同《近距篇》一樣，本文還得要從中距雷達制導空空導彈的水平攻擊包線(xiàn)看起。中距空空導彈對“理想的”非機動(dòng)目標的攻擊包線(xiàn)呈現前寬后窄的魚(yú)鱗形。最外側的邊界代表導彈在這個(gè)區域內，可能成功進(jìn)行制導并接近目標到彈頭殺傷范圍內。這個(gè)邊界反映了導彈的推進(jìn)系統、制導系統、控制系統以及載機速度、目標速度與導彈發(fā)射時(shí)的進(jìn)入角等因素。
可以看到，從目標的前半球發(fā)動(dòng)攻擊與后半球發(fā)動(dòng)攻擊時(shí)，最大射程會(huì )有極大的差別。前、后半球的最大動(dòng)力射程在高空時(shí)最多可相差5倍以上，且隨著(zhù)目標速度的增大，這個(gè)差距還會(huì )擴大。如果碰到能以1.5馬赫超音速持續飛行的目標，則多數中距空空彈對其后半球沒(méi)辦法攻擊。所以才有話(huà)說(shuō)：清除尾方威脅的最簡(jiǎn)單辦法，就是加速到1.4馬赫以上！這也是美軍第四代戰機要求超音速巡航能力的原因之一。兩側與后方的引信性能限制區在《近距篇》已經(jīng)詳細說(shuō)明了原因。
在中距空空彈的水平攻擊包線(xiàn)兩側，還存在一個(gè)因多普勒偵測盲區而造成的限制區域，這個(gè)區域大致與引信限制區重疊。由于現代戰機都具有雷達告警裝置，一旦發(fā)現自己被對方鎖定，就會(huì )做出例如滾轉的機動(dòng)，來(lái)使機載脈沖多普勒雷達無(wú)法“持續”地追蹤，使火控系統無(wú)法發(fā)射導彈：或使制導中的半主動(dòng)雷達制導導彈因突然失去目標信號而脫鎖；又或者使火控雷達無(wú)法為處于中途制導的主動(dòng)雷達制導導彈“穩定地”提供目標信息等。
但如果把雷達從脈沖多普勒模式轉為脈沖模式，雷達不會(huì )因為目標的側轉機動(dòng)而失去追蹤，但脈沖模式?jīng)]有俯視能力，因此只能用于平射或仰射高于載機高度的目標。所以這個(gè)限制區域又被稱(chēng)作“仰視(Look-Up)區”，意即載機在包線(xiàn)側方的這2塊區域，只能使用仰視脈沖模式才能發(fā)射導彈。
機動(dòng)目標的攻擊包線(xiàn)更能說(shuō)明“滾轉”等機動(dòng)對中距彈的影響。如果目標向左轉彎，對于雷達導引頭來(lái)說(shuō)，包線(xiàn)圖將變得非常不對稱(chēng)。機身的頂部則變成“熱邊”而機腹則變成“冷邊”。因為目標是從向左轉彎，因此左邊的發(fā)射距離要大于右邊的發(fā)射距離。同時(shí)原來(lái)有的引信性能限制區域，已經(jīng)和和脈沖多普勒限制區分開(kāi)。由于目標作了連續的向左轉彎動(dòng)作，熱邊左側的偵測盲區大大擴大。如果這時(shí)發(fā)射導彈，會(huì )大大增加丟失目標的可能性。
同時(shí)這張包線(xiàn)圖也顯示當以中距彈攻擊這類(lèi)機動(dòng)目標時(shí)，透過(guò)仰射來(lái)減小側轉帶來(lái)的影響對提高攻擊成功率將具有極高的重要性。
路漫漫其修遠兮
對于中距空空導彈，距離是其首先要考慮的因素。如果飛不到目標那里，再好的導引頭也是白搭。
對于中距空空彈的飛行距離來(lái)說(shuō)，其發(fā)動(dòng)機工作時(shí)飛行稱(chēng)為動(dòng)力飛行段，又稱(chēng)主動(dòng)段飛行：而發(fā)動(dòng)機停止工作后的無(wú)動(dòng)力飛行階段，也稱(chēng)被動(dòng)段飛行。即使發(fā)動(dòng)機燃料耗盡，中距彈依然有很高的速度，導彈仍可依靠慣性繼續飛行，導彈的氣動(dòng)力控制面仍然可以保持控制，雖然在被動(dòng)段飛行，導彈仍然可以跟蹤目標，但由于此時(shí)的推力為零，導彈速度只會(huì )越來(lái)越慢，殺傷概率將顯著(zhù)低于主動(dòng)段，因此主動(dòng)段飛行距離應越長(cháng)越好。
中距彈的主動(dòng)段飛行距離取決于導彈的質(zhì)量、阻力及發(fā)動(dòng)機推力與工作時(shí)間。發(fā)動(dòng)機工作時(shí)間越長(cháng)，推力越大，主動(dòng)段飛行距離就越大。另外，導彈的飛行高度越高，空氣阻力也越小，也可以增加主動(dòng)段飛行距離。
從典型的三代中距彈來(lái)看，火箭發(fā)動(dòng)機燃燒的時(shí)間一般來(lái)說(shuō)都短于飛行時(shí)間，這意味著(zhù)在彈道末段基本上都是處于無(wú)動(dòng)力滑翔狀。一旦要隨目標進(jìn)行機動(dòng)，勢必由于速度和能量的損失而無(wú)法擊落目標。如果是針對戰斗機這樣的機動(dòng)目標，那當然是盡可能讓導彈在主動(dòng)段接敵較為理想，而這就意味著(zhù)要縮短發(fā)射距離。這也說(shuō)明為什么有限的中距空空彈戰例中，實(shí)際使用距離遠小于導彈標稱(chēng)的距離。而如果是針對機動(dòng)性能較差的轟炸機或者預警機，那么可利用發(fā)動(dòng)機能量來(lái)延伸作戰空域，即使末段處于無(wú)動(dòng)力狀態(tài)，也可能擊落目標。如美軍“不死鳥(niǎo)”導彈，對高空迎面接近的直線(xiàn)飛行目標擁有超過(guò)150公里的最大射程，但在同高度下對抗以6-7G 機動(dòng)的目標時(shí)，射程就只剩37公里。但是“不死鳥(niǎo)”導彈主要用來(lái)攻擊前蘇聯(lián)的Tu-95轟炸機，仍然有其特殊價(jià)值。
從根本上來(lái)講，提高導彈的射程還是要靠延長(cháng)發(fā)動(dòng)機工作時(shí)間?，F在比較現實(shí)的方法有使用多脈沖火箭發(fā)動(dòng)機或沖壓發(fā)動(dòng)機。
多脈沖火箭發(fā)動(dòng)機實(shí)際是透過(guò)多次點(diǎn)火技術(shù)來(lái)多次產(chǎn)生推力。多次點(diǎn)火的時(shí)機要配合制導，根據需要或保持無(wú)動(dòng)力的飛行，或再次點(diǎn)火進(jìn)行飛行，最大程度上優(yōu)化和延長(cháng)主動(dòng)段飛行距離。過(guò)去只有液體火箭發(fā)動(dòng)機可實(shí)現多次點(diǎn)火，但在20世紀80年代末期通過(guò)在不同推進(jìn)劑藥柱問(wèn)分段安裝隔離層，或是分室安裝，從而實(shí)現多脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機。
在美國海軍用以取代“不死鳥(niǎo)”導彈的AIM-155AAAM計劃中，參與競標的通用動(dòng)力／西屋集團曾提出多脈沖式固體火箭發(fā)動(dòng)機的設計，能達到200- 360公里的動(dòng)力射程。盡管該計劃后來(lái)取消，但有消息認為雷西恩公司在A(yíng)IM-120C5的改良中，就應用了某種多脈沖發(fā)動(dòng)機技術(shù)。
另一種方法是使用沖壓發(fā)動(dòng)機。沖壓發(fā)動(dòng)機通過(guò)透過(guò)吸入空氣中的氧來(lái)助燃，不像固體火箭一樣自備氧化劑，因此在相同大小的彈體內可以裝填更多的燃料，使發(fā)動(dòng)機維持更長(cháng)的燃燒時(shí)間，超過(guò)化學(xué)火箭的數倍以上，從而使導彈得到更高的主動(dòng)段射程。而且沖壓發(fā)動(dòng)機的推力也可以向多脈沖火箭那樣調節，問(wèn)題則是進(jìn)氣效率和飛控問(wèn)題。在中距導彈向中遠距空空導彈發(fā)展的過(guò)程中，沖壓發(fā)動(dòng)機獲得了相當的青睞
跟隨電波前進(jìn)
除發(fā)動(dòng)機外，中距導彈的導引頭也是影響導彈性能的重要因素?，F在中距空空彈的導引頭現在主要可分為半主動(dòng)雷達制導與主動(dòng)雷達制導。
所謂“半主動(dòng)雷達制導”是通過(guò)載機火控雷達照射目標的回波來(lái)得到制導信息。在目標雷達截面積一定的情況下，載機火控雷達功率和天線(xiàn)面積的乘積值越高，探測的距離也就越遠。這里還要有一些概念要說(shuō)清楚。從機載雷達來(lái)說(shuō)，它從偵測目標到建立起自動(dòng)追蹤的過(guò)程，稱(chēng)為“截獲”；而從截獲目標到驅動(dòng)導彈導引頭捕獲、追蹤目標的過(guò)程則被稱(chēng)為“鎖定”。
也就是說(shuō)，“純粹”的“半主動(dòng)雷達制導”導彈，須等導彈的天線(xiàn)能接收到目標反射的回波，“鎖定”目標后才能發(fā)射導彈。但導彈導引頭天線(xiàn)尺寸與靈敏度顯然遠小于機載雷達，所以實(shí)際半主動(dòng)雷達制導導彈的距離只能達到戰機火控雷達的最大追蹤距離的50-60%，機載雷達雖能在更遠的距離外照射目標，但還是須等導彈導引頭接收到目標回波后才能發(fā)射。
但如果替半主動(dòng)雷達制導導彈加上慣性制導裝置、并搭配數據鏈修正彈道的功能，就可避開(kāi)這個(gè)限制。載機可以先發(fā)射導彈，導彈靠機載火控雷達輸入的目標資料求出預定攔截點(diǎn)，并在彈上慣導系統引導下往預定點(diǎn)飛去，一直到末端再轉而使用半主動(dòng)模式，接收機載雷達照射目標的回波。同時(shí)由于目標往往要進(jìn)行機動(dòng)規避，而慣導的精度有很差，所以機載雷達還要保持對目標的追蹤，并及時(shí)通過(guò)數據鏈將坐標傳給導彈尾部的天線(xiàn)以修正彈道。
這種復合半主動(dòng)雷達制導的導彈構成了第三代中距空空導彈的主體。典型的如美國的AIM-7“麻雀”和俄羅斯的R-27和R-33導彈都采用了這種設計。其缺點(diǎn)是不具有“發(fā)射后不管”的能力。由于導引頭需要接受載機雷達的發(fā)射回波，使載機載發(fā)射導彈后不能立即退出攻擊，很可能被對方擊落。同時(shí)，這種制導方式只具備極為有限的多目標攻擊能力。這些缺陷使半主動(dòng)雷達制導逐漸被主動(dòng)雷達制導所代替。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，主動(dòng)雷達導引頭就是不用像半主動(dòng)雷達制導那樣，在彈道末段需要機載雷達的照射波，而是導引頭就能夠發(fā)射電磁波以導引導彈飛向目標。但是受到彈體直徑、空間與供電能力的限制，導彈的主動(dòng)雷達導引頭無(wú)論是發(fā)射機功率、接收機靈敏度均遠小于戰機的火控雷達，因此有效距離一般不超過(guò)20公里，掃描范圍也不僅有大±25度（AIM-120C5為±70度）。
主動(dòng)雷達制導導彈在中途也是采用慣性制導，導引頭在彈道末端才會(huì )開(kāi)啟。而導引頭鎖定目標后，由于導彈會(huì )依目標調整姿態(tài)，就會(huì )損失大量的動(dòng)能。因此主動(dòng)雷達制導的中距彈，會(huì )盡量延長(cháng)慣性制導的過(guò)程而節省能量。如俄羅斯R-77導彈的慣性導航段最高可占整個(gè)飛行過(guò)程的80％，而美制的AIM-120據說(shuō)甚至可達90％。
延長(cháng)慣導過(guò)程，就要讓中距彈導引頭開(kāi)機的時(shí)候，盡量靠近目標。這里同半主動(dòng)的方式一樣，導彈也需要載機及時(shí)傳輸目標的坐標信息。但為了實(shí)現“發(fā)射后不管”，機載雷達一般是通過(guò)雷達的旁波瓣，來(lái)向導彈傳送信息，這樣就可以在進(jìn)行機動(dòng)時(shí)向導彈傳送資料。目前這類(lèi)資料鏈均只能由雷達單向地向導彈發(fā)送信息，不過(guò)未來(lái)將會(huì )有雙向的形式出現，就是說(shuō)導彈除了被動(dòng)的接收雷達傳來(lái)的信息外，也能將自身狀態(tài)發(fā)回載機。
主動(dòng)雷達制導中距彈另一個(gè)特點(diǎn)就是“多目標接戰”。以最早的主動(dòng)雷達制導導彈“不死鳥(niǎo)”為例，它在對抗多目標時(shí)則采分時(shí)制導，發(fā)射前先以AWG-9雷達的 “掃描同時(shí)追蹤模式”分別鎖定多個(gè)目標，解算出目標方位、高度、速度、導彈發(fā)射區與優(yōu)先攻擊順序后發(fā)射導彈，其后AWG-9波束仍以2秒1次的頻率接觸目標，輪流為每枚滯空中的導彈提供目標位置資訊，直到距目標15-18公里開(kāi)啟導彈上的DSQ-26主動(dòng)導引頭為止。AWG-9最多可同時(shí)追蹤24個(gè)目標，并同時(shí)攻擊6個(gè)目標。
資料塊：機載火控雷達的幾個(gè)問(wèn)題
機載雷達與中距空空導彈的使用有密切的關(guān)系。機載雷達為了發(fā)射導彈，必須追蹤目標，持續給出目標方位、距離、速度與高度信息，而不只是偵測到目標而已，因此，所有火控雷達在追蹤模式下的有效距離均遠低于搜索模式(一般至少會(huì )有25-40％的差距)，而不同的追蹤模式所得到的有效距離也不同，如能量分散的掃描同時(shí)追蹤(TWS)有效距離就短于能量集中的單目標追蹤(STT)模式，因此以不同模式火控所得到的導彈最大射程也不同。當不同雷達在信號處理能力相當時(shí)，通常功率與孔徑的積值越高者，有效的追蹤與鎖定距離也越遠。比起機械掃描或被動(dòng)式相控陣雷達，主動(dòng)相控陣雷達可透過(guò)數百到上千組獨立的發(fā)射／接收模塊達成高功率，因此主動(dòng)相控陣雷達可具備極高的功率*孔徑值，導控導彈的有效距離也遠高于機械掃描或是被動(dòng)相控陣雷達。
動(dòng)態(tài)發(fā)射的難題
在第一節中我們談到，當目標在進(jìn)行機動(dòng)規避的時(shí)候，原來(lái)規則的包線(xiàn)圖立刻變得扭曲起來(lái)。人們又把這種機動(dòng)目標的攻擊包線(xiàn)圖稱(chēng)為動(dòng)態(tài)發(fā)射區。
在使用中距空空導彈時(shí)，很難指望目標能夠老老實(shí)實(shí)等著(zhù)被導彈擊落。因此動(dòng)態(tài)發(fā)射區更符合實(shí)際的作戰情況。按理說(shuō)，導彈生產(chǎn)商在研制過(guò)程中，通過(guò)大量的模擬和試驗，應該能夠提供導彈在各種狀態(tài)下的包線(xiàn)圖。但是要讓飛行員應付顯然是不可靠的。
在20世紀60和70年代，正是中距導彈出現和展示自己的時(shí)代。然而這場(chǎng)開(kāi)幕并不成功，進(jìn)而成為外界質(zhì)疑空空導彈性能的最有力論據。美軍的“麻雀”導彈在越戰中表現極差。F-4戰斗機在和中國的殲6戰機空戰時(shí)，“麻雀”導彈竟然發(fā)生了錯過(guò)中國戰機而誤中僚機的大笑話(huà)。當然，主要因為那時(shí)中距導彈還很不成熟，性能和可靠性差。然而很多人忽視的重要原因就是，當時(shí)戰機的電子系統無(wú)法為飛行員提供動(dòng)態(tài)發(fā)射的信息。飛行員只能憑借蜂鳴器傳來(lái)的聲音變化得知導引頭是否鎖住目標，但導引頭的作用范圍和飛彈的動(dòng)力性能是不等同的，導引頭鎖住目標不能保證目標已進(jìn)入導彈動(dòng)態(tài)射程，飛行員還是必須憑經(jīng)驗判斷目標是否進(jìn)入導彈發(fā)射區，而這顯然經(jīng)常會(huì )出錯。
在越戰期間，早期的F-4B／C／D等各型戰斗機的機載計算機已經(jīng)可以進(jìn)行一部分的輔助工作。計算機可以將目標和本機的高度、速度進(jìn)行計算，然后再顯示出導彈的有效射界以及目標是否進(jìn)入射程，來(lái)避免飛行員的錯誤。然而當時(shí)的計算機，只能解算直線(xiàn)飛行的目標，對機動(dòng)的目標則無(wú)能為力。這當然無(wú)法適應空戰的需要，在大多數的接戰情況下，計算機根本幫不上忙。因此，飛行員一不小心還是很容易在容許范圍外發(fā)射飛彈?？傆嬙綉鹬芯尤挥懈哌_40％以上的“麻雀”導彈是在不符合發(fā)射條件的情況下被發(fā)射，由此導致的低命中率顯然也是理所當然的。
要解決飛行員錯誤使用中距空空彈的問(wèn)題，唯一辦法還是只能依賴(lài)電腦輔助。將把雷達擭取的目標等外在資訊和配合載機傳感器與導航系統獲得的自身資訊，一同輸入電腦作即時(shí)運算，再與已知的導彈包絡(luò )線(xiàn)作比對，協(xié)助飛行員判斷目標是否已經(jīng)進(jìn)入飛彈發(fā)射區。
以現代的美軍戰機來(lái)說(shuō)，當飛行員以雷達鎖定敵機時(shí)，火控雷達即會(huì )在平顯與多功能顯示器上，以多種符號來(lái)提示飛行員關(guān)于導彈發(fā)射包絡(luò )的資訊，如以容許操作誤差環(huán)(ASE，AllowableSteeringError)指示飛行員將飛機指向適當的發(fā)射位置，提示目標相對于載機的角度(由目標正在接近還是離去判斷其是以前半球還是后半球朝向自機)，還會(huì )以多種尺標分別顯示導彈的最小射程、對機動(dòng)目標的最大射程、對非機動(dòng)目標最大射程及氣動(dòng)力最大射程等。發(fā)射導彈時(shí)還會(huì )有攔截時(shí)間或導彈開(kāi)啟主動(dòng)雷達導引頭的倒數時(shí)間，以提示飛行員在適當的時(shí)間結束對導彈的制導，便于掌握脫離接戰的時(shí)機。
電腦輔助動(dòng)態(tài)發(fā)射區判斷的關(guān)鍵，首先在于雷達等感測器的精確度，其次是機載計算機的運算能力；最后則是能否獲得足夠詳細完整的導彈攻擊包絡(luò )線(xiàn)資料。與導彈本身直接相關(guān)的是第3點(diǎn)，如不能得到完整的導彈攻擊包絡(luò )線(xiàn)資料，則不管航電系統多好，也沒(méi)辦法充分發(fā)揮導彈的性能。如英國與美國對AIM—120的爭執就是在這一點(diǎn)上，由于美國不肯提供完整的AIM—120動(dòng)態(tài)發(fā)射區資料，以致影響了英國戰機使用AIM—l20時(shí)的效能，被迫只能以比較保守的方式來(lái)估算動(dòng)態(tài)發(fā)射區。不過(guò)這是外購武器必須承擔的風(fēng)險，如果是自制武器就不會(huì )有這種事。
