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发布时间:2021-07-04 08:40:47 浏览数:


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“标准”-3系列导弹是“宙斯盾”系统的反弹道导弹,主要用于大气层外直接拦截处于上升段或中段的来袭弹道导弹,为海外美国海军和盟国提供全战区高层弹道导弹防御能力。根据奥巴马提出的“分阶段适应方案”(PAA)欧洲反导系统部署计划,其将在第二阶段和第三阶段分别在罗马尼亚和波兰部署陆基“宙斯盾”系统。罗马尼亚的陆基“宙斯盾”系统的部署工作将在2015年左右完成,系统所使用的拦截弹为“标准”-3 Block IB型导弹。

部署在波兰的陆基“宙斯盾”系统将在2018年左右完成,其使用的拦截弹将采用性能更加强大的“标准”-3 Block IIA型导弹,届时部署在罗马尼亚的陆基“宙斯盾”系统也会换装“标准”-3 BlockIIA型导弹。“分阶段适应方案”本来还有一个第四阶段,即使用“标准”-3导弹系列的最终型号—“标准”-3 Block IIB型导弹替换上述两种“标准”-3型导弹,由于美国国防部在2013年取消了“标准”-3 Block IIB型导弹的研制计划,第四阶段部署计划也被取消。

目前的主力“标准”-3 Block I系列导弹

“标准”-3型导弹家族包括“标准”-3 Block 0基本型、“标准”-3 Block I型系列(包括I型、IA型和IB型)和“标准”-3 Block II型系列(II型、IIA型、IIB型)。介绍“标准”-3导弹就一定得提一下其前身—“标准”-2 Block IV型导弹,因为“标准”-3 Block I型系列导弹沿用了其第一和第二级发动机,在气动布局和外形上也与“标准”-2 Block IV型导弹相同。“标准”-3 Block IB型导弹由“标准”-3Block IA型导弹改进而来,同属于“标准”-3 Block I型导弹系列。

“标准”-3 Block I型系列导弹是一种四级动能拦截弹,导弹采用“标准”导弹家族标志性梯形边条翼以及多边形尾舵轴对称气动布局,边条翼翼长约1.88米,翼展0.81米,舵面翼展1.07米。导弹最大射程约700千米,最大射高约50 0千米,关机速度为3~3.5千米/秒。导弹长6.58米,第一级采用MK-72固体火箭助推器,助推器直径0. 534米,长1.82米(包括一、二级连接处的0.05米),总质量750千克,其中推进剂质量507千克,助推器工作时间约为9秒,可提供174千牛的推力,比冲3089米/秒。由于导弹采用垂直热发射方式,为了保证导弹在尽可能低的高度快速转弯,MK72助推器配备了可摆动的喷管,喷管安装方式为十字型,可使导弹在最短的时间内以最小的半径完成转弯程序。

导弹第二级采用MK104双推力固体火箭发动机,发动机直径0.343米,总质量550千克,推进剂质量442千克,发动机工作时间约44秒,可提供22千牛的推力,比冲2294米/秒。MK-136双脉冲固体火箭发动机是“标准”-3 Block I型系列导弹的第三级,该导弹也是最早使用双脉冲的导弹,其发动机在先进固体轴向级(ASAS)技术基础上发展而来。MK-136双脉冲固体火箭发动机拥有两个独立的推进剂药柱,可按照指令二次点火,第一次脉冲工作将导弹推进到大气层外,第二次脉冲工作主要对飞行弹道进行调整。MK-136可根据拦截目标的不同采用不同的工作方式,拦截近距离目标时采用单脉冲,拦截远距离高速目标时采用双脉冲。MK-136是一种带推力矢量装置的发动机,其尾端安装了全轴向推力矢量控制的柔性喷管、机电式推力矢量控制启动系统和混合型(冷气和热气)姿态控制系统。发动机质量100千克,推进剂质量70千克,工作时间20秒(10秒+10秒),可提供7千牛的推力。第三级发动机前端布置了制导设备段,内部安装了INS/GPS制导系统等装置。

“标准”-3 Block I型系列导弹的第四级为动能战斗部,由波音公司研制。动能战斗部上布置了轨控发动机和姿控发动机(4个轨控推进器和6个姿控推进器),本身可以在飞行过程中调节飞行方向和高度。技术源头可追溯到其研制的天基轨道炮使用的LEAP。LEAP实质上是一个小型的导弹,其结构紧凑,LEAP主要组成部分包括:导引头、制导设备、姿控发动机和轨控发动机及弹射器等装置。姿轨控LEAP装在制导设备段保护罩前端的可分离的头罩内部,适配器环通过径向螺旋接头固定到制导设备段保护罩上,头罩分离后,适配器环仍保留在制导设备段上。由于“标准”-3导弹用于大气层外拦截,动能拦截弹在大气层外飞行时攻角没有限制的必要。

LEAP一旦从第三级上弹射出去,便启动固体轨控发动机和姿控发动机(轨控发动机响应时间小于5毫秒,姿控发动机响应时间小于1毫秒),飞向已知的目标弹道导弹。由被动红外导引头捕获目标,利用弹上的制导控制系统和固体轨控发动机及姿控发动机侧向机动系统自主寻的。轨控发动机和姿控发动机采用三脉冲燃气发生器,开启频率2000赫兹。LEAP长约0.56米,直径0.254米,总质量约23千克,推进剂质量4.5千克,平均转向推力160千牛,末段变轨能力大于3 千米。

“标准”-3 Block I系列导弹LEAP动能战斗部前段设有焦平面红外成像探测器,探测器视线相对于动能拦截器中线固定前视,对视线的调节通过轨控和姿控发动机使整个动能拦截器倾斜来实现。当接近红外成像探测器探测范围远界时,整流罩外壳脱离,显露出红外成像探测器。当目标信噪比达到某阈值时,双模转换电路自动将红外探测器由搜索状态转换到跟踪状态,对摄像头摄取的目标红外图像进行预处理得到数字化目标图像,经过图像处理和图像识别,区分出目标和背景信息,并送出指令信息,引导LEAP飞向选定的目标。红外成像探测器接收直径约80毫米,有效焦长约175毫米,视场约3°。“标准”-3 Block I A导弹采用单色长波红外焦平面成像探测器,而“标准”-3 Block IB导弹采用新的双色红外焦平面成像探测器和信号处理器,提高了对目标和诱饵的识别能力以及抗干扰能力。此外,轨控和姿控发动机性能也获得了提高,使LEAP拥有更强的末段机动能力,可拦截中远程弹道导弹。

“标准”-3 Block I系列导弹是目前装备的主力型号,据悉目前该导弹的部署数量已经超过了130枚。“标准”-3 Block I系列导弹已经进行了28次拦截试验,其中失败6次,成功率达78.6%,拦截目标包括短程、中程、远程弹道导弹及低轨卫星,广泛的试验证明“标准”-3Block I系列导弹日趋成熟,具备很强的实战拦截能力。

未来的中坚——“标准”-3 Block IIA型导弹

由于“标准”-3 Block I系列导弹由“标准”-2 Block IV型导弹发展而来,“标准”-2 Block IV型导弹诸如第二、第三级发动机直径较小等基础设计限制了其导弹性能的进一步扩展,导弹射程、射高和动能战斗部尺寸增加的空间基本被挖掘殆尽。为了在最大限度利用MK- 41垂直发射系统空间的前提下研制出尺寸最大的拦截弹,从而进一步提高导弹拦截能力,成为NTWD计划发展的着力点。早在1999年,美日两国政府就签署了开发NTWD BlockII系统的备忘录,Block II系统计划采用新一代拦截弹。新一代拦截弹将采用新型动力装置,导弹在射程、射高、关机速度等战技指标方面都有较大程度提高,新一代拦截弹命名为“标准”-3 Block II。和“标准”-3 BlockI系列导弹一样,“标准”-3 BlockII也将采用渐进式发展思路,经过不断改进研制出“标准”-3导弹家族的最终型号—“标准”-3 BlockIIB型导弹。

“标准”-3 Block II系列导弹的研制工作由美国雷声公司和日本三菱重工共同承担,日本公司主要参与导引头、轨控和姿控发动机、二级火箭发动机和蚌式结构头锥的研制。研制工作从2006年开始正式展开。2009年6月,雷声公司宣布美国导弹防御局(MDA)和日本国防部已经完成“标准”-3 Block IIA型导弹系统联合设计方案的评审,导弹计划在2012进行首次飞行试验。但由于该导弹在研制过程中遇到了不少技术问题,其研制进度受到影响,其首次飞行试验可能推迟到2015年之后。2012年雷声公司宣称完成了“标准”-3 Block IIA型导弹的固体推进剂轨控和姿控系统(TDACS)初始设计评估(PDR),这个部分是该导弹最为复杂的组件。此次评估所提交的设计细节和测试数据证明固体推进剂节流转向和姿态控制系统已可以进入下一阶段开发,标志着该项目向关键设计评估迈出了一大步。

“标准”-3 Block IIA型导弹气动布局采用了“标准”-3 Block I系列导弹梯形边条翼以及多边形尾舵轴对称气动布局,但其边条翼的翼展缩小了很多。导弹第二、三级采用了0.533米直径的固体火箭发动机(第一级固体助推器仍为MK72固体火箭助推器),导弹的射程提高至约2500千米,射高提升至约1500千米,关机速度达4.5千米/秒。由于导弹尺寸增大,导弹可以使用尺寸更大的动能战斗部,据称动能战斗部直径也是0.533米,其将配备性能更好的焦平面红外成像探测器,探测距离和识别能力都有提高,性能提升的轨控和姿控发动机赋予了动能战斗部更大的机动范围和机动性,具备洲际导弹防御能力。

研制计划已经被取消的“ 标准”-3 Block I I B型导弹由“标准”-3 Block IIA型导弹发展而来,其也是“标准”-3导弹家族的渐进式发展策略的最终型号,为了使导弹得到更大的关机速度(6千米/秒),其计划采用性能更好的第三级发动机(第一、第二级沿用“标准”-3 Block IIA型导弹),动能战斗部则是“标准”-3 Block IIA型导弹配备动能战斗部的改进型。

导弹整体性能的提升增强了其洲际导弹“标准”-3导弹的制导方式和作战过程

上文提到“标准”-3导弹的动能拦截弹采用焦平面红外成像制导,这只是“标准”-3导弹复合制导方式中的末段制导,整个导弹其实采用“INS/GPS+指令修正+末段红外成像”的复合制导方式。导弹在第三级分离之前采用指令制导,此时发射舰“宙斯盾”系统配备AN/APY-1D(V)雷达既跟踪测量目标弹,又跟踪测量发射的“标准”-3导弹,火控系统计算机实时计算出目标弹与发射弹的相对位置信息,并形成导弹控制指令,通过雷达主阵发给导弹,引导导弹飞向预置命中点,第二和第三级发动机分离之后,装备在第三级发动机前端的INS和GPS制导开始工作,两种制导方式对飞行弹道进行修正,目标达到红外探测器搜索远界时启动末段红外成像制导,动能战斗部在最后即将命中的几十至几百毫秒时,由于距离非常近,目标图像充满整个导引头视场,导引头进入盲区。

“标准”- 3 导弹的作战过程主要分为五个部分。第一部分是准备和发射阶段,A N/ SPY-1D(V)雷达对空域进行搜索,一旦发现拦截目标后转入跟踪状态,然后将探测到的目标信息传输给指挥决策系统,而后经过武器控制系统处理确定导弹的发射时间和飞行弹道。第二部分发生在火箭助推段,MK72火箭助推器将导弹推进到预定的飞行弹道。第三部分是大气层内中段,此时助推器已经分离,第二级发动机启动,在指令制导的引导下飞行,到达预定高度后第二级发动机分离。第三部分发生在大气层外中段,第三级发动机点火,第一次脉冲工作将导弹推进到大气层外,在飞行过程中根据指令抛掉头罩,露出动能战斗部并校准红外成像导引头,若需要对弹道进行修正,第三级发动机将进行第二次脉冲工作。第三级发动机燃尽后射出动能战斗部,红外成像探测器探测到目标之后启动轨控和姿控发动机机动飞行,直至将来袭目标摧毁。

结语

“标准”-3系列导弹作为美国反导系统拦截弹中可靠性和高性能平衡最为出色的导弹系统,其通过渐进式升级发展思路不断提高自身整体性能,反导能力不断增强。陆基“宙斯盾”系统的反导能力也将随着“标准”-3导弹性能的提高而不断提高。

责任编辑:刘靖鑫

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