2021年精确打击武器领域技术发展综述

时间: 2023-12-03 21:47:54
作者: 企业动态

  为研究国外精确打击武器领域技术发展现状并研判其发展的新趋势,对2021年世界主要军事国家和地区精确打击武器领域技术的发展进行了综述。从导航制导技术、动力技术、毁伤技术、发射技术和新兴前沿技术等多重维度,深入分析了2021年美国、俄罗斯、欧洲、日本、印度等国家和地区精确打击武器领域的技术发展的新趋势。分析表明,2021年,精确打击武器各分领域技术持续发展,网络化、智能化和数字化技术等取得重要突破;武器网络化自主协同技术、人工智能技术、数字化技术等新兴技术或将改变未来战争形态,成为精确打击武器的重点研究领域。

  精确打击武器是现代战争的主战装备,已在从海湾战争到叙利亚战争的历次局部战争中发挥及其重要的作用。为取得战争主动权,世界主要军事国家都在积极发展更先进的精确打击武器及其有关技术。精确打击武器领域技术包括导航制导、动力、毁伤、发射等技术,还涉及人工智能等新兴技术,一同推动精确打击武器作战效能的不断的提高。2021年,世界主要军事国家重点围绕精确打击武器分领域技术开展攻关与研究,并将网络化、智能化和数字化等颠覆性技术与精确打击武器的作战使用、研发制造相融合,牵引精确打击武器跨越式发展。

  2021年,美国全力发展应对未来高端战争的导航制导技术,澳大利亚等国探索不依赖GPS的新型导航技术,提升精确打击武器的作战性能。

  2021年,美军向BAE系统公司先后授出3份合同,用于开发军用M码GPS模块,增强GPS系统抗干扰和欺骗能力,以支持美军及其盟友精确打击武器、地面及空中系统在强对抗环境下的作战。

  8月,BAE系统公司发布超小型GPS接收机,是目前世界体积最小、质量最轻、最节能的M码嵌入式GPS接收机。该接收机物理尺寸为2.54 cm×3.18 cm×0.7 cm,核心是一个经过验证、防篡改的M码通用GPS模块,具备快速安全的GPS信号捕获能力、抗干扰和防欺骗能力,可为精确打击武器提供增强型感知能力。

  1月,美国防高级研究计划局(DARPA)“弹用精确鲁棒惯性制导”(PRIGM)项目下的新一代高精度HG7930惯性测量单元完成原型研制,精度较目前普遍的使用的HG1930惯性测量单元高出1个数量级。该惯性测量单元使用基于下一代微机电系统技术的传感器来实现高精度测量,后续研究将在保持尺寸、重量和功耗的同时,使传感器精度提升3个数量级。该惯性测量单元可用于导弹、航空制导炸弹、无人机等装备,在不增加有效载荷的情况下,大幅度提升制导性能。

  6月,澳大利亚推出世界首套全数字光纤陀螺惯导系统Boreas D90,其尺寸、重量、功率及成本较传统光纤陀螺仪降低了40%。该系统内含超快陀螺罗经,无论在静止还是移动状态中,均可在不依赖GPS及地磁导航情况下,于2 min内获取航向信息。同时,该系统包含利用人工智能技术的融合算法,能够稳定可靠地获取更多数据信息。

  9月,美空军研究实验室(AFRL)授出“隐形与认知敏捷导航系统”(SCANS)项目合同,旨在设计一种无法获取GPS信号情况下使用的先进导航系统原型,计划2026年完成原型设计。该系统可利用人工智能、机器学习和新一代认知计算技术计算精确时间,还能设计出使用惯性导航陀螺仪和航位推算等进行实时导航的新方法。

  2月,美陆军下一代战术弹道导弹“精确打击导弹”(PrSM)成功进行多模导引头的第二次系留飞行试验,后续导引头将集成至导弹并做验证。该导引头采用射频和红外成像双模复合制导,使导弹具备打击海面移动目标的能力,反舰型“精确打击导弹”将于2025年服役。

  7月,“远程反舰导弹”(LRASM)新一代导引头开始生产,这批导引头计划集成至第4批和第5批导弹。新导引头经过设计改进后成本降低,但寻的能力更强,生产和测试也更简单。未来美军将进一步缩小导引头尺寸、增强寻的能力并提升生产效率。

  11月,美海军开始“战斧”Block VA导弹多模导引头小批量生产。“战斧”Block VA导弹又称为“海上打击战斧”,通过加装导引头具备对水面移动目标的打击能力,计划于2023年服役。

  2021年,世界主要军事国家全方面推进高超声速动力研发技术,美国、土耳其在小型涡喷发动机方面取得重要进展,大幅度提高精确打击武器的速度或射程。

  2月,日本防卫省装备厅与三菱重工集团签约,着手发展高超声速巡航导弹有关技术,计划2025年前后达到重要里程碑节点。该高超声速巡航导弹项目始于2019财年,研究重点是双模超燃冲压发动机,计划2030年左右服役。

  5月,美国防高级研究计划局“作战火力”(OpFires)项目成功完成高超声速导弹助推器第二级固体火箭发动机的全尺寸地面点火试验,实现了按需中止推力,验证了可变推力“节流式”固体火箭发动机技术。该技术将有利于高超声速导弹在飞行中调整射程,使导弹具备打击大范围内不同距离目标的能力,增强作战灵活性。“作战火力”项目旨在开发和演示验证一种用于高超声速助推滑翔导弹的新型陆基发射系统,能适应多种战斗载荷和多种射程要求,分为助推器和武器系统集成两大部分,助推器采用两级火箭发动机,第一级为固体火箭发动机;第二级为推力可调火箭发动机。

  5月~10月,美海军“中程常规快速打击”(IR-CPS)高超声速导弹分别开展2次第一级和1次第二级固体火箭发动机静态点火试验,均达到预定性能指标。

  9月,美“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)项目研制的高超声速巡航导弹原型成功完成自由飞行试验,验证了高超声速巡航导弹原型的气动布局、碳氢燃料超燃冲压发动机、热管理等关键技术,为高超声速巡航导弹后续研发奠定基础。

  3月,印度国防研究与发展组织(DRDO)成功进行用于远程空空导弹的固体燃料冲压发动机飞行演示试验,试验中利用助推器模拟了空中发射场景,并由无喷管发动机将测试弹加速至所需速度,包括助推器和无喷管发动机在内的所有子系统均正常工作。此次试验验证了固体燃料冲压发动机有关技术,为印度远程空空导弹研发奠定了基础。

  4月,土耳其自研的TEI-TJ300涡喷发动机做试验,打破同类型发动机最大推力的世界纪录。该发动机用于土耳其自研的中程反舰导弹,直径240 mm,速度可达马赫数0.9,最大推力可达1 342 N,是同尺寸涡喷发动机的1.5倍甚至更高,将极大提升导弹的动力效率。

  6月,美空军研究实验室“经济可承受先进涡轮技术”(ATTAM)项目完成低成本涡轮发动机核心机试验,试验突破了两项关键技术:一是应用新型陶瓷复合材料承受更高温度和强度;二是通过3D打印制造出更轻的换热器,提高了发动机燃烧效率、热效率和推重比。该项目研究内容有先进推进技术、完整的综合动力与热管理技术等,成果未来主要使用在于无人机和低成本小型巡航导弹,使其在确保性能要求的同时,通过降低动力系统成本增强飞行器的经济性。

  2021年,世界主要军事国家重点发展增强毁伤能力的高性能战斗部,以及具有颠覆性毁伤效果的高功率微波战斗部,提升精确打击武器软硬杀伤效果。

  7月,美空军完成AGM-183A“空射快速响应武器”高超声速助推滑翔导弹高强度钨金属破片战斗部的首次地面引爆测试,试验中采集了爆炸数据以供毁伤效果评估。9月,德国空军为增强型“宝石路”Ⅱ精确制导炸弹采购Mk 83改进型侵彻战斗部,该战斗部采用低爆炸威力装药和可编程多功能引信,可优化弹药打击硬目标和面目标的毁伤效能,降低附带毁伤。11月,乌克兰成功进行云爆战斗部的原型测试,该战斗部装药配方为负氧平衡温压炸药,毁伤半径为4~5 m,燃烧过程中温度可超1 500 ℃;该战斗部还装有一个冲击侵彻体,能够穿透摧毁装甲车、墙壁和掩体。

  7~10月,美空军完成GBU-72“先进2 270 kg级钻地弹”(A5KP)一系列试验,包括挂载、带飞、投放以及地面试验。在10月的飞行试验中,1架F-15E战斗机从10 km高空投放了1枚GBU-72,成功验证了GBU-72的投放安全性,以及910 kg级“联合直接攻击弹药”(JDAM)的GBU-31尾翼套件改进后可用于控制和制导GBU-72。GBU-72还在美空军埃格林基地进行了多次地面试验,其规模为该基地此前记录的2倍以上,美空军通过爆炸压力传感器和破片计算设备收集了大量数据。GBU-72将装备美战斗机和轰炸机,大多数都用在打击地面深埋加固目标,较GBU-28(2 270 kg重钻地弹,1991年服役,可穿透6 m厚混凝土)杀伤力大幅度的增加。GBU-72的设计过程采用了先进的建模仿真技术,使早期原型能代表批量生产和部署时的真实的情况,有助于后续环节人员提前参与武器验证改进。

  2月,美国防高级研究计划局发布“灵巧波形射频定向能”(WARDEN)项目,拟研制稳定、高功率、宽带行波放大器和创新性灵巧波形技术,通过调制频率、幅值和脉冲宽度,灵活调节高功率微波电磁脉冲的波形,提升后门耦合攻击的作用距离和效果,增强高功率微波对复杂外形目标内部电子组件和电路的干扰和破坏效果。该项目通过4年研究,预计可将当前高功率微波武器的后门攻击作用距离提升10倍,大幅度的提高高功率微波武器打击范围;并使高功率微波武器可有效打击多类战场目标,提升高功率微波武器的实战化水平。

  2021年,世界主要军事国家开展多种新型精确打击武器发射、运用模式研究和试验,旨在提升精确打击武器的作战灵活性和火力密度。

  2月,美国防高级研究计划局向3家公司授出“远射”(Longshot)项目第一阶段合同。该项目旨在开发和验证一款可发射空空导弹的无人机,无人机既可外挂于现役战斗机,也可内埋于轰炸机。有人机在对手防区外发射“远射”无人机,无人机突入防区发射空空导弹,以增加交战范围、提升武器效能、提高任务效率、降低有人机风险。该项目还将探索多模式、多杀伤系统的全新交战概念。

  3月~12月,美空军进行了6次“迅龙”(Rapid Dragon)技术演示验证项目试验,从C-17和C-130等运输机投送由托盘装载的远程巡航导弹模拟弹、惰性弹和实弹。12月的首次实弹投送试验中,MC-130J机载作战管理系统通过超视距指控节点接收新目标数据,并启动托盘弹药系统发射程序,托盘弹药系统从飞机释放后,远程巡航导弹与弹药托盘分离,命中并摧毁目标。后续项目将拓展至更多种类弹药,可使美空军现役运输机具备大量投射防区外打击武器的能力,大幅度的提高美军远程防区外火力打击能力和灵活性。

  4月,美海军驱逐舰在演习中利用无人系统的目标指示信息,成功发射“标准”-6导弹命中400 km外的靶船。

  8月,美海军陆战队在演习中从无人车试射了“海军打击导弹”(NSM),通过远征前进基地传感器信息成功命中185 km外目标,并演练了气垫船、KC-130J运输机快速部署回收无人车。该无人车集成了“联合轻型战术车”底盘、“海军打击导弹”双联装发射箱及其火控系统,并配备了多种传感器,计划2023年部署到近海作战团。未来随着无人岸舰系统的大规模部署,将极大增强美军在第一岛链的反舰封控能力。

  9月,美海军从“游骑兵”号无人水面艇试射了1枚“标准”-6导弹。根据公布的视频,无人艇后部搭载集装箱式四联装发射装置,行驶中集装箱竖起后发射了导弹。试验中的集装箱式四联装模块化发射装置与美海军现役的MK41型通用垂直发射系统相似,估计同样具备很强的兼容性,可发射防空、反潜、对陆打击等不同用途的导弹。

  12月,俄罗斯演示“猎户座”无人机发射导弹进行空空作战。“猎户座”无人机首先跟踪目标,然后使用了一枚改进型9M113“短号”反坦克导弹打击4 km范围内的旋翼无人机。另外,“猎户座”无人机还使用该导弹进行了空地作战试验。

  5月,美X-Net数据通信链路通过了国家安全局最高加密等级认证,后续将集成至小型弹药的网络化设计中。X-Net是新型小型双向数据链,可不断跳频,选择作战最佳频段,为强对抗射频环境中弹药目标更新或再定位提供高鲁棒性的安全通信。

  6月,以色列增强“怪蛇”-5近程空空导弹网络化能力,使其可以从配备“全球链接”(Global Link)软件定义无线电系统的平台接收目标信息。使用多通道接收技术的“全球链接”系统同时支持传统通信和具有高容量数据、数字语音、视频的高级移动自组织网络(MANET)波形,能在高速飞行的战机之间创建战术网络,不仅提供增强的机载态势感知能力,还可为空空导弹提供上行链路。

  7月,英国国防部宣布由国防科技实验室(DSTL)和欧洲导弹集团(MBDA)合作开展“协同打击武器技术演示器”项目,旨在研究弹群间的通信、数据共享和协作技术,并将评估多种战术和应用场景,为导弹协同作战能力提供软件、硬件和作战应用研究基础,预计2年内完成全部工作。弹群协同作战技术可明显提升对多种威胁和环境变化的应对能力,在较短的时间内、以较低成本快速提升现有武器的作战效能,如果该项目进展顺利,预计5年内相关技术可在英国的导弹型号中应用。

  5月,美空军在“北方利刃2021”演习期间成功完成高超声速杀伤链模拟闭环实验。期间,一架B-52轰炸机通过“全域作战能力实验”分布式指控和数据融合生态系统,跨域获取1 850 km外的地面传感器目标信息后,模拟发射了AGM-183A高超声速导弹,对1 100 km外目标进行打击。此次实验成功模拟了从地面传感器到机载发射器的全链路高超声速武器杀伤链,以及基于全域指控概念的高超声速武器作战运用。

  2021年,世界主要军事国家在智能化和数字化领域开展技术攻关,旨在从根本上颠覆精确打击武器的研发流程与作战使用。

  1月,美空军研究实验室利用“虚拟战争弹药模拟平台”对“武器一号”(Weapon ONE)数字孪生项目进行了演示验证。演示基于“灰狼”低成本网络化导弹项目的一个24 h空中任务指令(ATO)周期模型,展示了导弹通过“先进战斗管理系统”(ABMS)将飞行中收集到的战场数据回传至虚拟数字孪生体,以及借助AI和机器学习技术评估潜在的软件升级、确定行动方案,并在下一个24 h空中任务指令周期进行性能改进等内容。后续美空军将继续开发数字孪生系统,支持新兴技术概念的快速评估和新能力开发。

  3月,美空军宣布“金帐汗国”项目后续将通过“罗马竞技场”数字孪生武器ECO进行演示,以快速集成、开发和测试变革性网络化自主协同武器。

  7月,美国诺格公司开始建设高超声速卓越中心,将采用最先进的生产技术并实施数字工程,为高超声速武器提供从设计、研发到生产、集成的全生命周期管理,提高研发效率和交付速度。该中心预计2023年完工。

  10月,美国洛马公司启动新的高超声速智能数字生产设施建设,将集成多种数字化工具,以快速满足美海、陆、空三军高超声速导弹的生产需求。该智能工厂被称为“4号导弹装配大楼”(MAB 4),是洛马公司2021年开设的4大“智能工厂”之一。

  未来战场环境日趋复杂,精确打击武器本身及作战体系要素的局部缺失或短板都会导致“木桶效应”的涌现。因此,需要站在精确打击武器装备体系和作战的高度进行技术布局,针对重难点问题和短板弱项,全面发展精确打击武器导航、制导、动力、毁伤、发射等分系统技术,从顶层设计、制定长远规划,加大科研投入和政策性扶持力度,有节奏地逐步予以解决,并加快新技术向装备的转化、快速形成实战能力。

  未来战争是体系与体系的对抗,精确打击武器在突防过程中面临严密的一体化防空体系威胁,单枚弹药已难以靠简单的战前规划实现预定打击目的,且传统依赖外部信息支撑的进攻体系也面临阻断风险、难以奏效。因此,需要加速发展和应用网络化、智能化等技术,在高效协同策略和指控网络的支撑下,使多枚不一样的精确打击武器实现自组网集群作战,协同探测、协同对抗、协同攻击,与战场其它节点构建自适应动态“杀伤网”,提高体系的生存概率和冗余度,灵活高效完成打击任务。

  随着互联网、大数据、人工智能、5G等新一代信息技术快速地发展,民用产业正在向数字化时代迈进,军用产业也逐步开展数字化转型。数字工程面向全生命周期活动,可极大提升武器装备研制的效率与质量,降低经济、时间成本及可能风险。因此,需要积极探索数字化技术在精确打击武器方案论证、研发设计、试验鉴定、生产制造、作战使用、维护保障等环节的应用,塑造高效、高质、低成本、敏捷、弹性的数字化生态,赢得新一轮军事技术革命的主动权。

  2021年,美国持续备战高端战争,全方面开展精确打击武器各分领域研发技术,并聚焦武器网络化自主协同和数字化技术;其他主要国家也紧随其后,在各技术领域取得突破。其中,能够改变战争形态的精确打击武器新兴技术,是当前发展的重中之重,要求我们持续高度关注。