美國(guó)陸軍光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈發(fā)展態(tài)勢(shì)

美國(guó)陸軍光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈發(fā)展態(tài)勢(shì)

目前，國(guó)外生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)的光纖生產(chǎn)手段主要包括美國(guó)的光纖生產(chǎn)手段ivo、德、法、意大利聯(lián)合開(kāi)發(fā)的單眼巨人伏利普姆、日本的96式、西班牙的麥卡姆和以色列的nt-s塞克。其中射程在10km以內(nèi)的近程導(dǎo)彈如96式,麥卡姆和NT-S斯派克已裝備部隊(duì)使用。而射程在10km以上的遠(yuǎn)程導(dǎo)彈如EFOG-M和獨(dú)眼巨人已經(jīng)進(jìn)行了20年的研制發(fā)展,但目前還沒(méi)有裝備的計(jì)劃。國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)對(duì)光纖圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈多年研究,在技術(shù)方面也已經(jīng)比較成熟。一、光纖質(zhì)量模式依照射程的大小,可將光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈分為遠(yuǎn)程光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、中程光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈及近程光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈;依照其發(fā)射平臺(tái),又可將其分為陸基光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、機(jī)載光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈及艦載光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈;依照其攻擊的目標(biāo),還可將其分為反坦克光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、反直升機(jī)光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈及反艦光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈等。典型的光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈具有如下顯著特點(diǎn):(1)目標(biāo)圖像信息和導(dǎo)彈控制信號(hào)均在同一光纖內(nèi)傳輸,具有較高的抗光電干擾的能力和可靠性。(2)制導(dǎo)過(guò)程中不輻射電磁波,因而隱蔽性強(qiáng)。(3)裝在發(fā)射臺(tái)上的制導(dǎo)和圖像處理設(shè)備可反復(fù)使用,從而減輕了彈體的重量,簡(jiǎn)化了彈體的結(jié)構(gòu),降低了成本,具有較高的性價(jià)比。(4)射手可借助于彈上的電視攝像機(jī)、紅外焦平面列陣(IREPA)等圖像尋的器在導(dǎo)彈的飛行過(guò)程中觀察戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)況,來(lái)確定攻擊目標(biāo)的部位或改換攻擊目標(biāo),這是其他任何制導(dǎo)武器都難以做到的。(5)能以曲線彈道攻擊目標(biāo),并具有極高的命中率。(6)能在超出敵方的火力射程之外,從隱蔽陣地垂直發(fā)射,因而敵方難以確定發(fā)射位置,顯著地提高了發(fā)射裝置及射手的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。(7)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜、運(yùn)輸及使用方便。二、國(guó)外類似彈頭的開(kāi)發(fā)過(guò)程1.美國(guó)陸軍點(diǎn)火試驗(yàn)歷程1980年秋天美陸軍導(dǎo)彈局研究發(fā)展工程中心主任向陸軍推薦光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈FOG-M,1984年4月美陸軍導(dǎo)彈司令部首次進(jìn)行了利用陶導(dǎo)彈的構(gòu)件制成的FOG-M導(dǎo)彈的飛行試驗(yàn);1986年12月,美國(guó)防部指出,FOG-M導(dǎo)彈有可能是前方地域防空系統(tǒng)的非視線防空武器系統(tǒng)的唯一備選系統(tǒng);1987年11月,美陸軍向工業(yè)界發(fā)布研制FOG-M導(dǎo)彈的征求意見(jiàn)書(shū);1988年12月,美陸軍導(dǎo)彈局選中波音公司和休斯公司聯(lián)合集團(tuán)研制FOG-M導(dǎo)彈;1989年～1990年兩年內(nèi)美陸軍每年用于FOG-M的開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)都在1億美元左右,進(jìn)行了40次以上的點(diǎn)火試驗(yàn)后,因研制費(fèi)用太高,美陸軍于1991年1月決定撤銷FOG-M項(xiàng)目。1991年7月美陸軍決定恢復(fù)FOG-M項(xiàng)目的研制,并對(duì)其進(jìn)行重新調(diào)整,調(diào)整后的項(xiàng)目稱為“增強(qiáng)型光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈”(EFOG-M);1992年9月美陸軍分別與波音公司休斯公司和西屋-洛克韋爾聯(lián)合公司簽訂了4項(xiàng)為期8個(gè)月的技術(shù)論證合同;1994年底雷錫恩公司被選為EFOG-M項(xiàng)目的主承包商,并于1995年5月簽訂為期51個(gè)月的演示驗(yàn)證合同;1998年～1999年EFOG-M進(jìn)行了幾次成功的制導(dǎo)飛行試驗(yàn),2000年美國(guó)陸軍開(kāi)始對(duì)EFOG-M進(jìn)行為期2年的擴(kuò)大用戶鑒定(EUE),試驗(yàn)用于鑒定1個(gè)EFOG-M連的作戰(zhàn)部署能力,2002年6月EFOG-M實(shí)際上已經(jīng)完成了先期技術(shù)演示(ATD),但此后美國(guó)陸軍并沒(méi)有進(jìn)行大批量生產(chǎn)的計(jì)劃。目前該項(xiàng)目既沒(méi)有明確宣布取消,也沒(méi)有進(jìn)行大批量生產(chǎn)和列裝的新計(jì)劃和撥款,實(shí)際上處于停頓和無(wú)人過(guò)問(wèn)的“名存實(shí)亡”狀態(tài)。就目前情況看,美國(guó)陸軍的EFOG-M再次起死回生進(jìn)行大批量生產(chǎn)和正式列裝的可能性并不大,原因主要是由EFOG-M自身的缺點(diǎn)決定的。費(fèi)用昂貴是EFOG-M發(fā)展一波三折的主要原因之一,由于經(jīng)費(fèi)問(wèn)題該導(dǎo)彈的演示和飛行試驗(yàn)受到嚴(yán)重影響。美國(guó)國(guó)會(huì)眾議院撥款委員會(huì)決定1999財(cái)年停止向該項(xiàng)目撥款,關(guān)鍵技術(shù)不成熟是EFOG-M發(fā)展的另一個(gè)主要原因,技術(shù)不成熟主要表現(xiàn)在目標(biāo)識(shí)別與捕捉、射速、射程和火控等方面。眾議院撥款委員會(huì)就曾多次指出該導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)原理不充分應(yīng)該終止,另外美國(guó)陸軍在研制EFOG-M的過(guò)程中對(duì)該導(dǎo)彈應(yīng)該裝備哪個(gè)兵種,具體完成什么作戰(zhàn)任務(wù)等作戰(zhàn)使用問(wèn)題始終沒(méi)有一個(gè)明確的表述。2.第4屆國(guó)內(nèi)外新/2國(guó)家軍事試驗(yàn)研究項(xiàng)目為主導(dǎo)的新/最1984年德國(guó)宇航股份公司現(xiàn)為EADS-LFK公司自籌資金開(kāi)始進(jìn)行光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈的可行性研究。1985年德國(guó)宇航股份公司利用改裝的瑪姆巴導(dǎo)彈進(jìn)行飛行試驗(yàn);1987年法國(guó)航空航天公司參加該項(xiàng)目,并利用改裝的SS-12導(dǎo)彈進(jìn)行發(fā)射試驗(yàn);1988年進(jìn)行了4次飛行試驗(yàn);1991年底德法兩家公司開(kāi)始履行獨(dú)眼巨人項(xiàng)目的試驗(yàn)研究合同;1994年2月意大利參加該項(xiàng)目,同年三國(guó)簽訂了一項(xiàng)初期協(xié)議共同出資開(kāi)展獨(dú)眼巨人的技術(shù)演示計(jì)劃;1995年7月進(jìn)行首次彈道飛行試驗(yàn)飛越距離30km;1996年利用C-22型靶機(jī)進(jìn)行放線試驗(yàn)放線距離達(dá)60km,同年10月法國(guó)在巴黎舉辦的歐洲艦艇博覽會(huì)上展出了新研制的光纖制導(dǎo)多用途艦載導(dǎo)彈;1997年4月首次成功進(jìn)行了16.5km無(wú)彈頭全制導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn),結(jié)果命中處于樹(shù)林中的裝甲目標(biāo);1998年三國(guó)簽訂第二階段試驗(yàn)研究協(xié)議,進(jìn)行單項(xiàng)和整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)研究和飛行試驗(yàn);2000年9月在德國(guó)靶場(chǎng)成功地進(jìn)行了設(shè)計(jì)定型的首次機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射和自毀試驗(yàn);2002年夏季在經(jīng)過(guò)多次成功測(cè)試和試驗(yàn)獨(dú)眼巨人試驗(yàn)項(xiàng)目第二階段宣告結(jié)束。無(wú)論是美國(guó)的EFOG-M還是德、法、意三國(guó)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的獨(dú)眼巨人光纖圖像制導(dǎo)反坦克導(dǎo)彈都是冷戰(zhàn)時(shí)期以面對(duì)大規(guī)模集群坦克威脅為背景開(kāi)發(fā)研制的新概念點(diǎn)目標(biāo)精確打擊武器,隨著蘇聯(lián)的解體,華約的消亡,冷戰(zhàn)的結(jié)束,威脅的變化,技術(shù)的發(fā)展,美國(guó)及其歐洲主要盟國(guó)的軍事戰(zhàn)略隨之改變,新的作戰(zhàn)思想逐漸形成,引發(fā)了世界性新的軍事變革。形成了以信息技術(shù)為核心、一體化作戰(zhàn)為主導(dǎo)的全新作戰(zhàn)模式。21世紀(jì),美國(guó)開(kāi)始實(shí)施陸軍轉(zhuǎn)型計(jì)劃,確定未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)為美國(guó)陸軍未來(lái)裝備體系的發(fā)展目標(biāo)。在美國(guó)陸軍“未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)”中遠(yuǎn)距離點(diǎn)目標(biāo)精確打擊武器主要有:新型攻擊型無(wú)人機(jī)、系統(tǒng)網(wǎng)火導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)、武裝直升機(jī)等;所有這些武器系統(tǒng)突出體現(xiàn)出美國(guó)陸軍信息化和一體化作戰(zhàn)思想,以及多能、快速、精確、高效的火力打擊特點(diǎn)。三、該光纖主導(dǎo)爆炸的關(guān)鍵技術(shù)和缺點(diǎn)光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈(FOG-M)的關(guān)鍵技術(shù)主要有光纜,導(dǎo)彈導(dǎo)引頭,導(dǎo)彈總體參數(shù)的確定,捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等。1.fog-m光纖光纜是傳輸大容量指令信息和將導(dǎo)彈精確制導(dǎo)到目標(biāo)的唯一通路,其制導(dǎo)體制的保密性、隱蔽性、抗干擾性、精度、信息傳輸、變換速度、晝夜工作以及機(jī)動(dòng)靈活等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)均集中體現(xiàn)于光纜。而光纜的芯線是光纖(光導(dǎo)纖線),其制導(dǎo)導(dǎo)彈的性能直接受光纖制作工藝水平的限制。因此,光導(dǎo)纖維決定光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)展和應(yīng)用前景。(1)光纖類型及傳輸性。目前光纖通信和FOG-M均采用多模和單模兩類光纖。單模光纖與多模光纖相比,頻帶寬100倍,芯徑約小10倍,損耗低2倍且傳輸性能好,抗輻射能力強(qiáng)和抗拉強(qiáng)度高。但單模光纖對(duì)耦合器的對(duì)接要求嚴(yán)格,光纖本身及所用光電元件的價(jià)格較高。(2)抗拉強(qiáng)度。當(dāng)光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈(FOG-M)用光纜要求全長(zhǎng)任何部位的抗拉強(qiáng)度大于246kg/mm2,即光纖承受的壓強(qiáng)為1.39GPa,且無(wú)任何裂紋。(3)光纖長(zhǎng)度及其對(duì)接。光纖的長(zhǎng)度應(yīng)滿足導(dǎo)彈作戰(zhàn)距離如10km、15km、20km和30～60km的要求,而目前生產(chǎn)整根光纖的連續(xù)長(zhǎng)度僅幾公里,必須對(duì)接(或拼接)后才能制成數(shù)十公里長(zhǎng)的光纖。FOG-M用光纖對(duì)接處的直徑和抗拉強(qiáng)度應(yīng)與原光纖完全相同,制作工藝極為復(fù)雜,成本比光纖通信用光纖高10倍。(4)光纖卷盤的繞線和放線。光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈用光纜一般纏繞在專用卷盤上,在導(dǎo)彈制導(dǎo)過(guò)程中能順利地釋放,以滿足導(dǎo)彈飛行速度要求。2.外來(lái)成像導(dǎo)引頭的發(fā)展導(dǎo)引頭是決定導(dǎo)彈能否發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤和命中目標(biāo)的關(guān)鍵部件。根據(jù)其工作原理是用光纖來(lái)傳輸導(dǎo)引頭與地面發(fā)射制導(dǎo)系統(tǒng)之間的全部信息,而光纖的傳輸性能具有任何一種能產(chǎn)生視頻圖像信號(hào)或經(jīng)探測(cè)器轉(zhuǎn)換成視頻圖像的傳輸能力。因此,光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭中可以裝可見(jiàn)光TV攝像機(jī),CCD(ChargeCoupledDevies)攝像機(jī),前視紅外成像器和毫米波雷達(dá)等,以提供足夠分辨率的視頻圖像來(lái)搜索、探測(cè)、識(shí)別和跟蹤目標(biāo)并制導(dǎo)導(dǎo)彈命中目標(biāo)。(1)可見(jiàn)光TV導(dǎo)引頭是光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈初期試驗(yàn)中裝的導(dǎo)引頭。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,技術(shù)成熟,成本很低,據(jù)預(yù)測(cè),未來(lái)的光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈仍將有2/3的導(dǎo)引頭裝備TV攝像機(jī)。美國(guó)在FOG-M初始作戰(zhàn)鑒定試驗(yàn)(IOE)中用的導(dǎo)引頭是仙童公司生產(chǎn)的CCD攝像機(jī),陳列像元484×510,其靈敏度接近紅外波段。(2)紅外成像導(dǎo)引頭是把3～5μm波段或者8～12μm波段工作的前視紅外(FLIR)線列或焦平面陳列探測(cè)器裝于FOG-M的導(dǎo)引頭中,并由探測(cè)器轉(zhuǎn)換成視頻圖像信號(hào),操作員只借視頻TV圖像來(lái)發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和跟蹤目標(biāo)并制導(dǎo)導(dǎo)彈射向目標(biāo)。(3)毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭的毫米波位于微波和紅外光波之間,大氣傳輸性能與微波接近;受煙幕、霧和雨的影響很小,具有準(zhǔn)全天候工作的能力;又具有紅外光波的傳輸數(shù)據(jù)容量大,探測(cè)、識(shí)別和跟蹤目標(biāo)的精度高,圖像分辨率接近紅外光譜。技術(shù)上,目前在陰極攝像管的屏幕上顯示毫米波雷達(dá)的圖像也不存在特殊困難。因此,毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭是FOG-M中很理想的導(dǎo)彈導(dǎo)引頭,其發(fā)展前景極為廣闊。(1)圖像導(dǎo)引頭最大跟蹤角速度。最大跟蹤角速度是圖像制導(dǎo)多用途導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的重要戰(zhàn)技指標(biāo)之一。由于圖像處理速度遠(yuǎn)小于點(diǎn)源信號(hào)的處理速度,一般情況下,圖像導(dǎo)引頭的跟蹤速度很難與點(diǎn)源信號(hào)導(dǎo)引頭相比。武裝直升機(jī)在交戰(zhàn)區(qū)域的飛行高度接近樹(shù)梢,從導(dǎo)彈的飛行高度向下看,目標(biāo)所處的背景不是天空而是地面。在地面戰(zhàn)場(chǎng)上,由于地形、地物的綿延起伏,加上塵土、煙霧、火光等的影響,使目標(biāo)背景變得十分復(fù)雜,增加了圖像處理難度。導(dǎo)引頭的主要功能之一就是跟蹤視線并測(cè)量其旋轉(zhuǎn)角速度。當(dāng)彈目距離較遠(yuǎn)時(shí),視線的旋轉(zhuǎn)較為緩慢。若沒(méi)有制導(dǎo)規(guī)律的作用,隨著彈目距離的拉近,視線角速度將逐漸發(fā)散。在進(jìn)入末制導(dǎo)段以前,由于彈目距離較遠(yuǎn),導(dǎo)引頭的跟蹤速度足以應(yīng)付視線的旋轉(zhuǎn)速度。進(jìn)入末制導(dǎo)段后,若制導(dǎo)規(guī)律能保證視線角速度是收斂的,則導(dǎo)引頭的跟蹤速度就能滿足要求。因此,確定導(dǎo)引頭最大跟蹤速度的基本準(zhǔn)則可以描述為:在保證彈道收斂的前提下,導(dǎo)引頭最大跟蹤速度應(yīng)大于末制導(dǎo)段中的視線角速度的最大值。(2)圖像制導(dǎo)導(dǎo)引頭搜索方案。圖像制導(dǎo)面臨的最大難題是目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別,特別是當(dāng)?shù)孛鎽?zhàn)場(chǎng)背景十分復(fù)雜時(shí),必須由人工參與,由于瞬時(shí)視場(chǎng)較小,需要通過(guò)掃描來(lái)搜索目標(biāo),當(dāng)監(jiān)示器上出現(xiàn)目標(biāo)圖像時(shí),射手立即斷開(kāi)掃描搜索電路,然后扳動(dòng)手柄將十字線壓在目標(biāo)圖像的中心,完成對(duì)目標(biāo)的捕獲,由于目標(biāo)圖像的大小與彈目距離成反比,因此,只有當(dāng)目標(biāo)位于導(dǎo)引頭瞬時(shí)視場(chǎng)之中,且距導(dǎo)引頭的距離小于識(shí)別距離時(shí),射手才識(shí)別和捕獲目標(biāo)。3.傳統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)武器光纖圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈的中段導(dǎo)航方式是捷聯(lián)慣導(dǎo),為導(dǎo)彈提供所需要的信息。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、體積小、重量輕、成本低、容易維修等特點(diǎn),近年來(lái)得到很快的發(fā)展,并且在一些戰(zhàn)術(shù)武器中得到應(yīng)用。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)品普遍用于各種戰(zhàn)術(shù)武器和飛機(jī)航姿系統(tǒng)中,隨著固態(tài)儀表精度的不斷提高,誤差補(bǔ)償技術(shù)的逐漸完善,捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將逐步取代平臺(tái)系統(tǒng)。四、光纖調(diào)制機(jī)動(dòng)通過(guò)研究目前光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈的現(xiàn)狀,并分析光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用中的優(yōu)勢(shì)和不足,可以看出光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈將朝著以下方向發(fā)展:(1)隨著光電子科學(xué)的發(fā)展,高抗拉強(qiáng)度、低損耗、抗疲勞及可儲(chǔ)存期更長(zhǎng)、可放線速度更快的光纖會(huì)研制成功,并投入戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用,這是解決制約光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈發(fā)展的硬件瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵所在。(2)光纖拼接技術(shù)和光纖纏繞釋放技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步減少附加消耗,提高導(dǎo)彈的飛行速度,成像質(zhì)量也將進(jìn)一步提高。(3)制導(dǎo)光纖將會(huì)由多模向單模方向發(fā)展,多模光纖傳輸損耗大,但拼接容易,多用于近程導(dǎo)彈;單模光纖傳輸損耗小,但拼接難度大,多用于中、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈。隨著拼接技術(shù)的發(fā)展和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)作戰(zhàn)距離的要求增大,單模的制導(dǎo)光纖將會(huì)取代多模制導(dǎo)光纖,并不斷擴(kuò)展光纖的長(zhǎng)度,成為光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈的又一個(gè)發(fā)展方向。(4)隨著材料科學(xué)和微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,高密度、高響應(yīng)率、高工作溫度、更小像元及更高靈敏度的紅外成像探測(cè)器將研制成功,并投入戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用。這將有助于提高光