达到洲际。战术导弹是指用于攻击战术性目标的导弹,如打击空中机动目标的地空导弹、用于空中格斗的空空导弹、用于攻击地面坦克和工事的反坦克导弹等。战术导弹用途广泛、体系庞杂,已被广泛地应用于现代战争中。

一、战术导弹的特点

一般而言,战术导弹必须与其他系统或设备配合,构成一个功能上相对完整和独立的整体,才能完成要求的作战任务,这个整体称为导弹武器系统。导弹武器系统通常由导弹系统、火控系统和技术保障系统三大部分组成。

导弹系统是整个武器系统的核心,直接体现了系统的性能和威力。

战术导弹作战使用条件的特殊性在于攻击目标的复杂性和作战环境的多变性。与作战使用条件相适应,战术导弹的特点可概括为以下几点:

1.命中精度高

战术导弹多用于攻击飞机、坦克、舰船等点目标,这些目标一般具有几何尺寸相对较小、防护和突防能力强、机动能力强等特点,因而要求战术导弹必须具有较高的命中精度。例如,对于要求直接命中目标的反坦克导弹,在3000~5000米最大射程上的允许圆概率偏差(CEP)一般不超过0.5米。近年来出现的智能毁伤概念更是要求战术导弹有能力选择性地打击目标的有效毁伤部位,这无疑对战术导弹命中精度提出了更高的要求。

2.机动能力强

战术导弹以打击活动点目标为主,当目标以大的过载进行机动时,导弹必须提供足够大的法向过载,才能够按要求的精度跟踪并命中目标。目前,有相当多的地空导弹和空空导弹能够提供25~50克的法向过载,有些先进的导弹甚至可以提供50~70克的法向过载。

3.系统组成及结构复杂

以上两方面的特点决定了战术导弹系统组成及结构的复杂性。就弹上制导控制系统而言,战术导弹需要具有高精度的导引和控制设备;同时,为了改善弹体的动力学特性,高性能导弹还装备有为数不少的惯性测量器件。

4.大量采用高新技术

新的材料、新的电子设备、新的控制理论等一旦成熟,首先就会在战术导弹上得到应用。例如,在控制领域中,新的控制理论或方法一经提出往往以战术导弹或其他高速飞行器为背景验证其可行性。

5.品种多、产量大、更新快

1944年6月14日凌晨,德国首次使用V-2导弹隔海攻击英伦三岛,揭开了世界导弹发展的序幕。在迄今为止的60多年中,导弹武器以惊人的速度向前发展着。据不完全统计,60多年来各国提出和研制的各类导弹总数超过600种,目前服役的有300多种,正在研制和生产的有100多种。上述统计数字中绝大多数属于战术导弹。

二、战术导弹战术技术要求

任何一种武器,在战术技术性能上总是有别于其他武器,而且在性能上应超越它的上一代产品,否则就没有研制的必要。战术技术要求是指使用部门对于新研制武器系统战术技术性能的基本规定。战术技术要求通常由作战使用部门提出,并会同设计部门、生产部门协商确定,作为武器系统设计的基本约束条件。战术技术要求的制定是决定一个新的武器系统研制成败的关键问题,又是决定武器系统研制工作发展方向的原则问题。作为一个总体工程师,只有对战术技术要求有深入、透彻的理解,才能做到“有的放矢”地组织各分系统完成项目的研制工作。

战术导弹战术技术要求规定了导弹完成特定战斗任务而必须保证的战术性能、技术性能及使用维护性能的总和。对于不同类型的导弹,战术技术要求的内容会有较大区别,以下列出的是主要的和常见的一些方面。

1.目标的典型特性

战术导弹研制的最终目的就是要在战争中实现对预定目标的有效毁伤。目标的典型特性通常包括目标运动速度、机动性能、防护能力、外形尺寸、飞行高度等。研制一种导弹肯定是用来对付一定目标的,目标特征是引信、战斗部、导弹速度特性、过载能力及制导体制等设计的出发点,因此,在进行总体方案设计前必须对目标的特征作全面深入的分析研究。在目标特性分析时通常会用到“典型目标”的概念,所谓典型目标就是指在同类目标中,根据目标的辐射特性、运动特性、几何形状、结构强度、动力装置类型、制导系统、抗爆能力、火力配备、可靠性、可维修性、有效性和生存能力等特性综合而成的具有代表性的目标。不同类型的导弹所针对的典型目标会有较大区别。

2.射程指标

战术导弹射程指标包括最小射程与最大射程。最小射程和最大射程定义了战术导弹的有效射程,所谓有效射程是指导弹系统在保证一定命中概率和毁伤威力的条件下的作战距离范围。不同的战术导弹射程指标会有非常大的区别,大的有数百千米,小的只有2~3千米。通常导弹在最小射程和最大射程上命中概率都会有所下降。在小射程上,导弹需用过载较大且初始扰动还没有被完全消除;而在大射程上,导引系统、弹上惯性器件等的精度会有所下降,同时,导弹速度的下降还会导致可用过载的下降。

3.作战高度范围

战术导弹的飞行高度是指导弹飞行过程中与当地水平面之间的距离。根据所选取水平面的不同,飞行高度的概念又可划分为:以海平面为基准的绝对高度,以某一假定参考面为基准的相对高度和以当地地平面为基准的真实高度等。一般来说,采用气压原理的高度表可测出导弹飞行的绝对高度或相对高度,而采用无线电反射原理的高度表可测出真实的高度。

导弹作战高度的范围随导弹类型的不同会有较大差异。例如,我国防空导弹作战高度的范围一般划分如下:

150米以下为超低空;

150~3000米为低空;

3000~1.2万米为中空;

1.2万米以上为高空。

同时,需要注意的一点是:对于不同类型的战术导弹,“作战高度范围”的含义也会有所区别。例如,对于地空导弹,可能在一次攻击过程中导弹就要飞越整个作战高度范围;而对于反坦克导弹,在一次攻击过程中弹道高度不可能有太大变化,“作战高度”主要是指武器系统应该能够在不同海拔高度按要求的命中精度命中坦克等地面目标。大的作战高度范围对于制导控制系统相对简单的战术导弹,如反坦克导弹等,是一个严峻的挑战。随着高度的增大,空气密度的下降,造成导弹增益及固有频率的下降。对于一般不采用自动驾驶仪的反坦克导弹而言,这势必会造成制导回路开环截止频率偏离校正网络中心点,同时弹体环节在制导回路开环截止频率处的滞后也会增大,最终导致制导系统稳定性的下降。

4.环境温度范围

温度因素主要通过影响弹上元器件的工作稳定性、精度以及发动机的推力特性等影响战术导弹系统的性能。例如,战术技术要求规定的工作环境温度范围越大,发动机推力特性变化范围越大,导弹的速度变化范围也越大,这无疑会影响到弹体的动力学特性。对于有些特殊的导弹,如炮射导弹等,温度的变化还会影响到发射初速。温度范围的具体规定方法因导弹类型而异。例如对于反坦克导弹,对温度范围的要求有以下几个方面:

①工作环境温度:一般要求在-40~+50℃下能够正常使用。

②储存环境温度:一般要求经-55~+70℃温度储存后,在工作环境温度下,应能正常使用。

③温度冲击:对于要求空运、空投等的反坦克导弹,当其环境温度在5分钟内由-50℃转换到+70℃后,在工作环境温度下,应能正常工作。

5.导弹速度特性或最大射程攻击时间

速度特性是指导弹的速度随时间变化的曲线以及速度特征量,如最大速度、平均速度、加速度和速度比等。速度特性是导弹总体设计的依据之一,按导弹类型不同,可由战术技术要求规定,也可由射程、目标特性、导引方法、突防能力等因素来确定。确定速度特性后,导弹的飞行速度范围、飞行时间、射程、高度等参数均可确定,由此就能进行导弹的外形设计、质量估算,并确定发动机推力特性。

现代战争中战场对抗越来越激烈,提高导弹的飞行速度,缩短对目标的攻击时间无疑是提高武器系统效能、战场突防能力和生存能力的有效手段,这也是各国争相发展高速、超高速战术导弹的原因。鉴于此,最大射程攻击时间越来越多地出现在新型战术导弹研制的战术技术要求中。

6.导弹级数

在有些情况下,作战使用部门从战术导弹系统作战使用要求出发,会提出对导弹级数的限制或要求。一般来说,与单级导弹相比,多级导弹在以下方面具有一定优势,如多级导弹在每级工作后,可以抛掉不再需要的质量,因此导弹在飞行过程中能够获得良好的加速性能,可以在尽可能短的时间内达到要求的飞行速度;同时,多级导弹各级发动机是独立工作的,因此,可以按照导弹每一级的飞行条件设计发动机,有利于导弹飞行性能的综合优化、提高。不过,对于战术导弹而言,多级方案也会带来诸如系统结构复杂性增加、可靠性降低、弹道特性受助推器分离扰动影响等问题。

7.导弹质量、几何尺寸限制

战术导弹的质量和几何尺寸在很大程度上影响导弹武器系统的机动能力和作战使用,因此,一般要对导弹质量和外形几何尺寸提出限制。导弹的质量和几何尺寸等与其飞行速度、射程、过载能力等指标密切相关。事实上,导弹质量、外形尺寸、速度、射程及过载能力所构成的闭环约束条件,是导弹总体方案设计中令设计师相当头痛的问题,在实际工作中需要特别注意。

8.制导体制

对于某些导弹,作战使用部门会根据实际使用条件及武器装备配置体系关系,提出对制导体制的特殊要求。例如,对于攻击同一类目标的导弹,如果目前所采用的都是指令-测角制导体制,则作战使用部门可能会要求研制一种驾束制导或自寻的制导的导弹。

事实上,无论战术技术要求是否对制导体制提出了具体要求,制导体制本身都是影响导弹总体方案设计的决定性因素。随着微机电、探测、弹载计算机、光电子、红外、毫米波和激光等技术的发展,战术导弹可以选择、采用的制导体制越来越多样化。

9.命中精度

命中精度是表征导弹制导系统性能的一个综合指标,反映了系统制导导弹到目标周围时脱靶量的大小。由于诸多因素的影响,制导误差在整个攻击区域内是一个随机变量。不同类型的导弹对命中精度的描述方式会有所区别,具体的概念包括圆概率偏差、命中概率等。圆概率偏差(CEP)是指以导弹弹着点(或导弹落点)的散布中心为圆心的一个圆的半径,在该圆内包含了50%的导弹弹着点(或导弹落点)。命中概率是指在一定的设计条件下,用同一型号的导弹进行大量的射击试验,全部无故障飞行到目标附近的导弹之中,命中导弹数和可靠飞行的导弹总数之比。

一般来说,战术技术要求在给出命中精度要求的同时,还会给出相应的约束条件,如目标大小、形状、距离段、目标运动速度和航路角,甚至天气条件等。对于在作战使用中有可能采用多发导弹攻击同一个目标的情况,在命中精度指标中还应包含多发导弹的命中概率。

10.战斗部威力

战斗部威力是表征导弹对目标破坏、毁伤能力的一个重要指标。导弹的威力表现为导弹命中目标,并在战斗部可靠起爆之后毁伤目标的程度和概率。对于反坦克导弹及反舰导弹,为了使目标毁伤并失去战斗力,一般要求导弹的战斗部能够穿透目标装甲,因此常用破甲深度或穿甲深度(动能导弹等)作为衡量其威力的指标;对于地空或空空导弹,主要依靠战斗部爆炸后形成的破片杀伤目标,因此常用破片的有效杀伤半径作为衡量其威力大小的指标。一般来说,战斗部威力指标由一个相对闭合的威力指标体系构成。例如,对于破甲战斗部,威力指标一般用对装甲靶板的侵彻深度表示,但影响侵彻深度的因素很多,因此,其威力指标的要求一般由以下几部分构成:

①靶板材质和厚度;

②靶板表面附加物型号、厚度、附着状态,如所披挂反应装甲的型号等;

③侵彻靶板的后效指标;

④侵彻靶板和后效靶的成功率及指标验收时的置信水平;

⑤导弹着靶攻角、着角、飞行速度等。

11.发射方式

导弹发射方式是指导弹脱离发射半台的方法与形式。发射方式的选择主要取决于发展该武器系统的战略、战术指导思想,作战部署和使用环境等。战术导弹的发射方式可按发射基点、姿态、装弹量、发射动力方式等多种角度进行分类。例如,按发射动力方式划分,战术导弹发射方式可区分为自力、投放、弹射和复合等类型。在实际工程研制中,对于一个给定的导弹系统总体方案,其发射方式的选择不是唯一的,不同的发射方式从不同角度来看各有利弊。此外,在选择发射方式时除考虑其优缺点之外,有时还要看各国对不同发射方式的掌握程度和

习惯。

12.突防能力、战场生存能力

战术导弹系统突防能力与战场生存能力两者紧密相关。不考虑生存能力的突防能力对导弹是毫无意义的;而生存能力又往往体现在突防过程中,只有突防成功之后,才谈得上生存问题。突防能力是指在突防过程中,导弹在飞越敌方防御设施群体之后仍能保持其初级功能(不坠毁)的能力。突防能力的量度指标是突防概率。生存能力是指导弹在遭受到敌方火力攻击之后,能保存自己不被摧毁并且仍具有作战效能的能力。生存能力的量度指标是生存概率。

13.抗干扰能力

抗干扰能力是指导弹受到恶劣的飞行环境或来自敌方的主动干扰时,仍能正常工作的能力。现代战术导弹的研制必须考虑在日益激烈的光电对抗和日趋复杂的战场环境中的抗干扰能力。战术导弹在作战使用中可能遇到的干扰包括:自然条件干扰,如雨、雪、雾、风、阳光、水面、沙尘等;各种战场环境的干扰,如爆炸物、尘土、照明弹、雷达、电台等;主动人为干扰,如烟幕、伪装、电子干扰、毫米波和红外诱饵、激光压制或致盲武器等。一般来说,在战术技术要求中,作战使用方会针对所研制导弹的作战使用环境,提出导弹在各种典型干扰条件下的性能要求。抗干扰能力已成为评价现代导弹性能的关键因素。

14.武器系统的可靠性

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