本文原载于《兵器》杂志2024年10月刊,原作者宁浩。转载时重新进行了二次内容完善及编辑、补充部分插图,与军迷同好一起分享。个人认为《兵器》是一本专业、客观的军事杂志,推荐持续订阅,丰富自身的军事及政治知识。将家藏杂志数字化保存同时进行转载的文章,虽多年份较久,但已足够为普通网友提供专业的军事基础知识,掌握足够的军事基础知识才能正确和客观的审视当下发生的国际军政事物和观点。
前言:
“不死鸟”曾经是世界上射程最远的空对空导弹,是美国海军航母舰队最重要的防御武器。它也是全世界第一种量产型主动雷达制导空对空导弹,是为机动性不突出、但机载设备足够先进的重型战斗机提供一种可在视距之外截击敌机的高效武器,是美制F-14战斗机的专属武器,由美国和伊朗装备使用。
“不死鸟”开创了量产型主动雷达寻的技术,具有190千米的长射程和高达马赫数5的飞行速度。该型号是第二次世界大战后美国研制并装备使用的第一种远程空空导弹,也是世界上第一种进入现役的主动雷达制导并具有发射后不管和多目标攻击能力的远距空对空导弹。
2004年9月30日,美国海军安排“不死鸟”导弹全面退役,伊朗成为唯一仍在使用该导弹的国家。
图示:YF-12 是美国洛克希德公司臭鼬鼠工厂在 20 世纪 60 年代研制的三倍音速高空截击机原型机,共生产 3 架,虽未量产但创造了速度和高度世界纪录,是 SR-71"黑鸟"侦察机的技术前身 。GAR-9导弹
“不死鸟”导弹的发展史可以追溯到美国空军从上世纪50年代末期为XF-108“轻剑”战斗机与YF-12战斗机研制的AIM-47“猎鹰”导弹与AN/ASG-18火控雷达系统。
AIM-47导弹是一种主动雷达制导远程空对空导弹,由休斯飞机公司研发生产,计划成为XF-108战斗机和YF-12战斗机的主要空战武器。但是因XF-108和YF-12战斗机计划被取消,只生产了少数预量产型导弹作为测试评估用。
虽然AIM-47导弹量产计划被取消,但其研发成果却被完整保留了下来,并被成功转移到“不死鸟”导弹计划中。
正在进行检测的YF-12战斗机,其机头安装了AN/ASG-18火控雷达。
“猎鹰”AIM-47A
上世纪50年代初,随着苏联轰炸机群攻击美国本土的威胁越来越大,美国空军提出一种高速、远程、全天候高性能战斗机搭配远程空对空导弹的需求计划,计划名为试验性远程截击机计划。该计划主要包含截击机、机载火控雷达系统和远程空对空导弹三种主体设备。
1957年4月,休斯飞机公司以GAR-X导弹和YX-1机载火控雷达系统参与LRI-X计划竞标并最终脱颖而出。最初的导弹设计射程25千米至40千米,配备常规弹头或W42核弹头。1958年4月,北美公司XF-108“轻剑”战斗机成为LRI-X计划的最终获胜者。
XF-108“轻剑”战斗机效果图
同一天,休斯公司的GAR-X导弹和YX-1机载火控雷达系统被重新命名为GAR-9和AN/ASG-18。1959年9月,F-108战斗机计划被取消,但美国空军仍决定继续发展GAR-9导弹和AN/ASG-18火控雷达系统。
GAR-9导弹最初打算使用阿罗杰特-通用公司XM59固体燃料火箭发动机,其最高飞行速度可达马赫数6,射程为25至40千米。它采用半主动雷达制导,近炸引信高爆弹头或W42型核弹头,弹长约3.82米,直径0.343米,翼展为0.838米,弹重约371千克,弹头重45千克。
然而,在发展过程中因该发动机出现问题,导致其被洛克希德公司的XSR13-LP-1固体火箭发动机替换。新发动机能提供的冲量较小,最高速度为马赫数4,但导弹射程扩大到了160千米。由于射程增加导致原设计的半主动雷达探测距离无法达到导弹的射程,休斯公司于是改变设计,将导弹改为主动雷达制导。
新设计的主动雷达制导系统可以锁定116千米距离外,雷达截面积9.3平方米的目标。导弹发射后先由机载雷达进行目标指示,导弹飞行100千米后再启动弹载主动雷达制导系统进行目标指引。
此外,新设计还考虑增加红外制导导引头以提高目标命中率,导弹将拥有双重制导模式。但是这样会使导弹重量增加82千克,弹体直径增加5.08厘米。XF-108战机武器舱根本无法容纳体积如此大的导弹,增加红外制导系统的计划因此也被迫放弃。
1958年,GAR-9导弹又放弃使用W42核弹头,只使用45千克重的高爆弹头。1959年9月,因原型机生产进度缓慢导致美国空军非常失望,再加上采购费用可能超出预算导致XF-108战机生产计划被取消。但是美国空军仍决定划拨经费继续研发GAR-9导弹和AN/ASG-18火控雷达系统。
AIM-47A导弹
1960年,洛克希德公司开始开发YF-12战斗机,该战机成为F-108战机的低成本替代品,而GAR-9导弹和AN/ASG-18火控雷达系统也被转移到YF-12战机计划中。YF-12战机将在驾驶舱后方配备四个机腹弹舱,一个弹舱安装有电子设备,另外三个弹舱各携带一枚GAR-9导弹。
YF-12机腹弹舱内可挂载3枚GAR-9导弹。
为配合YF-12战机的弹舱,GAR-9导弹修改了弹体构造,将固定式尾翼改成折叠式尾翼以减少弹体直径,同时导弹重量变轻为365千克,新导弹被命名为GAR-9A。
从1961年8月起,GAR-9导弹开始进行地面平台发射测试,自1962年5月,开始进行空中发射测试。YF-12原型机挂载GAR-9A导弹共进行了七次试射,其中六次命中目标,唯一一次失败是因为导弹动力系统出现故障。YF-12战斗机最后一次发射GAR-9导弹实验是以马赫数3.2的高速在22677米高度发射,并成功击落一架位于152米高度的JQB-47E靶机。
1965年,美国空军决定由洛克希德公司生产93架F-12B量产型战机。但是因为越战所需军费及美国本土面对的主要威胁不再是越过北极的轰炸机群而是洲际导弹,于是在1966年,F-12B生产计划被取消了。
根据1962年美国三军航空器命名系统,美国空军将GAR-9A导弹命名改为AIM-47A。XB-70“女武神”轰炸机被设计能携带AIM-47A作为自卫武器。但是在苏联部署高性能地空导弹后,通过高空突防对苏联发动攻击变得不切实际,XB-70超音速轰炸机计划随即也被取消了。
北美航空XB-70“女武神”轰炸机
在短暂的发展过程中,休斯公司共制造了80枚预量产型AIM-47A导弹供YF-12战斗机、B-58轰炸机等发射平台做测试评估。
因AGM-45“百舌鸟”导弹只有40千米的近距射程,1966年,美国空军决定研制远程重型反辐射导弹,用于对抗越南部署的地空导弹雷达系统。新反辐射导弹打算使用AIM-47A的弹体、采用AGM-45“百舌鸟”导弹的被动雷达导引头和Mk81炸弹的110千克重弹头。美国空军虽然给予新命名AGM-76“猎鹰”反辐射导弹,但是最终还是没有正式生产。
AN/ASG-18机载火控雷达系统是美军第一种脉冲多普勒雷达,也是第一种可以边搜索边跟踪多个目标的机载雷达系统(但不具备多目标锁定能力),并与红外搜索跟踪系统配套使用。从理论上讲,在21336米的高度发射导弹,AN/ASG-18火控雷达系统能够探测“从海平面到30480米高空飞行的所有采用吸气式推进器飞行的目标”。
YF-12战斗机的后座成员负责操作AN/ASG-18雷达。该雷达是世界上第一种可以实现下视下射能力的火控系统。
AN/ASG-18火控雷达系统的探测距离在322千米至482千米之间,在160千米外可靠地探测轰炸机大小的目标。例如,可在任意高度、185.2千米外的地方探测到B-47轰战机大小的目标。该雷达具备下视和上视功能,但一次只能锁定一个目标,这是因为在那个年代机载计算机性能还极为有限。整套雷达系统包含41个独立的组件,体积庞大,总重达到953千克,占满F-108机鼻内的大部分空间。
而关于红外搜索跟踪系统,如果是从飞机尾部探测,F-108战机携载的IRST系统能够在13716米的高度上侦测到距离64.45千米处约B-47大小的目标发动机尾焰。如果是迎头探测的话,其对轰炸机目标的探测距离仅为19.1千米。不过在任何方向上,该系统均可在约142千米处探测到以马赫数3速度飞行的轰炸机目标,这是因为超音速飞行气动加热作用导致的蒙皮升温非常明显。
在XF-108战机的开发过程中,AN/ASG-18雷达和AIM-47导弹首先在大幅改装的B-58“盗贼”轰炸机上进行测试。为安装雷达,机头加长了近2.13米,红外搜索跟踪系统安装在前机身的两侧,导弹安置在机身下部的特制吊舱中。机鼻巨大的天线罩外突形状被昵称为“史努比”(Snoopy,这是美国漫画《花生豆》中的角色,原型为米格鲁猎兔犬,其鼻子可能有点像改装后的B-58轰炸机的机鼻)。
用于测试AN/ASG-18雷达和AIM-47A导弹的B-58“史努比”机如今废弃在爱德华兹空军基地附近。
在改装的B-58“盗贼”轰炸机开始对导弹和机载雷达系统测试空中之前,XF-108计划被取消了。但是从1960年到1963年,导弹和雷达系统继续在“史努比”机上测试,后来被转移到YF-12截击机上继续测试评估,而到1966年,YF-12战斗机计划也被取消了。之后,休斯公司仍继续改良该系统直到参与TFX计划,推出改良版本,新雷达被命名为AN/AWG-9。
休斯公司为AIM-47空对空导弹设计了折叠弹翼的改进型。
变身海军型号
在上世纪60年代,为应对当时苏联轰炸机或潜射远程反舰导弹威胁,美国海军提出VFAX多功能战机计划,寻求发展一种续航能力高、火力强(配备四枚以上远程空对空导弹)、全天候舰队防空战斗机以保卫航母战斗群。时任美国国防部长麦克纳马拉要求美国海军与空军共同参与TFX计划以发展出各自所需战机,以节省研发成本,美国空军的需求是发展一款能够全天候、以低空高速进行远程攻击的战术轰炸机。
虽然美国空军方面原定和AIM-47导弹与火控雷达系统配套的超音速截击机计划相继被取消,但导弹与雷达系统已完成了测试评估,作战性能达到美国空军的要求。在这种情况下,休斯公司仍持续进行工程改良,将AN/ASG-18雷达系统朝减少重量、缩小体积、增强系统可靠性、提升性能的方向发展,AIM-47导弹朝着采用固态电子元件提高可靠度、减少发射前准备时间、增强主动雷达制导系统性能的方向发展,目标是能安装在重型战斗机上使用。
1967年,TFX计划的F-111B被选定为美国海军版本的舰队防空战斗机,美国海军接纳了AIM-47导弹系统技术储备(早先研发AIM-47导弹系统是空军出钱出力)并配备在F-111B截击机上面。至此,AIM-47导弹的放大发展版被命名为AAM-N-11,后改名为AIM-54“不死鸟”。AN/ASG-18改良版被改名为AN/AWG-9。
左:XGAR-9/XAIM-47A 右:XAIM-54
图示:1966年9月8日一枚XAIM-54A空对空导弹从用作试验台的NA-3A攻击机上发射,这架天武者”已配备AWG-9雷达。背景中可见一架伴飞的F-9J“美洲狮”战斗机。
但因为F-111B性能不足,也没有海军所需的近战格斗能力、超重,且没有找到解决方法。1968年初,美国海军提出新VFX计划(即之前VFAX计划的延续),符合舰队防空战斗机需求的飞机竞标厂商开始新一轮角逐。1968年12月,通用动力公司的七架预量产型F-111B未通过海军测试,美国海军取消了海军版TFX生产计划,F-111B则被用于AIM-54导弹和AN/AWG-9雷达的测试平台。
最后在1969年1月,格鲁曼公司的VFX机型竞标成功,并搭配AN/AWG-9雷达和AIM-54导弹,这就是大名鼎鼎的F-14“雄猫”战斗机。AIM-54导弹系统性能强大,能同时跟踪24个目标并能同时攻击其中6个目标。
1972年4月初,F-14战机搭载AN/AWG-9火控雷达系统首次试射“不死鸟”导弹,在后续测试中,美国海军对F-14“雄猫”战斗机、AN/AWG-9雷达、AIM-54导弹的组合成为航母战斗群在320千米外的防空圈所呈现的强大战力非常满意,AIM-47导弹最终修成正果,并在F-14“雄猫”战斗机上找到归宿。
“不死鸟”导弹最初的型号AIM-54A于1973年开始小批量生产,1976年开始F-14“雄猫”战机+AIM-54A导弹的组合作战系统开始具备初始作战能力。随后在上世纪70年代末,休斯公司开始对“不死鸟”导弹进行大规模改进升级,改进重点主要是提高了导弹抗干扰性能和高空适应性。经过改进的C型安装有新的主动雷达引信和高推力发动机。
美国海军F-14战斗机试射AIM-54空空导弹
在前后发展过程中,AIM-54远距空对空导弹共发展出AIM-54A/B/C/C+或ECCM/Sealed四个作战型号和其它训练以及性能测试型号,总计生产超过5000枚。
AIM-54先后发展出A,B,C,C+或ECCM/Sealed等型号。A型是初始服役的型号,采用半主动雷达加末端主动雷达制导。B型是小改型号,没有服役。C型是大改型,改进了雷达引导头,惯导系统,自动驾驶系统,换装新的战斗部等。C+或ECCM/Sealed型是C型进一步改进版,增强了抗干扰能力和更新更现代化的电子设备。
AIM-54A的结构
AIM-54A导弹长约3.9米,弹体直径0.38米,翼展0.9米。A/B型重量443千克,战斗部重量60.33千克,有效射程A/B型约135千米。最大飞行高度约24800米,最大飞行速度约为马赫数4.3。动力装置采用为洛克达因MK47或阿罗杰特MK60单级固体燃料火箭发动机。AIM-54的战斗部重达60千克,创下当时空对空导弹中最重的纪录。
伊朗装备的是AIM-54A基本型导弹,采用MK11 Mod3型无线电近炸引信。伊朗的版本,引信经过改进,目标探测能力有了很大提高,导弹战斗部对小型目标的杀伤力大大增强了。
AIM-54A与早期的AIM-47“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雷达制导舱、战斗部舱、发动机舱和控制舱。制导舱安装的是主动制导雷达,制导方式为雷达制导、初始阶段为预编程序,中段制导为半主动,末段制导为主动脉冲多普勒寻的。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。
发动机的喷流通过4根燃气导管穿过控制舱,从尾喷管喷出。在最后的控制段上有4片操纵舵面,每片都与一片弹翼对齐。“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3.8,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。
AIM-54导弹可以在F-14飞行途中就先行启动。可是导弹的电子系统产生的热量很高,如果不加以冷却,会让弹体发生融化或者是起火的现象,甚至影响到F-14的安全。因此AIM-54A和早期的AIM-54C都需要外部冷却。冷却剂瓶储存在F-14的LAU-93A适配挂架上,AIM-54则挂在LAU-132A挂架上。
F-14机翼使用LAU-132挂架挂载AIM-54A导弹。
开机后把冷却液传输到导弹上,将废热带走,以保证导弹能够正常使用。这带来了更多的外部重量和额外的复杂性。这影响到发射前的准备工作,同时无法避免冷却液泄漏的问题。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。
1980年,AIM-54A型空对空导弹停产,至此共生产了2580枚,研制费4.5亿美元,采购费9.5亿美元,导弹单价45.8万美元。
1985年,在帕塔克森特河海军航空站的一次开放日活动中,一架F-14A的机腹挂载了AIM-54A导弹。
AIM–54B
AIM-54B并不是正式生产型,仅仅只是以改装套件在维修单位直接改装的快速应急版。改进部分包括改变控制翼面使用的材质,用钢片弹翼取代了蜂窝材料弹翼。以及使用无液体的液压系统,简化了导弹的冷却机构。
此外,伊朗政权快速变换并且与美国关系快速恶化,基于伊朗可能将导弹科技交给苏联的顾虑,AIM-54B也对软件做出修改,以避免苏联有机会借由取得伊朗的A型导弹而加以破解。
AIM-54B发展工作于1972年1月开始。制造了7枚X-AIM-54B导弹用于测试,其中6枚是通过修改试验生产的IVE/PIP弹。在两次成功的试射之后,发展该型导弹的计划被取消,因为“不具有成本效益”。值得一提的是,美国海军并没有在官方文件中把这种改进型称为AIM-54B,要么是由于产量太少,要么是被当成AIM-54A的子型号。
AIM–54C
AIM-54C于1977年开始研发,1979年进入测试。技术验证在1982年5月实施,同年11月完成,操作验证在1983年3月开始,同年8月完成,所有测试到1985年完成。1981年有30枚测试导弹交给海军进行验证的工作,1983年进入量产阶段。可是1984年发现有一枚导弹的质量有问题,导致生产计划推迟。AIM-54C在1986年开始取代AIM-54A进入美国海军服役。
AIM-54C
C型重460千克,射程约184千米,飞行高度可以达到30500米,最大速度马赫数5。AIM-54C的制导、控制和自动驾驶系统经过了彻底更新,使用了全数字化的WGU-11B制导系统和WCU-7B控制系统,具有可编程信号处理器和惯性导航系统,大大改善了电子反对抗措施能力。
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-29/B预制破片战斗部,杀伤威力提高了20%至25%。导弹改用摩托罗拉公司生产的DSU-28C/B引信,强化导弹在不同高度正确引爆的能力。
AIM-54C型导弹升级部件示意图。
美国海军表示,在C型服役以前,“不死鸟”导弹很难拦截高空发射、超音速俯冲攻击的苏联反舰导弹,新型导弹彻底弥补了这个漏洞。AIM-54C从1979年8月开始试验,1982年生产型投产,1986年形成初步作战能力,截至1992年共生产约2550枚。
1997年,“乔治·华盛顿”号航母上的军械员将一枚AM-54C导弹移过飞行甲板。
AIM–54ECCM/Seal
“不死鸟”最后的改进型号为AIM-54C+或称为AIM-54ECCM/Seal,包括使用可编程化存储器,来自AIM-120导弹的行波管放大器(提高10倍的输出能量)、新的低旁波瓣天线、提升导弹的反电子干扰能力。同时对C型的制导系统增加了封闭式制冷系统,也称“封闭型”导弹,不再需要使用冷却剂冷却。这一改进使导弹的数字式电子组件的工作温度范围更宽。但因为AIM-54ECCM/seal没有加装冷却剂,因此携带这种型号导弹的F-14不能超过指定的空速。
AIM-54ECCM/seal的技术验证在1985年6月完成,操作验证在1988年7月完成。该型导弹从1988年开始部署,但具体生产数量不详。除了新生产的导弹以外,部分服役中的AIM-54C利用改良套件提升为AIM-54ECCM/Seal型。
F-14机翼使用复合挂架可同时挂载AIM-54C“不死鸟”导弹和AIM-9“响尾蛇”导弹。
AIM-54系列还包括测试、性能评估、地面训练和飞行训练专用型的导弹,分别被命名为ATM-54、AEM-54、DATM-54和CATM-54。其中机载型号都包含了A/C版本,而DATM-54型导弹则没有发展出C型,因此DATM-54A也适用于AIM-54C地面处理培训。ATM-54是用于射击练习的带有惰性弹头的版本,CATM-54是用于目标捕获练习的俘获(非发射)版本,而DATM-54是用于地面操作训练的假导弹。AEM-54是一种用于测试和评估目的的带有特殊遥测电子设备的变体。
“海不死鸟”
除了上述版本,还有一款胎死腹中的舰载型导弹,即“海不死鸟”导弹。该导弹是美国海军于1970年提出的“不死鸟”舰载型的方案,作为早期版本的“海麻雀”点防御系统的替代方案。设计目标中还包括将为小型或非宙斯盾舰(如航空母舰)提供中程防空导弹能力。“海不死鸟”系统采用AN/AWG-9雷达的改进型舰载雷达。
“海不死鸟”导弹不仅性能有优势,而且技术是现成的。研制“不死鸟”导弹的休斯公司宣称,导弹和雷达几乎不用修改,整个系统的29个主要组件有27个可以直接安装在军舰上。“海不死鸟”防空系统还具备扩展能力,12枚导弹的发射装置可以扩充到24枚或36枚。每套系统都配备一套独立的作战系统,将包括一部AN/AWG-9雷达,配套指挥控制设备和战术显示器,以及一个固定的12单元导弹发射装置。
“海不死鸟”系统示意图。
按照计划,航母上将安装三个导弹发射装置,可以提供360度全方位无死角防御。这样,一艘航母可以装备36枚“海不死鸟”舰空导弹。AN/AWG-9雷达能够在边扫描边跟踪模式下同时跟踪多达24个目标,攻击其中的6个目标。每架F-14战机最多只能携带6枚“不死鸟”导弹,而“海不死鸟”系统可以装填更多的导弹,充分发挥AN/AWG-9雷达的高超性能。
1974年,AN/AWG-9雷达的舰载版本(第14个该型雷达生产样机)在“惠灵”号试验舰上进行了测试。根据美国陆军作战部队杂志的一份报告,它“成功地从甲板上探测和跟踪了多个高低空飞行的目标”。在多目标飞行测试中,五架飞机在目标区域飞行并成功被跟踪。
1974年,AN/AWG-9雷达舰载版在“惠灵”号试验舰上进行测试。
1975年夏天,美国海军又在加利福尼亚州中国湖海军武器研发中心的陆地上用“幼畜”导弹发射装置试射了一枚“不死鸟”导弹,导弹飞行了90秒,射程22千米,最大射高为6100米。未经证实的报道表明,AN/AWG-9雷达也在加利福尼亚州穆古角的一个集装箱货车上进行了测试。这很可能与陆基移动版“不死鸟”导弹有关,据报道是为美国海军陆战队设计的。
虽然“海不死鸟”导弹在防空和反导防御能力方面也比“海麻雀”更强,但由于涉及的高成本,它的发展被放弃了。此外,“海麻雀”具备中近距离点防御能力,但“海不死鸟”在对抗近距离机动威胁时价值有限。此外,AWG-9雷达安装在航母两侧的低处,在探测地平线上低空飞行的威胁方面将受到严重限制。
美国海军最终未能选择“海不死鸟”舰空导弹,而是选择了RIM-162“改进型海麻雀”。尽管和“海不死鸟”相比,“改进型海麻雀”根本算不上先进,但后者却能直接利用现有的“海麻雀”发射装置。再加上,由于护航战舰的区域防空导弹和F-14战机已经提供了强大的外部防御层,因此没有必要在航母上重复建设。
RIM-162“改进型海麻雀”
随着大名鼎鼎的宙斯盾作战系统的到来,“海不死鸟”的多目标远程交战能力的价值也被大大降低。同时,“海麻雀”在引入多个制导雷达并与舰艇作战系统完全集成后,也获得了多目标交战能力。
随着军事形势的巨变,AIM-54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,此后相当一段时间内,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-54导弹只能用于F-14,因此它的命运就只能与“雄猫”紧紧相连。
到2006年F-14正式全部退役之时,AIM-54早就于2004年9月30日正式退役。F-14/AIM-54组合退役后,舰队防御任务将由装备AIM-120C/D导弹的F/A-18E/F“超级大黄蜂”承担。(未完待续)
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