从S-400导弹防空系统说开去

Talk About S-400 SAM System

S-400系统的两种第四代防空导弹

在上个世纪80年代中期,Fakel设计局就开始了新一代面空导弹9M96E和9M96E2的预先研制,其中前者还将供舰艇防空使用。1991年海湾战争中"爱国者"与"飞毛腿"导弹的对抗则是它诞生的催化剂。在1998年10月希腊雅典举行的"98防御"展览会上,Fakel设计局首次对外公开了这两种导弹,当时的说法是它们是为同时公开的S-300PMU3(SA-10F)系统所研制的新型防空导弹,而根据现有资料,S-300PMU3就是将9M96E和9M96E2导弹与48N6E2导弹混合的S-200PMU2系统。

与S-300P系列以前使用的各种导弹相比,9M96E/E2的体积和重量均大幅度减小,这使它们可以以四联装的方式代替S-300P系列的一个发射筒。包含4枚9M96E或9M96E2导弹的发射筒束重量分别为2 300千克和2 700千克,而S-300PMU1含一枚48N6E导弹的发射筒重量达到2 560千克。如果一个导弹武器系统的12辆发射车都使用这种导弹的话,其最大待发导弹数量可以达到192枚(西欧与美国在研的MEADS一个连级火力单元8辆发射车的导弹数量最大也可以达到128枚)。因此,如果将这两种新型导弹与S-300P系列以前使用的导弹进行灵活配置,就可以覆盖不同的射程范围并增加导弹数量,使S-400系统的持续作战能力和作战弹性获得质的提高。而现有的S-300系统也可以使用这两种新型导弹。

9M96E是一种与RIM-162/改进型"海麻雀"导弹(Evolved SeaSparrow Missile,ESSM)、西欧Aster-15类似的新一代中程/点防御导弹。其主尺度为(弹长×弹径,单位毫米)4 300×270,重量333千克,对空气动力目标的作战距离为1-40千米,作战高度5-20 000米;全程平均速度750米/秒(相当于马赫数2.2,马赫数1对应的速度大小取海平面数值,下同);9M96E2则是与PAC-3和西欧Aster-30类似的中远程防空导弹。它的结构与9M96E相同,主尺度为5 200×270,重量420千克,由于使用了更强的SRM(Solid Rocket Motor,固体火箭发动机),所以作战范围比9696E大得多,对空气动力目标作战距离为1-120千米,作战高度为5-30 000千米;全程平均速度1 000米/秒(相当于马赫数2.9)。从这里可以看出,小型、轻量的9M96E2具有与S-300PMU1系统的48N6E导弹相近的作战空域(后者最大作战距离和高度分别为150千米、27 000米,但是48N6E导弹主尺度为7 500×515,重量1 800千克左右),这也是第四代防空导弹的一个特点。与西方性能相近的同代产品比较,9M96E与9M96E2在性能/小型化方面领先于西欧、略次于美国,如Aster-15导弹尺寸为4 200×180(180毫米为主弹体直径,助推器直径为360毫米),重量310千克,作战距离1.7-30千米,最大作战高度10 000米,最大速度1 000米/秒;ESSM的主尺度为3 700×203(254毫米为弹体后段直径,导引头与战斗部舱段为203毫米),重量279千克,最大射程30千米;Aster-30导弹主尺度为5 200×380(系助推器直径,主级/拦截器级为180毫米直径的Aster-15导弹),总重510千克(其中拦截器级重约100千克),最大速度1 100—1 400米/秒,作战距离3-100千米,最大作战高度20 000米;PAC-3弹体直径254毫米,重315千克,最大射程150—160千米等。而且9M96E与9M96E2继承了S-300P系列所用导弹具有的传统优势—具有更近的作战近界和更低的作战低界,这对于拦截武装直升机和巡航导弹无疑是有利的,但是体积、重量相对更大的9M96E2的最大射程仍然不如美国PAC-3。由于重量和体积大幅度减小,两种导弹的战斗部重量也大幅度减小到了24千克(而以前S-300P系列使用的导弹均超过100千克,PAC-2也达到90千克;同代的Aster-15/30则为10—15千克),它们最终对目标的杀伤效果主要依赖于制导精度的改善、导引头/引信/战斗部之间的配合的优化以及战斗部的改进。

如前所述,提高制导精度和大幅度提高导弹机动性的结合可以使第四代防空导弹获得对于TBM弹头目标接近直接碰撞杀伤的能力。在机动性方面,俄罗斯第三代防空导弹与美国同代产品相比略有差距,如公开资料表明S-300PMU1的最大过载为21g、美国PAC-2则为28g。但是从公开资料看,这种差距到了9M96E/E2与ESSM/PAC-3之间已经消除。新型的9M96E/E2都采用了"鸭"式气动布局,4个可折叠的尾翼装在一个可以转动的环上以减少鸭式布局的侧吹效应。导弹的飞行控制采用空气动力舵面+燃气舵+推力矢量结合,4个可以差动的鸭舵中含有燃气喷嘴,而导弹质心附近有Fakel设计局设计的"侧向推力发动机系统",该直接力控制系统由24个固体微型火箭发动机组成,呈环状地安装在战斗部后面。它可以在导弹末段提供额外的机动能力,使导弹做出与采用直接升力控制的战斗机类似的"直线平移"的动作,从而确保脱靶量最小,美国和西欧的第四代防空导弹均采用了类似的控制技术(如Aster-15/30均采用气动舵面+质心附近4个推力矢量喷口进行飞行控制;PAC-3采用气动舵面+头部附近180个微型固体火箭发动机控制;THAAD的动能拦截器具有4个变轨发动机等)。根据Fakel设计局的说法,9M96E/E2在15千米距离内最大可用过载达到60g(此距离可能为9M96E的主动段距离-作者注)、在40千米距离内达到30g、在120千米内达到20g(9M96E2),这将使它们具有拦截高过载机动目标的能力。从欧洲的Aster-15/30(气动舵面+末段推力矢量控制)在其主动段内50g的最大可用过载和号称可以拦截此距离内以15g机动的目标来推断,9M96E将可能具有拦截末段以18g进行机动的反舰导弹的能力,而ESSM在主动段内最大过载也只有50g。因此如果上述数据属实,那么以9M96E/E2的出现为标志,俄罗斯第四代防空导弹在机动性方面可以说已经居于世界领先地位。

9M96E/E2在初段和中段采用惯性和上行数据链指令制导,末段则采用主动雷达寻的方式,其工作波段不详,笔者认为是在俄罗斯传统的I/X波段(Aster-15/30的主动雷达导引头工作在J/Ku波段、PAC3-2的工作在毫米波的K/Ka波段)。在末段惯性飞行时,该主动雷达导引头精确测量目标信息,并且发出相应指令启动侧推发动机系统,通常每次点燃4-6个微型发动机,使导弹能够在发动机工作的25毫秒内获得20g的附加过载(而Aster-15/30的推力矢量系统在拦截末段可提供的附加过载为12g),使其最大脱靶量由S-300PMU1的9米左右提高到3米以内的水平,已经具备了直接碰撞杀伤的能力。

在引信与战斗部的配合方面,俄罗斯技术成熟、经验丰富。其S-300V系统的9M82/83导弹(由位于叶卡捷琳堡的Novator/"革新家"设计局研制,Antei的9K330/SA-15系列使用的则是Fakel的9M330系列导弹)就采用了全公式化的引战配合技术,而9M96E/E2则继承和发展了这方面的成果。9M96E/E2采用了新型无线电引信和多点起爆的定向破片战斗部,该引信不仅能够根据目标信息精确控制战斗部引爆时机,还能够根据目标类型与弹目交汇条件控制战斗部的起爆状态以保证杀伤能力,其起爆状态一共有三种:

1)非定向宽飞散角状态:在没有获得脱靶方向数据时,引信采用中心起爆方式引爆战斗部,此时破片形成60°左右的飞散角以加大毁伤目标的概率;

2)非定向窄飞散角状态:采用轴向多点起爆方式,破片向前方一个窄圆锥角范围内飞出;

3)破片方位定向飞散状态:在有脱靶方向数据时,引信引爆战斗部边缘的某几个起爆点,使战斗部爆炸产生的破片集中飞向目标方向。这种方式下的破片速度和密度均比非定向爆炸高出1.5-2.0倍。

除了无线电引信之外,9M96E/E2导弹还可能采用了静电引信作为辅助,因为俄罗斯在其中低空防空导弹上已经采用辅助静电引信。静电引信起源于第二次世界大战中的德国,原理是利用目标运动中产生的静电来获得信息。研究表明,运动中的喷气式飞机带电量可达千分之一库仑(通常是负电),直升机可达百万分之一至万分之一库仑(通常是正电),飞行中的弹丸为千亿分之一到百万分之一库仑。而由此形成的电位,飞机目标一般为数十千伏,最大可以达到500千伏,这将在其周围几百米甚至上千米的范围内形成可探测的静电场。但是早期电子技术落后,生产出的静电探测器非常容易受到干扰,所以一直没有得到重视,但是在20世纪80年代以后,电子技术的进步使其重新受到重视,静电引信也成为防空导弹引信最有前途的发展方向之一,目前俄罗斯的静电引信已经可以探测到400米外的固定翼飞机和200米外的巡航导弹。9M96E/E2如果也采用了这种引信,那么就可以获得更大的探测距离(静电引信最大探测距离可达1 000米)、极强的抗电子干扰能力和反隐身能力。

根据俄罗斯仿真和试验的结果,9M96E/E2导弹对"飞毛腿"、"鱼叉"等导弹弹头或战斗部的杀伤概率达到0.7,对其它目标的单发杀伤概率分别为:有人驾驶飞机0.90、空地导弹、巡航导弹0.80、TBM之类弹道目标0.70。

9M96E/E2的战斗部与智能化引信设计可以说是相当先进的,但可能是因为技术水平的原因,它在这方面与美国同代产品的设计思想并不一样,美国PAC-3导弹的制导精度已经可以相当可靠地保证直接碰撞杀伤,因此该导弹没有传统意义上的战斗部和引信,其用于拦截飞机和巡航导弹以及在脱靶量较大的情况下确保杀伤TBM的"杀伤增强装置"(由24根钢棒组成)由导引头的直接指令控制进行引爆(当然这样做在一定程度上会降低控制精度);而用于高层防御的THAAD导弹完全依靠直接碰撞进行杀伤(自然也没有引信)。所以从技术角度而言,美国的这种设计反映着更高的水平以及由此带来的自信(而Aster-15/30的战斗部设计则与9m96E/E2类似)。但是从实战的角度讲,俄罗斯的设计仍然能够保证导弹足够的杀伤精度和杀伤威力,因此这种设计值得其它研制第四代防空导弹的国家借鉴。事实上,与美国"低成本自主攻击系统"/LOCAAS的可自动编程战斗部所采用的技术类似,9M96E/E2的这种智能化引战配合在技术上的实现也并不容易,目前已知除了俄罗斯和西欧之外,只有南非已经为防空导弹研制出这种智能化战斗部。

对用于舰艇防空的9M96E来说,俄罗斯重型舰艇上S-300F的左轮式垂直发射系统使用该导弹(或许也是以四联装发射筒代替原来一个发射筒)显然不如美国MK-41垂直发射系统使用ESSM等新型导弹来得方便;此外,由于9M96E可以适应于中小型舰艇平台,所以预计俄罗斯会把它作为护卫舰或驱逐舰防空系统的一部分发展出独立的舰载防空导弹系统并推向出口市场,使其中型舰艇平台在国际市场上更有竞争力。

上述9M96E/E2导弹的技术特点清楚地表明了第四代防空导弹应当具有的一些关键技术特征,显然,这些技术是第三代防空导弹所无法企及的。正因为技术上需要有革命性的进步,所以目前已知还只有美国、俄罗斯与西欧能够研制第四代防空导弹系统。

根据外电报道,我国研制的FT-2000系统具有比较好的作战弹性,它可以使用被动雷达末制导反辐射导弹和主动雷达末制导的新型导弹。前者主尺度为6 800×470,作战斜距12—120千米,作战高度3 000—20 000米,发射重量1 300千克;后者根据JDW的说法是在S-300PMU使用的5V55RUD导弹基础上研制的,而5V55RUD导弹的作战斜距为5—90千米、作战高度25—27 000米,发射重量1 800千克。所以笔者认为FT-2000至少是一种类似S-300PMU1或S-300PMU2的三代半防空系统(具体更类似哪一个的水平应主要取决于其ATBM能力的强弱),而采用TVM的KS-1/1A系统最多只能算三代早期型。FT-2000的特色在于特别突出了第四代中远程防空系统的反空中警戒/控制平台和反有源干扰机的作战任务。我国能够研制出这样高水平的防空系统令人鼓舞,但是一方面它与诸强的第四代防空导弹系统有差距;另一方面,美国已经认识到S-300PMU1之类的三代半防空系统所带来的巨大威胁,它正在采取很多针对性措施,而这些措施在"一家独大"的国际背景下又体现出非常鲜明的进攻思想:如大幅度改进HARM和开发新型反辐射导弹、对EA-6B进行ICAP-3改进、提出DEAD/摧毁敌防空的作战模式等。经过ICAP-3改进的EA-6B将可以对先进的相控阵雷达进行智能化干扰或使用多模反辐射导弹进行硬摧毁,还可以把精确定位的辐射源坐标信息通过数据链自动传输给携带反辐射导弹的F-16CJ战斗机,由后者对雷达站等辐射源进行猎杀。对此,笔者认为我国一方面要积极开拓现有防空系统新的使用方法,另一方面要早日发展出我们自己的新型防空系统——而且笔者主张,我们的第四代中远程防空系统应当学习俄罗斯当年同时研制S-300P与S-300F系统、现在同时发展9M96E2与9M96E导弹的做法,同时发展陆用和海用型号,使我国陆地和海上的防空武器都及时得到更新。

我国研制的FT-2000