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美國“鵪鶉”誘餌無人機發(fā)展與設(shè)計啟示

2024-10-29 00:00:00劉雨徐茜萍張衛(wèi)
無人機 2024年7期

20世紀80年代,以色列軍事工業(yè)(Israel Military Industries)公司(埃爾比特系統(tǒng)公司前身)開始基于Sampson誘餌發(fā)展“戰(zhàn)術(shù)空射誘餌”(Tactical Air-Launched Decoy,TALD),之后被美國海軍采購。1991年開始,又連續(xù)發(fā)展出“改進型空射誘餌”(Improved TALD,ITALD)和“先進空射誘餌”(Advanced TALD,ATALD)。1995年開始,美國空軍著手發(fā)展類似的“微型空射誘餌”(MALD)系列。這幾個系列誘餌本質(zhì)上是一種空射無人機,用于對抗對方防空系統(tǒng)。而從其使用概念來說,它們的技術(shù)原點,可以追溯到上世紀50年代的“鵪鶉”無人機。

研制背景

20世紀50年代初期,美國空軍主力戰(zhàn)略轟炸機是B-47和B-52轟炸機。直到1959年,AGM-28“獵犬”戰(zhàn)略空地導彈交付前,B-47/52的主要作戰(zhàn)方式都是從高空突防進入對手縱深領(lǐng)空之后用核炸彈進行臨空轟炸。蘇聯(lián)的應(yīng)對措施是構(gòu)建從邊境到首都的多層對空探測/攔截防線,依靠各種遠程手段來探測來襲轟炸機。為了提高轟炸機突防概率,就需要采取各種措施來降低蘇聯(lián)雷達對轟炸機發(fā)現(xiàn)和識別的概率。除了各種主動/被動電子對抗手段,當時美國空軍戰(zhàn)略司令部認為:由轟炸機自身攜帶并空中發(fā)射、伴隨飛行的誘餌,是可行的對抗措施。它會在雷達上模擬轟炸機,讓敵雷達難以辨識出真正的轟炸機,從而提高轟炸機的突防概率。

項目概述

“鵪鶉”發(fā)展的起點可以追溯到1952年10月,當時美國空軍司令部要求研制一種空射誘餌。數(shù)年研究論證后,項目在1956年1月發(fā)出GOR139正式需求。同年2月就選定了麥克唐納飛機公司作為主承包商。1957年,“鵪鶉”開始進行無動力試飛,試飛結(jié)果滿足空軍需求。次年12月,公司獲得批生產(chǎn)合同。鑒于“鵪鶉”在設(shè)計上的優(yōu)勢,空軍也同時結(jié)束了多個同類項目。

1960年9月,首批生產(chǎn)型“鵪鶉”交付使用B-52G的戰(zhàn)略空軍司令部所屬第4135戰(zhàn)略聯(lián)隊。1962年5月,最后一批“鵪鶉”交付,總產(chǎn)量616枚。在1963年編制數(shù)量最高峰時,SAC編制內(nèi)有492枚。

1972年時,隨著雷達技術(shù)和防空系統(tǒng)的進步(地面雷達已經(jīng)能很容易地將“鵪鶉”和B-52轟炸機區(qū)分開),也因為嚴重的可靠性問題,美國空軍開始考慮退役該型號。1978年,“鵪鶉”最終全部退出戰(zhàn)略空軍司令部編制。

設(shè)計需求分析

作為為轟炸機設(shè)計的空射誘餌,它在設(shè)計上就要滿足一些相互矛盾的需求。

首先,為了能模擬轟炸機,它要能產(chǎn)生與轟炸機相當?shù)睦走_截面積(RCS)信號,甚至可能需要產(chǎn)生持續(xù)紅外信號。其次,它的飛行速度、高度要能與轟炸機相當,還應(yīng)該能模擬轟炸機突防機動。最后,它必須具備一定的續(xù)航力,能伴隨轟炸機突破到對手的縱深空域。

而與之對立的是,空射誘餌自身必須嚴格控制尺寸和重量,以便轟炸機在攜帶多架空射誘餌后并不影響攜帶其主要任務(wù)載荷—核炸彈。而且,幾乎與“鵪鶉”在時間上完全平行,美國空軍于1956年提出一份總體作戰(zhàn)需求,要求為B-52轟炸機研制一種防區(qū)外核彈頭巡航導彈,即最終于1959年向戰(zhàn)略空軍司令部交付生產(chǎn)型導彈的AGM-28(GAM-77)“獵犬”導彈。這種導彈掛載在B-52的機翼掛架下。因此,“鵪鶉”不能由載機外掛,它和發(fā)射器只能布置在彈艙內(nèi),這也嚴格約束了全彈尺寸。

設(shè)計細節(jié)

由此發(fā)展出來的“鵪鶉”誘餌的主要物理參數(shù)為:翼展1.64m,全長3.93m,飛行狀態(tài)全高1m,空重419kg,總重約558kg。這樣的尺寸和重量,相對于B-52轟炸機容積29.53m3的彈艙和31.5t最大載彈量而言,即使按最大攜帶量4架來考慮,其影響也是可以接受的。

為了真實模擬轟炸機,它的設(shè)計性能點是:在約11-15km高度,以Ma0.75-0.9飛行,航程隨具體高度不同約660-830km,續(xù)航時間46-55分鐘,足夠伴隨轟炸機進行持續(xù)高空突防。此外根據(jù)預編程飛行計劃,它能在飛行期間至少進行2次航向變化和1次速度變化,讓模擬更真實。

與通常的戰(zhàn)術(shù)飛行器盡量縮減RCS相反,“鵪鶉”需要以小尺寸機體產(chǎn)生盡量大的信號特征,這個使用需求對氣動布局和外形的設(shè)計產(chǎn)生了強烈影響,如圖1所示:機體外表幾乎都是規(guī)整的平面外形;機身采用矩形截面;機翼展開后與機身形成90°夾角;機翼上表面的雙垂尾和機翼兩端的下反翼尖均與機翼成90°夾角;這些措施都是依靠角反射器效應(yīng)來增大RCS。它的有效載荷,最初是一臺雷達信號轉(zhuǎn)發(fā)器,后來改為箔條和紅外誘餌彈,這些措施也是為了主動增強信號特征。

但另一方面,為了盡量減少對轟炸機彈艙容積的占用,又需要盡量縮減未發(fā)射前全機尺寸。為此“鵪鶉”的翼面設(shè)計得非常特殊。下反翼尖與彈翼剛性連接,兩個下反翼尖在隨機翼折疊后正好上下重疊在機體底部,雙垂尾則向外側(cè)折疊到機翼下表面后再隨機翼折疊到彈體兩側(cè)。因此在發(fā)射前全機折疊成規(guī)整的長方體。如圖2所示,全機折疊后安裝在運輸車上準備運輸交付。

需要注意的是:為了適應(yīng)發(fā)射前折疊需求,下反翼尖和雙垂尾在展開后都是固定在機翼上,不能偏轉(zhuǎn)。所以全機唯一的飛控手段就是左右機翼后緣的升降副翼。因此全機沒有大機動能力。

“鵪鶉”共有2個型號。首先列裝的是GAM-72(AGM-20A),裝一臺七級壓氣機的J85-GE-3發(fā)動機。因該型號發(fā)動機存在可靠性問題,之后又發(fā)展了1960年3月首飛的GAM-72A(AGM-20B)。后者換裝八級壓氣機、推力不變的J85-GE-7發(fā)動機發(fā)動機,全機重量增加約90kg,機身加長,增加的容積可用于增加燃油或增加航電設(shè)備,航程和續(xù)航力略有下降。

發(fā)射方式

除正常炸彈載荷外,戰(zhàn)略空軍司令部所屬的B-52G轟炸機最多能攜帶4架,也可僅攜帶2架。

發(fā)射控制面板布置在雷達領(lǐng)航員戰(zhàn)位,緊急情況下可以應(yīng)急拋棄一架誘餌或整套發(fā)射裝置。每架B-52能在彈艙內(nèi)安裝2套完整發(fā)射裝置,每套發(fā)射裝置含2架誘餌。發(fā)射裝置設(shè)計為能夠支持、展開然后發(fā)射誘餌。為便于使用,全套設(shè)備(4架誘餌和全套發(fā)射裝置)會打包為一個整體組件裝進載機彈艙。導彈會先從發(fā)射器內(nèi)沿著導軌下滑達到發(fā)射位置,展開所有彈翼,之后再發(fā)射離機。鵪鶉發(fā)射離機的場景如圖3所示,注意此時其所有翼面都已經(jīng)展開。

需要指出:“鵪鶉”及其發(fā)射機構(gòu)的尺寸,要求載機的彈艙需要有足夠的長度,以便在攜帶“鵪鶉”及其發(fā)射裝置之后也基本不影響掛載任務(wù)所需彈藥。因此,即使“鵪鶉”的服役時間能延長到上世紀80年代,也無法由B-1B轟炸機掛載,因為B-1B的3個彈艙都是按照裝一個旋轉(zhuǎn)發(fā)射器來設(shè)計長度的,如果搭載“鵪鶉”,就相當于讓一個彈艙無法掛載任務(wù)所需武器,這就過于得不償失了。

服役情況

1960年9月,首批生產(chǎn)型“鵪鶉”交付戰(zhàn)略空軍司令部。1962年5月交付最后一批。但到1972年時,其使用效果已經(jīng)明顯下降,例如在當年1次演習期間,地面雷達控制員在23次測試中21次正確識別出B-52。最終,因為可靠性問題和缺少備件,1978年12月,所有“鵪鶉”退出戰(zhàn)略空軍司令部編制。

但“鵪鶉”退役的本質(zhì)原因,還是它的最初使用場景已經(jīng)不再存在。前文已經(jīng)提到,“獵犬”空地導彈幾乎與“鵪鶉”同時發(fā)展同時服役,這之后戰(zhàn)略空軍司令部所屬的B-52機隊的任務(wù)就逐漸轉(zhuǎn)為防區(qū)外發(fā)射遠程巡航導彈進行戰(zhàn)略打擊,已經(jīng)無需依靠“鵪鶉”的伴隨去從敵外圍防空圈逐層突防。而到越戰(zhàn)期間大規(guī)模參戰(zhàn)時,在越南南部的戰(zhàn)術(shù)編隊轟炸無需考慮突防問題,對越南北部的戰(zhàn)略轟炸已經(jīng)能夠依靠戰(zhàn)術(shù)空軍的戰(zhàn)斗機護航、外部和機載電子戰(zhàn)能力來突防和自衛(wèi),都失去了對“鵪鶉”的需求。筆者認為這才是鵪鶉退役的真正原因。

空射誘餌概念的重啟發(fā)展

“鵪鶉”退役后,空射誘餌概念一度沉寂。但從20世紀80年代后期開始,美國海軍和空軍又重新開始發(fā)展這個概念。美國海軍首先采購了以色列發(fā)展的“戰(zhàn)術(shù)空射誘餌”,1991年又開始發(fā)展“改進型戰(zhàn)術(shù)空射誘餌”(ITALD)。美國空軍則從1995年開始發(fā)展“微型空射誘餌”(MALD)。這兩個系列在概念上仍然繼承了鵪鶉的“空射、為載機降低地面防空系統(tǒng)威脅”的特征,但依靠技術(shù)發(fā)展而顯著提高了使用效能。

盡管尺寸和重量不同,但ADM-141系列和ADM-160系列空射誘餌都大幅度縮小了尺寸和重量,且改為外掛發(fā)射方式,允許一架戰(zhàn)斗機外掛并發(fā)射多枚。除了常規(guī)的射頻、紅外增強設(shè)備外,ADM-160C MALD-J還將有效載荷換成有源干擾設(shè)備,依靠逼近敵人雷達進行干擾來補償?shù)透蓴_功率。此外,它們也都設(shè)計為能適應(yīng)戰(zhàn)斗機的掛載,例如ADM-160能兼容任何可掛500磅炸彈的掛架。這些設(shè)計特點都適應(yīng)了高烈度環(huán)境中戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)使用場景。

總結(jié)

依靠“鵪鶉”創(chuàng)建的作戰(zhàn)概念,當今的ADM-160系列空射誘餌已經(jīng)在美國空軍作戰(zhàn)場景中占有了一席之地。依靠大量發(fā)射和使用,空射誘餌能誘騙、消耗和吸引地面防空系統(tǒng),降低突防機群面臨的威脅,提高突防行動的成功率。這種縮小尺寸重量來換取低成本和大數(shù)量、消耗對方防空系統(tǒng)資源的作戰(zhàn)思路,很值得有相似需求的單位借鑒。

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