美國海軍空中靶標發(fā)展研究

丁 瑋，歐 淵，石根柱，劉 洋

(1. 解放軍軍事科學院系統(tǒng)工程研究院，北京 100082；2. 中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100021)

0 引 言

空中靶標是一種特使的有動力無人航行器，用于逼真的模擬空中目標，供海軍訓(xùn)練及武器裝備試驗鑒定使用。

海軍裝備的防空武器，大多數(shù)情況是針對反艦導(dǎo)彈、艦載機、無人機等的攻擊。隨著這些武器裝備在速度、機動性、隱身性、電子對抗能力等方面的提高，使得海軍防空裝備不斷更新?lián)Q代，同時要對士兵操作防空設(shè)備的能力進行培訓(xùn)。使用實際反艦導(dǎo)彈、艦載機和無人機的成本過于高昂，因此需要可模擬其主要特性的空中靶標作為 “試金石 ”。

美國海軍非常重視空中靶標的研制工作，專門建立了美國無人航空和打擊武器項目執(zhí)行辦公室，負責美國海軍空中靶標的建設(shè)，其空中靶標的外部尺寸、運動特性、反射特性等性能不斷提升。美國海軍每年進行大量的實戰(zhàn)演習及新武器測試，其不同型號的靶標可滿足各類需求。

1 發(fā)展歷程

美國是最早研制出遙控飛行器的國家，并在之后不斷發(fā)展出多型空中靶標，其發(fā)展歷程可大致分為以下幾個階段。

首先是二戰(zhàn)前的探索階段。1909年夏天，美國研制的首架遙控飛機完成飛行試驗，從此開辟了一個新的技術(shù)領(lǐng)域，引起各國的關(guān)注。1937年，美國開始探索使用遙控飛行器作為靶機的可行性。受技術(shù)限制，該階段遙控飛行器性能較差，作為靶機使用的效果也不佳。

其次是二戰(zhàn)后至20世紀60年代的快速發(fā)展時期。受二戰(zhàn)影響，各國海軍在發(fā)展武器裝備的同時，越來越意識到高質(zhì)量靶標的重要性。美國在此階段成功研制了低速OQ-19航模靶機，亞音速Q(mào)-1，Q-2靶機，超音速Q(mào)-5靶機。此外，還使用退役的飛機和導(dǎo)彈改裝成了KD2U-1，QB-47，QF-80等靶機，基于這些靶機美國后來發(fā)展出多個的現(xiàn)役型號。

從20世紀60年代至今，隨著科學技術(shù)發(fā)展，美國對靶機研制投入更多，靶機的性能得到極大提升。為了滿足海軍訓(xùn)練和對空防御裝備的試驗鑒定，60年代后期，美國有多達30家公司投入靶機研制工作。美國海軍建成了譜系完整的靶機裝備體系，可模擬多類型的空中目標，并不斷提升動力特性、姿態(tài)控制、自主控制等特性。目前，美國空中靶標水平在全世界處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品出口多數(shù)北約國家。

2 關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展情況

美國海軍空中靶標體系可分為實體靶機、亞音速靶機、超音速靶機和旋翼靶機。

1）實體靶機

美國海軍現(xiàn)役的實體靶機主要有QF-4和QF-16，其外形、啟動特性都與戰(zhàn)斗機相似，用于針對戰(zhàn)斗機的訓(xùn)練及武器裝備測試。QF-4實體靶機是20世紀70年代后期，由BAE系統(tǒng)公司使用退役的F-4 “鬼怪”戰(zhàn)斗機改裝而成。該靶機是雙渦噴發(fā)動機、下單翼布局，長 19.2 m，翼展 11.77 m，空重 13.75 t，起飛重量 28.03 t，航速 2 389 km/h，升限 16.58 km。該靶機全程由遠程計算機遙控，內(nèi)部裝有自毀裝置，可在失控或?qū)τ?xùn)練艦船、飛機造成威脅時自毀。其內(nèi)部海裝有攝像頭、脫靶量測量系統(tǒng)和電子干擾設(shè)備。

圖1 QF-4 實體靶機Fig.1 QF-4 full size aerial target

QF-16則是基于F-16 “戰(zhàn)隼 ”戰(zhàn)斗機改造，由波音公司將嚴重老化的戰(zhàn)機改造為無人駕駛靶機。該靶機采用單發(fā)噴氣式單翼布局，長15.09 m，翼展9.45 m，空重 7.07 t，起飛重量 10.80 t，航速可達 1.47 Ma，升限15.24 km。該靶機可有人駕駛飛行，也可在指定控制范圍內(nèi)無人駕駛飛行，主要用于模擬中、俄主戰(zhàn)戰(zhàn)斗機，評估美國對抗?jié)撛趯κ值哪芰Α?/p>

圖2 QF-16 實體靶機Fig.2 QF-16 full size aerial target

2）亞音速靶機

亞音速靶機與實體靶機相比，尺寸較小，成本較低，主要用于導(dǎo)彈實戰(zhàn)設(shè)計及新型導(dǎo)彈測試評估。美國亞音速靶機中的典型代表是 “火蜂-1 ”（Firebee-1）系列靶機和 “石雞 ”（Chukar）系列靶機。

“火蜂-1 ”系列靶機是由諾·格公司研制的多用途靶機。該系列靶機發(fā)展了多個型號，包括BQM-34A，BQM-34A/S，MQM-34D及出口型BQM-34S，多個型號成為美國及其他北約國家靶場的標配。以美國海軍使用的BQM-34A/S型靶機為例，該靶機長6.98 m，翼展 3.93 m，靶體直徑 0.94 m，起飛重量 1.13 t，最大飛行高度15.29 km，最低飛行高度15 m，最大飛行速度0.96 Ma，最大過載 7 g，續(xù)航時間 37～61.5 min，最大航程1 200 km，可由空中投放或地面發(fā)射。該靶機可根據(jù)任務(wù)選擇搭載紅外或雷達拖靶、有源回波增強器、脫靶量測量系統(tǒng)等。

圖3 “火蜂”-1 亞音速靶機Fig.3 Firebee-1 subsonic cruise missile target

“石雞 ”系列靶機是由諾·格公司研制的一種輕便型、可回收的亞音速多用途靶機，可模擬轟炸機、戰(zhàn)斗機及反艦巡航導(dǎo)彈。該系列靶標發(fā)展了AQM-38A/B，MQM-74A，MQM-74C，BQM-74C等型號。該靶機長3.95 m，靶體直徑 0.35 m，翼展 1.76 m，最大起飛質(zhì)量233 kg。該靶機可由空中或水面艦發(fā)射，并用傘降回收。靶機可搭載紅外或雷達拖靶、有源回波增強器、脫靶量測量系統(tǒng)等負載。

圖4 “石雞”亞音速靶機Fig.4 Chukar subsonic cruise missile target

3）超音速靶機

超音速靶機主要模擬超音速戰(zhàn)機和超音速反艦導(dǎo)彈。超音速靶機對動力系統(tǒng)、氣動外形要求更高，技術(shù)難度也相應(yīng)增加。美國海軍超音速靶機的典型型號有 “火弩 ”（Firebolt）超音速靶機和 “叢林狼 ”（Coyote）超音速靶機。

“火弩 ”超音速靶機共有AQM-81A和AQM-81N兩個型號，其中AQM-81N是美國海軍服役型號。該靶機長5.20 m，機身直徑0.32 m，翼展1.02 m，最大飛行高度 30.50 km，最低飛行高度 11.50 km，航速 4.0 Ma，航程 325 km，續(xù)航 6.5 min，最大起飛質(zhì)量 558 kg。該靶機采用復(fù)合式固液體火箭發(fā)動機，雙通道飛控穩(wěn)定系統(tǒng)，可由空中發(fā)射，傘降回收，可加裝回波增強器和脫靶量指示系統(tǒng)。

圖5 “火弩”超音速靶機Fig.5 Firebolt supersonic cruise missile target

“叢林狼 ”超音速靶機是21世紀出美國海軍研發(fā)的超音速靶機，代號GQM-163A，主要用于針對超音速掠海反艦巡航導(dǎo)彈的訓(xùn)練和武器系統(tǒng)測試。該靶機由主體發(fā)動機段和助推器段組成，總長9.56 m，主體發(fā)動機段長5.62 m，助推器段長3.94 m。該靶機在巡航段可以 2.5 Ma 的航速飛行 81.5 km；末段以 2.3 Ma的速度在4.5 m的高度飛行，并可實現(xiàn)最大11.2 g的機動。該靶機遇2005年10月首次試驗成功，隨后對其俯沖能力、耐熱性等各方面性能進行改進，并于此后進行多次試驗。該靶機可模擬俄羅斯 “俱樂部 ”反艦巡航導(dǎo)彈（SS-N-27）的威脅，為美國海軍提供有針對性的訓(xùn)練和測試。

圖6 “叢林狼”超音速靶機Fig.6 Coyote supersonic cruise missile target

4）旋翼靶機

旋翼靶機主要用于模擬直升機及旋翼無人機。美國海軍主要使用早期的直升機改造為旋翼靶機。

20世紀60年代，美國海軍基于HH-43F救援直升機，改裝為QH4-3G靶機。該靶機長7.67 m，高7.34 m，旋翼直徑 14.33 m，重 1.83 t，最大起飛重量 3.08 t，航速 120 km/h，航程 354 km，最大懸停高度 3.66 km。該靶機可搭載多類型負載，主要用于對直升機的偵察、防御訓(xùn)練。

圖7 QH4-3G 旋翼靶機Fig.7 QH4-3G rotary wing vehicle target

20世紀80年代，美國波音公司研制了Mi-4UM旋翼靶機。該靶機采用俄羅斯“米格”24D “雄鹿”直升機的半尺寸模型，長8.32 m，寬1.12 m，旋翼直徑6.6 m，最大發(fā)射重量 170 kg，最大航速 215 km/h。該靶機可逼真模擬武裝直升機，用于測試空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈。

此外，隨著技術(shù)發(fā)展，旋翼無人機越來越多的出現(xiàn)在海戰(zhàn)中。美軍使用民用或自行研制的低成本旋翼無人機作為靶機，主要進行反偵察、反介入訓(xùn)練。

圖8 Mi-4UM 旋翼靶機Fig.8 Mi-4UM rotary wing vehicle target

3 未來發(fā)展趨勢

目前，各國第4代戰(zhàn)斗機全面服役，巡航導(dǎo)彈性能也不斷提升，對未來靶機發(fā)展也提出更高的要求。通過對美國海軍靶機發(fā)展情況研究，其發(fā)展趨勢如下：

1）高突防性

第4代戰(zhàn)斗機和巡航導(dǎo)彈都具有高機動特性，使得未來靶標也需要具備相當?shù)臋C動性，實現(xiàn)對其的逼真模擬?，F(xiàn)代武器研制十分注重其突防性。超音速突防是現(xiàn)代武器常用的突防手段，攻擊突然，不易被發(fā)現(xiàn)。另外，超低空突防也是較為有效的手段，飛行高度在5～15 m，可躲避雷達等探測設(shè)備。因此，未來超音速靶機仍是發(fā)展重點，對其突防特性提高可逼真模擬未來武器目標特性。

2）低可探測特性

現(xiàn)役性能先進的戰(zhàn)斗機和轟炸機都具有較好的隱身性，因此靶機也需具備低可探測性，主要包括雷達隱身特性、紅外隱身特性及激光隱身特性。靶機可以通過減小雷達截面積，降低雷達反射信號強度，模擬戰(zhàn)機雷達反射特性；通過改變輻射特性，降低輻射強度，調(diào)節(jié)紅外輻射傳輸，模擬目標紅外特性；同時改變外形結(jié)構(gòu)，使用激光隱身涂料，模擬激光散射特性。

3）可集群控制

靶機的集群控制和協(xié)同任務(wù)是其發(fā)展的重要趨勢。隨著，飛行器邊端計數(shù)的迅速發(fā)展，多機協(xié)同是各國發(fā)展的重要方向，因此對空武器需要具備打擊多機編隊能力。集群控制對靶機設(shè)計要求更高，不僅要能定位自身位置，還要通過網(wǎng)絡(luò)通信推算其他靶機位置信息，并根據(jù)任務(wù)快速做出反應(yīng)。靶機執(zhí)行協(xié)同任務(wù)，有助于將訓(xùn)練上升至戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)層面，同時有助于新型武器的研制測試。