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何為JDAM?

2021-07-13 17:12:26希弦
兵器知識 2021年6期
關(guān)鍵詞:美國空軍套件彈體

希弦

美軍的JDAM“聯(lián)合直接攻擊彈藥”(Joint Direct Attack Munition,“杰達(dá)姆”),并不是確切的某一型彈藥,而是一類“開放性”組合,由普通的自由落體航空炸彈+低成本、精確制導(dǎo)化的套件組成。具體來看,JDAM就是在MK80(或BLU)系列航空炸彈基礎(chǔ)上,通過螺栓固定來加裝上JDAM套件。套件中的關(guān)鍵部件包括帶有氣動控制舵面的尾翼部分、慣性制導(dǎo)系統(tǒng)(INS)與GPS組合的制導(dǎo)控制部分,還有位于彈體中部或頭部的氣動邊條,以在下落過程中為彈體提供一定的升力和穩(wěn)定性。

本世紀(jì)以來,不論是阿富汗、伊拉克戰(zhàn)場,還是近年的中東戰(zhàn)事、對ISIS的打擊等軍事行動,都證明JDAM絕對是美軍最主要的精確制導(dǎo)武器之一,乃至可以說,如果沒有了JDAM,美軍就沒法“高效”打仗了

在普通航空炸彈基礎(chǔ)上改裝而來的JDAM,成為了最具性價(jià)比的精確制導(dǎo)武器。而JDAM套件安裝在普通航空炸彈上后,這枚JDAM的型號就會以GBU(Guided Bomb Unit,制導(dǎo)炸彈)取代此前的MK80或BLU等編號。例如,907千克(2000磅)的GBU-31,對應(yīng)的是MK84和BLU-109、BLU-136:454千克(1000磅)的GBU-32對應(yīng)MK83,GBU-35對應(yīng)BLU-110;227千克(500磅)的GBU-38,對應(yīng)MK82、BLU-111/126/129。較新的在慣性/GPS基礎(chǔ)上又集成了激光制導(dǎo)系統(tǒng)的GBU-54,則算是對GBU-38的一次升級。

80年代的技術(shù)原型

如今,精確、通用、用途廣泛且相對便宜的“聯(lián)合直接攻擊彈藥”已是美軍的主要空地武器。但在40年前它問世時(shí),則完全是另外一回事,它還只是一個并未受重視的科研項(xiàng)目。

通過這組GBU-31和GBU-32的簡圖,除了看得出三者的外觀細(xì)節(jié)差異外,也體現(xiàn)了JDAM的特點(diǎn),即MK或BLU彈體+KMU“套件”的組合

上圖,美國空軍B-52轟炸機(jī)彈艙內(nèi)旋轉(zhuǎn)掛架上掛載的GBU-38和GBU-54。下圖,F(xiàn)/A-18E翼下掛載著8枚GBU-32和2枚GBU-38。JDAM中的“J”即為Joint“聯(lián)合”之意,因其由美國空軍和美國海軍聯(lián)合開發(fā)的

GBU-31的這兩種子型號“套件”差異,對應(yīng)的是MK84(上圖)和BLU-109。前者是普通航彈,后者作為侵徹型彈藥,主要打擊鋼筋混凝土建筑、硬化目標(biāo)等

ABC圖示分別為GBU-31(V)2B、GBU-31(V)4B與GBU-32的JDAM套件結(jié)構(gòu)簡圖,可見三者彈體中部的氣動邊條均為左右各一加上端的三片式

GBU-31(V)4B的尾翼部分結(jié)構(gòu)示意圖,這個鋁制圓錐形的尾翼部分由8個螺絲來與前部彈體固定

從實(shí)物圖來看,GBU-32(正準(zhǔn)備掛載到F-35B的彈艙中)與GBU-31在“套件”上的外觀區(qū)別,主要是前者的左右兩片氣動邊條要比其上端的稍長,后者的彈體上端都有明顯的從尾翼到中部的線纜保護(hù)蓋

上世紀(jì)80年代初,美國空軍裝備實(shí)驗(yàn)室(AFRL)開始研究一種慣性制導(dǎo)系統(tǒng)用于航空炸彈。最初AFRL工程師們給出的概念演示原型,與后來成型的JDAM相差不大,就是航空炸彈尾部改裝套件。相關(guān)原型的空投測試雖然取得了良好成績,但并沒有什么反Ⅱ向。這是因?yàn)?,正處冷?zhàn)對抗巔峰時(shí)期的美國空軍所采取的空中戰(zhàn)術(shù)是強(qiáng)調(diào)對蘇聯(lián)防空系統(tǒng)的低空突防,對于高空、全天候、精確制導(dǎo)武器并沒有強(qiáng)烈需求。“坦率地說,人們對它并沒有太大興趣”。

不過工程師所言的“并沒有太大興趣”的態(tài)度,在隨后短短幾年中就發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。

首先,在技術(shù)層面上的突破是全球定位系統(tǒng)(GPS)功能性和可用性的日臻成熟,可為空中打擊提供可靠穩(wěn)定的導(dǎo)航坐標(biāo)。而1991年的海灣戰(zhàn)爭則驗(yàn)證了高空突防、從高空發(fā)起的打擊是對抗冷戰(zhàn)后新對手的最佳方式。

激光制導(dǎo)武器并不總是好使

美國空軍從這場實(shí)戰(zhàn)所得的經(jīng)驗(yàn)還有,單單裝備激光制導(dǎo)炸彈是不夠的,戰(zhàn)場上惡劣的氣象條件或者中東特色的沙塵暴會嚴(yán)重影Ⅱ向這類武器的使用。在第一次海灣戰(zhàn)爭中,美國飛機(jī)投放了約25萬枚彈藥,其中約21萬枚是常規(guī)的無制導(dǎo)的航彈,也暴露了其打擊精度不足的問題。在開戰(zhàn)的頭兩周,美國空軍空中打擊的戰(zhàn)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期,部分原因正是因?yàn)樘鞖獠患?、瞄?zhǔn)不佳。戰(zhàn)后的分析顯示,平均而言,非制導(dǎo)彈藥僅落在了預(yù)定目標(biāo)約60米的范圍內(nèi)。激光制導(dǎo)武器雖然更為有效,75%的戰(zhàn)果由它取得,但它除了要等一個好的天氣條件下才能使用,還有另一大問題便是價(jià)格昂貴,以及并非所有的美軍飛機(jī)都能掛載使用。

這場“沙漠風(fēng)暴”就成了JDAM命運(yùn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn),美國空軍迫切需求一種低成本的精確制導(dǎo)武器。1991年5月,時(shí)任美國空軍參謀長的麥克佩克將軍提交備忘錄,指明美國空軍“對全天候精確制導(dǎo)彈藥的需求”。最初的開發(fā)合同于1994年授予,JDAM也就從美國空軍裝備實(shí)驗(yàn)室走出,完成成果轉(zhuǎn)化,開始定型、批量生產(chǎn)。

這張有些繁復(fù)的詳表是摘自2002年美國海軍為“大黃蜂”飛行員編制的JDAM(GBU-31和GBU-32)戰(zhàn)術(shù)手冊??梢?,JDAM因?yàn)楹\姟⒖哲?、海軍陸?zhàn)隊(duì)的軍兵種差異,形成了不同彈體、制導(dǎo)組件(KMU)、引信(FMU)、近距離傳感器(DSU)、風(fēng)動渦輪發(fā)電機(jī)(FZU)、保險(xiǎn)裝置、鼻塞(MXU-735)、線纜等的JDAM“排列組合”

JDAM組裝過程中的一個重要程序:如圖由MK82“變身”而來的GBU-38,在彈體尾部正裝入FMU-152A/B聯(lián)合可編程引信(上左圖),它作為機(jī)電引信還需要使用FZU-55A/B(上右圖)這種小型風(fēng)動渦輪發(fā)電機(jī)來為其供電(裝入左圖彈體中部的紅框區(qū))。下圖尾翼部分的尾端處為GPS天線

要便宜,要足夠便宜

即使JDAM天然就比激光制導(dǎo)炸彈要便宜很多,但對于“甲方”來說,它還不夠便宜,還要盡最大可能壓縮成本。今天,我們從麥克佩克這些當(dāng)時(shí)美國軍方的記述來看,費(fèi)用是JDAM項(xiàng)目的一個重大問題。后冷戰(zhàn)時(shí)代的美軍,在裝備采購上已不是里根時(shí)代那般“花錢如流水”。麥克佩克明確要求:參與競標(biāo)的承包商對這種新武器的開價(jià),哪怕是有1美分超出JDAM項(xiàng)目經(jīng)理所估算出的4萬美元,空軍就不會購買。

對于JDAM的生產(chǎn),一開始有7家企業(yè)參與競標(biāo),到最后只剩下馬丁·瑪麗埃塔(后來與洛克希德合并成洛·馬)和麥克唐納·道格拉斯(后來被波音公司收購)兩家角逐。兩家都清楚,JDAM套件的技術(shù)難度不大,生產(chǎn)環(huán)節(jié)又可以使用一些現(xiàn)成“貨架”零部件,那么重點(diǎn)就是要通過與軍方簽訂長期合同、大規(guī)模量產(chǎn)來攤平、降低單價(jià)。

使用地面測試設(shè)備(如AN/GUQ-79)對組裝完成的JDAM進(jìn)行軟硬件全面測試。另外,JDAM彈載計(jì)算機(jī)的軟件程序是波音公司出廠時(shí)預(yù)加載的,如果版本過低還要通過地面測試設(shè)備來進(jìn)行升級。

同為GBU-38,艦載機(jī)上使用的海軍/海軍陸戰(zhàn)隊(duì)型(上圖)與空軍型(下圖)在外觀上有明顯差異,前者表面有灰色粗糲感的熱防護(hù)涂層(這是過去美國航母艦上大火后汲取的教訓(xùn)),兩者在彈體頭部除了“鼻塞”的差異外,空軍的還有一圈銅帶。

DSU-33C/B近距離傳感器(位于彈體頭部),它與引信(FMU)組合即可實(shí)現(xiàn)JDAM的“空炸”。當(dāng)DSU-33確定其高度在目標(biāo)上方6米時(shí),它就會激發(fā)引信。這組圖中海軍型、空軍型的GBU-38都裝有DSU,但依舊可見鮮明的銅帶差異

這場“價(jià)格戰(zhàn)”的最終贏家是麥道公司。1995年9月,美國空軍正式授予麥道公司JDAM生產(chǎn)合同,它的最終單位成本為1.8萬美元,不到軍方設(shè)定的4萬美元上限的一半。今天JDAM的生產(chǎn)依舊在波音公司的密蘇里州圣查爾斯市工廠進(jìn)行著,已經(jīng)出貨了40多萬件JDAM“套件”,目前日均產(chǎn)能超130件。20多年后,以近年的美軍預(yù)算數(shù)據(jù)來看,JDAM的平均單價(jià)僅有小幅上漲。

參照去年的數(shù)據(jù)來看,美國空軍和海軍訂購的JDAM均價(jià)分別為2.1萬美元和2.22萬美元。當(dāng)然,這是JDAM“套件”的成本,最終掛載上美軍戰(zhàn)機(jī)的GBU,還要算上被改裝的那枚已庫存很久的航空炸彈的成本,如MK82的價(jià)格約為4000美元,MK84約為1.6萬美元。盡管如此,套件+航彈相加后的JDAM最終價(jià)格也還是要比新一代全新打造的SDB系列“小直徑炸彈”便宜得太多。同一年的數(shù)據(jù)顯示,GBU-39/B采購價(jià)約為3.9萬美元,美軍空軍和海軍版的GBU-53/B分別為19.5萬和22萬美元。

考慮到通貨膨脹等因素,JDAM套件的采購價(jià)從最初1.8萬美元上漲到今天2萬多美元,這個幅度絕對是美式裝備中罕見的“良心價(jià)”。即便有著“小直徑炸彈”的出世,JDAM在美軍空地精確制導(dǎo)武器庫中依舊是無可撼動的、最具性價(jià)比的存在。

JDAM系列已經(jīng)成為北約和美國諸多盟友的標(biāo)配空地武器。上圖為2011年10月在意大利特拉帕尼空軍基地部署的加拿大空軍CF-18戰(zhàn)斗機(jī)正掛載GBU-31。下圖為2021年5月初,巴以沖突中以色列空軍使用的GBU-31(機(jī)翼下)與本國生產(chǎn)的正在掛載的227千克級MPR-500精確制導(dǎo)炸彈

B-2轟炸機(jī)的彈艙,最多可以掛載80枚GBU-38,圖中也可以看到GBU-38彈體頭部的白色的DSU-33

本世紀(jì)以來的多場戰(zhàn)事中,美軍空中力量都在大量使用以侵徹型彈藥BLU-109(上圖)為彈體的JDAM,其彈體頭部有2.5厘米厚的硬化鋼殼,可穿透1.2~1.8米厚的鋼筋混凝土,常用來打擊地道、掩體、硬化建筑、大型建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。不過,作為“冷戰(zhàn)剩余物資”的BLU-109已存貨不多,美軍將用新開發(fā)的BLU-137來接替

B-2+JDAM的組合,在科索沃

1999年3月,以美國為首的北約越過聯(lián)合國發(fā)動了科索沃戰(zhàn)爭。對于聯(lián)軍的空中力量來說,在這個歐洲霧蒙蒙的角落作戰(zhàn)是非常困難的。在前兩個月里,當(dāng)?shù)氐奶鞖夥浅毫?,?lián)軍飛機(jī)只能在全天四分之一的時(shí)段起降,轟炸的目標(biāo)多集中在城市地區(qū)。美國空軍對全天候精確制導(dǎo)武器的需求“近在眼前”。

B-52和F/A-18成為首批攜帶JDAM的飛機(jī)。特別是對于戰(zhàn)略轟炸機(jī),當(dāng)“核大戰(zhàn)”已成為過去時(shí),B-2隱身轟炸機(jī)的首要用途不再是悄悄突破蘇聯(lián)的嚴(yán)密防空火力網(wǎng)、投擲核武器,而掛載使用JDAM就成為了B-2的理想轉(zhuǎn)型之舉。JDAM于1997年7月獲得了B-2的作戰(zhàn)能力認(rèn)證。

在密蘇里州懷特曼空軍基地,GBU-31被裝進(jìn)了第509轟炸機(jī)聯(lián)隊(duì)的B-2彈艙,一次掛載16枚。起飛的B-2,奔向千里之外的科索沃,往返飛行30小時(shí)。事后統(tǒng)計(jì),B-2轟炸機(jī)的數(shù)量雖不到北約盟軍戰(zhàn)機(jī)總量的1%,但炸彈投擲量占到了總量的11%,使用的652枚JDAM,98%都命中了既定目標(biāo)。

在JDAM投放上的一個細(xì)節(jié)是,它在離機(jī)后會啟動一個內(nèi)部計(jì)時(shí)器,或是1秒(GBU-31)或是300毫秒(GBU-32),在此轉(zhuǎn)瞬即逝的短時(shí)間里,JDAM會將尾部的舵面鎖定在中立的位置,以保證與載機(jī)的安全脫離

按照戰(zhàn)術(shù)手冊上的說明,一枚JDAM的裝配時(shí)間不超過30分鐘,掛載工作用時(shí)不超過14分鐘。圖中為伊拉克戰(zhàn)爭期間,美國空軍地勤人員使用MHU-83C/E掛彈車將GBU-31裝入B-2的彈艙

2018年阿富汗坎大哈機(jī)場上的MQ-9無人機(jī)掛載著4枚GBU-38。當(dāng)這些JDAM掛上掛架后,彈載計(jì)算機(jī)會通過MIL-STD-1760“總線”與載機(jī)平臺進(jìn)行導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)等數(shù)據(jù)上的同步傳輸,以及載機(jī)對JDAM狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測

阿富汗、伊拉克,投下上萬枚JDAM

在對南聯(lián)盟近3個月的空中打擊中,美國空軍幾乎用盡了JDAM庫存。在戰(zhàn)事接近結(jié)束時(shí),美軍敦促麥道公司將JDAM的產(chǎn)能提高近3倍。JDAM的戰(zhàn)場表現(xiàn),尤為突出的是打擊精度,“我們沒有預(yù)料到JDAM能用來打擊橋梁,精確度讓我們所有人都感到驚訝”。此役后,JDAM也在不斷升級改進(jìn),其中的重點(diǎn)是提升打擊精度,導(dǎo)航系統(tǒng)的GPS接收器得到了升級,GPS信號更準(zhǔn)確,增強(qiáng)了抗干擾能力。這種改進(jìn),轉(zhuǎn)而就在2003年的“伊拉克自由行動”中得到了檢驗(yàn)。

雖然伊拉克軍隊(duì)部署了GPS信號干擾器,但其效果聊勝于無。美軍在“伊拉克自由行動”中消耗了約6500枚JDAM。在稍早前的阿富汗戰(zhàn)場上,開戰(zhàn)9個星期美國空軍就投下了5000多枚JDAM,消耗了當(dāng)時(shí)大約一半的庫存,波音工廠也開始了三班制以補(bǔ)充JDAM庫存。

JDAM的聲譽(yù)在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下、成千上萬枚的使用中積累下來,其既有低成本改裝、高收益的特點(diǎn),也完美兼容幾乎所有機(jī)型,且不論高空、低空,不論俯沖還是水平飛行、爬升都能做到“發(fā)射后不用管”。不論是在伊拉克費(fèi)盧杰、拉馬迪這樣的“城市戰(zhàn)”,還是在阿富汗山區(qū)對塔利班游擊隊(duì)的精準(zhǔn)打擊,JDAM都是美軍戰(zhàn)機(jī)不可或缺的機(jī)載武器。

在任何氣象條件下,JDAM都可以在距目標(biāo)24千米的范圍內(nèi)投下。JDAM離機(jī),彈上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就會接管,自動將炸彈引向預(yù)先輸入的坐標(biāo)。而后,接收的GPS數(shù)據(jù)會不斷更新并糾正炸彈的航向。這套慣性+GPS的制導(dǎo)系統(tǒng)中,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一般可將JDAM導(dǎo)向距目標(biāo)30米半徑范圍內(nèi)(也就是圓概率誤差CEP)。有了GPS的輔助,這種圓概率誤差則縮小到了12米左右。而實(shí)際表現(xiàn)上,JDAM通常會落在離目標(biāo)一個炸彈長度的半徑范圍內(nèi)。

L-JDAM激光制導(dǎo)和JDAM-ER增程

在中東的戰(zhàn)爭進(jìn)行時(shí),JDAM就在與時(shí)俱進(jìn)地升級。其中尤為有代表性的兩型分別為增加了激光制導(dǎo)系統(tǒng)的L—JDAM(Laser IDAM)和增程型JDAM-ER(JDAM Extended Range)。

按照戰(zhàn)術(shù)手冊的介紹,GPS接收機(jī)在JDAM釋放3秒后啟動,以免由于和載機(jī)平臺太接近造成GP8多路徑干擾。GPS接收機(jī)在激活27秒鐘后,GP8更新數(shù)據(jù)會輸入到制導(dǎo)算法中。換言之,如果離機(jī)到擊中目標(biāo)的飛行用時(shí)不到30秒,JDAM就是純靠INS慣性導(dǎo)航來命中目標(biāo)的

美國海軍兩棲攻擊艦上,已在AV-8B掛架上的1枚6BU-54,摘掉了頭部黑色保護(hù)罩,露出了激光導(dǎo)引頭。GBU-54上的激光制導(dǎo)部分,由波音公司和以色列埃爾比特公司聯(lián)合開發(fā)

對于JDAM的增程,波音的方案主要是折疊滑翔翼和增加小型動力系統(tǒng)。

這種被美軍定義為“低成本、非開發(fā)性的改進(jìn)”,是在JDAM的彈頭上增加了一個激光導(dǎo)引頭,從而使雙模制導(dǎo)的L-JDAM(GBU-54)具備了瞄準(zhǔn)和摧毀移動目標(biāo)的能力。在提高精度方面,除了L-JDAM外,波音公司還根據(jù)海軍需求開發(fā)了GPS抗干擾系統(tǒng)(IGAS),近一步提升JDAM制導(dǎo)系統(tǒng)的可靠性。

JDAM的低成本改裝、“組合式”精確制導(dǎo)武器的理念,也從空地武器引申應(yīng)用到遠(yuǎn)程精確布雷,這就是美國海軍的“快攻-增程”(0uickstrike-ER)水雷項(xiàng)目?!翱旃ァ彼拙褪鞘褂肕K80系列航彈加裝水雷套件改造而成,而“快攻-增程”在此基礎(chǔ)上加裝了JDAM-ER的BSU-104增程折疊滑翔翼套件和GBU-38的制導(dǎo)組件,由此實(shí)現(xiàn)了載機(jī)平臺在萬米高空完成超過74千米的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)布雷

而對于射程的提高,也是自JDAM問世以來,一直改進(jìn)的重點(diǎn)。其改進(jìn)方式,是在JDAM或L-JDAM的基礎(chǔ)上增加了一對折疊滑翔翼,借助載機(jī)的飛行速度和高度,JDAM-ER可以最遠(yuǎn)滑翔至90千米,這是基本型JDAM射程的三倍,初步實(shí)現(xiàn)了JDAM防區(qū)外的攻擊能力,提高了載機(jī)平臺的生存性。不僅如此,波音還有安裝小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的動力增程型JDAM-ER方案,其射程將提升到接近300千米。波音還表示這樣的射程不僅可以應(yīng)對裝備有遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈的敵方,還將是巡航導(dǎo)彈的低成本替代方案,也可以在進(jìn)攻中作為敵方防空反導(dǎo)火力的“誘餌彈”。

[編輯/山水]

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