2023世界小型低成本精确制导弹药技术现状及发展趋势.docx
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1、2023世界小型低成本精确制导弹药技术现状及发展趋势目录摘要1前言2?国外微小型导弹技术发展分析5?实物5?国外微小型导弹发展现状7?“长钉”导弹可实现对集群目标的高效费比作战7?“长矛”导弹显著改善步兵火力不足的问题8?“微型直接碰撞杀伤”导弹用于防空和对地作战8?微小型导弹关键技术分析9?优化气动布局设计提升导弹飞行速度与射程9?采用捷联惯导实现制导控制系统微型化、低成本9?研发低特征信号固体火箭推进剂提高导弹发射隐蔽性9?微小型导弹发展趋势IO?实现通用化、模块化、低成本,满足未来作战需求10?加速微惯性传感器发展与应用,进一步提高打击精度10?提高网络化、智能化水平,开发战场运用新模式
2、11?打击精度11?机动能力15?毁伤能力184.1.概述18?杀爆战斗部18?聚能破甲战斗部19?多功能战斗部20?成本因素20?结束语22摘要针对小型低成本精确制导弹药技术发展中遇到的关键问题,从技术途径、成本工程以及产业发展等角度分析影响该类弹药产品发展的主要因素,重点从射程能力、机动能力、打击精度、毁伤能力和成本控制等方面对该类武器的发展现状和趋势进行分析,研判出成本低廉、杀伤可控、作战灵活、打击高效将是小型低成本精确制导弹药的发展方向,最后针对该领域的技术现状给出该类武器的技术发展建议。可以看出,在关注技术指标发展的同时,应兼顾弹药的低成本化和综合性价比,从市场需求和质量控制两方面把
3、控弹药总体性能,以满足未来小型精确制导弹药的国际市场需求。前言随着世界多极化和军事斗争复杂化的发展,在以中东以及东南亚等地区为代表的局部地区冲突和反恐战争中,无人机及其挂载的小型空地导弹成为被大量使用和消耗的武器产品。早期,参与空袭的无人机数量和空袭次数有限,随着时间的推移,这种局面逐渐发生变化,尤其是在阿富汗和巴基斯坦边境地区空袭次数明显增加。20042005年间,无人机系统空袭只发生1次,2006年和2007年分别发生了3次和5次。而随后几年,无人机的空袭次数突然增多,到2016年中东的空袭次数就达到了12896次,2017年这一数据则上升到了17861次,如图1所示。2OO4-252OO
4、620072829201020162017图1世界局部冲突中无人机空袭次数另一方面,2013年至2018年3月31日,美军在阿富汗的作战行动中累计投射至少1,2954枚空地弹。2012年2016年,无人机导弹市场价值总共达到595亿美元,在此期间市场总额稳定增加。市场的巨大需求促生了小型低成本精确制导武器的爆发式发展。先从弹药本身性能对世界主流国家代表产品进行分析和对比,在此基础上,从成本工程和产业发展角度对该领域进行简要分析,分析未来发展趋势。调研了包括美国AGM-176、AGM-Il4、GBU12宝石路,中国AR系列、飞腾系列、蓝箭系列和天雷系列等,结合军贸销量、市场占有率、综合性能等多种
5、因素考虑,甄选国内国外代表产品进行对比。国内相关主要产品信息如表1所示,对应外形如图2所示。表1国内小型空地反坦克导弹信息表(a) AR-I(b)蓝箭-7(c) AR-2三参铲、AR-IAR-2as-7TL-2弹KZm1.51.21.781.5外径mm18018017080质量kg45204516射程Zkm10875飞行马餐数1.1惮道高度500m-5000m导引头SALSALSALSAIVMMW打击箭度1.5m(捷联SAL)/2m(对应平台/SALIRZ11MMW)售价11万美元4万美元14万美元/搭我机型CH-3,CH-3A,CH4CH4翼龙.CH4A翼龙.AS-209(d)TL-2图2国
6、内四款典型空地反坦克导弹同类型产品国际上以美国的AGM-114和AGM-176最为成功。其主要特征参数如表2所示,外形如图3所示。一(a)AGM-114(b)AGM-176图3两款典型空地反坦克导弹表2国外典型小型空地反坦克导弹信息表型揩参数、AGM114地狱火ACMI76新舞弹tm1.71弹径mm178140质量kg455020射程Zkm81520(空射)/5.5(地面)飞行马赫数1.150.7弹道高度/m5-50导引头SALSAL打击精度/m1.51停价20万美元11万美元搭载机型海陆空多类发射平台海陆空多类发射平台国外微小型导弹技术发展分析实物图4“长钉”导弹家族图5洛马公司的“微型直接
7、碰撞杀伤”导弹图6雷神“长矛”导弹图7“长矛”导弹近年来,随着反恐等低烈度军事行动对打击低价值目标需求的增长,微小型导弹应运而生并成为发展的新热点;微感知、微处理、微控制、微动力、微集成等微系统技术的进步,为微小型导弹快速发展不断注入新的动力。目前,微小型导弹发展成果主要出现在美国,其中,美国的“长钉”导弹、“长矛”导弹、“微型直接碰撞杀伤”导弹等,在弹体尺寸、制造成本、作战能力等方面都展现出明显优势,成为精确制导武器发展的一个新方向。国外微小型导弹发展现状从目前美国的发展情况看,通常微小型导弹的弹长小于1米、质量不超过5千克,主要采用手持发射或地面发射,用于打击步兵装甲目标,或防御火箭、火炮
8、、迫击炮、无人机等低成本目标,具有价格低、重量轻、威力大、精度高的特点,在摧毁目标的同时能减少附带损伤,可用做单兵便携式武器或战术无人机的武器装备。目前还在致力于缩小导弹尺寸、提高打击精度、降低作战成本、实现多用途化。i电翻“长钉”导弹可实现对集群目标的高效费比作战“长钉”导弹由海军空战中心武器分部设计研制,主要用于打击轻型装甲车、建筑物、小型舰艇、小型无人机等目标,还可用于应对日趋严峻的小型舰艇集群、无人机集群等威胁。“长钉”导弹弹长63.5厘米,弹径5.625厘米,重2.3千克,射程3.2千米;采用电视制导,可实现发射前锁定、发射后不管;可采用地面固定发射、空中无人机发射或士兵肩扛发射多种
9、发射方式;动力装置为低烟固体火箭发动机,发射时不产生火光及烟尘。该导弹大量采用其他导弹的零部件及商业器件,批产成本低,单价不超过5000美元。美军已对“长钉”导弹进行了多项试验,验证了其对地面机动目标和无人机的打击能力,目前还在继续改进升级,以进一步提升作战效能。画翻“长矛”导弹显著改善步兵火力不足的问题“长矛”导弹由雷神公司自行研制,是目前世界上尺寸最小的导弹,弹长42.6厘米,弹径40毫米,重771克,射程2千米;也是世界上首款由手持武器发射的导弹,可由M320榴弹发射器或EGLM榴弹发射模块发射,打击固定或中慢速移动目标,使单兵具备精确打击远距离目标的能力。“长矛”导弹为半主动激光制导,
10、并采用冷发射,在出膛3米左右后启动火箭发动机,在发射和飞行过程中几乎不产生烟雾,具有良好的隐蔽性。雷声公司和美国军方正在对“长矛”导弹进行实战能力试验。雷声公司计划进一步优化“长矛”导弹的软硬件,并为其配备先进数据链及多种战斗部,以提升打击精度、智能化水平、多任务作战能力。升级后的“长矛”导弹可由水面舰艇、全地形车以及无人机等多种平台搭载。三“微型直接碰撞杀伤”导弹用于防空和对地作战“微型直接碰撞杀伤”导弹是洛克希德马丁公司在美国陆军“增程型区域防护与生存力”项目支持下发展的动能拦截弹,于2015年正式纳入“间接火力防护能力增量2”项目,可与直升机、无人机、单兵发射系统等集成,具备对巡航导弹、
11、无人机、精确制导弹药等多种目标进行战术打击的能力。弹长71.1厘米、弹径4厘米、重2.5千克、有效射程超过3千米,采用半主动雷达制导,加装了穿透增强装置,能在短暂飞行过程中选择目标最脆弱的部位进行攻击,使毁伤效果最大化。该导弹采用了纳莫公司研制的紧凑型火箭发动机,可实现能量的快速转化。洛克希德马丁公司于2016年4月和7月成功进行了2次“微型直接碰撞杀伤”导弹的飞行试验,验证了导弹的机动性、空气动力学性能以及与多任务发射器车载机动发射系统的集成性。微小型导弹关键技术分析为满足微小型导弹对弹体尺寸、制导精度、发射装置、制造成本的要求,优化导弹气动布局、采用低成本制导控制系统、研制低特征信号固体火
12、箭推进剂成为微小型导弹发展的关键。画翻优化气动布局设计提升导弹飞行速度与射程微小型导弹需要在小型化的前提下,获得较大的飞行速度、可用过载和射程,设计合理的气动外形布局十分关键。“长钉”导弹、“微型直接碰撞杀伤”导弹等都采用了鸭式气动布局。鸭式气动布局有利于降低弹重、提高舵的操纵效率、减小舵翼面积,是微小型导弹常用的外形设计。采用鸭式布局的微小型导弹可装配弹出式尾翼或折叠式尾翼,弹出式尾翼可最大化利用发射空间,折叠式尾翼有利于获得更大的升力与过载。微小型导弹可采用两级发动机结构,实现导弹的安全发射与有效射程。第一级发动机采用速燃助推技术,可使导弹安全从发射器推出,这时导弹尾翼张开、保持鸭舵锁定状
13、态,无控平飞至安全距离,然后启动二级发动机,待二级发动机工作结束后,鸭舵展开,导弹进入有控飞行阶段。在有控飞行阶段,导弹主要通过调整舵偏角和攻角,实现弹体的稳定飞行。函:翻采用捷联惯导实现制导控制系统微型化、低成本捷联导引头去掉了惯性平台及随动系统,将惯性元件与弹体固连,具有体积小、质量轻、成本低、可靠性高的特点,是微小型导弹制导系统的首选方案,在以“长钉”导弹为代表的微小型导弹中得到应用。涉及的关键技术主要包括:弹体运动隔离、制导控制系统一体化设计和惯性视线角速率的重构及滤波。捷联导引头的惯性测量单元与弹体固连,导引头的直接测量量包含了弹体运动信息。为获得惯性系下的弹目相对运动信息与弹体视线
14、角及其速率的关系,就需要选择合适的解耦算法对导引头测量量进行坐标变换。此外,由于微小型导弹的射程很短,弹目相对距离小,采用传统制导回路和控制回路分开设计的方案会导致导弹失稳、脱靶量大等问题,制导控制i体化设计可使系统自动补偿制导与控制环节之间的耦合,降低甚至消除不稳定性,提高制导精度。1现翻研发低特征信号固体火箭推进剂提高导弹发射隐蔽性低特征信号是指火箭发动机排气羽流的烟、羽焰的可见光、红外和紫外辐射等特征信号较低,使导弹具有较好的隐蔽性,是研发“长钉”“长矛”等手持发射微小型导弹的关键技术之一。研究低特征信号推进剂,实现推进剂无烟无焰,提升固体推进剂的安全性,是国内外研究的重点。美国开展了低
15、特征信号火箭推进项目研究,旨在提升低烟火箭推进系统的钝感性能,20182023年集中解决碎片撞击、慢烤燃问题,以及药型罩金属射流对导弹推进系统的钝感性能响应问题。目前,导弹固体发动机采用的低特征信号推进剂主要是双基和复合固体推进剂。其中采用含叠氮基的含能粘合剂代替现有的惰性粘合剂而成的叠氮低特征信号推进剂,具有密度大、氧平衡值高、燃气洁净、特征信号低、热安全性高、与含能增塑剂相容性好等优点,已成为低特征信号推进剂的首选。微小型导弹发展趋势无人机作战、城市巷战以及反恐战争对单兵携带高精度制导弹药的需求,推动了微小型导弹的迅速发展。在捷联制导技术、导引头技术、导弹微小型化等关键技术工程化应用方面取
16、得更进一步突破后,微小型导弹有望大量部署,实现高精度、低成本作战。国翻实现通用化、模块化、低成本,满足未来作战需求目前,美军正积极发展“微型直接碰撞杀伤”导弹的多任务能力,实现多平台通用;“长钉”“长矛”导弹更是以低廉的价格成为步兵作战利器。未来,发展微小型导弹首先应考虑通用化、模块化、低成本。开展多平台、多军种通用设计,能实现单兵、地面固定装置、小型无人机、小型舰艇等多方式发射,为各军种提供快速、便捷、机动、灵活的对战术打击能力。采用模块化设计思想和标准化元件,最大限度地使用其他导弹的零部件或商业现货,增强互换性,减少系统结构变动和新研元件带来的成本。日翻加速微惯性传感器发展与应用,进一步提
17、高打击精度面向未来高强度对抗与GPS拒止环境作战需求,微小型导弹惯性测量器件在满足小型化基础上,还需进一步提高精度。目前,不依赖GPS的微惯性传感器成为关注焦点。美国休斯研究实验室计划将哥氏振动陀螺的微机电系统传感器与极精准原子钟的基准频率同步,利用原子超精细跃迁频率的精确性,研制不依赖GPS的惯性传感器。诺斯罗普格鲁门公司正在研制基于MEMS的下一代导航级惯性测量装置的原型系统,以取代美军当前部署的器件,提供更加精确的导航数据。国三提高网络化、智能化水平,开发战场运用新模式目前,微小型导弹主要应用于单兵作战,打击运动速度相对较低的地面目标。未来,在嵌入网络技术与人工智能技术后,微小型导弹的作
18、战运用范围可进一步拓展。一方面,微小型导弹可装备陆海空的小型作战平台或无人平台,利用网络化技术增强与外部传感器的信息交互能力,拓展打击目标的类型与范围;另一方面,微小型导弹可利用人工智能技术发展多弹协同作战能力,成为多对多导弹对抗的手段之一。打击精度导弹打击制导精度是描述制导控制回路制导准确度的量,它是衡量导弹武器作战效能的重要指标。导弹的命中精度首先取决于导弹制导系统的精度,在导弹制导技术充分发展的同时,采取各种措施减小脱靶量、发展中制导技术(射程范围超过导引头工作范围时,如图8所示)和末制导都是提高导弹命中精度的重要途径。影响制导精度的因素主要含两类:一类是导引律不同引起的,另一类是制导系
19、统误差、制导时间常数等系统偏差,噪声、天线罩瞄准误差斜率、目标机动、干扰等随机误差引起的。减小小型精确制导弹药脱靶量,提升导弹的命中精度,主要方法是总体把控导弹精度链分配,研制高精度高稳态导引头,严格控制质心偏移,选择适当的静稳定裕度等。小型低成本精确制导弹药的打击精度分析有其特殊性,由于武器规模、成本、重量尺寸的限制,在导引头体制选择和硬件设计上需总体协调硬件性能水平与成本的限制。当前世界发达国家正在进行一系列科研试验设计工作来改进精确制导武器的光学、光电和雷达导引头。主要途径包括:继续探索和研发精确制导武器导引头的新型技术和结构方案,开发新的元器件和工艺技术,完善导引算法及软件,优化弹载导



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