高超聲速精確打擊武器制導控制關鍵技術

摘要：首先分析了以超燃沖壓發(fā)動機為動力的高超聲速巡航導彈的主要技術特點，介紹了高超聲速巡航導彈的國外發(fā)展現狀;在此基礎上，著重探討和分析了高超聲速巡航導彈動力學建模、飛行控制、制導體制選擇及導引律設計、高動態(tài)雷達精確制導和高溫高速光電制導五個方面的關鍵技術特點和后續(xù)應重點關注的技術發(fā)展途徑，為高超聲速精確打擊武器制導控制技術研究提供一定的參考。

關鍵詞：高超聲速;精確打擊;制導控制;巡航導彈

高超聲速武器是指飛行馬赫數大于或等于5,主要在臨近空間飛行的各類武器。在各類高超聲速武器中，以吸氣式發(fā)動機為動力，在大氣層內進行高超聲速遠程巡航的高超聲速巡航導彈具有射程遠、機動能力強、突防效果好、反應速度快、命中精度高、毀傷效果好等特點，對增強遠程精確打擊武器裝備體系的整體作戰(zhàn)能力、確保信息化局部戰(zhàn)場上的精確打擊優(yōu)勢具有重要意義，現其已經成為高超聲速武器領域一個極其重要的發(fā)展方向。

01 高超聲速巡航導彈主要技術特點

高超聲速巡航導彈能夠在臨近空間實現長時間有動力高超聲速飛行，可在巡航飛行中按需改變飛行高度、速度和方向，具有相當大的軌跡靈活性和很高的撞擊速度，這樣的靈活性和撞擊速度使導彈對時間敏感、嚴密防御、加固或深埋目標具有獨一無二的打擊能力。此外，由于其全程有動力、全程可操控、全程高機動的特點，在時間和空間上可按需靈活運用，與現有導彈配合，協(xié)同突防和集群攻擊，形成優(yōu)勢互補，具有很好的應用前景。

與傳統(tǒng)亞聲速、超聲速武器相比，高超聲速巡航導彈具有以下典型的技術特點:

(1)飛行速度快，目標“發(fā)現即摧毀”

高超聲速巡航導彈全程以馬赫數5以上速度巡航，能夠有效壓縮對敵防御系統(tǒng)時間，實現發(fā)現即摧毀。打擊1000 km相同射程的目標，亞聲速導彈約需一小時完成打擊，超聲速導彈約需20分鐘完成打擊，而高超聲速導彈不足十分鐘即可完成打擊，使攔截成功率因反應時間太短而大幅下降，實現敵目標起飛/發(fā)射前即摧毀的效果。

(2)被攔截概率低，處于反導系統(tǒng)防御薄弱區(qū)

高超聲速巡航導彈在臨近空間內高速機動飛行，要求攔截導彈機動能力強。現有防空導彈主戰(zhàn)空域較低或在相應空域內的攔截能力大幅下降，難以覆蓋高超聲速巡航導彈飛行空域;現有末段高層反導武器主要針對40 km以上慣性飛行的彈道導彈，但存在機動能力不夠的問題，短期內無有效可實現攔截高超聲速巡航導彈的防御體系。

(3)機動能力強，彈道靈活全空域突防

高超聲速巡航導彈在巡航段和俯沖攻擊段均具有多方向、多種形式下的機動能力，防御系統(tǒng)無法預測導彈彈道;高超聲速巡航導彈有動力飛行，導彈機動過程不以犧牲速度為代價，保證了落速和動能，大大增加了現有反導系統(tǒng)的攔截難度、毀傷效果，自主機動突防打擊能力優(yōu)勢明顯。

02 高超聲速巡航導彈研究現狀

高超聲速巡航導彈的巨大優(yōu)勢和潛力已經引起世界各國的極大關注，目前有能力研制高超聲速武器的國家主要是美國、俄羅斯等軍事科學技術十分發(fā)達的國家，但目前尚未研制出實用型的高超聲速巡航導彈。

(1)美國

美國認為高超聲速技術是五大改變作戰(zhàn)模式的技術之一和七項常規(guī)威懾技術之一，可在速度、范圍、靈活性和準確性方面增強軍隊的作戰(zhàn)能力。

近年來，美國以高超聲速巡航導彈為應用背景，先后提出了ARRMD, X-51A, HSSW, HAWC等多個關鍵技術驗證項目和武器化發(fā)展項目。其中，ARRMD為1998年提出的可負擔快速響應導彈項目，在2005年項目中的升力體方案演變?yōu)閄-51A項目;基于X-51A技術成果，于2012年提出了HSSW高速打擊武器項目，目的是研發(fā)一種至少能以馬赫數5飛行的防區(qū)外武器，用于對敵方先進的防空系統(tǒng)及時敏目標進行打擊，提高第5代戰(zhàn)斗機應對反介人/區(qū)域拒止的能力;2010-2013年，美國先后開展了四次X-51A飛行試驗，針對前三次飛行試驗出現的問題不斷改進，并在第四次飛行試驗中實現了最大飛行馬赫數5.1、有動力飛行時間210s。 X-51A第四次飛行試驗的成功，標志著吸氣式高超聲速技術已逐漸成熟，具備向軍用裝備成果轉化的基礎和條件。2014年，由HSSW項目衍生出HAWC項目，作為美國重點實施的高超聲速巡航導彈演示驗證項目，發(fā)展路線如圖1所示。

圖1美國高超聲速巡航導彈發(fā)展路線

HAWC作戰(zhàn)使用示意圖如圖2所示，目標是形成巡航飛行馬赫數6、射程大于1000 km的高超聲速巡航導彈，用于打擊高價值固定目標、水面目標和移動目標，可實現戰(zhàn)斗機外掛和轟炸機內埋，預期將在2019年前后完成武器化相關技術的驗證試驗。

圖2 HAWC作戰(zhàn)使用

在精確制導控制技術方面，2014年8月，美國空軍科學顧問委員會在其公布的《高超聲速飛行器技術成熟度研究》內容中稱“大約能夠在2025年前后實現”戰(zhàn)術射程的空射高超聲速打擊武器，并明確提出“導引頭和導引頭集成技術具有最高優(yōu)先級”和“探索適用于高超聲速打擊武器末端高速的殺傷彈藥”，說明美國空軍已經開始將研究重點轉向更為貼近導彈武器的導引頭和戰(zhàn)斗部等分系統(tǒng)技術上。而據美國空軍AFSBIRSTTR網站報道，美國空軍于2015年1月15日發(fā)布了包括《用于高超聲速飛行器的創(chuàng)新型合成孔徑雷達及地面移動目標指示器》和《高超聲速飛行環(huán)境對光電和紅外傳感器的影響》在內的多項高超聲速飛行傳感器設計方案征詢通告，探求用于高超聲速飛行器的創(chuàng)新型SAR/GMTI及其應用于不同高超聲速飛行器和不同飛行軌跡時的性能，探討高超聲速飛行氣流環(huán)境對光電/紅外傳感器的影響和減輕該不利影響的對策。從相關發(fā)展情況也可以發(fā)現，目前高超聲速導彈制導控制的主要技術難點集中在導引頭和末段高速機動打擊方面。

(2)俄羅斯及其他國家

俄羅斯開展了“鋯石”項目的研究，目標是研發(fā)一型飛行馬赫數5~6、射程約400 km的海基高超聲速巡航導彈。據報道，2016年3月和2017年4月“鋯石”已各完成一次測試。印度借助俄羅斯力量，正在合作研發(fā)適裝空基、陸基、海基的布拉莫斯-2高超聲速巡航導彈，如圖3所示。