盾和弹之间的那点事（八）
在前几篇中曾对舰空导弹的半主动雷达制导和主动雷达制导两种制导方式进行了简单的介绍，实际上，导弹制导技术是一个覆盖范围极广的军事科技领域，而且也绝不仅限于雷达制导这一种类型，对于舰空导弹来说，它可以采用的制导方式也是多种多样的。现代导弹的制导方式可谓种类多样，包括有线制导、无线电制导、雷达制导、红外制导、电视制导、激光制导、声制导、程序制导、GPS制导、惯性制导、地形匹配制导、景象匹配制导、地磁制导和天文制导等等。至于导弹选择哪种或哪几种组合的制导方式，则要看导弹的作战要求和设计目标。无论导弹最终采用了哪些制导方式，其根本目的是为了保证导弹能够按照预定的弹道进行稳定控制与飞行，并克服各种干扰因素的影响，最终使导弹能够准确命中目标。
在介绍导弹的各类制导方式之前，先讲个故事。话说有一款舰空导弹由于尾部的反射面积较小，导致“盾”（相控阵雷达）在跟踪“弹”的飞行轨迹时无法保证跟踪精度，满足不了对“弹”的引导要求（说白了就是导弹的RCS反射值太小，远了舰载相控阵雷达就有点看不太清，以至于指挥不力）。于是“盾”的专家提了一个建议——在“弹”的尾部镗上一刀，做个缺口出来，则“弹”尾的反射面积自然就上去了，“盾”的近视问题也就解决了。显然这是一个馊主意，且不说开这么个口对提高导弹尾部RCS反射值有多大帮助，有一点可以肯定的是，要在导弹较小的弹体上另外开一个口，肯定会直接影响导弹的飞行性能和控制性能，甚至直接报废导弹的原有设计方案。对于“盾”的专家这个非常业余的提议，毫不意外的是，“弹”的专家一口否决。其实这个技术问题本身是不难解决的，导弹的制导难题当然还是要从改善导弹自身的制导方式上来解决，而不是跟导弹的“屁股”过不去。之所以要把这个故事拿出来讲一下，就是要说明导弹的制导方式是大有讲究的，也是很有话题可谈的。那么，接下来闲话少说，进入正题——
制导的概念
何为制导？引用百科的说法就是“导引和控制飞行器按一定规律飞向目标或预定轨道的技术和方法，在制导过程中，导引系统不断测定飞行器与目标或预定轨道的相对位置关系，发出制导信息传递给飞行器控制系统，以控制飞行器飞向目标”。制导由控制和导引两部分功能组成，两者各取一字，称之为制导，制导系统就是导引系统与控制系统的总称。导引系统负责确定导弹和目标的相对位置并制定导弹的飞行规律，控制系统则负责执行导引系统产生的命令，控制导弹按照设定的弹道稳定飞行并飞向目标。其中导引系统既可以安装在导弹上，也可以安装在外部平台上，但控制系统则一般都安装在导弹上。简单来说，导引系统负责“打得准”，而控制系统则负责“飞得稳”。“飞得稳”是“打得准”的先决条件，而“打得准”则是“飞得稳”的最终目标，导弹要实现精确制导必须要保证两者能够共同工作、相互配合，两者缺一不可。
为了能更好地理解各种不同制导方式的相关原理以及各自的优缺点，本文在这里设定一个场景剧——假设在野外的一个战场上，正处黑夜，四周一片漆黑，有一群僵尸（敌方目标）正向我方据点慢慢袭来。我方士兵（导弹）手持板砖冲僵尸而去，阻止僵尸们的进一步行动，而我方指挥官（雷达）则在后方高地上手持夜视望远镜持续观察并追踪所有的僵尸目标（对应雷达的搜索与跟踪），必要时用探照灯照亮目标为士兵指引方向（对应火控雷达对目标的照射），并通过对讲机（制导数据链）指挥士兵的作战行动（导弹引导）。那么制导的含义在这里就很明白了，在漆黑的夜晚，指挥官（雷达）利用各种方法或手段指挥士兵（导弹），找到分布在战场上各个角落的僵尸（敌方目标），然后士兵冲上去将僵尸一砖拍死。这个过程就是制导。当然，僵尸们是不会坐以待毙的，它们也会采取反制措施，比如——干扰：僵尸手持强光手电筒亮瞎指挥官和士兵的双眼，让指挥官和士兵无法寻找目标或找到错误的目标；隐身：僵尸穿一身黑衣融入夜幕中，或者披一身吉利服伪装成花花草草，从而让指挥官和士兵们抓狂却始终找不到一个目标；反辐射攻击：直接狙杀后方的指挥官，让群龙无首的士兵们在漆黑的战场上抓瞎；饱和攻击：一大波僵尸正在赶来的路上……；低空突防：当僵尸们也玩起匍匐前进时，则手持望远镜的后方指挥官就真的要抓狂了。不过僵尸们要都这么聪明的话下面就没法讲了，这里主要谈的是导弹的制导方式，即我方指挥官与士兵之间的协同作战方式，所以暂时就不考虑僵尸们的智商了。那么接下来就将套用这个场景剧来说明导弹各种制导方式的原理，以及这些制导方式各自的优缺点和适用范围。
三大制导方式
首先要明白的一个常识是，虽然这世界上有多种导弹制导方式，但归纳下来可以分为三大类——遥控制导、寻的制导和自主制导。各种各样的制导方式虽然花样百出，最终还是要归于这三大类制导方式的一种。套用上面的场景剧，遥控制导相当于是指挥官用各种通信设备（有线或无线、单向或双向）对士兵发出作战指令，指引士兵一步一步走向僵尸所在位置，最终拦截并消灭僵尸。遥控制导方式又可分为无线指令制导、波束制导和有线指令制导。寻的制导则相当于用一道光束把僵尸照亮，从而使士兵循着光亮过去，把僵尸一砖拍死。这道光束可以来自指挥官，也可以来自士兵，或者是来自僵尸自身，分别对应半主动寻的制导、主动寻的制导和被动寻的制导。其中各种寻的制导方式又可以细分为雷达制导、红外制导、毫米波制导、激光制导、可见光制导、声制导等等，实际上这些寻的制导方式的原理都是大同小异的，只不过是导弹在寻的时利用的媒介不同而已。就好比士兵既可以用眼睛循亮光而去，也可以用鼻子循异味而去，或者用耳朵循声音而去，但原理都是基本相同的。比如半主动激光制导和半主动雷达制导就是一样的寻的制导原理，只不过一个利用的是激光而一个利用的是雷达微波。最后再来看自主制导，自主制导就好比是士兵在整个寻找僵尸的过程中都不经过指挥官这一环节，士兵完全凭借自身的能力找到并拍死僵尸。自主制导包括程序制导、惯性制导、GPS制导、地形匹配制导、景像匹配制导、星光制导、地磁制导等等。
遥控制导之无线指令制导
无线指令制导是与有线指令制导相对应的一个概念，顾名思义，它是指外部平台（如战机、军舰）利用各种无线遥控手段对远距离飞行的导弹进行指令发送与控制，其原理与航模的遥控原理类似。无线指令制导又可以分为无线电指令制导和激光指令制导，鉴于这两种制导方式的原理是基本相同的，因此这里只重点介绍无线电指令制导。无线电指令制导引用百科的说法就是：“制导雷达测量目标和导弹各自的运动参数，输入计算机后通过计算产生制导指令，经无线电发射机发送给导弹，导弹接收指令并将指令转变成控制信号，控制导弹飞向目标。”这个解释还是复杂难懂，套用前文的场景剧来说明就是：士兵是个瞎子，但配备了一部对讲机与后方的指挥官联系（注意这个对讲机一般是单向的，只有接听功能，因此严格来说是接收机），指挥官在后方同时观察士兵和僵尸各自所处的具体方位、前进路线和速度，然后加以分析和判断，再通过对讲机向士兵发出指令，指挥士兵朝着正确的路线走去，从而与僵尸相会在某一点上。从某种角度来讲，这时的士兵纯粹就是指挥官的傀儡，因为士兵是个瞎子，是没有自主行动能力的，因此这种制导方式的一大特点就是对士兵的水平要求很低，但要求后方的指挥官必须具备很高的能力。放在现实中来看就是采取无线电指令制导的导弹，其弹上设备较为简单，不需要额外增加其它的弹上制导系统，只需要配备一个指令接收机即可，因此导弹的尺寸可以控制的很小，成本也很低廉，但对后方雷达系统的要求就比较高了。雷达既要搜索、跟踪敌方目标，还要跟踪、引导己方导弹，同时还要计算两者的运动参数并形成制导指令发送出去，而且这几个工作都必须要伴随导弹的全程飞行过程，可见后方“指挥官”的负担是很重的。
以我国“凯山”-1C防空导弹系统为例，其号称世界上射程最远的无线电指令制导防空导弹（射程达到70千米），凭借的就是系统内配备的性能强大的相控阵火控雷达，而导弹本身的成本是很低的，适合出口至中小国家。由上可见，无线电指令制导还有一个缺陷就是作用距离较近，一般多用于中近程防空，毕竟不是每种导弹都能配上“凯山”-1C系统的相控阵雷达的，在“指挥官”不给力的情况下，低能的“士兵”走的越远越容易迷失方向。但无线电指令制导在用于近程防空时还是有一定优势的，主要优势体现在它是一种技术简单、成本较低的制导体制，这对于追求性价比的近程防空导弹来说非常重要。此外，无线电指令制导的抗干扰能力也不容乐观。在前面的场景剧设定中，由于士兵本身是个瞎子，所以指挥官必须要全程奉陪到底，假设战场上突然出现的光亮影响到了指挥官对战场态势的观察，或者战场上突然出现的噪声打断了指挥官与士兵的通话，总之不管哪个环节受到干扰都会导致指令制导失效，当一个瞎子失去了与上级的联系后，自然就会迷失方向。对应到现实中的情况就是，一旦雷达系统对导弹的无线电指令制导受到任何形式的干扰，则接收不到指令的导弹就将失去控制，也就谈不上精确攻击目标了，而这种被干扰的风险随着导弹射程的增加会越来越大。综上所述，无线电指令制导虽然是一种比较“原始”的制导方式，难以用于中远程防空作战，但在用于近程防空时还是一种性价比很高的制导方式，因此我们可以看到其在近程防空导弹系统上的应用还是非常普遍的。
遥控制导之波束制导
波束制导又称为驾束制导，引用百科的定义就是：“由地面、机载或舰载的制导站向目标发射一束定向辐射的圆锥形波束，并始终跟踪目标，导弹发射后，弹上的制导设备不断接收这一波束信号，引导导弹进入波束并沿波束轴线飞向目标。”波束制导也可以分为无线电波束制导和激光波束制导。套用前面的场景剧来说明：士兵虽然长了眼睛，但却是高度近视的，在这种情况下背后的指挥官用探照灯将整条前进路线用灯光照亮，于是这个高度近视的士兵就沿着这条“光明大道”直奔僵尸而去了。这条“光明大道”的作用类似于街上的盲道，士兵虽然眼神不太好使，但至少还有“追求光明”的能力。这种制导方式的优缺点与无线电指令制导相似，也是对士兵的要求低（导弹的弹上设备较为简单），但要求指挥官全程奉陪到底（雷达需要一直照射目标），而且很明显的是这条“光明大道”不会很宽（越宽越不利于制导精度），当士兵在追逐动作敏捷的僵尸时（高机动目标），很可能会冲出光束的照射范围（脱离波束制导），结局只有一个——迷失方向（导弹失去控制）。显然，波束制导更适合用于攻击静止或机动性较差的目标，所以现在的防空导弹已经很少采用这种制导方式，波束制导更多见于早期的舰空导弹。此外，由于这条“光明大道”是用探照灯照出来的，我们知道探照灯在用于远距离目标的照射时，光束会逐渐发散（雷达波束也是同样的道理），当距离远到一定程度、照射的光束达到一定的宽度时，高度近视且并不聪明的士兵在这条“光明大道”的末段很有可能会与僵尸“擦身而过”，从而丢失目标。也就是说，波束制导随着距离的增加，制导精度会随之下降，因此一般情况下波束制导是难以用于远程防空系统的。在舰空导弹系统中，波束制导常用于末端防御型的导弹，对打击低空目标（如低空突防反舰导弹）的效果较好。
遥控制导之有线指令制导
有线指令制导，很明显是针对无线指令制导而言的，两者的区别相当于一个是电话一个是无线电对讲机。我们最常见的一种有线制导是用于反坦克导弹对目标的攻击。有线制导用于防空导弹比较少见，主要是因为有线制导的使用灵活性较差，受导线的长度、强度的影响其制导距离也不益过远，这将极大的影响防空导弹的飞行性能，对于对机动性能要求极高的防空导弹来说是非常不利的。不过也有一个特例，那就是用于潜空导弹，光纤制导是有线指令制导的一个发展趋势，已有光纤制导的防空导弹用于潜艇的自卫防空。这是由于潜艇自身所处的特殊环境所决定的，潜艇一般缺少性能先进的雷达设备，并且在水下也难以通过无线电指令来遥控制导空中飞行的导弹，因此不得不采取光纤制导、人工操纵的方式来发射潜射防空导弹。这种潜射防空导弹对操纵人员的操作水平要求很高，其飞行速度一般都为亚音速，虽然导弹的飞行性能受到一定的限制，但对于机动性能同样偏低的各类反潜机还是能构成有效威胁的，至少给潜艇提供了一个不至于被动挨打的反击手段。
遥控制导之指令修正
指令修正也称为无线电指令修正或雷达指令修正，在前面的文章中曾介绍过，它是作用于舰空导弹中段引导阶段的一种重要制导方式，由于它对舰空导弹（尤其是中远程舰空导弹）来说具有非常重要的意义，因此这里也将它单独作为遥控制导方式的一种进行介绍。指令修正与指令制导的工作原理非常相似，但是两者的用途却存在明显区别。前文讲过了，无线电指令制导就好比是指挥官通过对讲机来指挥一个瞎子士兵的一举一动，那么无线电指令修正则相当于是指挥官通过对讲机去指挥一个正常士兵的作战行动，两者的具体区别体现在哪里呢？瞎子士兵是没有自主行动能力的，必须要指挥官全程加以指挥和控制，否则指令一断士兵就可能会掉沟里了。可见指令制导是导弹的一种主制导方式，而指令修正则是作为一种辅助性制导方式而存在的，因为这时导弹还同时具备了其它的制导能力，就相当于是一个正常的士兵，有一定的自我判断和自主行动能力，后方的指挥官并不需要对士兵全程加以指挥，只在士兵行动可能出错或者改变行动路线时才发出修正指令，将士兵引回到正途上，指挥官甚至可以只给士兵指出一个大概的方向，其余的工作就交由士兵自己来完成。由上可见，对于指挥官（雷达）来说，指令修正的负担比指令制导要小的多，即使是一个能力较为低下的指挥官（比如三坐标雷达），通常情况下也能胜任这个工作。
指令修正多用于导弹的中段飞行阶段，与其它的制导方式共同组成复合制导。由于它是一种辅助制导方式，多用于各类远程导弹，不会作为导弹的主制导方式而使用，因此很多情况下并不将它单独看作遥控制导方式的一种。无线电指令修正不只见于中远程防空导弹，其它类型的导弹如远程反舰导弹、远程空地导弹等，要想实现最远的射程和打击精度，往往也都需要在中段飞行阶段由外部平台进行指令修正制导。对于不同类型的导弹，其中段指令修正的难度也是不同的。一般来说，用于攻击高机动性空中目标的防空导弹，其中段指令修正的难度最高，而对于反舰导弹来说难度就要降低，因为反舰导弹攻击的是机动性相对较差的水面目标。各种远程对地导弹对于中段指令修正的要求是最低的，它们往往攻击的是地面固定目标，这种情况甚至完全不需要中段指令修正这一制导阶段。可见攻击目标的难度不同，对中段指令修正的要求也是不同的，而且导弹的射程越远，对中段指令修正的要求也就越高，因此很多中近程导弹是不需要进行中段指令修正的。总的来说，指令修正可以大幅提升导弹的有效射程，并且直接影响到远程导弹对目标的攻击精度、抗干扰能力等性能指标，是遥控制导方式在各类远程导弹上的一个重要应用。
作者：涂林峰
来源：《兵器知识》2018年第01期
