隐身空空导弹发展现状及关键技术研究

摘 要：随着军用飞机自防护技术的快速发展，空空导弹打击空中目标的难度也在不断提高，迫切需要采用各种先进技术来提高自身的突防能力，以确保其在未来高技术空战中的命中率，隐身技术就是其中非常具有代表性的一种。 本文全面分析了现代战争条件下发展隐身空空导弹的现实必要性，同时对空空导弹的各种信号特征及其缩减措施，以及国外相关领域的研究现状进行详细论述，并在此基础上提出了今后发展隐身空空导弹的初步思路。

关键词：空空导弹;隐身导弹;隐身技术;命中率;隐蔽性;空战

中图分类号：TJ760    文献标识码：   A   文章编号：1673-5048（2022）01-0014-08[SQ0]

0 引  言

空空导弹作为现代军机、尤其是战斗机的主要对空作战武器，自20世纪50年代正式投入使用以来，其家族成员不断发展壮大，战技性能也不断完善提高，并在历次局部战争中发挥了重要作用。 但与此同时，随着世界各国军方对空空导弹威胁的日益重视，各种军机自防护技战术措施不断推陈出新，有效地增强了军机对抗空空导弹的能力，导致其作战效能出现不同程度的下降。 在这样的时代背景下，要确保空空导弹适应现代战争需求，在未来高技术空战中高效完成各种作战使命，将有必要采用各种新概念、新技术、新原理，进一步提升其战技性能，隐身化就是空空导弹今后的一个重要发展方向。

1 现代战争条件下发展隐身空空导弹的现实必要性

空空导弹出于精确制导和高速高机动飞行的需要，加上其独特的弹体结构和外形布局，不可避免地会具有雷达、红外、紫外、射频等各种信号特征[1]。 尽管这些信号特征相对飞机目标来说较为微弱，传统机载设备探测跟踪有一定难度，但在现代高性能传感器面前已经越来越“无处遁形”，由此会给载机的作战使用带来很大影响，空空导弹实施隐身化改进也就显得越来越有必要，这突出表现在以下两个方面。

1.1 隐身空空导弹可有效降低敌机告警系统的任务效能，提高实战命中率

为了应对日益严重的导弹威胁，现代军机（尤其是担负一线作战任务的固定翼飞机/直升机）普遍配装有雷达告警接收机（RWR）以及各种基于脉冲多普勒雷达、红外、紫外探测原理的导弹来袭告警系统（MAWS）。 它们可对敌方发射离机的空空导弹进行探测、分析、识别，及时向飞行员发出告警并显示威胁类型、来袭方位、到达时间（TTI）等信息，在多目标威胁的情况下还可根据各目标威胁程度大小快速确定优先级，并提出最优对抗决策建议，由此可以有效提高载机对抗各种导弹威胁的能力[1-3]。

以美国诺斯罗普·格鲁门公司研制、配装美国及其盟国多型军机的AN/AAR-54紫外告警系统为例（见图1），该系统通常在载机上布置有4～6个高灵敏度紫外成像传感器，具备360°全向探测、分辨率小于1°、截获时间低于1s、探测距离大于10 km（对近距面空/空空导弹基本可以做到发射即截获）等优异性能，并且通过采用先进分析算法，有效解决了传感器灵敏度提高导致虚警率上升的问题，可以快速准确地将所探测到的紫外辐射源分为“具备威胁性的导弹”、“不具备威胁性的导弹” 和“杂波干扰”三类， 因此，即使在复杂战场环境下也能为载机提供及时有效的威胁告警[1， 4-7]。

正是由于机载告警系统的可靠信息支持，战场上的军机飞行员可以实时掌握来袭导弹的动向，并选择最佳时机对其实施有源/无源干扰和机动规避，今后甚至可能使用自卫拦截弹（如美国MSDM“微型自卫弹药”）或高能激光武器（如美国SHiELD“盾”）对来袭导弹实施拦截摧毁，由此将会极大地降低空空导弹的命中率[1]。

不仅如此，随着技术的进步，目前先进战斗机上的无源/有源（PESA/AESA）相控阵火控雷达、红外搜索跟踪（IRST）系统、光电分布式孔径系统（EODAS）等用于探测飞机目标的部分任务设备，也逐步具备了探测跟踪来袭导弹的能力。 与传统的导弹来袭告警系统相比，这类探测设备通常发射功率/天线孔径更大，作用距离更远，由此可以显著增加对来袭导弹实施防御的作战纵深，进一步降低空空导弹的命中率。 例如，俄罗斯苏-35战斗机上的N035“雪豹”-E无源相控阵雷达，对RCS仅为0.01 m2（接近部分空空导弹的头向RCS）的空中目标的探测距离可达90 km[1， 3]。

基于上述原因，在今后的空中战场上，无任何隐身技术措施、各种信号特征较为明显的传统空空导弹，将很容易被敌机过早发现并采取防范措施，其实战效果将令人堪忧[8]。 如果对空空导弹实施隐身化改进，全面缩减其各种信号特征，可以有效降低敌机各种探测设备的任务效能，尤其是大幅压缩其作用距离，使敌机因为反应时间过短而来不及防范，或者错过实施有源/无源干扰、机动规避、拦截摧毁的最佳时机，进而有效提升空空导弹的实战命中率。

研究表明，空空导弹隐身化改进所带来的技战术优势，在中远距空空导弹上表现得尤为明显。 因为这类导弹普遍外形尺寸大、发动机推力强、飞行速度快，并且制导过程中很难避免产生电磁辐射，因而雷达、红外、紫外、射频信号特征均较明显，再加上这类导弹射程远、接敌过程中飞行时间长，面对有源/无源干扰手段日益先进完善、今后还可能具备反导自卫能力的现代军机，其突防难度将越来越大。 如果能对这类导弹实施隐身化改进，全面缩减其各种信号特征，战时尽量推迟被敌机发现的时间，将可以最大程度地减小其被干扰、规避、拦截的可能，进而有效提升导弹在未来空战中的作战效能。

即使对于外形尺寸小、作战距离近的近距空空导弹来说，对其实施隐身化改进，也同样具有重要的现实意义。 因为面对这类导弹的攻击，现代军机主要以“投放红外干扰弹+机动规避”的方式进行对抗，而这两种对抗方式在实施过程中，都要求机载告警系统能尽早发现来袭导弹并对其保持持续跟踪。 在此基础上，载机才能精准选择投放红外干扰弹的最佳时机（过早或过晚都会影响干扰效果），同时根据来袭导弹的运动特性进行相应的机动规避。 一旦空空导弹采用了隐身技术，各种信号特征大幅缩减，敌机告警系统的作用距离将会被压缩，同时虚警率上升，以致于无法给干扰/规避行动提供可靠的信息支持，进而极大地增加敌机对抗来袭导弹的难度。

1.2 隐身空空导弹可有效减少对载机隐身性能的破坏，改善其战场隐蔽性

空空导弹作为现代军机上的典型外挂物，一旦挂上飞机，将会成为载机上的强雷达散射源。 因为此时导弹除了自身的雷达散射面积（RCS）外，与机体之间还会形成很强的角反射效应，导致全机的RCS剧增，有时甚至是数量级的增加，由此会极大地增加被敌方雷达探测发现的概率，如图2所示[9-10]。 这一问题对目前的四代半战斗机（欧洲“台风”、法国“阵风”、美国F/A-18E/F等）来说，尤为突出，因为这类飞机借助机体局部修形、座舱盖金属镀膜、外敷吸波涂层等手段，已经使自身RCS大幅降低，甚至达到了“准隐身飞机”的水平[9-10]，然而一旦大量携带空空导弹等外挂物，将很可能会使其在隐身化改进方面的努力“付之东流”。

要解决这样的问题，最好的办法就是像目前的第五代战斗机那样，在机上设置弹舱并将武器弹药全部内埋携带。 但这样做带来的弊端也不少：一是设置内埋弹舱后，将会显著增大载机的外形尺寸和结构重量;二是内埋弹舱通常容积有限，导致弹药外形尺寸和携带数量严重受限;三是内埋携带会影响部分机载武器的使用灵活性，尤其是在使用近距空空导弹时，很可能会因为舱门开启/关闭而影响导弹反应速度和飞机机动性，或者因为导弹导引头被遮挡，而难以在发射前锁定目标[1]。 以其中第三点为例，美国F-35战斗机就是因为这一问题的困扰，目前只能放弃AIM-9X近距空空导弹的内埋携带，而将其外挂使用，由此不可避免地会对自身的隐身/飞行性能带来一定影响。

除内埋携带外，目前国外已投入应用的另一种应对措施就是在载机机体外加装一个专门设计、可容纳空空导弹等武器的外置弹舱，例如美国F-15SE“沉默鹰”战斗机配装的保形弹舱（CWB）、F/A-18E/F“先进超级大黄蜂”战斗机配装的封闭式武器吊舱（EWP）和F-35战斗机配装的多任务吊舱（MMP）（见图3）[9-10]。 不过，这样的手段除了隐身效果不如内埋携带外，还同样存在导弹外形尺寸/携带数量受限、作战使用灵活性受影响等弊端;此外，还会带来载机自重增加、气动阻力增大等新问题。

鉴于此，国外一直在探索其他解决外挂物破坏载机隐蔽性问题的办法，其中最具代表性的一种就是对空空导弹等外挂物进行隐身化改进，使其自身具备较好的隐身性能，再与保形外挂（半埋式、贴合式等）或隐身挂架（采用隐身外形并外敷吸波涂层）技术相结合，由此可有效减少对载机战场隐蔽性的破坏。 尽管这种方式在隐身效果方面与内埋携带仍有一定差距，但与传统外挂已经不可同日而语，同时还可以在相当程度上缓解、避免内埋携带方式的固有弊端。

此外值得指出的是，隐身空空导弹除了外挂携带时的优势非常突出外，当其供自身具备良好隐身性能、并且机载武器完全内埋携带的第五代机战斗机使用时，也同样非常具有现实意义。 因为这类飞机在大量应用隐身技术后，其各种信号特征大幅缩减，部分方向的信号特征（如头向RCS）很可能已经接近、甚至低于自身携带的空空导弹，由此导致后者一旦被发射出舱，将很可能先于载机被敌方发现，进而间接暴露载机的存在[8]。 显然，要从根本上解决这样的问题，只有同步提升空空导弹的隐身性能，才能避免其战时“拖累”载机。

2 空空导弹各种信号特征以及其缩减措施分析

由于现代高技术战争的迫切需求以及相关领域技术飞速发展的大力推动，目前已经有越来越多的军用飞机和战术导弹（例如部分反舰/巡航导弹）采用了隐身技术，由此极大地提升了作战效能。 与这些隐身飞机/导弹相比，空空导弹同属大气层内活动的飞行器，在气动外形、内部结构、战场环境、突防需求等很多方面存在相同或相似之处，因此，在今后隐身化发展过程中，将可以大量借鉴、参考甚至移植现役隐身飞机/导弹的技术成果和成熟经验，从雷达、红外、紫外、射频等各个方面提高自身的隐身性能。

2.1 空空导弹雷达信号特征及其缩减措施

空空导弹的雷达信号特征主要来自三个方面：① 弹体通常呈圆截面结构，容易对各个方向的入射雷达波形成强反射;② 弹体上存在多种强散射源部件，包括雷达导引头天线、通常以90°正交间距安装的弹翼/舵面（截面呈十字状）、发动机尾喷管，以及部分导弹上的冲压发动机进气口;③ 导弹迎头飞向目标时，相对于敌机上的雷达探测设备来说，其径向速度较大，将会形成较强的雷达多普勒效应[1]。

根据这样的现状，要缩减空空导弹的雷达信号特征，可重点从以下几方面入手：① 局部修改弹体气动外形，尤其尽量避免采用圆截面结构;② 尽量减少甚至取消弹翼/舵面，或者按照隐身要求对弹翼/舵面外形及安装方式进行优化;③ 弹体表面尽量减少缝隙、台阶、孔洞以及鼓包之类的突出物;④ 飞行全程或部分时间段内将雷达导引头天线倾斜放置，以便将入射雷达波反射到无关方向;⑤ 弹身及弹翼、舵面尽量采用吸波材料制造;⑥ 弹体表面涂敷吸波涂层;⑦ 进行合理的弹道规划，飞行途中除非必要，尽量使导弹不直接对准目标，以减小径向速度，减弱雷达多普勒效应[1，11-12]。

2.2 空空导弹红外信号特征及其缩减措施

空空导弹的红外辐射主要来自三个方面：① 高速飞行中弹体的气动加热;② 发动机产生的高温尾焰以及被尾焰加热的发动机喷管/后部弹体;③ 弹体蒙皮对太阳/天空背景红外辐射的反射[1]。

根据这样的现状，要缩减空空导弹的红外信号特征，可重点从以下几方面入手：① 采用特殊材料对发动机进行隔热， 减少其传给弹体的热量;② 在弹体不同部位涂覆合适的隐身涂层，以降低弹体表面的气动加热及其对背景红外辐射的反射，或者改变红外辐射的波长;③ 对发动机喷管进行局部修形，加速热喷流与冷空气的混合， 降低排气温度;④ 在燃料中加入特殊添加剂，以抑制、改变尾焰的红外辐射频带，避开敏感波段;⑤ 进行合理的弹道规划，当处于动力飞行段时，尽可能增大弹体对发动机喷管/尾焰的遮挡面积;⑥ 接敌过程中如果条件具备，尽量利用云层遮挡弹体，以干扰敌机红外告警系统的探测跟踪[1，11-15]。