標(biāo)準(zhǔn)的誕生與進(jìn)化

邢強(qiáng)

自上世紀(jì)60年代末服役以來，“標(biāo)準(zhǔn)”系列導(dǎo)彈已走過了近半個世紀(jì)的時間，產(chǎn)量早已突破24 000枚，成為了世界海軍裝備數(shù)量最多的艦載防空反導(dǎo)導(dǎo)彈。而就在今年5月，雷神公司宣布，最新的“標(biāo)準(zhǔn)”-6導(dǎo)彈轉(zhuǎn)入大批量量產(chǎn)階段，意味著這種高性能防空導(dǎo)彈的單枚成本將大大降低?！皹?biāo)準(zhǔn)”緣何有旺盛的生命力？到底是怎樣的契機(jī)催生了這一防空導(dǎo)彈領(lǐng)域的明星大腕的呢？

“標(biāo)準(zhǔn)”系列導(dǎo)彈的誕生故事要追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間。日本對珍珠港的偷襲使美國和日本爆發(fā)了太平洋戰(zhàn)爭。在這場戰(zhàn)爭中，日本“神風(fēng)特攻隊”的自殺式襲擊令美國人頭痛不已。他們迫切需要一種比艦上的高射機(jī)槍更為有效的艦隊防空武器，“大黃蜂計劃”應(yīng)運而生。以當(dāng)時的科技水平來看，這個計劃有著近乎瘋狂的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)：要盡快研制出一款或多款能在軍艦上發(fā)射、以沖壓發(fā)動機(jī)為動力、以波束制導(dǎo)方式飛行并能在超聲速的飛行狀態(tài)下穩(wěn)定彈體姿態(tài)的防空導(dǎo)彈。這是一個導(dǎo)彈剛剛問世不久的年代，V-2是為數(shù)不多的超聲速導(dǎo)彈。但V-2是彈道導(dǎo)彈而非防空導(dǎo)彈。

實際上，正是這看似瘋狂的“大黃蜂計劃”為美國戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈體系夯實了基礎(chǔ)。該計劃實施初期，美國只有3個超聲速風(fēng)洞，而且這些風(fēng)洞的尺寸無法滿足艦空導(dǎo)彈的試驗要求。到了該計劃完成之時，由約翰霍普金斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的技術(shù)攻關(guān)小組已經(jīng)建立起了多個大規(guī)模超聲速風(fēng)洞。戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈空氣動力學(xué)在這個時期得到了系統(tǒng)化的發(fā)展，人們對導(dǎo)彈空氣動力學(xué)的認(rèn)識從線性階段躍升到了非線性階段。

1959年 ，“黃銅騎士”導(dǎo)彈終于完成了研制。這款以沖壓發(fā)動機(jī)為動力的導(dǎo)彈是“大黃蜂計劃”的“正統(tǒng)產(chǎn)品”。但是該導(dǎo)彈的發(fā)射質(zhì)量為3.175噸，而且大推力沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)復(fù)雜，只陸續(xù)裝備了7艘巡洋艦就銷聲匿跡了。而我們本文的主人公“標(biāo)準(zhǔn)”系列導(dǎo)彈則是這個計劃的副產(chǎn)品。在“大黃蜂計劃”實施期間，朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)了，美國海軍亟需一種能夠馬上投向戰(zhàn)場的艦空導(dǎo)彈，而此時距離“黃銅騎士”導(dǎo)彈問世還有4年的時間，一些有關(guān)沖壓發(fā)動機(jī)的研究還處于基礎(chǔ)理論階段。美國海軍和霍普金斯大學(xué)不得已只能用技術(shù)成熟的固體火箭發(fā)動機(jī)來取代沖壓發(fā)動機(jī)，發(fā)展出了“小獵犬”和“韃靼人”兩款導(dǎo)彈。

“標(biāo)準(zhǔn)”的誕生

1964年12月 ，“標(biāo)準(zhǔn)”系列導(dǎo)彈的最早型號——“標(biāo)準(zhǔn)”1開始進(jìn)入研制階段。說是研制，實際上是對已有的“高級小獵犬”導(dǎo)彈和“韃靼人”導(dǎo)彈進(jìn)行改進(jìn)。

從外形上看，“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈與“高級小獵犬”導(dǎo)彈和“韃靼人”導(dǎo)彈幾乎沒有差別。但是它采用的自適應(yīng)自動駕駛儀、全電傳操縱、固態(tài)電子電路和通用發(fā)射架設(shè)計這四個創(chuàng)新使其立刻成為了海軍的寵兒。

防空導(dǎo)彈自動駕駛儀的設(shè)計有一個難點，那就是這種導(dǎo)彈的作戰(zhàn)高度和作戰(zhàn)速度變化巨大。從海平面（或地平面）到最大作戰(zhàn)高度，大氣層的密度、溫度差別明顯，而導(dǎo)彈的速度則從0迅速增加到音速的2倍以上，作用在導(dǎo)彈上的氣動力復(fù)雜多變。為了命中目標(biāo)，導(dǎo)彈需要在所有高度和速度條件下都要有良好的穩(wěn)定性和可操縱性?！皹?biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈的前輩們（如“韃靼人”導(dǎo)彈）是這樣解決這個問題的：在導(dǎo)彈的頭錐上安裝探測器，測量大氣密度并計算導(dǎo)彈的飛行速度（類似飛機(jī)的空速管），根據(jù)這些數(shù)據(jù)來實時調(diào)整導(dǎo)彈的控制參數(shù)。這無疑增加了導(dǎo)彈的載荷和成本，而這些探測器又十分不可靠，成為了使導(dǎo)彈偏離目標(biāo)的一大誤差來源。而“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈的解決方案則是獨創(chuàng)性的，它采用了世界上首臺自適應(yīng)自動駕駛儀。所謂自適應(yīng)就是說導(dǎo)彈能夠在不依賴外部探測器的前提下根據(jù)不同的飛行狀態(tài)自動調(diào)整控制參數(shù)來使自身始終有著良好的飛行性能。這使“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈省掉了復(fù)雜的外部探測器，也避免了由于探測器失效而帶來的制導(dǎo)誤差。

“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈用直流電機(jī)來控制舵面的偏轉(zhuǎn)，省去了沉重的液壓系統(tǒng)同時提高了舵面的響應(yīng)速度。該電機(jī)總是以其所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速來進(jìn)行工作（這種工作方式被稱為“Bang-Bang控制”，體現(xiàn)了上世紀(jì)60年代的最優(yōu)控制理論的研究成果，如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了多種工業(yè)控制領(lǐng)域），為此設(shè)計師們?yōu)樗O(shè)計了專門的離合器。這是世界上首枚采用專用離合器進(jìn)行控制的導(dǎo)彈。

固態(tài)電子電路是那個年代的電子工業(yè)發(fā)展的成果。比起“高級小獵犬”導(dǎo)彈和“韃靼人”導(dǎo)彈上面的用焊錫連接的電路，“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈的控制電路的體積減小了50%，并最終讓導(dǎo)彈減重了45千克，可靠性則至少提升了1倍。

通用發(fā)射架實際上是“標(biāo)準(zhǔn)化”設(shè)計思路的一種拓展。從“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈開始，中小型艦艇也能裝備艦空導(dǎo)彈了。“標(biāo)準(zhǔn)”-1艦空導(dǎo)彈、“魚叉”反艦導(dǎo)彈和“阿斯洛克”反潛火箭可以由同一個發(fā)射架來進(jìn)行發(fā)射，導(dǎo)彈的選取、裝填和發(fā)射的全過程都是自動進(jìn)行的。另外，原本用來發(fā)射“小獵犬”導(dǎo)彈和“韃靼人”導(dǎo)彈的發(fā)射架只需稍加改裝就能發(fā)射“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈。

“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈繼承了之前型號的氣動外形和發(fā)射指揮系統(tǒng)，研制成本大幅降低，而改進(jìn)后的效果卻十分好。沒有高壓氣體和液壓油的“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈在長期儲存后也不會出現(xiàn)漏氣和漏液的情況。大多數(shù)艦艇都不需要攜帶“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈的檢修設(shè)備，因為這種導(dǎo)彈只要每隔3到5年做一次常規(guī)檢測就可以了。

緣起于戰(zhàn)爭情況下的倉促選擇，萌生于設(shè)計師對導(dǎo)彈空氣動力學(xué)的充分自信，成長在電子元器件和最優(yōu)控制理論飛速發(fā)展的時代，“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈就這樣誕生了?！皹?biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈體現(xiàn)了“保留過去型號的優(yōu)良品質(zhì)，集中力量進(jìn)行關(guān)鍵突破”的設(shè)計思路的成功。

區(qū)域防空中堅

“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈的性能較好，可靠性也比“韃靼人”導(dǎo)彈有了大幅提高。但是，它很快就遇到了挑戰(zhàn)。上世紀(jì)60年代中期是超低空突防戰(zhàn)術(shù)和各型反艦導(dǎo)彈飛速發(fā)展的時代，攜帶艦空導(dǎo)彈的艦只不僅要保證自身的安全，還要對整個艦隊的所有其他艦只負(fù)責(zé)。人們對艦空導(dǎo)彈的要求由“點防空能力”提升到了“區(qū)域防空能力”?！皹?biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈在艦艇自保方面尚能發(fā)揮一定作用，但是在保衛(wèi)整個艦隊的時候就顯得力不從心了。

“黃銅騎士”的研發(fā)為后續(xù)的“標(biāo)準(zhǔn)”奠定了基礎(chǔ)。圖為1963年1月，美國海軍“奧爾巴尼”號巡洋艦試射“黃銅騎士”導(dǎo)彈（右側(cè)兩枚）和“韃靼人”導(dǎo)彈（左側(cè)一枚）。

于是，“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈呼之欲出。在升級“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈的過程中，彈體的氣動外形被保留了下來，設(shè)計師們僅在導(dǎo)引技術(shù)、信息處理技術(shù)和推進(jìn)技術(shù)三個方面對導(dǎo)彈進(jìn)行了改進(jìn)就大幅度提高了導(dǎo)彈的攔截能力，使標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)彈開始擔(dān)負(fù)起區(qū)域防空的重?fù)?dān)。

在導(dǎo)引技術(shù)方面，“標(biāo)準(zhǔn)”-2比“標(biāo)準(zhǔn)”-1做得巧妙得多。它不再僅僅依靠導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的全程自主導(dǎo)引，而是增加了慣性制導(dǎo)和指令修正制導(dǎo)。慣性制導(dǎo)不依賴于任何外界信息，極大地增強(qiáng)了導(dǎo)彈的抗干擾能力，而指令修正制導(dǎo)可以讓導(dǎo)彈接收來自軍艦的“建議”，隨時調(diào)整飛行彈道。當(dāng)然，降低成本的指標(biāo)在這時仍沒有放松?！皹?biāo)準(zhǔn)”-2并沒有研發(fā)專用的火控系統(tǒng)，而是直接借用了看起來已略顯原始的“韃靼人”和“小獵犬”的火控系統(tǒng)。

在信息處理技術(shù)方面，“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈（尤其是其Block IV A改進(jìn)型）全部換裝了數(shù)字式處理器。另外，值得一提的是，“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈的引信開始和紅外導(dǎo)引頭以及彈上的高頻近程雷達(dá)協(xié)同工作。紅外導(dǎo)引頭為引信提供視線角速度和角度信息，而雷達(dá)則提供相對速度和相對距離的信息。將這些信息融合處理之后，導(dǎo)彈可以自行判斷最佳的起爆時機(jī)，使爆炸瞬間產(chǎn)生的破片對目標(biāo)造成最大程度的傷害。

在推進(jìn)技術(shù)方面，“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈對雙推力固體燃料發(fā)動機(jī)和MK72推力矢量助推器的成功應(yīng)用使其同時獲得了很好的機(jī)動性和較遠(yuǎn)的射程。

美國海軍“馬漢”號驅(qū)逐艦上的“標(biāo)準(zhǔn)”2導(dǎo)彈

“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈的多次攔截試驗已被廣為報道，而上述三個方面的改進(jìn)也幾乎是盡人皆知。但是，在武器裝備升級換代的過程中，有一個瓶頸是很難突破的，那就是可靠性。如果無法將可靠性保持在一個較高的水平上，則其他所有性能的提高都將是空談。“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈擁有“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈望其項背的區(qū)域防空能力，而與之相伴而來的則是增加了7倍的集成電路，其他電子元器件的數(shù)量也增加了70%以上。隨著元器件數(shù)量的增加，導(dǎo)彈本身潛伏的故障隱患會增加，保證導(dǎo)彈可靠性的難度也會急劇增加。讓實現(xiàn)了全彈數(shù)字化的“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈擁有和“標(biāo)準(zhǔn)”-1導(dǎo)彈相當(dāng)?shù)目煽啃缘碾y度無異于讓iPhone和諾基亞3210擁有同等抗摔性的難度。

為了提高“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈的可靠性，設(shè)計方和制造商采用了制訂更高的電子元器件采購標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展更加系統(tǒng)的可靠性理論等方法。這些方法使得可靠性較高成為了“標(biāo)準(zhǔn)”系列導(dǎo)彈的一個特征并影響了后續(xù)多種導(dǎo)彈的發(fā)展。通過大量的驗收試驗發(fā)現(xiàn)，有80%的導(dǎo)彈失效與電子元器件的失效有關(guān)，而有75%的電子元器件的失效事故責(zé)任來自供貨商。于是，諸如美軍出爐了一系列嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對芯片的制造作出了詳細(xì)規(guī)定。這些標(biāo)準(zhǔn)至今仍是很多半導(dǎo)體和大型集成電路的生產(chǎn)規(guī)范。

向更高處探索

當(dāng)“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈忙著在世界各地拓展市場的時候，其改進(jìn)型“標(biāo)準(zhǔn)”-3導(dǎo)彈的出現(xiàn)立刻掩蓋了之前所有標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)彈的光芒?！皹?biāo)準(zhǔn)”-3導(dǎo)彈將彈道導(dǎo)彈防御局研制的輕型大氣層外動能攔截器連同第三級火箭發(fā)動機(jī)一起組裝到改進(jìn)型的“標(biāo)準(zhǔn)”-2 Block IV上，具備了打擊大氣層外目標(biāo)的能力。該動能攔截器重18.5千克，裝有256×256單元的長波焦平面列陣，能夠捕獲300千米之外的戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈，是少有的專門為標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)彈研發(fā)的器件?！皹?biāo)準(zhǔn)”-3的出現(xiàn)使艦空導(dǎo)彈飛躍進(jìn)了反彈道導(dǎo)彈和反衛(wèi)星的時代。

擁有在大氣層外空間進(jìn)行變軌和調(diào)姿能力的動能攔截彈頭是人們研究和討論的重點，但是我們不能忽略“標(biāo)準(zhǔn)”-3的多級火箭和二次點火技術(shù)。正是這些技術(shù)使“標(biāo)準(zhǔn)”-3具有了飛出大氣層占領(lǐng)制高點的能力。多級火箭的概念很早就被提了出來，人們利用齊奧爾科夫斯基在1903年提出的火箭公式就不難推導(dǎo)出在現(xiàn)有技術(shù)條件下多級火箭在沖出大氣層的飛行中的必要性。但是，“標(biāo)準(zhǔn)”-3的固體火箭發(fā)動機(jī)二次點火的技術(shù)則更進(jìn)一步，賦予了攔截彈良好的作戰(zhàn)效能。所謂二次點火技術(shù)是指“標(biāo)準(zhǔn)”-3導(dǎo)彈的第三級火箭擁有兩次工作的時段。第一次工作10秒后，推著動能攔截器的第三級火箭已飛出大氣層，此時她選擇了關(guān)閉發(fā)動機(jī)依靠慣性在空間軌道上滑行，當(dāng)目標(biāo)和攔截彈的相對運動關(guān)系滿足最優(yōu)攔截算法所要求的狀態(tài)時，第三級發(fā)動機(jī)會二次點火，將攔截彈頭送入攔截軌道。這種間歇工作、動靜結(jié)合的方式使“標(biāo)準(zhǔn)”-3導(dǎo)彈能夠以纖小的身軀沖到以往只有大型運載火箭才能飛到的數(shù)百千米的高度，其創(chuàng)新性不亞于顛覆了以往防空導(dǎo)彈作戰(zhàn)方式的動能攔截戰(zhàn)斗部。

向更遠(yuǎn)處擴(kuò)展

早在改進(jìn)“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈的過程中，美國海軍就發(fā)現(xiàn)在他們大量使用的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈和傳統(tǒng)艦炮的火力之間存在一個“無火力覆蓋空白地帶”。為了用海軍軍艦上大量裝備的標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)彈來彌補(bǔ)這個空白，美軍試著與雷神公司簽訂了研制對陸攻擊的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)彈的合同。

作為一款專門用來“向上打”攔截飛機(jī)乃至彈道導(dǎo)彈的導(dǎo)彈能否具備打擊地面目標(biāo)的能力呢？它的氣動外形和制導(dǎo)體系是否需要做徹底改動呢？事實證明，標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)彈的氣動外形在對地攻擊型號上也無需做太大改動。這種標(biāo)志性的細(xì)長鰭狀翼將陪著標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)彈一起在對地攻擊型號上做出貢獻(xiàn)。實際上，早在1988年的兩伊戰(zhàn)爭期間，“標(biāo)準(zhǔn)”-1型防空導(dǎo)彈就表現(xiàn)出了能夠“向下打”的潛力。當(dāng)時美國海軍護(hù)衛(wèi)艦在緊急情況下向以35節(jié)的速度疾馳的伊朗導(dǎo)彈快艇發(fā)射了三枚“標(biāo)準(zhǔn)”-1防空導(dǎo)彈。這三枚導(dǎo)彈全部直接命中，只是因為導(dǎo)彈裝備的是防空用的破片式彈頭而沒有裝載聚能穿甲彈頭（誰也不會給一枚防空導(dǎo)彈裝這樣的彈頭），伊朗快艇只是被炸毀了上層建筑沒有被擊沉。

為了進(jìn)一步驗證標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)彈的對地攻擊能力，1997年11月下旬，一枚加裝了GPS/INS模塊的“標(biāo)準(zhǔn)”-2導(dǎo)彈飛越了100千米的距離后落到了目標(biāo)附近（誤差約為15米）。幾次試驗之后，名為“標(biāo)準(zhǔn)”-4的對陸攻擊型導(dǎo)彈就出現(xiàn)了。但是因各種原因，該項目在2002年起就處于擱置狀態(tài)。

真正將標(biāo)準(zhǔn)系列的打擊范圍大大拓展的是“標(biāo)準(zhǔn)”-6導(dǎo)彈。該導(dǎo)彈也是在“標(biāo)準(zhǔn)”-2的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。她借用了AIM-120導(dǎo)彈的主動雷達(dá)導(dǎo)引頭，具備打擊敵方戰(zhàn)斗機(jī)（包括直升機(jī)和無人機(jī)）和攔截陸基巡航導(dǎo)彈的能力。尤其值得一提的是她所帶來的“超地平線打擊”理念。地球是圓的，因此我們看到的地平線實際上只是我們的視線與地球表面的切點所構(gòu)成的線。對于一個眼睛高度距離地面1.6米的人來說，他看到的地平線距離他僅有約4.53千米。也就是說，他無法看到4.53千米外的緊貼地面的物體。對于軍艦來說，這樣的問題同樣存在。由于地球曲率和海面雜波的影響，艦載雷達(dá)對掠海飛行目標(biāo)的探測距離十分有限。美海軍現(xiàn)役的“標(biāo)準(zhǔn)”-2防空導(dǎo)彈對高空目標(biāo)的最大攔截距離在200千米左右，而在打擊掠海飛行目標(biāo)時，其有效作戰(zhàn)范圍僅為15千米左右。要想打擊更遠(yuǎn)距離的掠海飛行目標(biāo)，需要有更高的“眼睛”來提供目標(biāo)信息。

2014年6月，“瓊斯”號驅(qū)逐艦試射一枚“標(biāo)準(zhǔn)”6導(dǎo)彈。“標(biāo)準(zhǔn)”6不再是孤立的作戰(zhàn)單元，而是整個海軍綜合火力系統(tǒng)的一部分。

美國海軍提出了所謂“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的概念。通過一個名為“協(xié)同作戰(zhàn)能力”（簡稱CEC）的系統(tǒng)，艦載雷達(dá)和預(yù)警機(jī)的機(jī)載雷達(dá)實現(xiàn)了信息共享，每個平臺的作戰(zhàn)單元都能通過數(shù)據(jù)鏈了解目標(biāo)的信息。這使得“標(biāo)準(zhǔn)”-6導(dǎo)彈不再僅僅是一個孤立的作戰(zhàn)單元，而是整個海軍綜合火力系統(tǒng)中的一部分。借助其他載體和平臺提供的信息，“標(biāo)準(zhǔn)”-6導(dǎo)彈實現(xiàn)了對370千米范圍內(nèi)的低空、高空、低速和高速等“全頻譜”目標(biāo)的火力覆蓋，為艦隊甚至是沿海作戰(zhàn)的海軍陸戰(zhàn)隊提供防空保護(hù)。

責(zé)任編輯：王鑫邦