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航空制導炸彈

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航空制導炸彈是在自由降落式普通炸彈(或稱鐵彈)的基礎上,通過增加制導構件組成。制導構件組包括自導彈頭、全動式可控尾翼。它的主要特點是結構簡單、使用方便、射程遠、命中精度高、造價低、效費比高,是世界各國機載高精武器中數量最多的一種空地武器。

1 航空制導炸彈 -設計精度

  在大部分情況下,機械師可以在機場為普通炸彈直接裝配製導系統,攜掛也比較方便。標準彈藥裝配了制導戰鬥部后,具有非常高的命中精度,殺傷效率得到了極大的提升。循環公算偏差統計數據表明,制導航彈的命中半徑較普通炸彈下降50%,現代制導系統能保障制導航彈的循環公算偏差最小到2米之內,普通炸彈的數據則為30-80米(由載機武器控制系統的性能而定)。

  不過,制導航彈也有一些缺陷,與航空導彈相比,其飛行速度較低,容易被防空炮火攔截。航空炸彈飛行速度通常由炸彈發射時的飛機飛行速度而定,通常為0.8馬赫,約200米/秒,導彈的速度則可以達到3倍音速,約1000米/秒。

2 航空制導炸彈 -航彈類型

  制導航彈可根據裝配彈藥類型、攻擊目標類型、彈藥質量等不同標準分為不同類型。根據制導航彈戰鬥部重量(口徑)標準可分為:500磅(約250千克)、1000磅(400-500千克)、2000磅(900-1000千克)等類型,也有威力更大的彈藥,如美國的GBU-28、俄羅斯的КАБ-1500等。

  需要指出的是,俄美在制導航空炸彈上的術語是不同的,對這種彈藥的理解也有區別。КАБ-1500中的「КАБ」是俄文「校正航空炸彈」的字母縮寫,俄羅斯通常用「校正航彈」來指稱這種彈藥,俄專家認為,這些彈藥彈體內沒有裝配發動機,沒有自身動力推進功能,不能稱為制導彈藥。美軍專家在此問題上的觀點從其彈藥名稱上也能看得一清二楚,AGM-130中的「AGM」是英文「Air-to-Ground Missile」(空對地導彈)的字母縮寫,GBU-24中的「GBU」是英文「Guided Bomb Unit」(制導炸彈)的字母縮寫,無論是制導航空炸彈,還是制導導彈,都可稱為制導彈藥。

3 航空制導炸彈 -制導系統

  制導航彈通常採取電視光學制導(根據光學圖像引導)、熱視制導(根據可視或紅外光線引導)、激光制導(根據目標反射光束引導)、慣性制導、衛星制導等方式。

  激光制導系統主要由搜索設備、光學系統和電子線路構成。激光器發射光線照射目標,接收器接收反射激光束並判定其方向,確定炸彈瞄準目標的誤差,然後嚮導引頭下達必要的校正指令,炸彈自導彈頭能夠根據氣流方向,通過頭部安定面定位,同時上下左右移動來調整角度。自導彈頭由不受機械損害的整流罩來防護,特製的整流罩能讓激光束自由通過,卻會通過紅外線過濾器只讓「有用」波長的光線通過,以排除干擾信號。整流罩內裝配一個光敏感指示盤,由4個扇形座構成,由自導彈頭軸垂直線固定,經凸透鏡聚焦后的反射激光束通過整流罩后,落在指示盤上,落點與目標相對位置一致,如果光束落在左下方,自導頭就會「明白」目標在當前航線的右上方,電子設備就會向全動式尾翼下達相應信號指令,進行調整。

  電視或熱視制導系統目標定位原理與激光制導系統大致相同,由制導航彈彈頭上裝配的攝像頭拍下地面目標的景象,經飛行員從視頻顯示器上鎖定目標圖像后,投擲炸彈,炸彈會根據鎖定目標與導引頭實時拍攝下的目標景象進行對比,判定方向、距離和誤差,然後自動調整,以準確命中目標,惟一的區別就是處理的不是激光反射信號,而是可見光或紅外光形式的色調鮮明的對比影像。

4 航空制導炸彈 -使用方式

  激光制導航彈的落點由能夠為目標「照明」的目標指示器確定。目標指示器可以裝配在地面偵察破壞器上,在隱蔽區域引導炸彈攻擊目標,也可以裝配在飛機上,由飛行員確定目標。機載激光指示器可以是固定的,如F-117、「美洲虎」、蘇-39等,更多的則是機動的,採用吊艙掛載方案,行動前把目標指示器吊艙裝配到飛機外掛點上,以減少因指示器故障而導致的飛行事故。制導航彈和目標指示器吊艙也完全可以不在同一架飛機上,如在「沙漠風暴」行動中,英國「旋風-GR.1」殲擊轟炸機投擲的制導航彈,就是由掛在「掠奪者-S.2B」轟炸機上的目標指示器引導的,不過,這要求飛行員間應有非常好的行動協調能力,保障在炸彈準確命中目標前提供全程照明,否則炸彈會無法「咬住」目標,變成自由降落的普通鐵彈。

  電視制導航彈的使用由飛行員全程式控制制。目標影像通過炸彈自導彈頭傳送到飛行座艙內的顯示屏上,飛行員或雙座戰機上的武器操縱員根據圖像特徵選擇目標,如果目標色調比較鮮明,特徵明顯,就可以起動制導彈頭自動裝置,鎖定目標,炸彈會「記住」目標特徵,然後追蹤目標。AGM-123、AGM-130等制導炸彈還裝備有發動機,以增大射程,通常使用校正系統,當炸彈飛到目標上空,屏幕上的圖像變得非常清晰時,操縱員還可以再次對彈著點進行精確校正。電視制導航彈指令傳輸工作也由目標指示器外掛吊艙中的專門設備完成,不同類型彈藥有不同的指令傳輸設備。

5 航空制導炸彈 -效費比較

  制導航彈的價格要比普通炸彈高得多。一枚500磅的普通炸彈(MK82型)造價不足3000美元,2000磅的(mk84型)價值約8500美元,而一枚「寶石路Ⅱ」型GBU-12(使用MK82普通炸彈戰鬥部)制導炸彈價值2.2萬美元,GBU-10(MK84)造價約為3萬美元,命中精度更高的「寶石路Ⅲ」型系列彈藥造價也更高,GBU-24(MK84)價值約5.5萬美元。電視制導或熱視制導航空炸彈的造價更高,通常是普通炸彈的25倍,如GBU-15價值約22萬美元,裝配了噴氣式發動機的AGM-130制導航彈的造價超過了33萬美元。

  美國國防部官員反覆強調,使用智能炸彈,可以大量節約預算資金。由於命中精度較高,一枚制導炸彈可以頂替上千枚普通炸彈,另外,由於高精武器的使用,更加昂貴的載機損失風險也會急劇降低,如今,現代化的殲擊轟炸機造價都在3000-7000萬美元之間。

6 航空制導炸彈 -使用歷史

  制導炸彈的首次實戰應用要追溯到1943年9月,德軍飛機在對義大利海軍艦隊進行攻擊時使用了能根據無線電波束校正軌跡的制導炸彈,以準確命中目標,「道爾尼-217」 投擲的「弗利茲-X」制導炸彈擊沉了義大利海軍「羅馬」號戰列艦。

  朝鮮戰爭期間,美軍B-29轟炸機使用VB-13制導航彈摧毀了朝鮮20座橋樑。

  制導航彈的大規模使用是在越南戰爭期間,「寶石路」系列激光制導炸彈(GBU-10、GBU-12)和電視制導炸彈(GBU-8、GBU-9、AGM-62A「白星眼」相繼研製成功,並得到了充分的使用,其中,僅由F-4「鬼怪」殲擊機投擲的GBU-8電視制導炸彈就多達700枚。

  70年代,蘇聯(КАБ-500Л)和法國(SAMP-400、SAMP-1000)也研製出了制導航彈,美國則繼續完善這種彈藥,「寶石路Ⅱ」系列500、1000、2000磅的炸彈成為了美軍戰術航空兵飛機的標準彈藥,英國皇家空軍則裝備了「寶石路Ⅱ」系列的MK13/18型制導航彈。

  80年代初,法國馬特拉公司研製出了BGL系列400、500、1000千克的制導航彈,美國則研製出了第三代「寶石路」系列航彈:GBU-22、GBU-23、GBU-24,至今仍被美國和北約國家大量裝備使用。

  1991年海灣戰爭中,反伊聯軍在「沙漠風暴」戰役中大量使用制導航彈,再次證明了這種武器的高效性,僅65架裝備了GBU-12制導航彈的F-111F轟炸機就摧毀了伊拉克軍隊1500輛坦克和裝甲戰車,不過,當時制導彈藥的比例並不大,美國空軍使用的彈藥中僅有9%是制導彈藥,其中,制導航彈的比例還不到1/2。

  在波斯尼亞衝突中,「維和部隊」航空兵使用了各種類型的制導炸彈,共向塞族人陣地上投擲了550多枚制導航彈,不過,大多是一些老化的彈藥,「寶石路Ⅱ」系列GBU-10型制導航彈有300多枚,而「寶石路Ⅲ」系列GBU-24型制導航彈僅有6枚。

  科索沃戰爭(1999年)、阿富汗戰爭(2001年)、伊拉克戰爭(2003年)中,制導航彈更是得到了廣泛的應用,高精彈藥的比例也大幅提升,各種新型彈藥也得到了試驗性實戰應用。1999年B-2首次投擲JDAM彈藥,5月8日凌晨,美軍B-2轟炸機向中國駐南聯盟大使館投下的彈藥就是JDAM聯合直接攻擊彈藥。2001年的阿富汗戰爭中,美軍投擲了4700枚制導航彈,約佔彈藥投放總數的32%。2003年伊拉克戰爭期間,美軍使用了幾乎所有的精確制導炸彈,其中B-2投擲的EGBU-28激光制導鑽地炸彈(專門攻擊地下掩體、指揮中心等堅固目標)和C-130傘擲的MOAB衛星定位精確制導炸彈(重約10噸)最引人注目。

  車臣戰爭期間,俄軍飛機也多次使用制導航彈,特別是КАБ-1500重型校正航彈得到了廣泛的使用。

  以色列也在積極研製制導炸彈,並於1988年製造出了Opher熱視制導航彈,並於1999年向義大利空軍大量提供。

7 航空制導炸彈 -發展前景

  新型制導航彈的研製工作還在繼續,世界各國都在加快研製步伐,新型彈藥不斷出現,制導方式主要採用以衛星定位系統為主的複合制導方式,命中精度得到了進一步的提高。

  美國於1998年開始裝備第四代JDAM聯合直接攻擊彈藥,主要是250磅的GBU-29和500磅的GBU-30彈藥,後來又研製出了2000磅的GBU-31、1000磅的GBU-32,更重的GBU-36/37還在試驗之中。JDAM彈藥採用新型制導方式:慣性制導+GPS全球定位系統衛星制導,炸彈上安裝的接收器能夠接收導航衛星傳來的信號,隨時了解自己的方位,在接收到了攻擊目標的坐標之後,炸彈就「知道」該向什麼方向飛行,完全實現了「發射后不管」的應用機制。由於最初的兩種彈藥循環公算偏差約為15米,遠遠低於現代化的激光制導炸彈,因此,沒等大量裝備部隊,美軍就開始進行改進,提高精度。未來載機主要是F-15E、F-16殲擊戰鬥機、F-117和F-22隱形轟炸機、B-52、B-1B、B-2重型戰略轟炸機,其中,B-2隱形轟炸機將裝備GBU-36、GBU-37彈藥。

  雷聲公司為美國海軍和空軍生產的聯合防區外武器(JSOW)也採用慣性制導+全球定位系統的複合制導方式,已有400多枚 AGM-154A型制導航彈在作戰中得到使用,AGM-154C也於2003年開始裝備部隊,供F/A-18戰機使用。

  日本也開始自行研製制導炸彈,計劃在21世紀為其F-2殲擊機大量裝備GCS-1制導航彈。

  航空制導炸彈的價格要比普通炸彈高出許多。一枚500磅級的普通炸彈(如美國MK82型)價格為3 000美元,2 000磅級的炸彈(如美國MK84型)價格為8 500美元;而一枚美國「寶石路」Ⅱ系列的GBU-12型制導炸彈(MK82戰鬥部)價格為22 000多美元,GBU-10型制導炸彈(MK84戰鬥部)價值則高達30 000美元。

  但是,由於有較高的命中精度,一枚制導炸彈使用效能相當於十多枚或數十枚常規炸彈。同時,使用高精確度武器可大大降低載機和飛行員的危險,因為載機價格更昂貴,如一架現代化的戰鬥轟炸機價格高達3000萬~7000萬美元。

  1967年,美國空軍用常規炸彈對越南杜梅鐵路公路大橋進行了64次轟炸,損失飛機多架,仍未能達到目的。1972年5月,美空軍只出動了幾架飛機,使用激光制導炸彈,未損失一架飛機便將該橋炸毀。由此不難看出制導炸彈歷久彌新的發展原因。

8 航空制導炸彈 -導彈系列

  美國人在越南戰爭中使用高精確制導武器的成功先例,也迫使原蘇聯加快了此類武器的研製步伐。這項重任落在了當時的水力機械實用研究所(后改名為「地區」國家科學生產聯合企業)身上,其現任領導人為導彈炮兵科學院院士、技術科學博士葉夫根尼·沙希扎諾夫教授。正是這一原先從事海軍課題研究的集體,出色地完成了研製航空炸彈的任務,並在三年後將第一批KAB-500L型可調校航空炸彈裝備了部隊。隨後他們又研製出了此種炸彈的改進型,即威力更加強大的KAB-1500系列航空制導炸彈。

KAB-500系列

  俄羅斯空軍主要裝備的激光制導炸彈為KAB-500L型。該彈是由尼古拉·普里瓦洛夫主設計師領導下的設計集體研製出的,後來在現任主設計師鮑利斯·梅爾察洛夫的領導下,製造並改進所有型號的可控式(可調校式)航空炸彈。該炸彈投放高度為500~5 000米,由風標式激光半主動導引頭、電引爆裝置、控制系統部件、戰鬥部、渦輪發電機、引信、舵面傳動裝置及彈載自動部件組成。

  在風標式激光半主動自尋的導引頭中,有目標方位坐標儀固定在頭部殼體的萬向支架上,還有一台電子計算機裝在彈體的錐體內。在能見距離10千米時捕獲目標的距離為5~7千米,抗干擾能力由信號時間選通和所用功率選通來保證。信號的短時損失不影響下一步的導引動作。

  控制系統部件包括自動駕駛儀和4個舵面傳動裝置。傳動裝置利用渦輪發生器排出的熱燃氣進行工作。控制系統部件按傾斜角、俯仰角和航向角使炸彈穩定,並按頭部發出的信號進行控制。在自主飛行中,炸彈可按自動駕駛儀的指令由位於安定面內的4個氣動力舵來控制。炸彈運動軌跡以計算投彈點為起點的彈道演算法算出。而投彈點則由載機瞄準導航綜合系統算出。

  在「地區」聯合企業研製的幾代可控式航空炸彈中,最先進且在空軍中使用最為普遍的一種為KAB-500KR。這種可控式航空炸彈使用電視導引頭,主要用於殺傷敵方地面(水上)目標,如鐵路橋、鋼筋混凝土結構掩體、機場跑道和有生力量等。炸彈重560千克,戰鬥部重360千克,長3.05米,命中精度4米。除電視自尋的導引頭外,KAB-500KR其餘部件組成和特性與KAB-500L相似。

  KAB-500KR的電視自尋的導引頭是用陀螺穩定的,並用相關演算法處理目標信息。導引頭包括安裝在三自由度陀螺穩定平台上的光學電子部件和信息處理電子部件,兩者均裝於同一殼體內。導引頭的前部有球形透明整流罩。物鏡的視界(按對角線)為3.2°。陀螺穩定器的擺動角為±45°、航向±40°、俯仰+35°~-57°,自動跟蹤角速度為7度/秒。

  KAB-500KR的抗干擾能力很強。為防止無線電電子干擾,在導引頭的光學整流罩上採用具有屏蔽性能的金屬殼體和金屬網。為防止大面積煙霧和塵埃的干擾,當導引頭視界的40%被蒙蓋時,其尋的頭有目標情報處理校正程序,可自動處理電視信號。也就是說,如果炸彈偏離目標,則電視導引頭可確定這一誤差,並藉助控制系統予以自行消除。與外國同類炸彈相比,KAB-500KR型炸彈可摧毀環境反差比較小且有偽裝的目標,因為該炸彈具有「記憶」目標與周圍物體(參照物)狀況的能力。此外,KAB-500KR型炸彈作為前線航空兵飛機的標準配備武器,既可進行水平轟炸,也可以1 100千米/小時的速度實施俯衝轟炸,並且載機可一次同時對數個目標實施打擊。

  由於炸彈配備電視調校導引頭,使飛行員可以「發射后不管」,飛機在投彈后便迅速脫離敵防空區。而美國和其它西方國家的制導炸彈發射后通常需要加以控制(或照射),直至炸彈命中目標,但在敵防空區內多停留一分鐘都是極其危險的。該炸彈在俄靶場進行了多次試驗,戰鬥部可以穿透厚1.5米的鋼筋混凝土結構掩體或深達10米的中密度土層,並可摧毀小型目標,是世界上最先進的航空制導炸彈之一。

  此外,還有一種KAB-500KR-OD炸彈,它與KAB-500KR基本相同,只是裝用了膨體引爆(燃料空氣炸藥)戰鬥部,因此全彈重量減小到385千克。

KAB-1500系列

  「地區」聯合企業還研製了1 500千克的可控式航空炸彈,即KAB-1500系列。它有數種型號,既可使用激光制導系統,也可使用電視制導系統,而且戰鬥部的型號也有所不同,是一種威力更大的制導炸彈。

  KAB-1500L-PR制導炸彈主要用於摧毀地面(水上)小型目標,特別是加固良好和地下深層的目標,如鋼筋混凝土結構掩體和指揮所等。這種炸彈全重為1 500千克,戰鬥部重1 100千克,長4.6米,命中精度為7米。該炸彈可穿入地下10~20米,或穿透厚達2米的鋼筋混凝土結構掩體。KAB-1500KR型炸彈採用電視制導,可以「發射后不管」。KAB-1500L-F則擁有重達1 180千克的爆破殺傷戰鬥部。

  KAB-500系列炸彈的載機可以是前線航空兵的飛機,如蘇-24、蘇-25和蘇-39,蘇-27、蘇-34、米格-29等,也可以是轟炸機。但重量較大的KAB-1500系列一般都由轟炸機攜帶。在車臣戰爭期間,俄羅斯空軍的飛機不止一次地使用了航空制導炸彈,主要是KAB-500系列的制導炸彈。

  總的來說,俄羅斯航空制導炸彈與美國的航空制導炸彈性能大致相當,但美國的航空制導炸彈經過了多次實戰檢驗,很多已採用GPS輔助制導,精度及抗干擾能力增強,有的還可以中途固定轉彎。美國此次空襲南聯盟使用的AGM-154滑翔制導炸彈,因裝有可收放彈翼,最大射程可達64千米。另外,美國襲擊我駐南聯盟使館使用的JDAM(聯合直接攻擊彈藥)是用原來的普通航空炸彈加裝制導套件而成,經濟性很好。

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