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超常规空战的应用——对未来空战的探讨

发布时间:2013-04-11  原作者:聂海涛   点击数:

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  近距空战是空战最基本形式,在早期空战中几乎是唯一形式。在中程武器出现之后,空战形式虽有不少变化,但近距空战仍不可避免。

  由于未来的空战环境,特别是电子战软杀伤环境的变化,将使得超视距空战的作用遭到抑制,被动雷达的出现,会使在“先敌发现、先敌发射”这样一个指导思想下发展起来的“大”雷达,更易在尚未发现敌人之前就暴露自己,而电子战的强有力杀伤,又使“大”雷达被压制到一个非常小的发现距离上,而使“超视距”失效。如果对抗双方均采用这样一种对抗策略和技术,将使空战最终还是以近距格斗解决问题。

  因此,未来空战仍将是远距空战与近距空战并存,对下一代战斗机来说,超视距空战能力和近距超机动能力同等重要。

  每一次新的技术和新一代战斗机的出现,都会与此相应地出现一些新的著名战斗动作。

  对应于第一、二代战斗机有名的机动动作为高摇—摇和低摇—摇。这些动作是朝鲜战争期间由我国志愿军空军创造,而由美国空军命名的。它们实际上就是“角点”性能的应用,主要是用于获得占位优势。

  对应于第三代战斗机有名的机动动作为“伊默曼”(Immelman)。它实际上就是高摇—摇的进一步发展,其本质还是对“角点”性能的应用,只是由于第三代战斗机的“角点”性能更为优势,因此,“伊默曼”的瞬时转弯性能比第二代战斗机的好。

赫伯斯特机动中的 X-31

  随着下一代战斗机近距空战可进入失速区进行机动,在战术应用上又出现了一些新的战术动作,其中最有名的动作为:“赫伯斯特”(Herbst)机动。它的过程与高摇—摇和“伊默曼”相似,不同的是前两者追求的最佳转弯点是“角点”,而后者追求的是失速区域的转弯,它的转弯性能比前者又要优越得多。

  为了实现过失速机动,必须采用推力矢量技术,由于飞机采用推力矢量,除了实现过失速机动以外,还带来其他一些机动性能的实现和改善,通常把这样一种以过失速机动为核心的一组机动动作称之为超常规机动技术。其组成和用途如下:

1.过失速机动:迅速占位和摆脱对手;
2.敏捷性:使飞机航迹和姿态的变化响应更快;
3.航迹—姿态解耦:迎头不能用导弹攻击时扩大炮的攻击区域和提供规避机动;
4.高减速性:使超音速远距空战的飞机尽快减速进入近距空战取得占位优势;
5.负载荷机动:迎头攻击时提高生存率。

  其中典型的两种航迹—姿态解耦机动可见,前者主要用于迎头攻击时不能用导弹、而改用机炮攻击的情况,近似给出了机炮一个离轴角,后者主要用于脱离规避。

两种航迹—姿态解耦机动

  在上述 5 组机动动作中,核心是过失速机动和敏捷性,它们反映了转弯半径要小、转弯要快的要求。转弯半径小由过失速转弯中的小半径实现,转得快由两个环节:1)飞机从常现状态进入过失速状态的时间要短;2)转弯的时间要短。飞机从常规状态进入过失速状态的时间要短,相应要求飞机的姿态变化要快,即飞机绕三轴转动的速度要快,转向喷管的实现无论是在常规范围还是在过失速大迎角状态都将极大地改善战斗机的敏捷性。

  MBB和罗克韦尔公司公开报道了 X-31A 与 NASA F-18 空战演习的结果,双方共打 94 次,前者胜 78 次、平 8 次、负 8 次;与美海军 F-18 空战演习,共打 15 次,胜 11 次、平 4 次。

  应当指出,F-18 是第三代战斗机中的佼佼者,而 X-31A 仅仅是一个超常规机动的验证机,为了节省经费,其设计相当简化,如转向喷管仅是用铰装在尾喷管上的舵片实现的,因而 X-31A 的战绩是引人注目的。

  当然,任何事情都具有二重性,过失速机动的优势是飞机的转弯性能十分优越,但弱点就是在过失速区域它的速度和动能非常小,由此我们可以研究与之对抗的策略。

对于一个典型的过失速机动的战术设想

  不具备过失速能力的一方在与有此能力的一方进行的对抗中,机动的前期可按对手特别想要你作的动作去机动,即作水平机动,其目的就是要诱使对方采用过失速机动动作。当对手进入过失速大迎角状态时,此时它处于转弯最佳点,这时无论你向那一个方向转都无法摆脱,但这个时候它有两个弱点:1)机头还未转向,因而尚未指向你;2)速度和动能很小,除了可作转弯机动以外,它必须在掉头以后恢复姿态,俯冲获得速度和动能,此时它无论如何是无法拉起的,因此你可以在它已到达过失速点、但尚未掉头之际作一个急剧的垂直机动,有可能摆脱对手的攻击。

  以上讨论的过失速机动优势主要表现在一对一的双机相斗中,而实际空战中常以多机编队进行,如不具有过失速机动能力的一方认真研究在新的空战环境中编队间隔、前后距离和正确选用武器,那么采用过失速机动技术的一方有可能更具危险性。因此在未来近距空战中如何采用和反击过失速机动战术,相信是各国空军都感兴趣的课题。

  超常规机动技术除了用于新一代战斗机外,它完全可以用于现役第三代战斗机的改型,只要这种战斗机具有优越的大迎角空气动力和进气道性能、数字式电传操纵系统,而发动机又实现了转向喷管。实际上许多第三代战斗机已具备前两个条件,能否改成,关键是要拿到转向喷管技术。

  目前各国除了将这一技术应用于新一代战斗机以外,更多地将精力放到这一技术在第三代的改型应用上,如俄国带矢量喷管的超常规机动战斗机 苏-37(苏-27的矢量推力型)。美国通用动力公司已在 F-16C/D 上用轴对称转向喷管改装成了具有超常规机动力的 F-16/MATV。

NASA 的 3 种矢量推进飞机:F-18HARV X-31 F-16/MATV

  以色列空军正在研究用美国通用动力公司的轴对称转向喷管去改装现役 F-16 战斗机,以提高战斗力。

  欧洲联合战斗机 EF2000 由于受德国 MBB 公司的影响在方案阶段就已考虑了今后改装的技术潜力,如远距前翼、带下唇口偏转的二元进气道等,MBB 公司曾宣称,在近距空战领域,EF2000 毫不逊色于 F-22。这一切表明世界各国都极其重视矢量推力在现役或在研飞机上的应用,以实现超机动能力来提高现役飞机的战斗力。

  超视距空战一般指在飞行员目视距离外发射导弹攻击目标,因此采用中程导弹和远程导弹都属于超视距范畴。其优点是在速度比选择恰当时能对目标实施 360° 的全向攻击,明显地扩大了攻击区;由于可以从目标前半球超视距攻击,从而将拦截线外推,提高了保卫目标的安全性;在机载武器、火控较先进的条件下或通信指挥等信息保障条件较好的情况下,具有先敌发现先敌发射的优点,从而提高了进攻飞机的空战优势。

  但是早期的中程武器系统战果并不理想,以越南战争为例,其击毁概率不到 7%,比理论值整整低了一个数量级。究其原因,主要是导弹及武器火控系统不够理想。

  航空技术的进步使得中程武器系统日趋成熟,在海湾战争中 AIM-7 导弹取得了较好的战绩。据资料报道命中率已达 70% 左右。当然如作战双方在空战中都采取积极主动的战术,命中率可能要低一些。

  目前中程导弹的发展,在射程上没有明显提高的趋势,而将注意力放在发射后不管和多目标攻击上。

  发射后不管导弹不采用单纯半主动雷达制导而是用复合制导形式。因此载机发射导弹后很短一段时间即可机动脱离或开始攻击下一个目标,避免了前面所述的长时间不能做大机动的缺点,提高了自身安全性和作战有效性。但如果作战双方均已装备发射后不管导弹,那么雷达作用距离远和导弹射程大的一方具有先敌发现先敌发射的优势。可是应该注意到,如果雷达武器指标较低的另一方在被击中之前也已发射了发射后不管导弹,尽管载机已被击中,飞行中的导弹仍可以击中对手。因此,他们之间有可能只是被击中的时间有几秒至十几秒的差异,但结局却有同归于尽的可能性。

战斗机发展历程中技术与战术的关系

  因此在采用发射后不管武器系统时,具有先敌发现先敌发射优势的一方并不意味具有战胜对手的绝对优势。相反的优势可能是在采用了“狼群战术”的一方,即拥有数量较多、价格较便宜的战斗机,且具有良好协调配合、从不同方位发起攻击的一方。从作战费效比的角度考虑,飞机复杂价格昂贵的一方损失将更为惨重。这就给飞机发展带来新的思考,即过分追求高技术完成多种多样任务的高度综合化的昂贵飞机是否是正确的发展方向?

  作战双方在超音速情况下实施了首次迎头超视距攻击后,是否一定转为亚音速近距空战甚至过失速的近距格斗,主要取决于双方对下一步的决心。只要一方不打算开展缠斗并继续以超音速飞向目标,近距空战就很难展开,这与执行的作战任务关系密切。

  超视作战之后接着就是近距格斗的理论在实践上或多机协同作战中往往是行不通的。基本规律是:在亚音速高机动近距格斗中(包括过失速机动中),任何一方不能坚持而提前退出,将意味着失败被击落,而在超音速迎面战斗中,任何一方不想进行超视距空战后的第二回合空战(即近距空战格斗),则近距空战就不大可能发生。

  具有多目标攻击能力的中程导弹可按选定次序攻击某空域一定范围的空中多个目标,从而大大提高一次出击的攻击成功概率。这种能力尤其对于执行全球战略,向海外派驻部队的国家更为重要,因为不管这个国家拥有多少战斗机,他向海外热点地区前线基地派驻的飞机毕竟是有限的,因此以少胜多、以质取胜是这类国家一贯追求的方针,相比之下,防御战略的国家可以调集较多的飞机从不同基地投入战斗,如果他们从不同方位发射一枚或更多导弹击中一个目标也是胜利,因此虽然这些国家也在追求多目标攻击能力,但和进攻性国家相比,迫切程度有所不同。

  远程空—空导弹的发展也同样如此,甚至更紧密地与战略思想及作战模式相关联。战略进攻型国家向海外派遣的空中力量,由于不可能得到地面雷达、指挥系统的良好保障,所以必须依靠预警机,而远程导弹将构成对预警机的主要威胁。

  相反,本土的防御性作战,其 C3I 系统将主要依靠遍布本土的雷达通信指挥系统来保障,只要该系统具有较好的保护措施和余度,C3I 便有保障,装备预警机,也只是起补充和辅助作用,因此预警机被击落,不大会引起战斗发生本质的变化。

  美国自从研制用于 F-14 舰队防空的“不死鸟”远程空—空导弹后,再也没有研制新的远程空—空导弹,也未见有这方面的发展计划。但俄国发展了射程达 400 千米的 KS-72 空—空导弹。法国打算研制射程大于 300 公里的 ASMP-P 远程空—空导弹。

  根据计算,当预警机在预警雷达 350 公里以远发现来袭战斗机、而来袭战斗机正以超音速进入时,预警机可实施规避并通知己方的护航机实施拦截。若己方战斗机装备有 180~200 千米射程以上的远程空—空导弹时,则它们可以在护航机拦截线之外先敌发射远程导弹,然后机动脱离。考虑到此为最佳发射距离,因此导弹射程最好大于 250 千米,300~400 千米射程则更为理想。

  远程武器系统若依靠载机本身雷达发射电磁波搜索和跟踪目标,不但技术上难度大而且过早暴露自己,于技术上和战术上都是不利的。实际上手段是多种多样的,因为预警机雷达总是要工作的,因此截击机可以被动采集预警机信号,例如利用机上雷达接收机、雷达告警系统、机间数据传输系统等,采集、解算、比较预警机参数并实施攻击。远程空—空导弹采用反辐射被动接收信号加末端主动制导或红外被动制导等复合制导方式。

  这种大射程的空—空导弹体积大、重量重,除攻击预警机外,也攻击电子战飞机及包括战斗机在内的一切不保持电磁静默飞机。

  反辐射的超视距空—空导弹有可能使空战发生重大变化。如前所述当双方都具有这种能力时,不管哪方指标先进都可能同归于尽,而且谁先开机可能意味着谁先遭到攻击,这就迫使双方采用电磁静默接敌,因此使飞机的使用受到很大限制,甚至有可能从近距空战开始。

  实际上在中程武器系统作战原理的基础上可以有多种发展和战术上的发挥。这些在技术上并不困难,主要取决于作战要求。例如少量战斗机雷达开机搜索接敌,而另一些飞机雷达不开机,编队前进。雷达开机的战斗机发现目标后,将多目标参数利用空—空数据传输系统传给不开机的编队友机。这些不开机的战斗机保持无线电静默下共享被跟踪目标数据,从不同方向隐蔽接敌,到达一定距离后发起突然攻击。

  这些飞机既可以是同一型号的战斗机,也可以是带有不同探测器的飞机组合,或者是高性能雷达的战斗机和雷达性能不太先进的战斗机,甚至是没有雷达的战斗机组合搭配,既发挥了战术上攻击的突然性,也发挥了一批性能水平不够先进的飞机的作用,提高整体作战效能。这种战术可以称为“虎加狼群”战术。

  为了在超视距空战中保持电磁静默,也可以采用机载雷达不发射电磁波而只接收对方雷达波并通过机上的电子战系统以及机上计算机存储的数据库进行对比,从而判断目标的方位、距离,在最合适时刻雷达开机并迅速发射武器。

  当然,技术的发展和技术的正确应用是无止境的,一种新的武器的出现总有新的战术应用方法和新的对付办法,例如红外和激光及其他技术将会受到更大的重视。特别应该注意到不同的国家、不同的战略、不同的作战特点对武器的发展有着不同的侧重点和要求。进攻性的国家发展多目标中程武器系统和反辐射空—地导弹将对防御性国家产生重大威胁,而防御性国家发展远程空—空导弹和反辐射空—空导弹却对进攻性国家产生重大威胁。没有一成不变的战术,也没有放之四海而皆准的发展计划。事物总是在矛盾中不断前进。

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