Green 版 (精华区)

发信人: glees (针叶林), 信区: Green
标  题: 精确打击导弹的新技术
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年04月05日17:18:15 星期六), 站内信件



林 海



　　上世纪70年代以来爆发的几场高技术局部战争，尤其是海湾战争和科索沃战争，由于
大量使用精确打击武器，特别是远程纵深精确打击兵器，使高技术战争的打击精度、战争
格局等发生了重大的变化。精确打击将成为高技术战场上火力较量的一种重要方式和手段
，标志着现代战争已进入以信息化为基础的高科技战争时代。

　　精确打击武器作为时代产物已成为未来武器发展的重要趋势。下面从几个方面对精确
制导导弹的未来技术发展加以分析。

    头　罩

　　新的导引头/传感器头罩技术包括平面/窗口、多光谱和多镜头头罩技术。带平面的头
罩通常采用锥形，可减小倾斜误差，从而提高制导精度。由于传统的高光滑度头罩的倾斜
误差而带来的导引头跟踪误差是红外成像和雷达导引头面临的一个问题。头罩曲率的变化
不大在很大程度上影响着跟踪精度。解决这一问题的方法是采用带平面的头罩，法国的西
北风导弹和俄罗斯的SA－16导弹就采用了这种方法。“反应增强型防区外对陆攻击导弹”
（SLAM－ER）和弹道导弹防御拦截器也采用了基于单平面窗的类似技术。平面头罩与平面
窗口罩的光学特性相同，可以使导引头有更宽的视场。与传统的高光滑度头罩相比，平面/
窗口头罩的倾斜误差可以忽略不计。平面窗口的另一优势在于可以降低被探测到的可能性
。利用窗口上的网格或开槽薄膜可以选择传输的波长或频率。这样可以减少雷达的散射，
从而减小了精确打击导弹的雷达截面（RCS）。另一新的头罩技术是多光谱头罩。多光谱头
罩可以使导弹采用多光谱（如中波红外/长波红外）和多模（如红外/毫米波）导引头。多
镜头头罩多用于高光滑度头罩，可提供光学矫正，从而使头罩倾斜误差降低。高光滑度多
镜头头罩与传统的半球形头罩相比，在超音速飞行时的阻力较小。

    导引头

　　导引头的新技术包括多光谱、合成孔径雷达（SAR）、捷联和非冷却红外导引头等。采
用多光谱/多模导引头可以提高自动目标识别性能。例如，成像红外焦平面阵列（FPA）探
测器可以对多种波长进行采样，从而在较宽的波长范围内提供多光谱目标识别。多光谱导
引头有抗伪目标和地面杂波的能力。合成孔径雷达导引头在恶劣天气和有地面杂波的情况
下非常有效。它可以灵活地在较大的区域内（如5千米×5千米）对单个目标进行搜索，然
后在地面杂波中对目标进行高分辨率（如0.3米）识别和瞄准。美国的“掠夺者”无人机就
采用了合成孔径雷达。合成孔径雷达导引头可提供目标周围已知地形特征的高精度轮廓，
并导出目标的GPS坐标。捷联导引头没有常平架，采用电子稳定和跟踪系统。由于没有常平
架，减少了零件数，从而降低了导引头的成本，而导引头可能是精确打击导弹最贵的分系
统。非冷却红外导引头采用非冷却探测器，如辐射热测量计。不采用冷却系统也降低了导
引头的成本。

    制导和控制系统

　　制导和控制技术包括全球定位系统/惯导系统（GPS/INS）、飞行中制导优化、为倾斜
转弯导弹提供导出攻角和侧滑角反馈以及自动目标识别技术等。到2010年，采用GPS/INS精
确制导的圆概率误差有可能达到3米以下。GPS/INS的精度可以使低成本的无导引头导弹用
于攻击固定目标。10年前INS敏感器的价格约为2万美元，现在只有其三分之一。采用微机
电系统技术后，INS的价格有可能降到2000～3000美元。微机电系统利用半导体制造工艺用
单片硅制作而成，体积小，费用低。在一块约13厘米的单硅薄片上可以作出2000到5000个
微机电陀螺元件。基于环形激光陀螺、光纤陀螺、数字石英陀螺和微机电陀螺/加速度计的
敏感器都可以用作精确打击导弹的INS敏感器。GPS/INS一体化的好处在于可以高精度地进
行定位和速度测量，减少敏感器的噪声，降低对干扰的敏感度，并可进行导弹姿态测量。
带有现代GPS接收机的导弹在高空飞行时对干扰的敏感性较低。由于GPS能对惯导系统不断
地进行修正，因此在设计时可以考虑采用低精度和低成本的INS，并且能保持较高的导航精
度（3米的圆概率误差）和较好的抗干扰性能。现代GPS/INS接收机采用卡尔曼滤波器集中
处理各种传感器（如合成孔径雷达、GPS接收机、INS等）传来的原始数据。有70多种模态
的GPS/INS卡尔曼滤波器已经过验证，可以用在精确打击导弹上。除了提高精度外，卡尔曼
滤波器在遇到干扰和卫星损失时具有很好的鲁棒性。如在1颗或多颗卫星受损时，它可利用
3颗、2颗甚至1颗卫星进行伪距测量。在杂波环境中可以考虑采用GPS/INS制导进行精确导
航和目标敏感数据融合。在广域GPS增强（WAGE）、差分或相关模式下，GPS精度的敏感器
的切换误差低于3米。利用数字飞行弹道预测和GPS/INS导出的飞行状态参数（如马赫数、
攻角、侧滑角、动压等），导弹可以不断地优化飞行弹道，以使射程、离轴角和精度等性
能参数达到最优。自动目标识别技术将继续得以改进，从而减轻飞行员的负担。用于C4ISR
的传感器性能的提高将提供近实时自动目标识别、降低虚警率、提高瞄准精度和提高数据
率等新能力。

    电子设备

　　精确打击导弹系统的另一个重要部分就是电子技术。目前高性能、低成本的商用处理
器已经取得了突飞猛进的发展。电子技术是制导和控制以及传感器数据融合的使能技术。
目前已开始利用低成本、小尺寸、低功率的组件进行多维识别。处理器的处理能力差不多
每两年就提高一倍，1972年时在4004芯片上只有2300个晶体管，而到1995年时奔腾处理器
芯片上有550万个晶体管。而且这种增长趋势没有下降的趋势。预计到2010年一块芯片上可
以集成10亿个晶体管。处理能力将不再是精确打击导弹应用传感器数据融合和近实时弹道
优化的障碍。

    弹体技术

　　弹体技术正朝着提高飞行性能、降低重量、提高飞行马赫数、降低成本、提高可靠性
并降低被探测性方面发展。先进的弹体技术包括非轴对称升力体、中性静稳定度、分离式
鸭式布局、叶栅翼、低阻进气道、单一铸件结构、低成本制造技术、复合材料技术、钛合
金、微机电系统数据采集和低观测性等。升力体弹体可提高机动性和气动效率（升阻比）
。中性静稳定度也可以提高机动性和巡航性能。分离式鸭式控制可以提高机动性。叶栅翼
可


 

以用于亚音速和超音速精确打击导弹的弹体上，铰链力矩小而控制效率高。低阻进气道是
为高超音速导弹研发的。新的弹体技术可以降低精确制导武器的成本。采用低成本技术的
典型精确打击武器有“杰达姆”（JDAM）和“贾斯姆”（JASSM）。降低成本的技术目前正
在用于现有的武器系统，可以大大节约开支。“战术战斧”就是其中一个例子。它采用简
单的低成本弹体和伸出翼，从而使其制导与控制系统和推进系统可以采用低成本的商业部
件。目前的“战斧”有11500个零件、2500个扣件、45个电路板和160个连接件，要进行610
小时的组装和测试。而“战术战斧”的零件减少了35％，扣件减少了68％，电路板减少了5
1％，连接件减少了72％，组装和测试时间减少了68％，从而使成本降低了50％。“战术战
斧”同样还有很大的灵活性（如缩短了任务规划时间，具有飞行中瞄准能力，具有作战毁
伤指示／作战毁伤评估能力，采用模块化有效载荷）和更高的可靠性。“战术战斧”的经
验表明减少零部件是降低成本的一个重要方面。估算导弹单位生产成本的传统方法是以导
弹的重量为基础。然而“战术战斧”的重量与目前“战斧”的重量一样，但成本却降低了5
0％。精确打击导弹将越来越普遍采用精密铸件。采用铸件可以减少零件数，从而降低成本
。这一技术对于吸气式导弹尤为重要，如冲压喷气式导弹采用非常复杂的非轴对称结构。
冲压喷气式导弹通常比轴对称型火箭动力导弹的成本高。采用单一铸件的弹体设计可以将
所有次级结构结合在一起，从而减少了结构零部件。通过精密的加工使配合面打磨得如铸
在一起一样。燃料单元是结构不可分割的一部分，不需要壳体。结构附件（如喷嘴附件、
有效载荷支撑件、发动机附件）和自动分度／对准装置也可以结合进整体结构中。这样可
以最大限度地降低对装配、对准以及组装工具和测试（检验）的要求。精密铸件已在铝、
钛和钢弹体、发动机壳体和燃烧室上得到成功的应用。陶瓷加工是一项低成本的精密铸件
使能技术。降低弹体成本的其它制造技术包括真空辅助涂脂传递模塑、拉压、挤压、导弹
结构绕丝制造等。复合材料将在新型弹体制造中得到更加广泛的应用。高温复合材料特别
适用于要求减少重量的高超音速导弹。另一项新技术是钛合金。钛合金可以减轻导弹的重
量，使其能在高超音速、高温环境下飞行。未来的精确打击导弹将使用低成本的小型微机
电传感器在研制过程中进行数据采集和在出厂后进行维护监视。通过分布在弹体上的传感
器可以对当地受力情况、温度和其它环境参数进行监测。最后，弹体成型和材料技术的发
展可以使得未来的巡航导弹被探测到的可能性降低。

    电　源

　　微机电系统的应用也将促进电源技术的发展。微机电电源系统提供的单位重量能量要
比热电池高得多。微型涡轮发电机是以微机械半导体制造工艺为基础。微型涡轮发电机在
重量和体积方面有15～20倍的优势。

    战斗部

　　精确打击导弹战斗部的改进技术包括高能量密度战斗部、多模战斗部、硬目标侵彻战
斗部、子弹药布撒战斗部和动力子弹药战斗部等。目前的高爆战斗部采用交联双基（XLDB
）爆炸装药，如奥克托金（HMX）和黑索金（RDX）。美国海军中国湖空战中心的CL－20就
是一种新型的高爆装药。CL－20与目前的XLDB硝胺炸药的化学成分相近。然而CL－20采用
循环聚硝基苯，具有独特的笼状结构，可以提供较高的晶体密度、生成热和氧燃比。CL－2
0推进剂比奥克托金和黑索金的性能高10％～20％。CL－20还降低了冲击感度（两者分别为
1.3级和1.1级），比奥克托金或黑索金有较温和的自燃反应。目前的重点是通过研制打击
更多种类目标的多用途导弹来降低生产成本和后勤成本。“杰索伍”（JSOW）就是一个典
型的例子。“杰索伍”是“白星眼”、“机长”、“岩眼”、“幼畜”和激光制导炸弹的
统一替代产品。多用途精确制导武器系统由于可以对付更多种类的目标而具有更大的灵活
性。模块式战斗部可以更有效地打击加固的掩体目标和地面机动目标。动能侵彻战斗部技
术包括侵彻体形状、壳体材料、炸药以及急剧减速时能够正常工作的引信等。动能战斗部
可能不需要炸药。直瞄反坦克弹（LOSAT）就是一种不装炸药的高超音速导弹。在子弹药的
目标区域，子弹药布撒和动力自主子弹药（如低成本自主攻击系统（LOCAAS）可以打击战
术弹道导弹一类的机动机敏目标。动力子弹药可搜索相对较大的区域，在战术弹道导弹发
射装置离开发射点后对其进行定位。目前面临的技术挑战是子弹药的超音速和高超音速布
撒。对于高动压和激波－边界层相互作用的飞行环境，目前研究得较少。弹尾子弹药布撒
是超音速和高超音速子弹药布撒的使能技术。

    绝　热

　　绝热技术是精确打击导弹的另一项使能技术。目前正在为高超音速导弹开发高密度弹
体外部和内部绝热材料。大多数精确打击导弹是受体积限制而不是重量限制。采用高密度
的绝热材料可使导弹携带更多的燃料/推进剂，使其有更远的射程。

    推　进

　　新兴推进技术包括液体燃料冲压喷气发动机、变流量函道火箭、超音速燃烧冲压喷气
发动机、浆燃料、吸热燃料、复合材料发动机壳体、火箭发动机能量管理、低观测性、大
推力发动机和反作用喷气控制等。涡扇和涡喷推进系统对于精确打击导弹来说是相对较为
成熟的技术，它们多用于亚音速巡航导弹，可以有效打击远距离的非机敏目标。涡扇和涡
喷发动机可以在3马赫左右工作。不过，当超过2马赫时，进气系统的复杂性就要增加，以
满足向压气机提供进气道气流的要求，并需要有昂贵的冷却系统以免温度超过涡轮进气道
的承受能力。液体燃料冲压喷气推进系统可提供高的比冲，使导弹在2.4千米的高度上以4
马赫左右的速度高效地巡航飞行。超过5马赫，进气道气流下降到亚音速，空气发生化学离
解，吸收热量并减少了燃烧室的有效能量输出。在5马赫以上时，需要2个或2个以上的斜激
波来有效地恢复进气道压力，从而增加了其复杂性、成本和喷气推进导弹的整体风险。变
流量函道火箭比液体燃料冲压喷气发动机有较高的加速度，比固体火箭有更远的射程。对
于精确打击任务，它更适用于压制远程高性能的面空导弹。函道火箭的加速度和能很快达
到3马赫以上的快速反应能力使其在反面空导弹作战中具有很短的反应时间。函道火箭利用
气体发生器为燃烧室提供富燃产物。富燃产物与进气道来的空气混合并燃烧。函道火箭的
比冲介于液体燃料冲压喷气发动机和固体火箭之间。超音速燃烧冲压喷气发动机最适合于
巡航马赫数为6或更高的导弹。超燃冲压喷气发动机使燃烧室的气体保持超音速。超燃冲压
喷气发动机面临的技术挑战是燃料混合和高效燃烧问题，因为超音速燃烧的驻留时间极短
。另一个技术挑战是高效压力恢复的进气道一体化。像冲压喷气发动机一样，超燃冲压喷
气发动机是靠火箭加速到超音速接班速度。超燃冲压发动机的接班速度大约为4.5马赫，比
冲压喷气发动机高，这就需要有一个较大的推进器。对于重量受到限制的系统，超燃冲压
发动机所带的燃料要比冲压喷气发动机要少。超燃冲压发动机的高效巡航条件是飞行速度
约为6马赫，高度约为30千米。燃料技术包括浆燃料和吸热燃料。高密度的浆燃料可为体积
受到限制的导弹提供高的容量性能。吸热燃料在高温时分解成重量轻的分子产物，可提供
较高的比冲，并且燃烧室长度短。吸热燃料还可以对相邻结构起到冷却作用。另一项推进
技术是复合材料发动机壳体。与钢制发动机壳体相比，复合材料的重量减轻了。火箭发动
机的推力－时间过程管理技术包括栓式、脉冲和凝胶推进剂发动机。对于低观测性精确打
击导弹，其重点将是减少导弹的羽烟。采用大推力发动机的动能杀伤精确打击导弹可以迅
速加速到高超音速。动能杀伤导弹还采用反作用喷气控制来提高碰撞杀伤精度。

    数据链

　　数据链技术包括作战毁伤指示／作战毁伤评估（BDI／BDA）、飞行中瞄准和相控阵天
线。BDI／BDA可通过红外成像导引头对目标的成像数据链来实现。飞行中瞄准对于打击战
术弹道导弹一类的机动机敏目标非常有效。正在研制的相控阵天线可以为精确打击导弹与
卫星、地面站、有人飞机和无人机之间的通信提供高数据率和灵活性。

    飞行控制

　　精确打击导弹的最后一项新技术是飞行控制。由于要求导弹放在低观测性的飞机机舱
内，这就要求导弹采用可折叠的空气动力表面（如小翼展/长弦、可折叠、缠绕、按钮式弹
簧开启），从而使像F－22这样的低观测性飞机有较高的火力。□


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  瀚海天山处处家
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