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航天/武器

详解中国激光制导炸弹发展历程

星之球科技 来源:兵工科技2014-04-10 我要评论(0 )   

在2003年伊拉克战争期间,人们通过电视新闻媒体的宣传,对美国的精确激光制导炸弹印象很深,特别是这种武器可以从几千米外的高空投下,准确地砸在某家某户的大门正中。...

     在2003年伊拉克战争期间,人们通过电视新闻媒体的宣传,对美国的精确激光制导炸弹印象很深,特别是这种武器可以从几千米外的高空投下,准确地砸在某家某户的大门正中。通过这场战争,人们不仅为美国强大的军事实力所震撼,也深深地记住了激光制导炸弹这种先进的空地武器,而本届珠海航展上一航导弹研究院也展出了一款激光制导炸弹是一“雷霆”-2。在西光集团的展台上,笔者还见到了激光制导炸弹的弹头。此次看来,激光制导炸弹已成为武器研制的新潮流。

 

   最早的制导炸弹产生于二战期间

   制导炸弹实际上并不是最新武器,最早的制导炸弹出现在二次战时期。1940年5月德国就研制出了HS-293型制导炸弹,重约800千克,它是通过在500千克级别的SC-500普通航空炸弹的基础上增加了弹翼、尾翼和控制机构制成的,采用了最简单的无线电指令制导,操纵员只要通过遥控手柄将炸弹的影像始终操纵在目标和瞄准镜之间的十字线上就行了,士兵们的说法就是用炸弹始终压住目标。随后德国发展了更大型的FX-1400,重量达到1800千克,并于1944年在地中海多次投入使用,成功地击沉了意大利正准备叛逃到盟军的最精锐战列舰“罗马号”,这艘排水量达到4.25万吨、拥有350毫米以上高强度钢质装甲的巨舰,被德国仅仅两枚FX-1400炸成了两段,沉入深渊。可见当时制导炸弹的威力和巨大潜力。

 

   师从德国技术,美国制导炸弹“青出于蓝而胜于蓝”

   二战后,美国根据从德国搜集的相关资料,也发展了-系列制导炸弹,最初的无线电指令制导类炸弹需要人工遥控操纵炸弹追随瞄准线,成功率低、工作量大,后期发展了自动瞄准线指令遥控装置,瞄准员只需始终把光学瞄准具的十字准星压住目标就可以了,炸弹可以自动沿瞄准线飞向目标。而瞄准线式指令制导最大的问题在于瞄准线的飞行弹道和炸弹自然飞行弹道的曲线正好相反,这导致炸弹射程很近而且脱靶率高。

   60年代,随着电视技术迅猛发展,这种技术自然也被最优先考虑使用在军事武器上,从而产生了最为有名的“白眼星”电视制导炸弹。“白眼星”在美国的靶场中表现很出色,但在越南战争中却显得水土不服、成功率低、瞄准不容易、战斗部威力不足。针对这些缺点,生产方后来又发展了使用907千克的MK84炸弹的第二代“白眼星”,但是因为越南地处热带,气候湿热,多雨多云,电视制导受气候限制很大,而且在战争中越南人也开始学会使用烟雾来破坏轰炸的瞄准,游击队用水泼湿了水稻的秸秆,用新鲜树枝等制造了很多简单有效的烟雾发生器,这些都使得“白眼星”作为制导炸弹的作用不甚明显。

   鉴于“白眼星”这类电视制导武器的不佳表现,美国空军开始发展新的制导武器。在60年代,激光技术在刚开始时就是被当做有巨大潜力的军事技术发展的,同时光电子技术发展也很快,使用激光指示并导引目标的技术条件基本成熟。美国于1960年开始研究激光制导技术,1965年美国空军对这种激光制导技术进行了概念性研究,认为激光制导技术完全可以满足未来高精度制导武器的需要,并通过实验,选择了工程结构较简单的半主动激光制导技术进行技术攻关,由于整个计划采用了红宝石激光器作为研究的主要方向,因此该计划被命名为“宝石路”计划。1966年,第一枚样弹被制造出来。当时越战正如火如荼地进行着,大量美国新式武器被输送到前线,-方面是为了验证武器的有效性,另一方面也希望利用新技术的巨大威力取得压倒性的优势。1968年,激光制导炸弹出现在越南战场,并取得极大成功,在很短的时间里就完全取代了“白眼星”制导炸弹的主力地位。在整个越南战争中,尽管激光制导炸弹参战时间晚,但总计生产和使用了24000枚,攻击了18000个以上的各种目标,而“白眼星”4种型号生产总数加起来也还不到9000枚。特别是由于激光制导炸弹的异常成功,白眼星一系列很有希望的后续计划都被陆续取消。

 

    美国在越南战争中应用激光制导炸弹最为成功的事件是1975年摧毁清化大桥的行动,清化大桥是越南反抗军主要的交通要道之-,所以一直是美国的眼中钉,从越南战争开始时就不断对这座横跨马江的大桥进行轰炸,希望以此来切断北越军队的运输补给线。但由于该桥地理位置独特,加上越南在这个重点部位部署了大量高炮和伪装,轰炸从未得手,美国在7年里一共出动飞机869架次,投弹超过2000枚,仅在1968年和1969年有两枚白眼星命中了不太重要的部位,没有达到摧毁的目的。1972年5月,14架美国空军F-4战斗机再次空袭清化大桥,飞机鱼贯进入,向大桥投掷了24枚227千克的MK82、907千克的MK84、1362千克的MK118改装而成的宝石路激光制导炸弹,在两架指挥照射机的引导下,至少有16枚炸弹准确地命中了大桥,顷刻间大桥化为乌有,桥墩和主要支撑结构都被彻底破坏,直到80年代初都没有完成修复工作。

   越战后,激光制导炸弹逐渐成为美军标准攻击武器,并大量生产,北约国家逐渐开始接受这种表面上很难使用的武器,美国也通过越南战争对这种武器的使用经验,发展了经过改进的新的宝石路炸弹。从技术上来说,宝石路前后一共分为三代,第一代以GBU-10A/B为代表确立了激光制导炸弹的基本结构,即模块化组件设计,可与普通炸弹在前线组装;鸭式布局;四象限光敏传感器等等,这些基本技术构架一直被全世界所有的后来的激光制导炸弹所遵循。第二代宝石路激光制导炸弹则通过第一代的使用情况,采用了视野更大、通光性能更好的光学组件,同时增大了控制弹翼,采用了尾部塑料折叠弹翼,以及大规模数字化集成电路组成的飞行控制仪,具有更好更远的滑翔能力和较好的发射适应性。第三代宝石路是80年代后期发展的,采用了新的陀螺稳定光学组件,新的飞行控制仪,取消了以前的风标式导引头,阻力更小,探测距离更远,飞行更稳定,弹翼组件也被更换,采用面积和翼展更大的弹翼,具有更远的滑翔距离和机动性。

   从投掷距离来看,第一代宝石路激光制导炸弹射程大约在5千米左右,而第二代则提高到7千米,第三代可以在7千米到10千米左右的距离上投掷。命中精度方面,第一代激光制导炸弹理论精度大约是CEP3米,但实战中散布基本在5米到7米左右,第二代提高到2米到3米,第三代提高到1.5米以内。由于激光制导炸弹价格非常便宜,仅是同级别激光制导导弹的1/5到1/10的价格,所以被大量采购和应用,到2006年为止,美国共计生产出25万枚各种型号的激光制导炸弹,其中约有一半在1965年以后的各种大大小小的战争中被消耗掉。1990年的海湾战争中,美国对伊拉克进行了持续43天的空袭,使用了约12000枚各种型号的激光制导炸弹,占空军总投弹量的19.8%,摧毁的目标数量占空军摧毁目标的69.27%,历史上还从未有过如此依赖精确制导武器的战争,因此人们也将这场战争称为高科技战争之始。

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  激光制导炸弹已成为现代空袭作战的重要打击手段,中国不能没有

   中国的激光技术发展-直很好,国家对这种未来技术非常重视,不过由于种种原因,中国在激光技术上主要以研究为主,很少投入工业应用。激光制导技术发展之初对中国的影响并不大,虽然很多中国人在越南亲身感受到美国激光制导炸弹的威力,也获得过一些由于引信失灵的炸弹残骸,但却从没有想过要去发展一种类似的武器。军事武器的需求取决于国家的军力水平,中国空军一直定位于防御的地位,激光制导炸弹属于进攻性武器,当时对激光制导炸弹的研究,主要限于如何防御它,比如说越南战争时期,为了对付激光制导武器,常常采用释放蒸汽、堆积燃烧发烟的稻草等手段,这种简单原始的手段曾经成功地保护了越南首府河内的电厂当空袭警报响起的时候,电厂就会将锅炉内所有蒸汽迅速释放出来,形成一片覆盖达数平方千米的浓雾区,光学器材在这种浓雾区的视野不超过20米,有效地使美军每一次空袭投下的数十枚激光制导炸弹和电视制导炸弹的攻击毫无效果。然而在越南取得的成功经验并不值得推广,海湾战争中的伊拉克为了抵御美国的精确制导武器,采用了大量燃烧原油,点燃上百口油井等释放出巨大的浓烟的办法,这些烟雾非常之大,对全球气候都产生了一定的影响,但这种被动的干扰只是给美国人制造了-点点干扰,大多数武器还是很准确地落在了目标之上,直到伊拉克战败投降,“水能载舟,亦能覆舟”没有哪一种手段是绝对有效的,防御毕竟是被动的。正因为防御总是被动的,在中国以现代化建军的今天,精确打击能力的需求已经不可避免地摆在了中国空军面前。在美国空军的制导武器库中,单件武器威力最大、使用最多、费效比最高、命中精度最高的武器竟然都是激光制导炸弹,这不得不让人深思了。从严格的军事技术方面考虑,激光制导技术也许并不是最好的制导技术,特别是目前广为使用的半主动激光制导技术,它和传统的常规炸弹攻击不同,半主动激光制导炸弹始终需要两个方面的配合才能工作,一个是照射方,一个是攻击方,两者之行的任务类型几乎完全不同,但两者的配合和时机的把握却又要求非常高。同时,激光制导属于光学波段的应用,对光学制导有影响的一切条件对激光制导都有同样的作用,比如说黑夜,激光制导虽然理论上在夜晚也不影响使用,但是瞄准装置是否有夜视能力却限制了它在夜晚的实际应用,美国在80年代以前的激光制导炸弹实际上都缺乏夜间作战能力,尽管可以派遣特种部队在目标附近提供照射,但这种战术只能是特殊的个体应用,没有普遍实用意义。只有当80年代以后,前视红外热成像技术和夜视仪技术取得巨大突破以后,激光制导炸弹才算真正具备了夜间作战能力。此外,气候条件中一切烟云雨雾、风沙等都能让激光制导炸弹无法使用。从简单的数理条件来看,激光炸弹不是全天候使用的,它需要复杂的协同和配合,不能做到真正的发射后不管,投射距离比较近,在敌人防空区以内,载机生存力较低等等。但激光制导炸弹仍具有简单、便宜、精度高等的优点。

   2001年前后,中国从俄罗斯引进了苏-30MKK多用途战斗机,为了配套,又采购了-系列俄罗斯的对空、对地武器,2003年采购的苏-30MKK2多用途战斗机更进一步采用了更多更先进的激光制导武器,比如X-29激光/电视制导战术空对地导弹,苏一30MKK2可以搭配俄罗斯的暴风雪光电攻击瞄准吊舱,能够为俄罗斯X-29、X-59等空地导弹提供目标瞄准和照射,也能为俄罗斯的激光制导炸弹KAB-500/1000/1500KR提供目标照射。

   不过令人感到疑惑的是,中国似乎并没有必要在激光制导炸弹这类简单制导武器上还要去依赖俄罗斯。2001年11月北京防务展览上,中国第一次在强-5前线攻击机的模型上搭载了激光制导炸弹的模型对外公开展示。2002年3月,《中国航空报》报道了一条非常关键的消息,消息称在中国空军的竞争中,613所某光电吊舱获胜。2003年的国防科技成就展中,这种神秘的吊舱显示出它的真面貌,这种在壳体上印刷着FILAT字样的前视红外/激光攻击吊舱和美国莱特宁前视红外攻击吊舱外型和结构几乎一模一样,它有很多方面设计显示出它是应用在激光制导炸弹这一类精确武器瞄准和照射方面的。美国早期的瞄准吊舱大多都是采用光学瞄准具或者电视瞄准具,只有白光能力,到了80年代中后期,红外热成像技术逐渐成熟,采用对自然辐射的8到12微米波段敏感的碲镉汞元器件,能够显示自然界物体的自身热辐射,因此具有很好的夜视能力。蓝盾吊舱是第一种具有这种能力的产物,国防科技展上所展示的吊舱前部有一个球形光学舱,光学舱上有三个独立的光学孔径,其中最大的一个就是红外热成像的光学通道。

   中国虽然起步较晚,但起步点却比较高,一开始就采用了和西方90年代水平相当的具有夜间精确攻击能力的前视红外/激光搜索瞄准吊舱,配合雷华电子研究所提供的蓝天攻击导航吊舱,可以让中国战斗机形成类似于美国F-15E携带蓝盾吊舱系统所获得的先进的全天候超低空精确攻击能力。巧的是这两种吊舱的公开展示都出现在中国唯一公开的多用途战斗轰炸机FBC-1型飞机上,这似乎也暗示了-些其他方面的信息。中国激光制导炸弹现状分析

   中国的激光制导炸弹大约从1995年开始投入研究,由地处中国腹地的洛阳光电研究中心承担,这个中心几乎是中国所有飞机使用武器的研发和生产中心,其主要任务是生产各类空空导弹。激光制导炸弹在计划中本来不属于重点位置,但随着中国军事高层对高技术战争的认知越来越深,以及台海危机越来越严重,对这种高效的外科手术刀式打击的最重要的刀锋部分需求迅速变得急迫。

   根据对美国海湾战争的分析,美军使用量最大的激光制导炸弹是使用MK82战斗部的227千克级别,其次是使用907千克的MK84战斗部的型号,为了确保攻击的成功率和最大毁伤效率,往往对同一个目标采用同一时段多次反复攻击的方法。海湾战争后,美国空军认为目前的激光制导炸弹的威力过大,容易造成过杀伤,对平民和周围民用设施的破坏则会引起一系列国际政治问题,因此美国大力发展小直径小重量的制导炸弹来减小附带杀伤效应。考虑发展趋势和中国战斗机的携带能力问题,特别是大多数中国战斗机、强击机都不能携带和使用重量超过800千克以上的武器,而中国特别需要重型精确制导武器对坚固防御工事的破坏力,因此中国将发展重点放到500千克重量级别上,这种重量级别的武器几乎每一种中国战斗机都可以携带和使用,而且威力足够,如果有可能的话,90%以上都可以通过多投掷弹药解决。

   参照美国在模块化结构上所取得的成功,中国的激光制导炸弹也采用模块化设计,即设计出一种通用的制导和控制器件,可以直接使用普通炸弹的引信部分的螺旋接口安装在炸弹原本的引信的位置,只需要针对每一种不同重量级别的炸弹设计不同的弹翼就可以了,美国"宝石路"系列的弹翼初期采用铝合金切削,使用螺栓和铆钉安装在原来弹翼的位置,后期采用模压玻璃纤维增强塑料弹翼,使重量更轻成本更低廉,并且向后折叠的折刀式弹翼携带时翼展较小,最大翼展不超过800毫米,而发射以后折叠弹翼弹出,可以达到2.5米以上的翼展,可以获得更好的滑翔性能和更好的弹道修正能力。在认真研究了世界各国发展激光制导炸弹的历程后,中国并没有简单模仿美国的激光制导炸弹的结构和思想,为了保证和采购的俄罗斯战斗机和武器系统的一致性和通用性,中国的激光制导炸弹采用了KAB系列的设计思想,采用了相同的气动布局和导引头结构,中国炸弹的长度、重心和气动稳定点和美国的都不相同,研制一种让很多炸弹可以直接组合的组件并不那么容易,它需要反复试验和平衡设计的取值,这无疑会增加炸弹研制的复杂程度和研究时间,因此中国和俄罗斯的看法取得了一致,既先装备专门研制的激光制导炸弹,先填补战斗力空白,然后再完成进一步的扩展和改造。中国和美国激光制导炸弹的最大区别是对气动布局的选择和尾部弹翼的设计,美国的激光制导炸弹采用鸭式布局,舵在导引头后方,而中国和俄罗斯却选择了常规气动布局,舵在尾翼上通过副翼来实现,鸭式布局有天生的滚转倾向,飞行轨迹的稳定程度较差,这对瞄准和精度都不太有利,定风标式导引头还经常有影响舵的气流产生,为了避免这些干扰,常规布局无疑是比较理想的选择,也正是因为选用了常规布局,燃气舵机和热电池等部件可以都布置在尾部,电子舱在头部,这样两者功能划分更清晰,结构更合理。当然,因为是专用设计,效益方面没有美国通用组件那么明显,只是因为中国的产品本身价格比美国低很多,效费比也算不错了,另外一个缺点是弹翼的翼展没有美国折叠弹翼那么大,滑翔距离也略差一些。,#p#分页标题#e#

   模块化的好处在于只研发一种制导控制元件,其他的弹翼组合都是简单的机械产品,开发容易,生产费用低廉。从目前中国公布的照片来开,中国的产品采用了传统的环形定位风标式激光敏感头,它是一个直径50毫米的有着半圆球头的小圆柱,尾部有-个4片小弹翼和一个直径89毫米的圆环组成的定风标,通过一个活动的万向节与后面的电子舱段相连,电子舱有4片固定的小的弹翼,用于调整炸弹的升力中心,制导舱段负责处理导引头感应的光电信号并通过控制计算机转化为控制信号提供给尾部的舵机,舵机通过对副翼的动作产生修正的力,从而控制炸弹始终沿着对准目标的飞行线路飞行。光学舱有一个直径为40毫米的窗口,窗口采用特殊的透光材料制成,对激光的特殊波段有很好的通透作用,光学窗口后面是配戴了光栅滤镜的光学镜头组,和美国“宝石路”二代的光学组件的15到18度视场不同,中国的制导炸弹的视场更大,基本和第三代“宝石路”的光学组件相当,较大视角的光学组件还能够提供较大的命中精度。所有的激光制导炸弹都采用早巳成熟的四象限硅光敏元件,为了避免在某些距离下激光聚焦后焦点过亮而烧毁光敏元件,光敏元件实际上是放在焦点以前的,这样光点实际在传感器上形成的是一个有一定面积的亮斑,这个亮斑出现在哪一个象限的传感器上,就表明目标在靠哪一侧的方向,该象限输出的电信号直接被翻译为这个方向舵机的动作信号,通过偏转舵,使光点始终保持在中间的位置。随着炸弹距离目标越来越近,在硅光元件上的亮斑面积会越来越大,最后将会出现每一个象限都有信号输出,这是第一代激光制导炸弹命中精度大于7米的主要原因,新的数字化技术将光学组件的焦点自动调节,始终保持在一个比较合适的位置,不会使弥散的激光光斑面积有过大的变化,大大提高了制导组件在末端的精度,从而提供1米左右的命中精度。同时数字化的飞行控制仪可以对舵机信号进行高频采样、分析,可以根据弹在计算机上存储的最佳弹道控制飞行。为什么激光制导炸弹会采用一个奇怪的风标呢?传统炸弹投掷瞄准程序中,大多数情况下都将炸弹的轴线对准目标投放,也就是说如果沿着一条直线飞行,炸弹就会直接落到目标头顶,因为地球上有重力的存在,物体下落实际是一条抛物线,激光制导炸弹的飞行和瞄准路线不是抛物线,他们希望是一条直线,在投掷时,激光制导炸弹的轴线对准目标,炸弹飞行的线路就是投掷点到目标的一条直线了,导引头在气流的作用下始终稳定在正对目标的方向。不过炸弹的飞行需要升力来支持它进行这样一条不符合自然坠落规律的航线,除了弹翼面积足够大以外,还需要一个飞行的攻角,这个角度往往和导引头指向矛盾,因此万向节和定风标的夹角实际上就是炸弹滑翔飞行的攻角造成的,这个简单设计解决了炸弹的飞行控制和制导控制不协调问题。由于定风标的自然稳定性,激光瞄准头不需要其他光学制导那样的昂贵易损的陀螺稳定装置,即便是发射投放时出现一些滚转也不要紧,不会影响到瞄准的效果,从实用角度来看,这种简单的设计所达到的效果堪称结构设计的杰作。

   我们来看一看中国在本届航展上公开的激光制导炸弹的具体情况吧,这种炸弹被称为出口开发的产品,称为“雷霆”-2型(LT-2),是一种相当于GBU-16B的500千克级别的无动力武器,搭配中国开发的机载激光照射吊舱、昼夜吊舱或地面照射器使用,可以攻击地面、海面固定目标,硬目标和低速运动的活动目标。

   由于采用了模块化设计,相信这样的武器应该是一个成员复杂的大家族,从展示型号的命名上也可以推测,目前500千克级别的叫做2型,那么1型是什么呢?是否还有更多的型号?一些攻击特殊目标的特殊弹药会不会也出现在这个雷霆系列中?比如和法国朗迪达尔反炮弹炸弹相似的中国反跑道炸弹?这种炸弹还有很好的穿地攻击能力,只要修正引信延时参数,它甚至可以击穿1米以上厚度的钢筋混凝土。目前中国在为数不多的展览或展示上只表明了少量飞机具有激光制导炸弹的使用能力,从最初透露的强-5型攻击机,到后来珠海航展上的FBC-1飞豹战斗轰炸机,还有歼-8IIM出口型战斗机等等,最新的战斗机FC-1肯定也具有使用的能力,外销上还是向巴基斯坦这类传统的中国武器使用国,巴基斯坦既准备装备FC-1战斗机,也在大量使用中国的强-5攻击机,他们也面临在南亚大陆进行精确打击武器方面的对抗问题,和美国同类产品相比,中国的激光制导武器不管是在价格上还是性能上都有相当吸引力。 

  激光制导炸弹的应用并不像传统制导武器那么简单,它需要多机战术协同或者空地战术协同,美国空军每年都需要培养飞行员使用这种武器,而进行大量的飞行训练和实弹演习。不过精确制导武器对空军打击力量有威力倍增的功效,一架目标照射飞机可以为一个中队的攻击飞机提供目标指示,精确武器的使用效率比使用普通炸弹进行攻击提高了10倍以上,为数不多的攻击有可能取得相当好的成绩。除了空军自己训练瞄准协同外,空地协同也很重要,美国在海湾战争中有很多目标都是由特种部队、侦察兵潜伏在目标附近进行准确的照射和引导攻击,特别是在进行近距支援的时候,地面指示照射目标更多,中国传统上训练空军和陆军的协同度还不够,要想用好激光制导炸弹还有很多工作要做,不过可以相信的是,随着中国军队建设现代化高科技化的发展,这些障碍最后都将被逐渐克服。

 

 

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