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人工智能装备的利刃——详解国外无人机载弹药发展情况

军事热搜 作者:互联网收集 热度:435

人工智能装备的利刃——详解国外无人机载弹药发展情况

随着无人机技术与人工智能的日趋成熟,无人机作战应用已由最初的战场侦察、通讯中继向察打一体化发展,从而使得无人机载弹药的研发越来越受到美、俄等军事强国的重视。当前在无人机平台、通信、精确制导等技术高速发展的基础上,无人机机载弹药正向着小型/微型精确制导、远程精确打击等方向发展。其中在研的CVS301 VIGILUS无人机载导弹系统与“远程精确弹药”(LRPM)系统更是旨在进一步提高无人机载弹药的智能化与网络化能力,进而提高无人机在复杂作战环境下的精确打击能力。


美军机载弹药


近年来,美国多次利用无人机作战平台,在阿富汗、伊拉克、也门、索马里等遥远地区执行作战任务。其中,美国的MQ-9无人机自2007年5月服役以来,已经携GBU-12激光制导炸弹、AGM-114“海尔法”空地导弹在阿富汗、伊拉克、也门等各大热点地区执行过数千次“定点清除”行动。据不完全统计仅2015.1~2017.8期间,MQ-9无人机就投放了约1500枚弹药。

图表1:典型无人机载弹药实战案例

MQ-9无人机的成功实战经验,使得美、英、俄等各国更加重视无人机机载弹药的研发,以进一步推动无人机武装化,完成近空火力压制、对敌防空系统压制、战术甚至战略打击等作战任务。

典型的在役无人机载弹药

目前在役的无人机载弹药大多是将现役弹药直接或者技术改进后实现无人机使用,大部分重量在45公斤级以上,如AGM-114P“海尔法”反坦克导弹(也被称为“地狱火”)、GBU-38JDAM制导炸弹以及GBU-49增强型“宝石路”Ⅱ型制导炸弹等。

图表2:典型现役无人机机载弹药技术性能



“海尔法”导弹弹长不超过1.80米,弹径177.8毫米,能够灵活更换各种导引头,主要用于对付主战坦克等高价值目标。“硫磺石”空地导弹是其深度改进型,射程增至12千米(“地狱火”射程8千米),并换装了“毫米波雷达+惯性制导”双模式导引头,不仅抗干扰能力强,而且可以攻击高速移动中的地面目标。

GBU-49增强型“宝石路”II 制导炸弹在GBU-12的基础上加装了GPS/惯性导航装置,具备全天候投放使用能力。

GBU-38“杰达姆”制导炸弹具有提高目标瞄准流程的灵活性与效率的特点,以及由普通炸弹转化为GPS制导炸弹的低成本优势。


“海尔法”AGM-114P+

采用模块化设计,可360度全方位攻击目标,并通过控制弹道提高毁伤能力;

具备全天候、全环境作战能力,MQ-9无人机可装备14枚。

GBU-49增强型“宝石路”II制导炸弹

是一种双模复合制导炸弹,无需辅助的激光指示器,能在全天候条件下完成对目标的精确打击;

能够为洛克希德·马丁公司F-35“闪电”Ⅱ联合攻击战斗机(JSF)提供过渡性的应对移动目标能力。

GBU-38“杰达姆”制导炸弹

由非制导自由落体炸弹加装尾翼制导组件制作而成,装载到MQ-9只需要20分钟;

能够在“海尔法”、“宝石路”等光电制导型机载弹药无法使用的情况下使用。


此外,重量约10~20千克的小型弹药也在被装备使用,如“海德拉”火箭弹、“毒刺”制导弹药、AGM-176 Griffin B反坦克导弹等。


新列装/在研无人机载弹药

近年来,美、英、俄等军事强国对无人机载弹药的研究主要围绕小型/微型精确制导以及复杂作战环境下远程精确打击等方面开展。

(一)小型/微型精确制导弹药

各国对无人机执行攻击任务的需求日益增多,推动了无人机对小型精确弹药发展的需求,从而使得小型无人机机载弹药的研究备受重视,如美国“圣火”、“短柄斧”小型制导弹药等低附带损伤的小型弹药。

图表3:在研无人机机载小型精确制导炸弹技术性能



其中:

■“圣火”能够全天候打击静止与移动目标,主要用于打击轻型车辆与开阔地带人员(杀伤半径约为5米),是对挂载武器重量要求苛刻的平台的理想弹药。

■“短柄斧”制导炸弹不仅非常适合装备侦察型无人机RQ-7“影子”等中小型无人机,还可以用于装备MQ-1C、MQ-9等类型无人机。若采用与“海尔法”反坦克导弹相同的发射装置导轨,一根导轨即可安装24枚“短柄斧”;通过携带吊舱,单机次可装备数十枚乃至数百枚该型炸弹,从而大幅增大打击范围。

“圣火”小型精确制导炸弹

三模引信(包括空爆、触发或延期作用模式),可有效打击多种目标;

已于2012年成功演示验证了该弹药的制导模式、传感器、电子安全与解除保险装置以及多效战斗部,尚在进一步研究中。

“短柄斧”——用于中小型无人机的微型空地精确制导弹药

“短柄斧”由美国ATK公司研制,弹药全长0.6米,约30mm机炮炮弹大小,重威力等同于227公斤的大炸弹;

采用气动布局,弹药总体呈无动力滑翔设计。

GBU-69/B SGM微型滑翔制导航空炸弹(2016年启动研发)

配备了美国雷神公司的theX-Net通信系统,支持动态频率变化,抗无线电干扰,并装有双向数据链,实时更新目标坐标;

模块化设计允许集成各种制导头和战斗部,能够打击不同类型的目标,并将进行无人机投放试验,以及低损害战斗部的演示验证。

微型导弹

为应对具有大杀伤力的高隐蔽性与可移动性武器,微型导弹作为灵活作战并且极其适合无人机携带的弹药,被各国关注,其中美国的“销钉”、“长矛”极具代表性。

“销钉”反坦克导弹,为全球最小导弹,弹长63.5厘米、弹径5.7厘米,弹重仅2.4公斤;“长矛”长42.6厘米,弹径为40毫米,重量约为771克,战斗部270克。

“销钉”反坦克导弹(2016年实弹测试成功击中目标)

采用了非常成熟的微型电视成像制导方式,有效射程超过3公里,装配了美陆军的新型近炸引信(触发或近炸两种模式),附带破坏很小;

光电导引头采用了柯达公司的图像感应器、现役“小牛”导弹的影像处理、跟踪软件和惯性测量装置,以及微烟发动机;

对无人机挂弹架和无人机载设备进行了改进。

“长矛”微型导弹

由美国雷神公司研制,使用了数字化的半主动激光制导导引头,能够自行智能攻击目标,射程为2000米;

可以用于攻击固定目标与慢速运动的中距离目标,可攻击人员目标与轻型装甲车;

采用高爆破片杀伤,杀伤半径为10米。

(二)远程精确打击无人机载弹药

世界上首款专为无人机设计的制导导弹——AR系列

AR系列是我国专门针对无人机特点而研制的导弹,针对性与适用性远远优于传统空对地导弹。

最早的AR-1空对地导弹的特点在于能在5000米乃至更高的高度进行发射,最大速度为1346公里/每小时,破甲能力大于1000毫米,并可击穿厚度为1200毫米的水泥墙;之后为了满足无人机载弹进一步小型化、低成本化、搭载数提升等要求,研发了可采用多种制导方式的20公斤级AR-2导弹,其最高速度为735公里/小时,射程为2~8千米,命中精度小于2米。

AR无人机专用导弹(蓝色为AR-1,白色为AR-2)


此外:

■AR-3巡飞弹弹长2300毫米,弹径280毫米,重量约为100千克,射程为200千米,主要执行防区外敌方火控雷达、警戒雷达的攻击任务;

■AR-4射程为20千米,采用模块化设计,可更换红外导引头、电视导引头、毫米波雷达导引头,侵爆/杀爆战斗部威力巨大,可在7000米高度投射,主要用于针对战场上重型装甲目标、坚固工事等;

■AR-20为智能化、防区外投放低成本小型巡飞弹,重15千克,可以空中巡飞90分钟,装配了视距数据链和视觉惯性导航设备,射程为60千米,抗GPS干扰,对防区外装甲与车辆攻击能力强,命中精度达到1米。

GBU-53/B SDB II——“暴风之锤”滑翔式精确制导航空炸弹

GBU-53/B SDBⅡ由美国雷神公司生产,采用了无动力滑翔设计。

GBU-53/B SDB II滑翔式精确制导航空炸弹


GBU-53/B SDBⅡ长176厘米,直径17.8厘米,重93公斤,弹头重43公斤,打击固定目标时射程为110公里,打击移动目标时射程为74公里,适应各种气象条件,具有低附带损伤。其最大的技术亮点在于采用了中段+末段复合的制导方式,并配备了双向数据链路。

制导模式

中段制导采用 GPS/IMU(有资料称是GPS/INS);

末段制导采用三模导引头,包括毫米波雷达、非制冷红外成像与半主动激光;

配备了双向Link16型、UHF型数据链路两条双向数据链路。

战斗部

配备了低附带损害多效应弹头;

能够攻击多类型目标。

GBU-53/B SDBⅡ能够对坦克、船只、轮式目标进行分类,并优先考虑其攻击的目标,能辨认出履带式车辆与轮胎式车辆,能分辨出军车与民用车,能识别出真目标与假诱饵。未来GBU-53/B SDB II将装备在美国空军与海军的F-15、F/A-18E/F和F-35等战机以及MQ-9等无人机上。

俄罗斯“雷霆”重型滑翔航空炸弹

据2020年2月俄罗斯《消息报》称,俄空军将为“猎人”和“阿尔迪乌斯”配备“雷霆”重型滑翔炸弹。该炸弹射程为60公里~120公里,在打击范围上远超俄军目前装备的制导航空炸弹。

“雷霆”重型滑翔航空炸弹

“雷霆”有三种型号,每种型号的重量都约600公斤。

■9-A-7759炸弹。采用折叠式机翼,配备了小型喷气式发动机,射程可达120公里,其杀伤爆破战斗部的威力相当于两枚250公斤的常规炸弹;

■9-A1-7759炸弹。以补充的杀伤爆破弹头代替主发动机,在发射后射程不超过65公里,但由于爆炸物的重量达到了480公斤,因此其威力超过500公斤常规杀伤爆破弹药的50%;

■9-A2-7759。将杀伤爆破战斗部换成了温压战斗部,能够更高效摧毁防御工事及掩体。

携带“雷霆”滑翔炸弹的隐身无人机能够在不进入敌方防空系统覆盖范围的情况下实施打击。在距离前线400公里至500公里处,攻击敌军机动战术导弹发射阵地、机场、通信站、指挥站等目标;摧毁深藏敌后的设施,包括中短程导弹的发射阵地。

采用机载惯性导航系统以及GLONASS和NAVSTAR卫星信号制导,即使在极限适用范围,炸弹的平均目标偏差也能控制在2~10米。

采用温压炸战斗部,能更有效地击中筑城设施与掩体;

该炸弹装备了自动驾驶仪,可以旋转180度并摧毁在轰炸机后半球的目标。

成功完成S-70“猎人”隐形无人机发射“雷霆”炸弹的测试;

在“阿尔迪乌斯”无人机上整合炸弹的工作尚在进行中。

未来“雷霆”炸弹可以放置在“猎人”无人机的内置武器舱中,也可以挂载到“阿尔迪乌斯”中型无人机的外部挂架上。

“联合空对地导弹”(JAGM)

JAGM全重49千克,长1800毫米,弹体直径180毫米,是一种精确制导武器,主要用于对付高价值的固定、移动和可移动的陆基和海基目标。

JAGM导弹聚能穿甲战斗部


三模式导引头

半主动激光制导(SAL)、红外成像(IIR/2IR)和毫米波(MMW)制导的空对地导弹,可全天候用于各类战场环境;

利用了“海尔法”反坦克导弹导引头的技术,其光学导引头窗口采用不对称偏向设计,以助于高空无人机瞄准目标。

战斗部与发动机

采用了聚能穿甲战斗部;

JAGM导弹弹体后部利用了AGM-114R型导弹的推进系统、弹头与控制系统,降低了成本与技术难度。

三种不同型号的有效射程

Block 1型的有效射程为5.6公里,Block 2型的最大射程增加到12公里,Block 3型可能会使用新的火箭发动机,最大射程可达16公里。

JAGM即将取代美军大量使用的洛克希德•马丁公司的AGM-114“海尔法”反坦克导弹、雷神公司AGM-65“小牛”空对地导弹和休斯公司的BGM-71“陶”式反坦克导弹系统。

美国陆军2016年已经通过MQ-1“灰鹰”无人机携带JAGM进行了实弹测试。地面发射试验中,7发导弹全部击中目标;JAGM仅凭借最初的双模导引头即成功跟踪并摧毁了以32km/h速度行驶的皮卡汽车,证实其攻击地面移动目标的能力优于AGM-114“海尔法”导弹。原计划于2020年5月进入全速率生产阶段,目前尚未见最新消息披露。

(三)提高复杂环境下精确打击能力的新型机载弹药系统

各国在大力发展不同型号无人机机载弹药的同时,也在积极研制新概念机载武器弹药系统,以满足未来的作战需求。

CVS301 VIGILUS无人机载导弹系统

欧洲导弹公司(MBDA公司)2012年启动了CVS301 VIGILUS无人机载导弹系统项目。该项目旨在设想未来导弹系统创新概念,确定武器系统的关键技术,并将其纳入到2030年以后的未来防务市场重点领域。

CVS 301将以无人机为搭载平台,由Armatus一体化通信发射装置、Caelus巡飞弹和Gladius小型空地导弹、一系列反应器和地面综合武器指挥系统组成,能够在防区外针对多个时间敏感目标进行快速灵活定位与精确打击。

CVS 301的指挥系统具有灵活性与强适应性。既可以直接由地面部队协调,在城市和开放地区提供多目标超视距定位;也可以由无人机地面控制站武器系统操作人员控制完成打击任务。

CVS301是一种用于无人机的未来打击武器系统,主要利用巡飞弹提供持久实时的精确定位数据,对于攻击运动中的瞬间目标尤为有效,可提供革命性的近距空中支援,具备网络化协同作战能力,可使无人机具备察打一体化防区外打击能力。

“远程精确弹药”(LRPM)系统

美国陆军已于2019年9月起宣布将寻求一种可由旋翼机和无人机发射的“远程精确弹药”(LRPM)系统。LPRM必须能够启动大规模生产,能够装备目前已部署的以及未来将装备的无人机系统,还需要满足“未来垂直起降”(FVL)系统中“空射效应”(Air-Launched Effects)项目的杀伤力要求。

此外,美陆军对LRPM的性能要求如下所示:

■LRPM系统的射程超过30千米(预期目标40千米),30千米射程下的飞行时间不超过100秒;

■对多种网络类型具有良好适应性,能够在昼夜环境、恶劣气象条件和GPS拒止环境下精确打击静止或者移动的目标,同时有效降低附带伤害;

■系统(包括发射箱)重量不超过90.7千克。

■能有效打击敌方的防空系统、轻型装甲车辆、指挥控制节点和人员。

通过对目前典型现役的无人机载弹药以及美、英、俄等国在研的新型无人机载弹药发展概况的梳理可以发现,各国一方面将现有的制导火箭弹与有人机载反坦克导弹直接使用或者改进升级成无人机机载弹药;另一方面通过采用模块化、多用途战斗部技术等,研发新型无人机载弹药,以实现在最大限度控制附带毁伤的情况下对多类目标执行精确打击任务。其中,美国更是根据其无人机的体系化发展,致力于研发适用于不同无人机的机载弹药,以满足多种作战任务需求。

小结

各国十分重视所研发的弹药与多种武器平台及发射装置的兼容性,将进一步加强导引头与战斗部模块化、制导方式复合化的研究。小型/微型精确制导弹药是当前无人机载弹药研发的侧重点之一。此外,各国还在开展利用计算机指令控制和双路数据链路等技术提高无人机载弹药网络化与智能化能力的研究,以应对目标任务变化,并提高无人机在复杂作战环境下的远程精确打击能力。

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