炮射导弹
由火箭发动机推进的导弹
炮射导弹是精确制导弹药的一种,它是通过一些先进的制导及传感技术来提高弹药命中精度的新型弹药。
美国于1958年开始研制MGM-51A橡树棍炮射导弹。20世纪60年代,苏联为提高主战坦克的远距离精确打击能力和反直升机能力,开始研制炮射导弹,到80年代苏联研制了基于9М112坦克炮射导弹、9М117坦克炮射导弹、9М119坦克炮射导弹三种型号的坦克炮射导弹。1998年以色列研制激光半主动制导的“拉哈特”炮射导弹(LAHAT,LaserHomingAnti-Tank)炮射导弹。
炮射导弹利用坦克、装甲车辆火炮或地面反坦克火炮发射,用以摧毁固定或装甲目标,是反坦克武器系列中的一个特殊类型。炮射导弹由控制舱、发动机舱、战斗部舱、舱机舱等主要舱段组成。与常规坦克炮弹相比,炮射导弹的特点是:有效射程远、命中精度高、被甲威力大、操作简便和应用范围广。导弹一般采用激光驾束制导、三点法导引、鸭舵控制。导弹沿制导激光中心飞行,直到命中目标。
炮射导弹可与常规制式炮弹共用同一种火炮发射,操作方便,可大幅度提高坦克、装甲车辆和反坦克野战炮的远距离作战能力并提高命中目标的精度。
发展沿革
背景
第二次世界大战中,坦克等装甲车辆大量投入战场,表现抢眼。为在坦克战中获得射程与精度优势,各国战后在增加火炮口径受限的情况下,加大了对炮射导弹的研发力度。
按照当时设想,这种导弹可由坦克炮发射。离开炮口后,火箭发动机将提供动力,对其进行加速,以提高射程。同时,它搭载有制导装置,通过与气动方面的设计相配合,大幅提高其“命中率”。
这种设想有其现实依据。当时坦克的技术与运用已相对成熟,且是各国陆军的支柱力量之一。它防护性好、攻击力强、灵活机动,在现有的成熟平台上“往前再走一步”,似乎触手可及。对一些老式坦克来说,炮射导弹的研发与使用,可以让老式坦克因射程和精度的增加而继续生存下去。
发展历史
起步阶段
美国于1958年开始研制MGM-51A橡树棍炮射导弹,该导弹由红外指令制导,最大射程3km,可用于M551轻型坦克(Sheridan)轻型坦克、M60A2坦克和MBT70坦克的152mm两用炮。其射程远远超出了当时常规坦克炮射的能力。不过,该炮射导弹只是试验品并未得到较好的应用。
20世纪60年代,苏联为提高主战坦克的远距离精确打击能力和反直升机能力,开始研制炮射导弹,由于技术发展水平的限制,采用无线电指令制导,易受干扰,效果不好。但苏联一直在研制炮射导弹,在80年代进入炮射导弹发展阶段,技术基本成熟,使所有主战坦克上的炮射导弹另辟蹊径,迅速发展。研制了基于9М112坦克炮射导弹、9М117坦克炮射导弹、9М119坦克炮射导弹三种型号的坦克炮射导弹
从最初的无线电指令制导COBRA到采用激光驾束制导的棱堡坦克炮射导弹、谢克斯纳坦克炮射导弹、芦笛坦克炮射导弹等各类炮射导弹。其射程、破甲威力和命中精度均得到很大提高。眼镜蛇(AT-8) 9M112导弹,用无线电指令制导,最大射程可达4km,破甲威力厚度达650mm;T-55主战坦克配用的棱堡(AT-10) 9М117导弹、T-62主战坦克配用的谢克斯纳(AT-12)9М117М导弹、T-72主战坦克配用的芦笛(AT-11)9М119导弹,均采用激光驾束制导,最大射程可达5km, 破甲厚度650mm~700mm。显然,配用炮射导弹的坦克在射程方面具有明显的优势。
发展阶段
到了20世纪90年代,其它西方国家也研制出了采用不同制导体制的炮射导弹。1998年以色列研制的激光半主动制导的“拉哈特”炮射导弹(LAHAT,LaserHomingAnti-Tank)炮射导弹,具有高效费比,尤其是在对远距离目标实施精确打击时。
2005年,以色列飞机工业公司主战坦克导弹分部已经将激光制导反坦克(“拉哈特”炮射导弹)炮射导弹拓展应用到机载平台上。2015年,中国新一代炮射导弹通过定型试验,并列装部队。新一代炮射导弹的顺利定型,标志着中国军队装甲装备形成了完整的覆盖多种口径、多种型号的炮射导弹体系。
2018年6月28日,中国人民解放军第76集团军某旅合成营的04A型步战车组织了实弹射击演习。04A此次发射的炮射导弹,是100mm低膛压线膛炮配套的中国国产化9M117型炮射导弹。9M117(北大西洋公约组织叫AT-10“锥子”)采用了激光驾束制导。
2020年9月,印度首次使用国产阿琼主战坦克发射了炮射反坦克导弹。此次试射由印度国防研究与发展组织进行,导弹成功摧毁了3公里外的一处目标,导弹配有的高爆反坦克弹头可以摧毁由反应装甲保护的车辆。
基本设计
结构
炮射导弹由控制舱、发动机舱、战斗部舱、舵机舱等主要舱段组成。俄罗斯列装的坦克炮射导弹一般采用激光驾束制导、三点法导引、鸭舵控制。在飞行过程中,导弹以一定的转速旋转,两对鸭舵分别对导弹的俯仰和偏航进行控制。
战斗部
俄罗斯的炮射导弹全部选用了传统的聚能破甲战斗部(HEAT),正面直瞄攻击弹道,为对付反应装甲,在后期的炮射导弹上采用了串联战斗部。眼睛蛇导弹破甲威力厚度达650mm。而棱堡导弹、谢克斯纳炮射导弹、芦笛炮射导弹等导弹破甲厚度达到650mm~700mm。拉哈特导弹采用性能先进的高爆串联破甲战斗部,实现曲射弹道,以较大的俯冲角攻击坦克的顶装甲,因此破甲效能大大提高。这种战斗部可以摧毁所有的现代装甲,穿甲能力达800mm。美国的两种炮射导弹都具有更强的破甲威力,STAFF导弹使用一种超长的双层药型罩自铸成型侵彻战斗部(EFP),这将使其破甲威力较常规弹提高33%。而TERM-KE则配装长杆穿甲战斗部,侵彻深度也相当大。
动力系统
炮射导弹是具有制导和自推动力能力的炮弹,是一种发射式导弹。炮射导弹的投射部由发射药火箭发动机组成,首先,由火炮发射赋予导弹一定的初速,当导弹飞离炮口后,火箭发动机工作,继续推动弹丸运动,使导弹不断增速。由于炮射导弹装有制导装置、数据处理装置和其他电子器件,发射时过载不能太大,所以发射导弹的初速比一般炮弹的初速低得多。
姿态维持
炮射导弹在闭环制导过程中,弹尾的激光接收器把接收到的光信号变为电脉冲信号,通过弹上控制电路的坐标鉴别器计算出偏差,经过转换和调制处理成垂直和水平两个方向的偏差信号;再进入控制器形成指令,由陀螺坐标仪按照弹体旋转的实际姿态,分配给两对垂直交叉布置的舵机,舵机将输入信号转换成导弹舵翼的偏转角使舵面偏转适当的角度,使导弹进入动力学环节;然后导弹按质心运动学环节:舵翼偏转产生气动力,从而得到合适的横向加速度,驱使导弹向激光束中心移动。
制导方式
坦克炮射导弹航空武器系统一般采用激光驾束制导方式,其工作原理是射手用瞄准制导仪瞄准、跟踪目标,并用与瞄准镜同轴的激光器向目标发射激光波束(直径为6m的激光编码场)。然后发射导弹。导弹飞离炮管后进入激光波束,弹尾的激光接收器把接受到的光信号变为电脉冲信号,再通过转换,在弹上控制电路的校正滤波器的输出端形成既与导弹在激光束中的坐标成正比,又与这些坐标的变化速度成正比的信号。弹上陀螺坐标仪再将该信号转换到导弹坐标系中,提供给舵机。舵机将输入信号转换成导弹舵翼的偏转角,舵翼偏转产生气动力,驱使导弹向激光束中心移动。因激光束中心与瞄准镜中心平行设置,导弹沿激光中心飞行也就是沿瞄准线飞行,这样就可以瞄到哪打到哪。
俄罗斯列装的坦克炮射导弹一般采用激光驾束制导、三点法导引、鸭舱控制。在飞行过程中,导弹以一定的转速旋转,两对鸭舱分别对导弹的俯仰和偏航进行控制。下面介绍其工作原理,如图所示。
特点
作用
炮射导弹是由坦克炮或地面反坦克炮发射的用以摧毁固定的或运动的装甲目标的制导炮弹,炮射导弹就是在弹道上能探测、捕获、跟踪直至命中目标的炮弹。它是反坦克武器系列中的一个特殊类型。它将常规弹药技术与精确制导技术巧妙地结合在一起,全面提高了航空武器系统的射程、命中精度、破甲威力。它可与常规制式炮弹共用同一种火炮发射,可与常规制式炮弹搭配使用,它操作方便:可大幅度提高坦克、装甲车辆和反坦克炮的远距离作战能力。
炮射导弹的基本弹道平直,为直瞄式武器,主要攻击前装甲。为了提高穿、破甲威力能力,研制成功了不同类型的串联战斗部。炮射导弹采用精确制导技术,早期曾采用红外指令制导或无线电指令制导,后来大多改为激光驾束制导系统,制导精度高,抗干扰能力良好,弹上设备简单,未来还要向自寻的方向发展,前景广阔。
关键技术
炮射导弹关键技术主要包括:抗过载技术、高精度制导技术、抗干扰技术。
抗高过载技术
炮射导弹是一种通过一些先进的制导及传感技术来提高弹药命中精度的新型精确制导弹药,它也是目前所有制导兵器中发射过载最大的一种。炮射导弹与一般导弹的主要区别之一是:它有发射药筒,因此在发射时膛内就存在很高的膛压。初速大、射程远是炮射导弹与一般导弹的另一个区别之处。比如芦笛炮射导弹速度最高可达800m/s,平均速度达500m/s;因此,要保证弹上制导装置尤其是导引头能够在较大的发射过载情况下正常工作,抗过载技术相当重要。
以色列“拉哈特”炮射导弹很好地解决了发射过载问题。当被用用在坦克上时采用现有的光电设备和发射程序从火炮中发射。拉哈特炮射导弹配有固体火箭发动机,火箭发动机在炮膛内点火,导弹在炮管内逐渐加速,当导弹飞离炮管后,尾部的4片尾翼张开以稳定飞行。这一工作方式降低了发射载荷和发射特征(火光和粉尘),增强了发射平台的生存能力和隐蔽性。当用线膛炮发射时,炮射导弹具有相当高的转速,出炮口时还有非常大的加速度,可以采用复合隔振材料等减振措施,从结构设计上来增大抗过载能力。
高精度制导技术
以俄罗斯采用的半主动激光驾束制导技术的炮射导弹系统为例,炮射导弹通过确定目标、导弹和制导仪三点的位置关系来制导。在制导设由于目标机动以及制导系统特性的限制,各种干扰、导弹的惯性、量测装置跟踪状态的改变及测量误差等导弹实际弹道总是一条在理想弹道附近扰动的曲线,因此际弹道与理想弹道有偏差,这一偏差称为制导误差。根据引起制导误差的原因,制导误差可分为动态误差、起伏误差和仪器误差。这些偏差的存在会对精确制导系统的制导精度产生影响。为达到首发命中,甚至命中目标的薄弱部位,炮射导弹需要提高和完善制导技术。
抗干扰技术
实战中跑射导弹所处的战场环境很复杂,特别是敌方总会千方百计地破坏类似于跑射导弹的精确制导武器正常工作,这就要求制导系统在高技未现代战争条件下具有很强的抗干扰能力。被动寻的制导系统由于本身不辐射电磁波,较难被敌方发现。由于其抗干扰能力较强,因此各类被动寻的制导系统如电视见、红外、微波被动寻得到广泛应用:主动式的自动寻的系统抗干扰的能力格外重要。微波波段是电子对抗最复杂和激烈的频段,这个频段的电子技术比较成熟,抗干扰的技术手段也多,如扩展频谱频率捷变和单脉冲等技术。炮射导弹在发展过程中应比较优劣、选择较为合适的制导方式,以提高抗干扰能力。
典型型号
俄罗斯
俄罗斯装备部队的炮射导弹有三种系列、六种以上的衍生型,多种衍生型的产生主要是为了适应同口径的滑膛炮线膛炮以及相近口径火炮的需要。下表列出了几种典型的炮射导弹性能:
AT-10“堡垒”导弹
AT-10“堡垒”导弹于1985年装备苏联红军,许多国家至今仍在使用。“堡垒”导弹的第一辆载具为T-55AM型坦克。装备时改进了火控系统,增加了导弹瞄准部件,并且加装了红外大灯,以帮助炮手夜间标准目标。该导弹通过100毫米坦克炮发射,由于导弹质量较大,飞行速度比炮弹慢得多。当导弹在火炮内运动时,内弹道作用使坦克炮的重心与发射炮弹时有很大不同。为此,苏联设计师还专门为火炮高低机的稳定装置增加了导弹状态模块——操作手在发射导弹前,高级机稳定器会切换到导弹模式,发射炮弹时再切换回来。
“堡垒”导弹的装填与普通的坦克弹药一样,由装填手完成。由于导弹在坦克内仍然属于辅助武器,所以基数仅为6枚。导弹在离开炮口前获得初加速,然后点燃火箭发动机,使导弹继续加速,飞行一段距离后,导弹飞行速提升到400米/秒,完成4000米的最大射程,需要持续飞行12至16秒的时间。
AT-11炮射导弹
AT-11导弹采用激光架束制导,弹体质量17.2/kg,射程5km,破甲为例750mm(可打反应装甲),AT-11导弹是T-80主战坦克的重要武器,为适应125炮口径,导弹直径增加,穿甲深度也有所提高。后来经过一些改进,T-72主战坦克也能够发射AT-11导弹。
9M119“芦笛”炮射导弹
9M119炮射导弹主要用于打击配备有反应装甲的坦克目标以及低空飞行目标,有效射程达5公里。该导弹系统配备9M119或9M119M型导弹,导弹采用半自动激光波束制导和空心装药战斗部,导弹重量为23.4千克。
美国
美国MAD-FIRES炮射导弹,是美国雷声公司研发的一种微型导弹,被称为“多方位防御快速拦截弹交战系统”(MAD-FIRES),它以Mk110式57毫米舰炮为发射单元,主要用于拦截反舰导弹、打击小型快速水面目标、中低空无人机等,具有成本低、精度高等特点。目前该导弹还处于研制阶段,尚未转变为美国军队正式型号。
美国MAD-FIRES是一种口径更小的炮射导弹,采用直接撞击方式拦截目标。MAD-FIRES的设计初衷是改变美海军濒海战斗舰防空能力弱的现状,这种军舰只装备一套“拉姆”近程防空导弹系统,载弹21发,在激烈的海战中无法自保。Mk110式57毫米舰炮射速高,以它为载体开发防空型炮射导弹,能够解决濒海战斗舰防空能力薄弱的问题。
MAD-FIRES弹体从火炮炮口出膛后,前体弹托会脱落,鸭式前翼展开,对飞行轨迹进行控制,并通过弹体滚转提升射程和稳定性,精确追踪来袭导弹并将其击毁。该弹药的相关参数和关键制导体制等尚未公布,但从打击精度和空中变轨等能力分析,这是一种名副其实的导弹,而非普通炮弹。
MAD-FIRES导弹旨在提升火炮系统防御能力,目标是能够在飞行中持续定位、跟踪和拦截快速靠近的目标,并对漏网目标重新定位与拦截。在设计上,该导弹将导弹制导、拦截精度,子弹速度、快速发射和大量装填能力等优势相结合,一次性发射十余枚,精准抗击饱和式、多样化的导弹攻击,拦截成本大大降低。该导弹将随着Mk110式57毫米舰炮装备在美国军队未来多型主战舰艇上,打击无人机、导弹、小型飞机和快速近岸攻击艇等,提升舰艇的自卫能力。
以色列
以色列“拉哈特”炮射导弹是为主战坦克研制的,仅需对主战坦克的火控系统略进行改造,就可从制式105毫米和120毫米坦克炮发射,并且装填和发射与常规弹药一样。LAHAT炮射导弹配有固体火箭发动机。火箭发动机工作将导弹推出身管,离开身管后,导弹尾部的4片尾翼张开以稳定飞行。导引头安装在万向节上,位于导弹头部。制式LAHAT炮射导弹配用串联聚能破甲战斗部,可对付包括装甲车在内的各种目标。
以色列105毫米“拉哈特”炮射导弹全弹重19千克、长984毫米。105毫米LAHAT炮射导弹采用传统的黄铜药筒,而120毫米导弹的药筒较短,且有弹托直径适配器。LAHAT导弹飞行到4000米处通常所需时间为14秒,有效射程超过了6000米,命中精度在0.7米之内。
以色列飞机工业公司还为“拉哈特”炮射导弹研制了管状/筒状发射器,以安装在装甲车上使用。通常,装甲车安装两套发射器,每套发射箱有4枚导弹。发射器构型拓展应用到了机载平台上。对于重量受限的旋翼飞机、无人地面和海上平台而言,上述方案是一种具有效费比的方案。导弹质量仅为13千克,整套发射器重75千克。另外,LAHAT导弹也可能用来装备无人机。以色列国防军已经在加沙地带的指定暗杀行动中部署了这种LAHAT导弹。以色列飞机工业公司不久将试验供海上平台发射器使用的变型LAHAT导弹。研究工作表明,改型LAHAT导弹系统完全适于海上使用。
中国
“ADZ104A-105炮射导弹”是中国军队首次公开列装部队的炮射导弹型号。中国炮射导弹的技术主要源自苏联,也一脉相承地使用了“激光驾束制导+三点法导引+鸭舵控制”的制导控制原理,战斗部也均为聚能破甲战斗部。同时,结合我国自身的主炮体系,构建了包括100、105及125毫米三种炮射导弹系列,可以覆盖绝大部分步兵战车坦克的使用需求。ADZ104A-105型炮射导弹弹头部装有两对鸭舵,平时收在弹体之内,发射后就可以弹出,这四片鸭舵可以对导弹的俯仰和偏航进行姿态控制。可以在发后按需机动,不断自行修正直到命中目标。
ADZ104A-105型炮射导弹具备5公里的最大射程,超过了所有常见的传统坦克炮弹,这个距离也要比很多步兵使用的反坦克导弹的射程要远。而除了对固定目标具有极高的命中概率外,使用激光驾束制导的ADZ104A-105型炮射导弹还具备对运动目标和直升机目标的攻击能力。
印度
2020年9月23日,印度首次使用国产阿琼主战坦克发射了炮射反坦克导弹。报道称,此次试射由印度国防研究与发展组织进行,导弹成功摧毁了3公里外的一处目标,导弹配有的高爆反坦克弹头可以摧毁由反应装甲保护的车辆。这种炮射反坦克导弹进一步增强了“阿琼”坦克的作战能力,基于常规和智能弹药、炮射导弹和重机枪的组合,“阿琼”坦克对无论远距离还是近距离目标都可以予以即时、精准和致命的打击。
发展前景
炮射导弹与导弹、末制导火箭相比具有射程远和经济性好的优点;与普通火炮弹药相比又具有精度高、通用性和灵活性好的特点。炮射导弹比普通的坦克炮射弹药打得更远,且精度更高。出于进攻与防御两方面的考虑,坦克携带导弹已成为必然的趋势;但坦克炮射导弹技术仍有很多改进之处。
这几项制导技术单独应用都已经相当成熟,但各自又有难以克服的缺点。如电视制导易受天候影响;激光制导最大的缺点就是激光目标指示器必须始终照射目标,不能实现“发射后不管”;而红外制导自动识别和锁定目标困难且不能测距;毫米波制导远距离分辨率低。而采取复合制导模式可取长补短,克服了各自的不足,可明显改善导引头的性能,从而增强了航空武器系统在各种环境条件下的作战性能,实现了全天候作战。复合制导技术是当前各国的研究热点,这必将使得炮射导弹以更快的速度发展。
目录
概述
发展沿革
背景
发展历史
起步阶段
发展阶段
基本设计
结构
战斗部
动力系统
姿态维持
制导方式
特点
作用
关键技术
抗高过载技术
高精度制导技术
抗干扰技术
典型型号
俄罗斯
AT-10“堡垒”导弹
AT-11炮射导弹
9M119“芦笛”炮射导弹
美国
以色列
中国
印度
发展前景
参考资料