國外導彈前沿技術(shù)發(fā)展及影響

□ 吳 勤

國外導彈前沿技術(shù)發(fā)展及影響

□ 吳 勤

前沿技術(shù)是物化新裝備、形成新能力的“孵化器”，對導彈發(fā)展與應用產(chǎn)生著重大影響。近期，隨著戰(zhàn)斗部、精確制導、預警探測等技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，導彈綜合性能大幅提升，具有多用途、模塊化、智能化、微小型、跨域化等特點的新型導彈相繼出現(xiàn)，將會對未來戰(zhàn)場產(chǎn)生重要影響。

國外導彈前沿技術(shù)主要進展

開展導彈新概念研究與設計，取得諸多開創(chuàng)性成果

美國在研的“遠程反艦導彈”采用了智能化技術(shù)，具備一定自主作戰(zhàn)能力；采用微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展了“微型直接碰撞殺傷”“槍刺”“長矛”等導彈，最小質(zhì)量已小于1千克；美國陸軍啟動模塊化導彈技術(shù)項目，將開發(fā)新型模塊化開放系統(tǒng)架構(gòu)，這些模塊能組裝成空空、空地等多型導彈。歐洲近期提出“英仙座”海上打擊導彈、Flexis模塊化空射導彈等新概念導彈項目，涉及單兵便攜式導彈、反艦巡航導彈、戰(zhàn)術(shù)地對地導彈、模塊化機載導彈等，其發(fā)展更加關注偵察監(jiān)視、毀傷評估、網(wǎng)絡化環(huán)境下的火力協(xié)同等作戰(zhàn)功能的實現(xiàn)（圖1）。

活性材料戰(zhàn)斗部、毀傷效應可調(diào)戰(zhàn)斗部、高功率微波戰(zhàn)斗部等發(fā)展活躍，可大幅提升導彈作戰(zhàn)毀傷效能與靈活性

圖1 Flexis模塊化導彈概念

圖2 可調(diào)戰(zhàn)斗部戰(zhàn)場應用示意

圖3 微型核磁共振陀螺儀

可調(diào)戰(zhàn)斗部采用精確起爆控制與戰(zhàn)斗部裝藥結(jié)構(gòu)相結(jié)合，實現(xiàn)毀傷當量和毀傷模式可調(diào)。美國和德國的可調(diào)戰(zhàn)斗部技術(shù)均已進入工程研制階段，可控制戰(zhàn)斗部的毀傷半徑、范圍和效應，根據(jù)需要能實現(xiàn)破片、爆炸成形彈丸之間的轉(zhuǎn)換和并用?；钚圆牧蠎?zhàn)斗部在減少彈藥尺寸、提升殺傷力等方面具有重大作用。美國活性材料武器工程化應用的技術(shù)難題已基本解決，空軍正在開展“戰(zhàn)斧”活性材料多用途小型化戰(zhàn)斗部的研究，海軍計劃將活性材料應用于現(xiàn)役導彈中。高功率微波戰(zhàn)斗部將利用微波輻射攻擊敵方電子信息系統(tǒng)、指控系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)等。美國于2012年完成首次作戰(zhàn)飛行試驗，2016年開始與常規(guī)空射巡航導彈進行集成，預計在2020年批量部署。

激光主動成像制導、彈載相控陣雷達、微型導航定位、原子陀螺、太赫茲制導等精確制導技術(shù)逐步成熟并向工程化邁進

激光主動成像制導技術(shù)具有信息維數(shù)多、測量精度高等特點，通過與其他制導體制復合，能夠顯著提升末制導探測識別和抗干擾能力。美國已研制出雪崩光電二極管陣列探測、自混頻陣列探測等激光凝視成像雷達，成功實現(xiàn)了激光組件與相控陣天線的芯片級集成，在研的彈載激光雷達將突破百毫焦量級光源。彈載相控陣雷達技術(shù)具有空間功率合成、波束快速電掃、全固態(tài)高集成度等優(yōu)勢，在高精度、反隱身等方面具有獨特優(yōu)勢，美國、日本等逐步在毫米波和厘米波導引頭中引入該技術(shù)。美國近期發(fā)展的新型聲波延遲器件、可擴展平面陣列、毫米波相控陣收發(fā)組件等技術(shù)將大幅減小相控陣雷達體積和質(zhì)量，為實現(xiàn)彈上應用奠定基礎。微型慣導、原子陀螺等技術(shù)應用后將在現(xiàn)有慣導精度大幅提升的同時使系統(tǒng)質(zhì)量、體積等下降2個數(shù)量級。美國已研制出功耗100毫瓦量級、短期穩(wěn)定性優(yōu)于30×10-11/天、長期頻率漂移為5×10-11/天的芯片級原子鐘樣機，開發(fā)出集成3個陀螺儀、3個加速度計、1個時鐘，體積僅8立方毫米的微型導航系統(tǒng)樣機。太赫茲波兼具毫米波與長波紅外的特征，天線工作帶寬寬、敏感目標微動特征顯著、角分辨率高，能夠提高導彈對目標要害部位的識別與選擇性摧毀能力。美國馬薩諸塞大學、噴氣推進實驗室等研制出多部太赫茲成像雷達樣機；美國猶他州立大學在天地協(xié)同一體化太赫茲探測技術(shù)方面取得重要進展。

渦旋電磁波探測、量子雷達、微波光子雷達、紫外探測等新概念、新原理、新體制不斷涌現(xiàn)，開辟了預警探測新的技術(shù)途徑

渦旋電磁波的等相位面呈渦旋狀，所攜帶的軌道角動量能提供新的信息維度，照射目標時相當于傳統(tǒng)平面波從多個角度連續(xù)入射。該技術(shù)仍處于實驗階段，在目標多維成像、雷達特性測量及目標識別等領域具有重大應用前景。量子雷達將量子信息調(diào)制到雷達信號實現(xiàn)對目標的探測，在隱身目標探測方面能力突出。美國羅切斯特大學成功驗證量子雷達對隱身目標的探測能力，英國約克大學開發(fā)出量子雷達原型樣機。微波光子雷達利用光子技術(shù)實現(xiàn)微波信號的產(chǎn)生與處理，具有高精度和大帶寬等優(yōu)勢，能顯著提升傳統(tǒng)雷達性能（圖4）。美歐等國開展了“全光子數(shù)子雷達”“雙波段微波光子雷達”等項目，突破分系統(tǒng)與元器件層面多項技術(shù)，研制出了雷達樣機。紫外探測可在大氣層內(nèi)探測導彈尾焰的紫外輻射，具有靈敏度高、虛警率低等優(yōu)勢，為反導預警探測開辟了新的途徑。美國長期開展導彈日盲紫外輻射研究，通過“深紫外雪崩光電探測器”等項目已在軌演示驗證利用紫外進行導彈目標探測、識別和跟蹤的能力。

圖4 典型微波光子雷達發(fā)展歷程

爆震火箭發(fā)動機、組合動力、燃燒可控固體推進劑等先進動力技術(shù)取得了重要進展

爆震火箭發(fā)動機利用爆震燃燒機理，具有熱循環(huán)效率高、比沖高、油耗低等優(yōu)點。美、俄等國已基本完成原理性實驗，驗證了不同尺寸燃燒室、不同推進劑組合的爆震波生成和傳播。俄羅斯于2016年對世界首臺液氧煤油旋轉(zhuǎn)爆震火箭發(fā)動機樣機進行了多次試驗，驗證了技術(shù)可行性。組合動力技術(shù)能發(fā)揮不同類型發(fā)動機優(yōu)點，渦輪基組合循環(huán)發(fā)動機、火箭基組合循環(huán)發(fā)動機、吸氣式渦輪火箭發(fā)動機、連續(xù)爆震波沖壓發(fā)動機等能實現(xiàn)優(yōu)化組合，是導彈動力未來重要的發(fā)展方向。燃燒可控固體推進劑技術(shù)是燃燒方式可控、燃速可調(diào)的先進固體推進劑配方設計及裝藥技術(shù)，可根據(jù)需要完成點燃或熄火的自主控制。美國中佛羅里達大學推出了一系列自熄火固體推進劑配方；雷聲公司采用電壓控制方式實現(xiàn)1.4-14兆帕環(huán)境下的可靠點火、持續(xù)燃燒與熄火。

石墨烯、隱身超材料、智能材料等先進材料對導彈性能產(chǎn)生了重大影響，3D打印、智能制造等方式顛覆了傳統(tǒng)導彈生產(chǎn)模式，顯著降低了導彈制造成本和周期

隱身超材料通過人為設計結(jié)構(gòu)特征，擁有天然材料所不具備的隱身能力，已在美、俄部分導彈中得到初步應用。基于超材料的光學、電磁、聲學隱身材料均已問世，美國愛荷華州立大學研發(fā)的超材料實現(xiàn)吸波頻段8-11吉赫茲連續(xù)可調(diào)，較傳統(tǒng)材料隱身效果提高近百倍。石墨烯在紅外波段具有優(yōu)越光敏特性和常溫光譜特性，可用于導彈非制冷紅外導引頭。美國東北大學制備的石墨烯基二維材料具有熱敏性和超感光性；瑞士的研究人員正開發(fā)可拾獲光子的石墨烯超感光探測器，比傳統(tǒng)硅基光電探測器靈敏度高上千倍。智能材料能夠響應外界環(huán)境變化，可應用于彈翼、彈體、彈頭等結(jié)構(gòu)變形，有效提高導彈飛行性能。美國海軍利用鎳鈦形狀記憶合金制造了導彈的尾翼，可產(chǎn)生630兆帕縱向收縮力和84兆帕的拉伸力。歐洲MBDA公司提出的CVS101導彈將采用形狀記憶效應材料，外形尺寸可變。3D打印技術(shù)用于導彈制造可以有效降低成本、提高效率。雷聲公司利用3D打印技術(shù)制造出80%的導彈部件；ATK公司成功試驗了3D打印的高超聲速發(fā)動機燃燒室；美國海軍“三叉戟-2”D5 潛射導彈在2016年首次測試了采用3D打印的導彈部件。智能制造已成為先進制造的重要方向，對導彈生產(chǎn)制造將產(chǎn)生重大影響。美國導彈防御局已啟動“數(shù)字化推進器工廠”項目，支持從設計到生產(chǎn)的數(shù)字化工廠環(huán)境；洛·馬公司的新一代數(shù)字化制造系統(tǒng)已應用于導彈生產(chǎn)；雷聲導彈系統(tǒng)公司采用自動導引車實現(xiàn)導彈及零部件的自動搬運，使用六軸機器人完成導彈導引頭光學系統(tǒng)的裝配。

導彈前沿技術(shù)發(fā)展帶來的影響

提升導彈綜合性能

在打擊精度方面，主動激光、相控陣雷達導引頭等技術(shù)能夠顯著提升末制導探測識別和抗干擾能力；量子雷達、太赫茲雷達將顛覆傳統(tǒng)軍事偽裝與欺騙技術(shù)，實現(xiàn)對隱身目標的探測識別；原子陀螺等技術(shù)將使現(xiàn)有慣導系統(tǒng)精度提高3個數(shù)量級，為導彈提供長時精確慣性制導能力。在毀傷效果方面，毀傷可調(diào)戰(zhàn)斗部可選擇和控制毀傷效果，實時改變毀傷模式，大幅提高作戰(zhàn)靈活性；活性材料的運用使導彈戰(zhàn)斗部的毀傷能力成倍增長，其殺傷半徑是常規(guī)破片戰(zhàn)斗部的2倍，潛在毀傷威力可達5倍。在飛行性能方面，先進動力技術(shù)將提升導彈速度、射程、投擲能力等，實現(xiàn)導彈大空域、寬速域、多用途作戰(zhàn)；應用智能材料可改變導彈飛行特征，提升氣動性能和過載能力。在突防與生存能力方面，隱身超材料的應用大幅提升了導彈的多波段隱身性能，燃燒可控推進技術(shù)使導彈的機動能力顯著增強。

催生新型導彈問世

一是多用途導彈。先進制導技術(shù)能實現(xiàn)對不同類型目標的精確探測與識別，多模戰(zhàn)斗部、可調(diào)戰(zhàn)斗部等技術(shù)使一型導彈能根據(jù)不同目標靈活選擇殺傷方式，實現(xiàn)了“一彈多用”。二是模塊化導彈。采用模塊化結(jié)構(gòu)設計技術(shù)后，可根據(jù)需求選擇導引頭、動力裝置等模塊化子系統(tǒng)進行整彈集成，組裝成多種適應不同任務的導彈。三是智能化導彈。自主導航制導、智能化信息處理、自適應飛行控制等技術(shù)能敏捷感知外界態(tài)勢，自主決策，智能化控制導彈飛向目標實現(xiàn)智能殺傷。四是微小型導彈。微系統(tǒng)、一體化等技術(shù)使導彈尺寸和質(zhì)量大幅減少，能滿足特種作戰(zhàn)、機載平臺內(nèi)埋、增加火力密度等作戰(zhàn)需要。五是跨域化導彈。組合動力、智能材料等技術(shù)使導彈在水下、稠密大氣、臨近空間、太空等不同空間的跨域作戰(zhàn)成為可能；高功率微波技術(shù)與導彈結(jié)合，形成了可在網(wǎng)電領域作戰(zhàn)的新型導彈。

改變導彈戰(zhàn)場運用

一是作戰(zhàn)范圍極大拓展。前沿技術(shù)的發(fā)展使導彈作戰(zhàn)空域極大拓展，在戰(zhàn)場上形成覆蓋超低空到太空，末端到遠程、超遠程，橫跨陸、海、空、天、網(wǎng)（電）的作戰(zhàn)能力。二是導彈攻防更加激烈。隨著前沿技術(shù)的應用，隱身突防與反制、遠程精打與攔截、網(wǎng)電攻擊與防護、高超打擊與防御、飽和攻擊與對抗等將使導彈攻防更加激烈復雜。三是支持新型作戰(zhàn)。前沿技術(shù)催生的導彈在跨域協(xié)同、一體化作戰(zhàn)、無人智能作戰(zhàn)、蜂群攻擊等新型作戰(zhàn)樣式中將發(fā)揮重大作用。四是顛覆戰(zhàn)時維修保障。模塊化、3D打印等技術(shù)的應用使作戰(zhàn)人員根據(jù)戰(zhàn)場實際，快速打印導彈部件，按需組裝導彈成為可能，對于后勤保障將產(chǎn)生重大影響。

變革導彈研制模式

模塊化導彈將改變原有設計模式，減少重復設計，實現(xiàn)以一條生產(chǎn)線生產(chǎn)多種類型的導彈，使維護、生產(chǎn)費用大幅降低；3D打印、智能制造將簡化生產(chǎn)工藝，縮短供應鏈與開發(fā)周期，加快零部件生產(chǎn)與系統(tǒng)集成速度。例如，美國導彈防御局“數(shù)字化推進器工廠”項目預計將使生產(chǎn)周期縮短10%-20%，成本降低15%-30%；洛馬公司采用3D打印制造的潛射導彈部件較傳統(tǒng)方法節(jié)省了一半時間；雷聲公司使用機器人進行導引頭光學系統(tǒng)裝配后，裝配時間由2天縮短到不足5分鐘。（北京航天情報與信息研究所）