指令制导是由制导站发送无线电指令信号,控制导弹飞向目标的制导体制。指令制导是地空导弹武器系统最常用的制导体制。指令制导分为单波束无线电指令制导和双波束无线电指令制导两种。单波束指令制导由同一个波束跟踪目标和导弹,双波束指令制导由两个波束分别跟踪目标和导弹。如果两个波束由两个雷达产生,则称为双跟踪雷达。在单波束无线电指令制导中,跟踪雷达跟踪目标,导弹发射后进入雷达波束,雷达测出目标和导弹的相对角偏差,通过指令形成和发送装置产生无线电控制指令发送给导弹,控制导弹飞行。在实际装备中,指令形成和发送装置与跟踪雷达设备安装在同一个平台上。
无线电指令制导体制的优点是:在距离较近时制导精度高、弹上设备简单、受天气条件和能见度影响小、指令信号经过编码后抗干扰性较强。但指令制导体制的制导精度随距离的增加而降低,且指令制导要求同时测量目标和导弹的参数,并且要给导弹发送指令,因此抗干扰性能较差。无线电指令制导体制广泛应用于各种地空导弹武器系统。C-300系列和“爱国者”地空导弹的中段制导、SA-2地空导弹全程制导、“响尾蛇”地空导弹等均采用无线电指令制导体制。
2.波束制导体制
波束制导又称为驾束制导。波束制导即为制导站发射波束照射目标,弹上制导装置控制导弹沿波束中心线飞向目标的制导体制。导弹依靠弹上制导装置接受雷达或光波束调制信号,当导弹偏离波束中心时,弹上制导装置产生误差信号控制导弹沿波束中心飞行直到命中目标,此时的制导站称为照射站。
波束制导分为单波束波束制导和双波束波束制导。在单波束波束制导体制中,制导站-导弹-目标连成一条直线,制导规律为三点法,因此弹道曲率较大,要求导弹具有较高的机动性。双波束波束制导采用两部雷达,各自产生一个波束,一个瞄准目标,另一个瞄准目标的前置点,并使导弹沿后一个波束飞向目标。波束制导的制导站结构较为简单,制导精度较高,但随着导弹离开雷达距离的增加,制导精度降低,且易受电子干扰。
波束制导体制与指令制导体制的主要区别在于信号形成装置的位置,在指令制导体制中,制导信号在制导站形成,通过无线电遥控装置传送到导弹上,指令形成装置位于制导闭合回路内。波束制导体制指令形成装置仅仅执行运动学弹道角坐标的计算,并利用计算结果导引波束,因此,波束制导体制的指令形成装置在制导回路之外。在波束制导体制中,误差信号直接在导弹上形成,误差信号描述了导弹相对于波束轴的角偏差(或线偏差)。因此在指令制导体制中由指令形成装置完成的回路校正功能,在波束制导体制中是由导弹上的仪器完成的。
采用激光波束制导体制的地空导弹有瑞典的RBS70、国际合作的“阿达茨”。
3.TVM制导体制
TVM(TracK-Via~Missile)制导又称为指令-寻的制导,是一种变形的半主动寻的和指令制导结合的制导体制。TVM制导方式通过地面站测量目标和导弹的坐标,当导弹接近目标时,导弹上的测向仪接受目标散射的照射信号以测量目标相对于导弹的精确角度,并将测量到的坐标数据通过下行通道发回地面,由地面站进行处理,得出相应的导弹控制指令,再由地面指令发射机通过上行通道传送给导弹,控制导弹飞行。在末端采用TVM制导体制的地空导弹有C-300系列、“爱国者”PAC-1、PAG-2等。
TVM制导体制所采用的制导规律为比例导引法,因此可以认为TVM制导体制实际上是将半主动寻的制导的导引头分置,探测部分放在弹上,数据处理部分放在地面制导站上。TVM制导指令是由地面测量参数和导弹测量参数经加权处理形成的,在导弹接近目标的过程中,随着导弹距目标距离的减小,导弹测量参数的权值不断增大。
TVM制导具有寻的制导精度高的特点,并且制导精度不随武器系统作用距离的增加而降低,导弹越接近目标,信号越强,信噪比越大,精度越高。TVM制导与半主动寻的制导系统一样,需要对目标进行照射,弹上测向仪是通过接收目标反射的照射信号实现对目标的跟踪测量。TVM制导弹上设备简单,利用地面设备在抗干扰性方面具有较大的处理能力和灵活性,并具有指令制导的潜在抗干扰性能。TVM制导无线电通道多(TVM上、下通道,雷达探测目标和导弹通道,指令通道),因此受干扰的可能性较大;但TVM制导在利用导弹测量目标参数的同时,雷达仍在测量目标的参数,因此对目标参数测量的可靠性增加,相对而言又提高了抗干扰性能,加之TVM制导体制采用比例导引法导引,所需测量的参数较少,因此TVM制导体制的抗干扰性能高于指令制导体制。
从某种角度讲,TVM制导体制是在当时的技术条件下,寻的制导导引头技术不过关的情况下提出的一种替代制导方法,随着寻的制导导引头技术的发展和完善,在新型地空导弹中,多采用主动寻的制导体制替代TVM制导体制,如美国的“爱国者”PAC-3地空导弹。
六、复合制导体制
复合制导是由几种制导体制依次或协同参与工作实现对导弹制导的联合制导体制。复合制导系统设计的首要问题是复合方式的选择问题。选择复合方式考虑的主要因素有武器系统的战术技术指标要求、目标及环境特性、各种制导方式的特点及相应的技术基础。
由于没有一种制导方式能完全满足根据战术要求确定的导弹飞行各阶段所需的弹道特性,因此可在导弹的不同飞行阶段采用不同的制导方式。如在一种制导方式的作用距离不能满足导弹射程需求或制导精度要求的情况下可采用程序制导+无线电指令制导+寻的制导的复合制导体制。即在导弹飞行的初始段采用程序制导,将导弹导引到要求的区域;导弹飞行中段采用无线电指令制导,比较精确地将导弹导引到目标附近;末端采用寻的制导,充分利用寻的制导体制制导精度高的特点。复合制导体制不仅增大了制导系统的作用距离,而且提高了制导精度。采用复合制导体制可充分发挥各种制导体制的优点,取长补短满足较高的战术技术要求。
复合制导体制中一个重要的问题是不同制导方式的转换,它包括两方面的内容,一是不同制导段弹道的衔接,二是不同制导段转换时目标的“交班”。“交班”是指从一种制导方式转到另一种制导方式时系统状态的转换。因此,在复合制导系统中,交班问题是两种制导方式转换的限制条件。在交班过程中,各种制导设备的工作必须协调过渡,使导弹的弹道能够平滑地衔接起来。
复合制导体制作用距离远、制导精度高、抗干扰性能好,因此在新型地空导弹中得到广泛应用。C-300系列、“爱国者”等地空导弹均采用复合制导体制。复合制导体制的缺陷是系统的设备较复杂、技术难度较高。
引战系统包括引信、战斗部以及对两者动作起连接和保险作用的安全执行机构。引战系统是决定地空导弹最终能否成功摧毁目标的一个重要装置,在导弹脱靶量符合指标要求的前提下,引信和战斗部的配合决定导弹的杀伤概率。
一、引信
引信是地空导弹接近目标时控制战斗部起爆时机并引爆战斗部的一种装置。地空导弹多采用非触发(近炸)引信,也有采用触发(碰撞)引信的直接碰撞式引信。
一般情况下,地空导弹直接碰撞目标的概率很小。所以,战斗部的起爆通常采用非触发引信,使用触发引信的很少。也有在使用非触发引信的同时,再装上触发引信作为补充的。非触发引信是指导弹没有碰撞目标,离目标还有一定距离时就引爆战斗部的引信。非触发引信以无线电引信和红外引信最为常见。它们都是利用感受来自目标的物理量(如无线电波、红外线等),自动地确定引爆的时间和距离,从而使战斗部爆炸有效地杀伤目标。
地空导弹常用的几种近炸引信有无线电引信、电容引信和光学引信,其中无线电引信应用最多。无线电引信发展较早,技术上较为成熟,具有多种波段和调制方式。光学引信近年来发展很快,光学引信在抗电子干扰方面具有明显优势。
便携式地空导弹由于战斗部威力较小,一般采用触发引信。不同体制的引信在抗干扰方面各有优缺点,因此多种体制引信和复合体制引信的发展越来越引起重视。
二、安全执行机构
安全执行机构用于完成引爆系统保险、解除保险和快速引爆战斗部的任务。
安全执行机构可防止战斗部在日常维护、勤务处理、弹道初始段发生意外爆炸。在保险状态时,安全执行机构将启动指令电路与执行机构隔离,将传爆电路与战斗部隔离。保险装置通常利用导弹的动力学参数,如加速度、发动机燃烧室压力,以及定时装置等逐级解除保险。这些条件在导弹发射之前是不具备的。当导弹发射且飞行到一定距离之后,安全执行机构就逐级自动解除各级保险,使引信与战斗部之间构成通路,战斗部处于待爆状态,这时如果引信发出了启动指令,战斗部就能适时起爆。
在导弹与目标交会过程中,当目标的电磁或红外辐射满足引信触发条件时,引信执行机构工作,通过引爆装置、传爆装置,使战斗部装药爆炸,战斗部产生杀伤诸元摧毁目标。当导弹穿越目标,或制导控制系统发生故障,导弹不能正常飞向目标时,在解除各级保险的前提下,地面制导站遥控(或导引头)发出自毁指令或导弹自身的延时装置发出自毁指令,引爆战斗部,使导弹在空中解体,以免导弹落在我方造成破坏,或落在敌方造成失密。
如SA-2导弹,导弹发射后,导弹的纵向过载使无线电引信的惯性启动器工作,解除导弹的一级保险;导弹飞行8秒~11秒后,液体发动机工作产生的压力使氧化剂压力信号器触点闭合,解除导弹的二级保险;当导弹距目标525米时,制导站发出K3指令,导弹解除三级保险,引信处于待发状态。如导弹未与目标遭遇,在导弹发射60秒±3秒后,引信发出自毁信号,战斗部爆炸,导弹在空中自毁,以确保安全和防止泄密。
“响尾蛇”导弹的引战系统设置了三级保险和遥控解锁,从而具有极高的安全性,保证筒弹在贮存、运输、测试、转装以及其他勤务处理时,战斗部不发生意外爆炸,并保证导弹发射时具有大于300米的安全距离。
三、战斗部
战斗部是导弹用来直接杀伤预定目标的爆炸装置。战斗部通常由壳体、装药和传爆装置组成。地空导弹的战斗部多采用常规装药,少数也有采用核装药的。常规装药的战斗部以其壳体在爆炸瞬间形成的破片和冲击波杀伤目标,破片的形状多为预制的立方形、球形或连续杆形。
当战斗部接受安全引爆装置送来的起爆脉冲时,战斗部起爆,以不同的机理杀伤目标。对付空中目标的反飞机导弹,战斗部多采用杀伤式战斗部(破片式、连续杆式);对付装甲目标的导弹(如反坦克导弹、反舰导弹),主要采用聚能式战斗部和穿甲战斗部;对付地面目标的导弹(战术弹道导弹、空地导弹)常采用爆破战斗部和侵彻战斗部。
破片杀伤式战斗部在地空导弹上应用最多,是地空导弹的首选战斗部。破片杀伤式战斗部是以主装药爆炸时所产生的高速破片群杀伤目标,由于在高空破片的速度下降慢,打击动能的衰减慢,因此破片杀伤式战斗部高空威力大,杀伤范围大,但破片式战斗部必须要有多个破片击中目标的要害才能起到有效的杀伤作用。
连续杆式战斗部是以主装药爆炸时所产生的高速杀伤环切割目标,在威力半径范围内,对目标的切割作用具有极高的杀伤效率。连续杆式战斗部高空杀伤威力大,但要求制导精度较高,在同样的杀伤半径下,其质量比破片杀伤式战斗部大。
聚能型战斗部在爆炸时形成高温高压聚能金属射流击毁目标,聚能型战斗部要求直接命中目标,一般用于反坦克或反舰导弹上。
破片式战斗部的主要性能参数有有效杀伤破片总数、单个破片质量、破片飞散角(л)、破片飞散方向角(ф)、破片飞散初速(V0)、战斗部威力半径等。
炸药是常规战斗部的能源,目前常规战斗部的装药种类有梯恩梯(TNT)、黑索金(RDX)、奥克托今(HMX)、泰安(PETN)、特屈尔(CE)。
随着地空导弹作战空域的增大,目标速度的增快,目标机动性和防护性的增强,以及反导反巡航能力的要求,对地空导弹战斗部的要求越来越高。地空导弹战斗部的发展方向是定向战斗部。定向战斗部通过控制破片飞散方向的技术实现战斗部在与目标遭遇时,依据目标与导弹的相对位置调整战斗部的爆炸方向或调整导弹的姿态,使战斗部的大多数破片高速射向目标的易损部位,最大限度地提高导弹的终端威力,对目标发挥最大的杀伤效能。有些国家已将定向战斗部应用于具体型号,如美国的先进中距空空导弹AIM-120、俄罗斯的远程空空导弹KS-172和先进中距空空导弹AA-12的改进型。
四、引战配合
地空导弹与目标在遭遇段都处于高速运动状态,如何使战斗部的杀伤物质准确地击中并致命地杀伤目标就涉及到引信与战斗部的配合问题,引战配合是所有导弹必须考虑的问题,尤其对于地空和空空导弹,引战配合效率问题更显突出。引信与战斗部配合性能的好坏,用引信与战斗部配合效率来衡量。引战配合是引信和战斗部联合作用的效率,以对目标的条件杀伤概率表示,它是衡量或评定引信和战斗部参数设计协调性的一个综合指标。引战配合效率通常应在95%以上。
战斗部动态杀伤区覆盖目标要害部位,是破片杀伤目标的必要条件。战斗部起爆提前或滞后,动态杀伤区都不会穿过目标要害部位。因此,必须正确地选择战斗部起爆的位置和时刻。为使战斗部的动态杀伤区恰好覆盖目标的要害部位,引信应在合适的位置和适当的时间引爆战斗部,引战配合特性就是指引信的实际引爆区与战斗部的有效起爆区之间的配合(或协调)程度。引信的启动区应和战斗部的动态杀伤区配合一致,使战斗部起爆时,目标要害部位恰好落入战斗部的动态杀伤区内,从而对目标造成较大的毁伤效果。