「弓箭手」空空導彈

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更新時間: 2013-09-04

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「弓箭手」空空導彈 (R-73)俄羅斯的第4代近距格鬥紅外型空對空導彈,北約稱之為 A-11「弓箭手」。該彈是目前世界上最先進的近程格鬥空對空導彈之一,導彈採用了推力矢量控制技術,機動能力很強,可以攻擊高機動的目標。它與頭盔瞄準具一起使用,能以60°離軸角發射。

「弓箭手」空空導彈 -基本資料
「弓箭手」空空導彈「弓箭手」空空導彈

 「弓箭手」空空導彈 (R-73)俄羅斯的第4代近距格鬥紅外型空對空導彈,北約稱之為 A-11「弓箭手」。該彈是目前世界上最先進的近程格鬥空對空導彈之一,導彈採用了推力矢量控制技術,機動能力很強,可以攻擊高機動的目標。它與頭盔瞄準具一起使用,能以60°離軸角發射。除基本型 R-73 M D1和改進型 R-73 M D2外,還發展了一種 R-73 E后視發射型空對空導彈。出口到許多國家。據說中國也要有進口,與性能更加先進的R27空空導彈共同服役與SU27戰機,要與台灣的魔術中程導彈與響尾蛇導彈一比高下。

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「弓箭手」空空導彈 -主要數據

 型號:  AA-11(俄羅斯編號R-73)   
綽號:  「弓箭手」(Archer)   
總長:  2.9米   
直徑:  0.17米   
翼展:  0.51米   
總重量:  105千克   
射程:  3-30千米(向前射),1-12千米(向後射)   
 馬赫數:  2馬赫       
戰鬥部型號:  破片殺傷型戰鬥部    
戰鬥部重量:  7.4千克    
主動力型號:  固體火箭發動機(帶推力矢量控制技術)    
制導方式:  紅外製導    
生產商:  俄羅斯三角旗設計局(研製)    
研製時間:  1980    
服役時間:  1985   

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「弓箭手」空空導彈 -設計特點
「弓箭手」空空導彈「弓箭手」空空導彈

 R-73的設計並沒有拋棄蚜蟲的技術體系,正相反,它的布局仍然是延續蚜蟲的基礎進行一定放大和革新以後形成的。R-73長2900mm,彈徑160mm,翼展510mm,重105kg,戰鬥部重7.4kg。設計相當的複雜,這和蘇聯一貫使用簡單的技術手段獲得武器的習慣有些相左,它作為一個西方四代導彈的衡量標準,奠定了日後近距空空導彈發展的幾項關鍵性

1、雜的氣動布局簡單氣動控制

 R-73採用了一個極其複雜的氣動布局,傳統的鴨式布局有一些缺點,比如前翼舵面迎角大於彈體迎角,高機動大迎角時容易出現早失速現象,導彈設計時必須考慮這個問題,而將舵偏角取值較小,比如早期響尾蛇導彈前翼舵偏角僅12度,這限制了導彈的機動性潛力的提高,蚜蟲上採用複合前翼,在舵面前增加一個固定翼,利用固定翼產生下洗氣流減低前翼舵面的真實迎角,達到擴展舵的可用迎角的目的,舵偏角可達18度,另外固定翼面和舵面組成的一個彎度翼面產生的升力大於單一舵面的升力,使控制力進一步增強,很多西方第三代高機動空空導彈也採用了這樣的設計。R-73更進一步它在前翼之前的彈頭錐面增加了活動風標,活動風標起到兩個作用,一是能夠給前翼提供一個準確的動態的迎角參考位置,能夠讓導彈的控制計算機控制前翼舵面總是工作在最大氣動力的角度而不失速;二是風標本身也是一個前翼它在氣流中的角度和後面的彈翼組合,也能產生一個附加的增升,這個升力增量最大可以達到6-11%,也非常可觀。組合而來的結果是R-73能靠氣動面比西方第三代近距空空導彈獲得大得多的機動性,當時西方主力的響尾蛇AIM-9L型最大過載約22g左右,號稱超級響尾蛇的AIM-9M也僅有30g,而R-73可以達到40G,在AIM-9M對付7g機動目標的包線區域R-73可以對付12G的目標。R-73的尾部彈翼也因為高機動性設計採用了接近長條形的小展弦比類邊條翼,一方面有較大的翼面積來獲得較大的氣動升力,另一方面長弦長也能加強彈體尾部的結構強度,這對增加了推力控制的R-73非常有效。R-73沒有採用西方導彈常用的陀螺舵隨動副翼,它採用阻尼隨動副翼來控制鴨式布局的滾轉,這種布局的阻力較小。 

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2、大離軸發射能力和頭盔瞄準器

第三代近距空空導彈的導引頭視角都很小,一般在2.5度左右,但瞄準線的視角卻比較大,響尾蛇AIM-9L可以達到前向22度,AIM-9M可以達到30度,這個視角和戰鬥機的平顯覆蓋的角度基本一致,西方將導彈的導引頭瞄準和雷達掃描交聯,雷達跟蹤獲得瞄準線,驅動導彈導引頭那狹窄的3度的視線看到並鎖定目標,如果雷達失效或者被干擾,那麼導彈將只能像機炮一樣進行直線瞄準。西方第三代戰鬥機的平顯上使用導彈時用綠色遊動方框代表導彈導引頭的視點,方框的遊動表示導引頭瞄準線隨動於雷達瞄準線,方框移動套住目標后持續1-2秒,導彈鎖定了會變成紅色或者有「嘀嘀」的聲音提示可以發射了。西方也不是不能將導引頭的離軸角做得更大,只是沒有可靠的顯示和瞄準方法,最早在70年代初美國就打算在f15上搭配頭盔瞄準器的敏捷導彈,但技術問題很多,1975年放棄發展。R-73突破了這個技術壁壘,最初型號的視角達到45度,較新的型號達到120度,也就是說新型號的離軸角可以達到60度。這個離軸角的功能擴展一下就顛覆了第三代戰鬥機設計的基礎:能量機動理論。能量機動靠更佳穩定盤旋和更好的加速性獲得優勢,號稱在空戰中最重要的就是保證高度和速度,但這種離軸角大的導彈不需要持續長期的穩定盤旋,它只需要飛機盡量把機頭方向60度內指向目標,就能達成瞄準射擊條件,這樣損失能量但角度指向更快的瞬時盤旋就成為主要的手段,這種盤旋在傳統能量空戰中是被唾棄的,因為它的結果是丟失高度和速度。大的離軸角讓雷達的掃描能力無法支持導彈的瞄準任務,第三代戰鬥機的機械掃描雷達天線在空戰模式下大多只能提供40-60度左右的掃描角,離軸角僅30度,且掃描一遍的時間較長,約2秒,這樣不利於瞬息萬變的近距空戰的鎖定。蘇聯人創造性的利用一個簡單而實用的設計讓導彈能夠很好的發揮。它們在頭盔的護目鏡上畫了兩個帶十字的同心圓,內部的圓視角0.5度,如果目視飛機的翼展充滿它,那麼飛機的距離就是1000米,如果翼展只有一半,那麼距離就是2000米,再小一半就是4000米,而充滿2.5度的大圈則距離只有200米,這是導彈的最小射擊距離,翼展充滿大圈和小圈之間距離有500米。這個設計非常簡單而巧妙,飛行員不用依靠任何設備就能確認大致距離和估測是否在導彈射程範圍內,允許導彈在火控系統反應速度跟不上或者失效的時候使用手工裝填目標距離數據。頭盔上設計了4個磁點,座艙內有6個接收點,可以精確地確定頭盔的位置和轉動方向,它的探測範圍為方位角120度,仰角60度,俯角15度(受機頭的遮擋)。這套系統只在導彈視角內發揮作用,即早期型的60度和後期型的100~120度。頭盔的瞄準線可以和IRST和雷達交聯,通常由這兩種設備提供測距信息,並通過火控計算機解算出導彈的殺傷概率,當允許發射時會有短促的「嘀嘀」聲音提示,當進入不可逃逸區后聲音變成連續音。 

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3、發動機推力控制矢量技術

大離軸發射能力大大擴展了導彈的殺傷區,但隨著離軸角越大,導彈發射后所需要承受的機動過載也越大,採用複雜先進的氣動布局和控制能獲得較高的機動能力,不過導彈在剛發射時的重量比較大,而火箭發動機燃燒完全了以後起碼要讓導彈重量減輕30%以上,再加上發射初段導彈速度往往較低,發動機還沒燃燒完全,重量大,依靠彈翼提供機動控制的導彈初段機動性較差,很有可能因為發射后出現轉向角速度不夠而丟失目標的情況。R-73在本身已經很複雜的氣動布局外增加了導彈的推力矢量控制,能夠讓導彈在發射初段就擁有接近42 度/秒的轉向角速度。 

R-73的氣動布局是鴨式布局,設計推力矢量控制技術相對比較容易,因為推力矢量方向和鴨翼的升力方向一致,考慮到尾部的空間的布局和火箭發動機能量的損耗,三角旗的設計師選擇了在尾部布置4塊擾流片來對火箭噴流進行控制,擾流片技術的好處在於如果不需要矢量控制時,擾流片的存在不干擾火箭噴管的氣流工作,幾乎沒有推力損失,這樣在需要遠射程時導彈的基本性能不會被削弱,當需要推力矢量控制提供額外力的時候,需要力的那個方向的擾流片就切入到噴流中去,利用擾流偏流的方式,獲得噴流偏轉角度,擾流片最大可以獲得接近20度角的噴流偏流,一般在15度左右,擾流片的切入程度不同對火箭發動機推力損失為8-20%不等。 

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4、先進的紅外導引頭

在第三代近距空空導彈中普及了銻化銦製冷點目標角度跟蹤導引頭結構,可以對3-5微米的紅外波段異常敏感。從AIM-9L開始的第三代紅外近距導彈有接近全向攻擊的能力,不過在目標機頭方向除非開加力,否則很難在遠過1000米的距離上探測到,這個距離在迎頭飛行過程中時間少於導彈瞄準所需要的時間,實際是在目標迎頭方向很大一個角度範圍是無法達成攻擊的,所以只是一個假全向能力的導彈,全向僅僅是針對二代必須進入目標尾部而言。 

響尾蛇創造的調製盤調製紅外測角儀是第三代紅外導彈共用結構,這種結構鏡頭聚集的光路上有一塊局部不透明的旋轉的調製盤,這個調製盤會對目標的輻射能量有減半的作用,另外在歸零時,即導彈軸線正對目標時有屏蔽的問題,即所謂信號歸零。R-73採用新型的偏心光機掃描,採用4元十字銻化銦製冷器件,不僅去掉了會遮擋紅外信號的調製盤,增強了探測能力,還因此不會出現信號歸零的盲視現象,抗干擾能力增強很多。西方導彈中法國和以色列的第三代彈採用了類似的設計。R-73的紅外導引頭基本達到點跟蹤導引頭的極限,加上後期的複雜數字處理技術,抗干擾能力上也達到這種結構的極限。從射程上來講,迎頭時R-73和AIM-9M差不多都有4.5(和h=500m)到18km(h=15000m)的能力,但實際上這個時候的射程僅僅是一個理論射程,這類導彈必須在導引頭鎖定目標后才能發射,而這種條件下,AIM-9M的導引頭視力只有1800米,這個距離兩個0.9馬赫迎頭飛行的飛機只需要2秒鐘就能飛到導彈的最小射界上,非常糟糕的是響尾蛇導引頭鎖定目標最少需要接近2秒,實際上根本不可能有能力射擊目標,而R-73這種條件下能比響尾蛇遠22%的距離先探測到目標,而且鎖定發射速度快,能在1.4秒之內完成,勉強可以實現真正的全向攻擊,目標假設為開加力飛行的米格21型飛機。較晚的R-73準備使用經過改進的D80導引頭,具有雙色紅外的功能,抗干擾能力進一步增強,導引頭的數字電路也增加了可預編程的電子電路,據稱紅外成像的導引頭也在實驗中。

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常規的點源目標紅外位標器的發展到80年代基本已經達到巔峰,十字4元偏心掃描的紅外導引頭是目前抗干擾能力最強,探測能力最強的導引頭,有很多第三代紅外導彈都使用這樣的器件,針對點源跟蹤的紅外對抗系統也變得多起來了,激光調製紅外頻閃燈,紅外誘餌彈對點源模式的干擾效果相當不錯,這使得當前的空空導彈面對層出不窮的干擾設備沒有合適的對抗手段,作戰效能在不斷削減。為了更好的抗干擾和增強探測能力,紅外熱成像是一個第四代導彈共同的選擇,成像體制一下就讓所有的點源干擾設備完全失效,而且紅外能量大部分被積累用於辨析目標而不象點源跟蹤式的過濾掉了,因此探測距離也大大增強。此外毫米波主動導引頭也是一種很理想的近距空空導彈的裝備,它同樣具有高抗干擾,精度高,解析度好,視角大的優點,同時對付隱身目標效果更為優越,R-73正在嘗試裝備。 
 

「弓箭手」空空導彈 -建造背景
「弓箭手」空空導彈r-73

 在發展第四代空空導彈上獨特的地位。R-73像一條兇狠的鯰魚,它導致了第四代空空導彈時代的到來,而且它的發展給第四代空空導彈奠定了許多技術基礎,甚至劃分出清晰準確的技術門檻。R-73原本只是蘇聯為了進一步改進和增強R-60蚜蟲導彈的能力設計的新一代替代型,老的蚜蟲導彈設計過於精巧,雖然尺寸小,戰鬥機能攜帶較多的數量,但是R-60戰鬥部太小,只有不到6kg,裝葯少於3kg,破片數量雖然不少,但在重量限制下生成的破片質量很小,毀傷力不足,加上火箭發動機總沖小,射程很短,在和同時代西方的響尾蛇AIM-9L導彈的較量中基本居於絕對劣勢,幾乎沒有什麼戰績。R-60蚜蟲曾經在非洲攔截一架雙活塞引擎的螺旋槳小客機時,導彈準確擊中一側的發動機,但飛機居然沒有什麼大損傷,依靠一台發動機還是完成了飛行任務,此戰讓蘇聯空軍信心盡失,決心放棄幾乎沒有潛力可供挖掘的蚜蟲,研製新一代的空空導彈搭配新的米格戰鬥機。   

R-73是高技術的集合體,在蘇聯空空導彈中是實戰效果最好,命中率最高最可靠的導彈。在非洲之角的戰爭中對戰雙方都利用R-73獲得戰績,R-73由於技術合理性能優異,也廣泛搭配蘇式戰鬥機出口。

「弓箭手」空空導彈 -多種改型
「弓箭手」空空導彈r-73

 隨著時間的推移,1983年就投入現役的導彈業發展出了一系列新的改型,比較重要的有早期出口型R-73E簡化了部分抗干擾電路,隨後出現R-73 RDM這個型號是現代化改進的出口型號,目前大量銷售的就是這種型號,改進了電子線路和數字處理能力,離軸角增加到60度,而動力裝置也更換為推力更大的發動機,外部尺度沒有變化,只是重量增加了5kg。俄羅斯空軍自用的改進型號則稱為R-73M,90年代還有R-73M1和R-73M2兩種改型,前者進一步增強離軸發射角,達到80度,而後者則是採用了新的火箭發動機,長度增加了200mm,主要為了試驗后射和越肩的需要。由於俄羅斯戰鬥機在90年代以後銷售狀況較好,這種導彈將會在世界範圍內服役到2020年以後。

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