曝光中這一殺器:直接狙殺遠程導彈與四代戰斗機

    前不久簡氏防務周刊報道我國正在研制霹靂-21型遠程空空導彈，該導彈將在近期設計定型，從為我國空軍空戰又一利器。

    從珠海航展公布的我國空空導彈規劃圖來看，現役主力的霹靂-12已經發展了采用沖壓發動機的遠程攔射型號，那么為什么還要發展霹靂-21遠程空空導彈，筆者認為這實際上表示我國已經將把打擊預警機這樣的高價值目標列為重中之重，也就是說未來第四代戰斗機之間的空戰首先并不會在戰斗機之間發生，而是雙方尋找機會打擊對方的預警機。

    許多人可能認為現代空空導彈的射程越遠越好，但是實際上任何空空導彈都是可以閃開的，只要在正確的時間向正確的方向進行機動，我們熟悉的AIM-54“不死鳥”空空導彈雖然射程號稱上百，但是從兩伊戰爭的相關戰例來看，其發射距離仍舊沒有超過普通中距空空導彈的距離，并且這還是在戰區空情比較單純的情況下，而在海灣戰爭中，當F-14掛載AIM-54突入戰區的時候，由于敵我飛機混雜，無法施展導彈的威力，最簡單的例子，當機載敵我識別系統對一個較遠距離目標進行識別的時候，信號有可能被從中間經過的我方或者敵方飛機接收，從而得到錯誤的結果，所以西方發達國家通過對機載雷達、敵我識別系統、導彈等技術發展的預測，認為新世紀空空導彈對戰斗機這樣的目標進行攔射時，其有效距離不會超過80公里，正是出于上述預測美國海軍決定退役F-14和AIM-54導彈，并且中止后繼的遠程空空導彈-AAAM的研制。

    制約空空導彈射程延伸另外一個因素就是隱身飛機的普及，我們知道空空導彈的射程增加相對容易，可以通過提高發動機的技術水平、提高裝藥等措施來完成，但是受限于彈體的空間和重量、能源等水平，末制導雷達系統的天線孔徑和發射機功率并沒有得到較大的提高，這樣其孔徑功率之積就處于徘徊狀態，從而影響了其探測性能的提高，而目前隱身飛機的RCS基本上都在0。5平方米以下，相比較之下三代作戰飛機的RCS在5平方米左右，根據雷達探測距離和目標RCS四次方根呈正比的原理，我們可能得到主動雷達制導空空導彈對隱身飛機的探測距離比三代機至少減少了50%以上，這意味著隱身飛機需要更長的時間來跟蹤、鎖定目標，以便對導彈進行必要的彈道修正，這顯然會影響隱身飛機的隱身能力，所以筆者認為隱身飛機之間的空戰很有可能重新回到近距格斗時代。

    由于隱身飛機不能隨便開啟自身的雷達，以避免暴露自身的位置，所以隱身飛機可能更加依賴于預警機提供指揮引導，在這種情況下誰如果能夠攻擊對方的預警機，誰就可能在空戰中占據先機，但是預警機由于自身有較大的探測能力，可以在戰斗機逼近前探測到威脅，然后指揮護航戰斗機進行攔截，隱身飛機的出現為攻擊預警機提供了物質基礎，前面說過隱身飛機可以降低雷達探測距離大約在1/2左右，而現在大型預警機對于三代作戰飛機的探測距離大約在400-500公里左右，這樣對于隱身飛機的探測距離就降低到200公里以下，而隱身飛機憑借其大功率的機載有源相控陣雷達可以在這個距離之外就探測和鎖定預警機。然后用發射空空導彈攻擊，擊落或者迫使預警機離開巡邏區域，從而失去對戰區空情的探測和掌握。這也是為什么俄羅斯要堅持研制KS-172這樣的遠程空空導彈，而美國也在放棄AAAM多年之后，在今年重新啟動了遠程空空導彈的研制工作。我國的霹靂-21型導彈就是在這個背景下開始研制的。

    從海外媒體發表的相關圖片來看，霹靂-21彈體兩側出現了進氣道，這表明霹靂-21采用的是沖壓發動機，我們知道目前空空導彈的主流動力系統是固體火箭發動機。

    固體火箭發動機的優點就是結構簡單、體積緊湊、工作可靠、造價低，適用高度和速度范圍廣、維護方便，缺點就是比沖低、工作時間較短、推力調節困難，并且難以實現多次開關機。

    固體火箭發動機為了提高工作時間，以提高導彈的有效射程，采用了單室雙推力的辦法就是在一個燃料室內通過裝藥設計的不同或者兩種不同燃速成的藥柱產生兩種推力，即起飛段的高速燃燒的大推力和巡航段低速燃燒的小推力，但是這樣增加了發動機的復雜程度和成本，特別是固體火箭發動機需要自帶氧化劑和燃料，所以隨著導彈射程的增加，其重量和體積也隨著猛漲，象美國AIM-54空空導彈的重量超過400公斤，幾乎同時期的AIM-7M麻雀空空導彈重理的一倍，AIM-54的偏大的重量和體積不但自身的機動性能，也降低了戰機的載彈量和機動性能，所以遠程空空導彈需要新的動力系統以實現射程和機動性能的統一，這就是沖壓發動機，與固體火箭發動機不足，沖壓發動機是吸氣式發動機，就是利用空氣中的氧氣作為助燃劑，與導彈自身的攜帶的燃料混合燃料，從而形成推力，由于不需要攜帶助燃劑，與普通吸氣式發動機相比，沖壓發動機利用導彈高速飛行產生的靜壓，從而不需要常規噴氣式發動機所需要的壓氣機，從而具備結構簡單、質量小、造價低的特點，因此采用沖壓發動機的導彈可以較為有效的控制體積和重量，但是沖壓發動機也有自己的缺點；

    靜止式不產生推力，所以不能自行起飛，需要助推系統，另外低速時的推力小，不適于低速飛行，油耗也較高，還有就是對飛行狀態變化較為敏感，飛行高度、攻角、速度的變化都會對沖壓發動機的性能和狀態產生影響。

    根據上述缺點，出現了整體式沖壓發動機，就是將固體火箭助推器和沖壓發動機一體化，將固體火箭助推器燃燒后的殼體作為沖壓發動機的燃燒室從而降低沖壓發動機的重量和體積，目前用于空空導彈的沖壓發動機有兩種，一種是固體火箭沖壓發動機，一種是液體燃料沖壓發動機，前者是就是我們熟悉的流星空空導彈，它配備了采用貧氧固體推進劑的燃氣發生器，利用發生器產生的貧氧燃氣做為燃料，供給沖壓發動機燃料室進行二次燃料，而液體燃料沖壓發動機使用就是普通的航空煤油做為燃料，而當年和流星競爭的先進中距空空導彈，就是采用液體沖壓發動機，就兩者性能特點而言各有優點，固體火箭發動機具備結構簡單、可靠性高的特點，但是能量較低，而液體沖壓發動機能量較高，但是結構較為復雜，可靠性低。

    我國研制沖壓發動機起步較早，從上世紀60年代開始就著手研制采用沖壓發動機的超音速反艦導彈海鷹-3號，90年代開始又突破了整體式沖壓發動機技術，相繼研制成功整體式液體沖壓發動機和整體式固體火箭沖壓發動機。

    那么霹靂-21采用的哪一種，從兩者發動機的特點來看，筆者認為是整體固體火箭發動機的可能性更大一點，前面說過固體火箭沖壓是利用燃氣發生器中貧氧推進劑燃燒所產生的高溫富燃燃氣成為沖壓補燃室的強大火源，因此發動機可在寬廣的空／燃比下工作。

    在外界大氣條件和飛行姿態變化時不會造成熄火，可使導彈在較大攻角下工作，增加了導彈的機動性。這對于經常需要改變飛行軌跡的空空導彈來說是非常寶貴的，對于固體火箭沖壓發動機能量不足的缺點，燃料效率高的高金屬含量推進劑的出現彌補了這個缺點，這也是為什么采用固體火箭沖壓發動機的流星導彈能夠在競爭勝出的主要原因。

    霹靂-21導彈的進氣口位于兩側彈體側下的位置，并且進氣口后掠，用于增加進氣口的面積，這樣的做的目的在于提高導彈在大攻角條件下能夠利用彈體對氣流進行預壓縮，從而減少進氣道內的氣流紊流，提高進氣效率，避免因為導彈機動而造成沖壓發動機工作狀態的變化和熄火。

    霹靂-21導彈采用了正常氣動布局，即彈翼在前，舵面在后，這種布局的優點是舵面離導彈的重心較遠，因此較小的面積的舵面就可以得到較大的力矩，從而降低導彈的體積和重量，同時由于彈翼固定不動，對于后面的舵面帶來洗流影響較小，空氣動力性能較好，缺點就是于導彈的發動機一般位于中后部。

    所以舵機和操縱系統的安裝受到限制，另外彈翼產生的升力有時和舵面產生的升力方向相反，導彈的響應性較差，特別是導彈自身的重量和體積較大的時候， 所以霹靂-21在彈頭增加了一組固定小翼，其作用就是提高導彈全彈道飛行的穩定性和機動性能。

    先進的發動機和可靠的氣動布局只是解決了導彈的飛行距離的問題，要想有效的攻擊目標，還需要精密的制導系統，我國已經掌握了中程主動雷達制導空空導彈的復合制導系統技術。

    因此霹靂-21空空導彈的制導系統肯定會從這個系統的基礎上發展而來，我國主動雷達制導空空導彈的末制導雷達來源于俄羅斯的9B-1103M，其對RCS=5的目標探測距離大約在25公里左右，盡管預警機的RCS要遠高于戰斗機，大型飛機如B-52的RCS在100平方米左右，預警機如E-3A還要更高，但是考慮到雷達探測距離與RCS的四次方根呈正比，所以霹靂-21對預警機的探測距離應該在50-60公里左右，而戰斗機要在200公里外對預警機進行攔射才能較好的保證自身的安全，我們知道目前采用的沖壓發動機屬于亞燃沖壓發動機，也就是說當氣流進入燃料室前要減速到亞音速以保證燃料的穩定性，在這個過程中由于氣動做功，燃料室內的溫度急劇升高，所以目前沖壓發動機的速度一般不超過4馬赫，這樣導彈要飛行近2分鐘才能進入末制導，這對于隱身飛機來說是相當不利的，所以筆者認為需要為霹靂-21移植為霹靂-12B空空導彈研制的復合末制導系統技術，就是添加被動制導系統，被動制導系統是利用對方雷達電波信號進行制導，信號只是單程減少并且預警機的雷達功率較大，所以可以擴大末制導系統的探測范圍，從而減少對戰斗機引導的依賴。