本文原载于《兵器》杂志年1月刊《告别雄猫》系列文章。本次转载时经重新二次内容完善及编辑、补充部分插图和整理,以与同好共同分享。个人认为《兵器》杂志是一本专业、客观的军事杂志,推荐持续订阅,丰富自身的军事知识。转载其上的一些年代比较久远的文章主要是想让读者以另一种比较独特的视角审视曾经的事物和观点。
出身名门
F-之所以先进,AN/AWG-9火控雷达系统与AIM-“不死鸟”远程空空导弹是两大支柱。而这两者又都来自一个非凡的源头——著名的3倍音速的XB-战略轰炸机和A-战略侦察机(后来的空军型号称为SR-“黑鸟”)。虽然前者仅以试制告终,但两者均为美国航空工业精锐力量倾尽全力之作,为其配套的子系统也都性能超群。
为了与XB-配套,世纪年代休斯公司(现并入雷神公司)就开始研制ASG-脉冲多普勒火控雷达和GAR-9(后改称AIM-“猎鹰”)远程空空导弹。在当时的核大战背景下苏联战略轰炸机发展迅猛,促使美国空军对高空高速截击机情有独钟。
美空军希望它们完全以导弹为武器,专门攻击机动性不强的大型轰炸机。为此,北美公司试图在XB-的基础上缩小成XF-“轻剑”截击机。后因耗资太大于年9月下马。A-初获成功后,“臭鼬”工厂的约翰逊大师立即想到可以改进成防空截击机,并说服空军用ASG-雷达和GAR-9空空导弹装备A-,以对付苏联研制中的超音速轰炸机。
年3月洛克希德公司开始设计AF-截击型,安装了ASG-雷达系统,前端还装有红外跟踪仪,可远距离探测低空飞机。机腹两侧纵向布置4个弹舱,各装1枚射程千米的AIM-。该导弹既可带高爆常规弹头,也可带低当量核弹头。年8月7日AF-首飞,年初就以马赫数3成功试射导弹。生产型F-12B可挂8枚导弹。但年1月被迷信战略导弹的国防部长麦克纳马拉取消。
年下半年美国海军要求休斯公司在AIM-和ASG-的基础上开始研制AAM-N-导弹和AN/AWG-9火控雷达。年6月AAM-N-更名为AIM-54A“不死鸟”。
这两个系统原本打算装备与F-111A同时研制、用于远程截击和舰队防空的F-111B海军型战斗机,但因F-111B结构超重,加之AWG-9遇到困难,遂于年下马。直到年,AN/AWG-9火控雷达与AIM-“不死鸟”空空导弹这对历尽坎坷的项目才在F-身上找到了归宿,从此构成了一对“黄金组合”承担起舰队远程防空任务,保护航母编队免受苏联超音速轰炸机的攻击。
如今,年过去了,这对组合依然杀气未减。即使在机载雷达和空空导弹日新月异、F-即将被替代的今天,除了俄罗斯的少数几种远程型号外,世界上仍然少有能在射程和多目标打击能力上与这对组合叫板的对手。
火眼金睛
AN/AWG-9火控雷达系统由休斯飞机公司雷达系统部制造,到年为止,一共为海军生产了近部,为伊朗生产了部。整机年8月停产,备件年停产。该系统重千克,体积立方米,包括2个供电组件、3个计算机组件、5个信号处理器、4个雷达控制组件、3个发射机组件、3个导弹辅助组件、5个座舱显示组件及天线,输出功率为千瓦,采用1台轻型5400B数字计算机。
根据目标大小不同,AWG-9脉冲多普勒雷达的最大探测距离在~千米之间,但其最大的突破还是在下视下射能力和多目标跟踪/攻击能力。它是最早装有信号处理器的雷达之一,不仅增强了对空探测能力,还能通过模拟滤波方式滤掉地面和海面杂波,从而使机载武器能够打击低空目标,这对探测和拦截掠海飞行的反舰导弹也大有帮助。探测目标最低高度达到米,最大高度米。在最大距离和最宽角度时,该雷达能扫描宽达千米的空域。
AWG-9的多目标跟踪能力是它最值得称道之处。它用边跟踪、边扫描(TWS)模态,能同时跟踪多达个目标,并可同时攻击其中6个,保持了多年的领先地位。这种能力得益于先进的分时技术。雷达探测到目标后,并不连续照射每个目标,而是由火控计算机对每次扫描得到的目标距离和方位数据与上次探测的结果随时比较。如果与已保存的某个回波的预测位置相吻合,则更新这个目标的位置信息;如果没有关联,就确定为新目标。
同时,这个方法还使雷达可以制导多枚在空中飞行的AIM-“不死鸟”导弹。对半主动雷达制导的导弹而言,一旦载机失去对目标的锁定,导弹也就成了无的放矢。“不死鸟”和先进中距空空导弹(AMRAAM)等主动雷达制导的导弹只需要载机偶尔更新目标信息,就能跟踪目标,直到目标进入导弹自己的雷达导引头作用范围。在整个过程中导弹只是间歇性地利用载机的雷达,可使雷达完成更多的任务。
另外,发射导弹前火控计算机还会根据威胁大小排出优先目标顺序,以便优先攻击威胁最大的目标,从而增强了载机在多威胁环境下的生存力。
AWG-9的雷达采用裂缝阵平板阵列天线,直径毫米,与同样大小的抛物面天线相比,不易受干扰,增益较高。它将搜索区域分成水平的条状进行光栅扫描。大范围扫描模式可覆盖宽°的空间,需要秒,最窄的扫描模式覆盖宽°的空间,只需1/4秒。天线上还直接装有2排偶极子,用于敌我识别系统天线。
AN/AWG-9雷达天线上有2个行波管发射机,一个为AIM-7“麻雀”导弹的半主动雷达导引头提供连续波目标照射(此时最大作用距离千米),另一个提供常规脉冲或脉冲多普勒波束,其中脉冲模态包括脉冲搜索(PS)和脉冲单目标跟踪(PSTT),此时最大探测距离分别为千米和千米。
脉冲多普勒模态较为复杂,它包括:
◎脉冲多普勒搜索(PDS):用于搜索目标,可产生距离变化率和方位数据,对雷达反射截面为5平方米的目标,最大探测距离为千米:
◎脉冲多普勒单目标跟踪(PDSTT):能可靠地锁定距离千米外的单个远程目标,并能在千米距离上发射导弹。这种模态下雷达还可以与飞机的光电瞄准装置交联。另外,在这种模态下,利用雷达天线上的干扰角跟踪(JAT)装置,可以测出使用机载电子干扰措施的敌机的距离、速度和方位信息。
◎边扫描边测距(RWS):利用高脉冲重复频率(PF),可产生距离、距离变化率和方位数据,起到发现目标和确定距离的作用。PRF指雷达发射的脉冲数。PRF高,雷达就可以确定目标距离的变化速度,从而确定其接近的速度。
◎边跟踪边扫描(TWS):用于制导“不死鸟”导弹进行多目标交战,此时导弹最大射程为千米。利用先进的分时技术,雷达能同时为6枚“不死鸟”导弹提供中段制导,使它们攻击6个不同的目标。
RWS和TWS模态下最大探测距离均为千米。两者的主要区别是,在RWS模态下.因为还未建立起跟踪文件,AWG-9无法确定攻击方案,但RWS比TWS能扫描更大范围的空域,扫描频率达到2秒。
此外,AWG-9雷达还有其它一些模态。比如垂直扫描锁定(VSL),此时雷达可用宽°的波束自动扫描一个°的垂直面,最低可达机体轴线下方°至上方°,或上方°至上方°范围。这种模态主要用于高机动交战中,一般是在相当近的距离内(约8千米)。在剧烈机动中F-的倾斜角可能达到或超过*,对面的飞机可能会处在相对于自己的垂直面内,因而要向垂直面内扫描。
发现目标后,雷达会自动锁定,并向飞行员提供攻击方案;飞行员快速定位(PRL)实际上是一种采用宽”的波束的瞄准线模态,这时波束基本上固定,由飞行员人为改变飞机姿态来瞄准,直到波束捕获到敌机,雷达会自动锁定。这两种模态下雷达最大探测距离均为9千米。
除控制“不死鸟”导弹外,AWG-9还可以控制发射AIM-7“麻雀”、AIM-9“响尾蛇”导弹、AIM-“先进中距空空导弹”和M61“火神”毫米加特林机炮的射击。
有利就有弊。机载雷达有容易暴露自身位置的弱点,因而F-较早地考虑了被动探测手段,即利用接收目标的微弱信号(如红外信号等)来进行探测。F-14A最早安装了AN/ALR-红外探测装置,可以与雷达交联,也可独立工作,以免过早被敌方雷达告警接收机觉察。但该系统不够可靠,因而从第批次F-14A起,被诺思罗普公司研制的AN/AXX-1电视摄像系统(TCS)取代,仍安装于机头下方起落架舱前的位置。
TCS系统包括1台带有自动稳定镜头的摄像机,图像可以显示在飞行员雷达显示器上方的屏幕上。虽然无法与雷达的探测距离相比,但它的确提供了一种有用的手段,可用于识别超出飞行员目视距离的目标。这在交战规则有限制的情况下特别重要,因为有时会要求必须确认了目标来源后才能开火,这时TCS可能会提供难得的战机。此后,随着红外技术的成熟,F-14D又重新采用了红外搜索与跟踪(IRST)系统。
远程高手
美国最早研制远程空空导弹始于世纪年代的AAM-N-“鹰”,原计划装备海军F6D战斗机,但年代末被双双取消。后来有了AIM-54A”不死鸟”。年样弹YAIM-54A开始飞行测试,年9月首次空对空试射成功。其生产型年开始交付美海军,年装备第1个F-中队,截止年共生产枚。
AIM-54A“不死鸟”与早期的AIM-“猎鹰”类似,都采用正常式气动布局,小展弦比三角形弹翼呈十字形布置,尾部有矩形控制翼面。弹体从前到后依次为制导舱、战斗部舱、发动机舱和控制舱。战斗部舱装有MK11目标探测器、MK334引信(触发引信或多普勒近炸引信)和MK82连续杆式高能爆破战斗部。发动机采用MK47或MK60单级固体火箭发动机,发动机的喷流通过4根燃气导管穿过控制舱,从尾喷管喷出。
“不死鸟”以超音速飞机为主要目标,自身速度也十分惊人。低空使用情况下,火箭燃烧完毕时导弹速度可达马赫数,在高空时则可达马赫数5,试验中导弹机动过载最高达到17g。为解决气动加热问题,其弹体结构采用了由软木及塑料隔离的铝蒙皮,组成轻质量冷却结构。
作战时,“不死鸟”导弹由F-战斗机后舱的武器控制员发射,有边跟踪边扫描发射、脉冲多普勒单目标跟踪发射和空战机动发射3种发射方式。根据不同的战术情况,可以综合运用半主动雷达寻的、主动雷达寻的和自动驾驶仪等制导方式。进行最大射程攻击时,导弹发射后立即在自动驾驶仪控制下爬升,以减少AWG-9雷达强大的发射机对导弹制导接收机的干扰,并使导弹处于最佳气动状态。
在弹道中段由弹头的雷达导引头接替,但仍按半主动方式制导。距离目标千米时,弹上的雷达才进入主动制导,飞行时间可以长达3分钟。据报道该导弹在受到严重干扰、AWG-9雷达无法锁定目标时,还有一种模式,即大半航程由自动驾驶仪控制,只在最后打开弹上导引头。
F-最早的设计要求挂载6枚“不死鸟”,4枚挂在机腹下,2枚分别挂在两侧机翼固定翼套上的挂点。但后来发现这样在着舰时对甲板冲击太大,因而很少采用。典型任务时一般挂4枚“不死鸟”、2枚“麻雀”和2枚“响尾蛇”。
“不死鸟”首次从F-上发射是年4月日,正式服役是年1月日。虽然其性能超群,但值得注意的是:“不死鸟”导弹从未在实战中使用过,因而其优越性能只能从试验中检验。在一次试验中,1枚“不死鸟”在发射后,命中了距离在千米处的目标。年月日,1架F-在米高度、以马赫数的速度飞行时,在秒之内向6架靶机发射了6枚“不死鸟”,4枚直接命中,1枚失败,还有1枚遇到靶机失灵。
在其它试验中,AWG-9/AIM-54A组合多次击中模拟米格-战斗机的“波马克”导弹和模拟图-“逆火”轰炸机的靶机。不死鸟攻击掠海飞行反舰导弹和剧烈机动目标的能力也在试验中得到了验证,年初在加勒比海的美国-北约海军联合演习中,F-14A战斗机发射的AIM-54A拦截并摧毁了1枚“鱼叉”反舰导弹。
青出于蓝
AIM-54A的第一个改进型是AIM-54B,它采用了无液体设计,以简化维护,并将弹翼和尾翼从蜂窝结构改为薄片结构,但性能没有多大改进,因而被军方否定。AIM-54A第一种实用的改进型是AIM-54C.于年开始研制,主要目的是提高作战性能,以便更好地对付苏联的AS-4“厨房”和AS-6“王鱼”空地导弹等年代的空中威胁。
AIM-54C最大的特点是采用全固态电子元件,实现了数字化,同时增大了发动机推力,改进了弹头和引信,使其攻击距离和高度、对付机动目标、小目标和低空目标的能力、电子反对抗能力和识别箔条等干扰源的能力都有所增强。生产中还开始采用新型WDU-/B预制破片战斗部,杀伤威力提高了%~%。AIM-54C从年8月开始试验,年生产型投产,年形成初步作战能力,截至年共生产约枚。
改进“不死鸟”的初衷至少出自于一种担心,即苏联可能已经得到了原来提供给伊朗的AIM-54A。年初,美国又推出了AIM-54C+,主要是对C型的制导系统增加了封闭式制冷系统,也称“封闭型”导弹。这一改进使导弹的数字式电子组件的工作温度范围更宽,且制导舱、控制舱、战斗部舱、信号处理器和天线等部件也都有改进。AIM-54C+于年形成作战能力,但具体生产数量不详。
“不死鸟”导弹价值昂贵,每枚价格高达万美元以上,因而A型和C型都有几种教练型:不带战斗部、用于发射训练的ATM-54A/C;不能发射、只用于目标捕获和锁定训练的CATM-54A/C;用于地面操作和维修训练的模型弹DATM-54A;用于电子测试和评估的AEM-54C。
到世纪年代初,各型“不死鸟”导弹总计生产了余枚,其中AIM-54C约占一半,现役型号全部为AIM-54C和AIM-54C+,剩余的AIM-54A则被储备起来。随着军事形势的巨变,AIM-最初设计时保护舰队免受敌方高速轰炸机打击的任务已不再重要,今后相当一段时间内,拦截低空高速反舰导弹已上升为“不死鸟”的主要任务。但由于AIM-导弹只能用于F-,因此它的命运就只能与“雄猫”紧紧相连。到年F-全部退役之时,“不死鸟”也终究不能“长生不老”。目前,美国海军还没有研制同类型号的计划。
