巡航导弹采用“惯性制导+地形匹配制导+景象匹配制导”的“三合一”方式,命中精度可以从“二合一”的30米提高到10米以内。这也正是早期“战斧”巡航导弹的“拿手好戏”。海湾战争中曾出现数枚“战斧”巡航导弹击中同一目标位置的情况,美国国防部后来承认,这是由于这些导弹的“三合一”制导系统的输入数据完全一致的结果。不过,如果敌方目标采取有效的伪装防护措施,特别在经常改变目标周围的景象,则有可能造成景象匹配系统无法正常工作或误差增大的情况,这也是景象匹配制导所面临的一个现实难题。
◎末端寻的制导系统
六、指令制导
指令制导是一种遥控制导,它依赖导弹以外的制导站发出指令,导引导弹飞向目标。制导站可以设置在地面、飞机或舰艇上。指令制导可以用于制导导弹全部飞行弹道,也可以仅用作初制导或中段制导。
应用最广泛的是无线电指令制导。用雷达跟踪测量攻击目标和我方导弹的位置。一般目标雷达装置跟踪测量攻击目标的高低角和方位角,导弹雷达装置跟踪测量我方导弹的高低角和方位角。雷达装置将测得的信号送入制导指令形成装置。指令形成装置根据目标和导弹的运动参数及选定的制导导引规律(或称导引方法)。确定导弹实际飞行弹道与导引基准弹道之间的偏差,形成导引指令,通过指令发送传输装置送到弹上,操纵导弹消除弹道偏差而击中目标。指令传输装置可以是有线传输方式,也可以是无线传输方式。有线传输方式设备简单,不易受外界干扰,但导弹的射程很短,例如反坦克弹便可采用这种方式。如果采用无线传输方式,地面指令传输装置要配置发射机,将指令信号发送出去。为了接收地面制导站发送的制导指令信号,在导弹上必须配备指令接收装置。将地面发送来的制导指令经过变换、放大,变成制导控制指令,送入导弹的姿态控制系统或者自动驾驶仪以改变导弹的飞行弹道。
波束制导又称驾束制导,可分为无线电驾束制导、激光驾束制导等,可认为是指令制导的特例。它向导弹发送的不是指令,而是雷达(或激光)波束。雷达(或激光)在空间形成狭窄的锥形波束,导弹依靠弹上装置接收雷达或光波束调制信号,自动的沿着该波束飞行。导弹偏离波束时,弹上装置产生误差信号控制导弹沿波束中心飞行。只要雷达(或激光)波始终跟踪目标,就可使导弹飞向目标。波束制导系统弹上设备比较简单,但存在一定弱点,如精度差、抗干扰性差。主要用于近程导弹。
七、寻的制导
寻的制导又称自动导引。它利用目标反射或者辐射的电磁波能量,确定目标的相对位置,形成制导指令控制导弹飞行,将导弹导向目标。通常分为主动寻的制导、半主动寻的制导和被动寻的制导。
利用弹上导引装置向目标发射电磁波能量,再接收由目标反射回来的能量,形成制导指令信号控制导弹飞向目标的制导,称为主动寻的制导。这类制导的弹上导引装置既要能发射电磁波能量,又要能接收电磁波能量,因而装置复杂,发射装置的功率限制了制导作用距离。
如果向目标发射电磁波能量的装置不在导弹上,而是在弹外的制导站内(制导站可以在地面、飞机上、舰艇上),弹上仅有接收装置,接收目标反射的能量,按此信息测定目标和导弹的相对位置及其运动参数,再由弹载计算机给出导引信号,控制导弹飞向目标,这样的制导方式称为半主动寻的。这类制导的弹上设备简单,发射装置由于放在地面,体积质量限制小,功率可以增大,制导作用距离可以加大。但发射装置放在地面,隐蔽性差,容易受到打击和干扰。主动寻的制导和半主动寻的制导的发射装置主要采用雷达装置。
如果仅仅利用弹上导引装置接收来自目标辐射的能量,形成导引信号控制导弹飞向目标,这类制导方式称为被动寻的。而来自目标辐射的能量可以是无线电波,也可以是红外线和其它光线,这类制导弹上设备简单,隐蔽性好,抗干扰性强,但须依赖目标辐射能量才能工作。
当前寻的制导中最先进的当属毫米波制导。毫米波在电磁频谱中处于微波段的极高频段。由于波长短,雷达天线就可造得很小,便于安装在小型弹头上。毫米波波束窄、增益高,有较强的目标分辨能力。如果采用被动寻的制导,安装在弹头上的是毫米波辐射计,它是在测量目标及背景辐射温度的基础上,根据目标与周围辐射温度差提取信息,跟踪目标。由于这类寻的制导可以得到很高的精度,装备这类寻的制导的武器常称为精确制导武器。
寻的制导方式一般制导精度高,雷达寻的制导小于8米,红外寻的制导小于2米,而且制导精度与命中斜距无关,因此很适宜防空导弹应用。
八、复合制导
导弹采用两种或两种以上制导方法的制导系统称复合制导系统。各类制导系统实际上都有其自身的优缺点,因此当导弹的战术技术要求较高时,往往不能采用单一的制导系统,而是将两种或两种以上制导方法组合起来,扬长避短,使复合制导系统具有更好的性能。导弹为取得更高的命中精度,不能再局限于以惯性制导为主的主动段制导,而要增加中制导和末制导。这使纯惯性制导的制导体制演变为复合制导体制。此时,中段制导可以采用星光制导和全球定位系统卫星制导,从而形成了星光-惯性复合制导和全球定位系统一惯性复合制导。末段制导可以采用地形匹配末制导、图象匹配末制导和毫米波制导等,其中毫米波制导作为寻的制导,还可以结合红外成象技术组成双模复合寻的制导,它同时采用两种电磁频谱实现探测与跟踪,从而兼有两种电磁频谱的优点,因而具有优良的目标识别能力。
打击活动目标的导弹为了提高性能,制导体制也由单一制导体制向复台制导体制发展,采用两种或两种以上制导原理或制导方式联合完成制导任务。如果采用一种制导原理或制导方式的作用距离不能满足导弹射程需要,或偏导精度达不到要求,或不能满足战术要求确定的导弹飞行各段弹道特性,或为提高制导的抗干扰性能,往往需要采用复合制导。复合制导可分为串联复合制导和并联复合制导。这类导弹按飞行弹道也可区分为初制导、中制导和末制导。初制导和中制导较多使用指令制导和惯性制导等;末制导大多采用寻的制导、有雷达寻的制导、也有红外寻的制导;复合制导常见的组合方式有无线电指令制导加寻的制导、自主制导加无线电指令制导、光学制导加无线电指令制导等。
巡航导弹的战斗部
导弹战斗部(大多位于弹体头部,通常称弹头)是用来破坏、摧毁、杀伤目标的系统,也是导弹的有效载荷。它一般由壳体、战斗装药(常规装药、核装药或特种装药)、引爆控制系统等组成。
一、巡航导弹的弹头
就巡航导弹而言,导弹其他各个部件的作用就是如何迅速、安全、及时、准确地把战斗部投送到目标位置,而战斗部则是直接完成作战任务的核心。当战斗部被运送到预定攻击位置(目标的表面、上空、内部或附近)时,靠引信等安全地引爆战斗装药,在短时间内释放出强大的能量,从而给目标造成最大的破坏。
巡航导弹作为一种兼有战略和战术双重作战能力的武器系统,通用性很强,既可携带核弹头,又可使用非核战斗部(包括常规弹头和特种弹头),并且可以根据目标性质的区别而选择多种战斗部。因此,小型、高效、通用的战斗部是巡航导弹的关键技术之一。
发射导弹的目的是摧毁、杀伤目标,这个任务是由战斗部去完成的。因此,对战斗部的要求通常有两项:一是提高制导系统的精度,保证战斗部准确地命中和摧毁目标;二是以尽可能大的威力摧毁目标,主要是增大战斗部的装药量和杀伤半径,这可在一定程度内弥补导弹命中精度的不足。高速飞行的巡航导弹具有较大的动能,但导弹本身直接命中目标后,靠动能所造成的破坏仅是一个与弹体直径相当或稍大的弹坑,例如,如果巡航导弹攻击普通地面,不带战斗部只能形成一个1.3~1.5倍弹径的弹坑;而配置100千克烈性炸药则弹坑直径可达2.5~3.5米,位于落点周围15~20米内的建筑物也会受到毁坏,有生力量则会被严重杀伤;如果改成核弹头,杀伤半径就更大了。即使在巡航导弹不能直接命中目标时,而目标位置处在导弹战斗部的威力范围内,则仍可有效地毁伤目标。
在一种巡航导弹的射程和作战目标确定后,就要尽可能采用先进的技术,把导弹其他分系统的体积、质量减到最小,留出尽可能大的空间给战斗部,以使其在允许的空间和质量范围内具备最大的威力和毁伤效果。新一代的巡航导弹广泛采用多种战斗部。
核弹头是巡航导弹的主要战斗部之一。由于巡航导弹弹体较小,所以对核弹头小型化的技术要求更高一些,如美国W80核弹头用于“战斧”巡航导弹(W80-0,核装料中含钚,中子辐射剂量小,在潜艇上装备时可减少对人员的辐射伤害)和AGM-86B空射巡航导弹(W80-1,核装料中含氘),裂变材料是高浓缩铀,TNT当量20万吨(可调),质量仅122.6千克,可攻击包括导弹发射井在内的坚固战略目标。这个比威力(核弹头威力与其质量之比)的水平相当高。相比之下,美国1945年8月投在日本广岛的第一颗原子弹“小男孩”爆炸当量仅2万吨,质量达4082千克,由一架B-29远程轰炸机专程投掷。
战术巡航导弹主要采用常规战斗部,可分成多种类型:
一是爆破战斗部。主要借助烈性装药爆炸形成的冲击波(由爆炸产生的高温高压气体及其推撞周围空气、水、岩土等介质所产生)和爆轰产物作为主要毁伤因素,分内爆式和外爆式两种。内爆式要求直接命中目标、钻入目标内部爆炸,主要攻击地面硬目标或海上舰艇目标等;外爆式主要攻击地面集中或分散的软目标,如机场、导弹发射阵地、人员、城市、交通枢纽等目标。
二是聚能爆破战斗部。主要利用聚能效应和冲击波效应两种爆炸机制。其实,聚能现象在自然界中是可以看到的。如果你在平静的水面上垂直投下一个石子,你就会发现当石子落入水面后,紧接着会出现一个垂直向上的水柱。如果是炮弹在水面爆炸,就会产生很高的水柱。为什么会产生这种现象呢?原来,当异物落入水中时会将水向四周挤跑,就会在水面上出现一个水坑,紧接着四周的水又往坑内集中互相冲击,从而出现了向上升起的水柱。
聚能爆破战斗部有两种典型的结构形式。一是半球形罩结构,其特点是在圆柱形装药的前端设置了一个半球形凹穴,穴内衬有一个半球形金属药型罩,战斗部引爆后,药型罩在爆轰作用下向前方形成高速聚集的金属射流,对装甲目标产生强有力的侵彻作用并随有强大的爆破作用,适于攻击大中型水面舰船等目标。另一种是楔形结构,其特点是在装药的侧面有多个V形槽,槽内衬有金属药型罩,战斗部爆炸时,药型罩被挤压、翻转成多个刀形高速金属射流,使目标受到切割破坏。再加上爆炸冲击波的作用,可以增大杀伤破坏半径,主要用于攻击桥梁、铁路、跑道及半地下坚固工事等分散的地面硬目标。
三是破片式杀伤战斗部。主要靠爆炸后形成的高速破片(包括预制破片和战斗部壳体破片)攻击目标,主要用于攻击雷达阵地、停机坪上的飞机、工业建筑、电站、车辆等集结或分散的软目标。
四是集束(或称布撒型)战斗部。导弹飞行到预定目标上空后,开舱机构接收到信号后打开战斗部外壳,抛撒系统将子弹药抛出。这种战斗部的最大优点是将战斗部能量比较均匀地分散在所要毁伤的目标范围内,克服了整体式战斗部在局部的“超杀”浪费;而且根据目标特性的不同,可以选用破片式、爆破式、聚能式、燃烧式、半穿甲式、综合式子弹药。这种战斗部是攻击较大面积软目标、分散目标的较理想的弹头。
美国“战斧”巡航导弹在实战中使用过4种战斗部。一是454千克WDu-25战斗部,内装350千克烈性炸药,主要攻击地面重要的点状目标,如通信大楼、总统府、防空阵地和重要桥梁等;二是BLu-97B布撒型战斗部,携带166枚聚能破甲、燃烧和破片杀伤型子弹药。主要用于攻击军用设施、部队集结地域和轻型装甲车辆;三是碳纤维弹头,抛散的碳纤维丝随风四处飞舞,可造成电网短路和烧毁输变电设施;四是大功率微波弹头,主要用于破坏指挥中心的计算机芯片和微电子器件等。其中,前两种属于硬杀伤,后两种则属于软杀伤。
巡航导弹还可携载特种战斗部。传统的有化学、生物弹头等,新型的还有碳纤维弹头和大功率微波弹头等。海湾战争中,为破坏和摧毁伊拉克防空系统的供电设施,美军用“战斧”巡航导弹投掷了碳纤维弹头。无数的导电纤维丝在空中随风飘舞,只要落到电力设备上就会造成短路烧毁设备,而且很难清除干净。结果,伊拉克27个电站有20个遭到破坏,导致伊军防空指挥控制中心、雷达等断电失灵。科索沃战争中,美军又使用了比碳纤维弹头还要先进的CBIJ-94石墨弹头,它的子弹药是石墨丝,只要飘落到供电线路和变电设备上就会造成短路和电弧现象。1999年5月初,美军用石墨弹头攻击了南联盟的多个电厂,造成大范围的断电,致使供电量锐减70%以上。
燃料空气弹也可用作巡航导弹的特种战斗部。这是一种特殊的面杀伤武器,人们还给它起了许多形象的名字:窒息弹、油气弹、气浪弹和云爆弹等。其内部填满了挥发性极强的碳氢化合物,当投掷到目标上方后,弹内的液体燃料连同延时引爆装置一起被布撒到地面,与空气中的氧气充分混合后很快汽化为雾状的气溶胶,经过预定时间后即会二次引爆。爆炸时会产生2500℃左右的高温火球,并形成极强大的冲击波和热气浪,炸点附近的冲击波传播速度可达2200米/秒,超压达2~3兆帕。试验表明,一枚45千克燃料空气弹可形成直径15米、厚2.5米的浓雾,起爆后在炸点15米半径内的冲击波超压值高达100千克平方厘米,足以直接摧毁目标。另外,燃料空气弹与普通炸药不同,普通炸药爆炸时不需要外界的氧气,而燃料空气弹的燃料必须与氧气充分混合,爆炸时会把目标周围的氧气消耗殆尽,处于爆炸区内的人员即使不被当场炸死或烧死,也会由于严重缺氧而窒息死亡。