政府巨资搞的不如工程师车库攒的:AIM-9导弹的那些事

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战斗机作战的武器一直都比地面武器发展要困难,两个高速运动平台间所需要解决的技术问题比单纯地空导弹复杂10倍以上,在工程上,利用复杂的先进的技术手段解决问题,和利用某种先进的思路绕开某些困难解决问题都是可行的办法。第二次世界大战,战斗机的飞行速度提高到700KM/H,空战高度从海平面到万米高空。

最传统的武器是机枪和机炮,这是两个空空武器设计和应用思想的差别。以美国为主的战斗机设计时,喜欢采用6挺12.7毫米机枪,机枪安装在机翼上,不需要考虑射击和螺旋桨的干涉协调,6挺机枪的射速加起来很高,机枪间距较大,相互间在本机前方100-300米之间形成交叉聚点,然后呈小束角扇形散开,飞机在500米左右的距离上6挺机枪的子弹散步面宽度可以达到50米,空战时,这个宽的散步可以让子弹束扫中敌机即可,可以提高命中率。这一时期的飞机大多采用铝、木、麻布等材料制造,使用汽油燃料,只要子弹里带燃烧弹,命中几发就能达到击毁的效果。另一种射击思路是德国日本所采用的单门或者多门机炮,20毫米机炮威力更大,弹头可以携带炸药和更多燃烧药剂,机枪子弹要命中几发到10几发才能实现击毁,而机炮则1,2发命中就能击毁了。单一的发射武器让子弹的轨迹更加清晰,连发发射的炮弹在空中形成一条完全的火线,用这条线去压住目标就能击落。

美国人喜欢12.7毫米机枪横扫,打的准,子弹多,对空对地都方便

拆开蒙皮可以看到3挺机枪

6门机枪开火的场景,非常壮观

当然,对于亚音速时代,对付螺旋桨飞机极其有效,对地扫射也是

随着喷气机和超音速时代的到来,不管机枪还是机炮在作战中的效能都在下降,飞机在空中的速度甚至可以比子弹更快。这个时期出现了火箭弹,火箭弹有比炮弹更大的威力,更猛烈的短时间连续发射能力,但是精度要更差,早在二战未结束以前,德国人就在利用电子技术制导火箭弹,让它可以根据控制飞行,提高命中精度。

美国政府和军队高度重视空空导弹的研发,从二战结束以后就保持很大的预算方案试图去解决这个问题。被军队,特别是空军寄予厚望的是投资巨大的GAR1(AIM-4)猎鹰空空导弹。这种导弹能搭配当时美国所有的先进战斗机,它有红外制导,雷达制导,无线电自动控制,等能力,理论上是当时看上去非常完美的导弹。但是这个导弹啊,实际上是一种废物,美国刚进入越南战争时,就急急忙忙的把它送上战场,期望看到大杀四方的表现,但实际上最初带去越南的100多枚导弹,不仅没有办法击落敌机,甚至连打都打不出去。

巨额投资造出来的AIM-4空空导弹,作秀无比

外表很美,但是就是个空空导弹里面的美男子,中看不中用

美国海军军械站有一个叫威廉.B.迈凯轮的工程师,他觉得国防部让休斯公司研制的导弹根本是毫无意义的,他自己在家搞了一个研究项目,叫做寻热火箭,这只是他个人的兴趣,从1946年一直搞到1951年,这个科研项目主要利用海军军械站实验室的一部分设备便利,和私人投入的大约不到5000美元。第一枚理论样弹是威廉在自己车库里倒腾半年才搞出来的,这枚样弹展示给军械局海军负责人帕森斯上将看时,除了没有战斗部和火箭,它已经是一种非常接近实用的武器了,威廉的设计创新的使用了红外寻的导引头,机械陀螺滚架和与前翼舵机直接比例关联的步进电位器和电机,整个系统异常简洁,看上去成本低廉,不复杂,也没有什么影响可靠性的元器件。

响尾蛇是所有现代近距空空导弹的开山鼻祖,设计简洁高效,引领了了世界空空导弹发展

海军当即为这个项目立项,并决定投资发展,并给了内部研制代号XAAM-N-7,投入了约20万美元,威廉作为发明人和项目负责人负责这个导弹的研发,1953年小组自行制造组装了约25枚导弹,前13次发射都失败了,经过一系列改进和摸索,第14次才终于第一次命中MQ-17靶机。

研制成功的导弹被授予正式编号AIM-9,这是威名远播的响尾蛇导弹的起点。当美国空军AIM4导弹在越南战场上废了170多枚导弹,勉强发射出50多枚,命中仅5枚时,海军的AIM9B大放异彩,价格仅为AIM4系统1/10的响尾蛇导弹系统发射38枚,就取得了12架的击落记录,同时击落记录还在不断增加。

响尾蛇导弹为什么会叫响尾蛇呢?从二战到朝鲜战争,空战主要依靠机炮交战,飞行员必须飞到敌机的尾部,和敌机保持同一航迹,并接近到300米左右距离,才有机会开炮击落对方,这一过程叫做咬尾,也就是美国人最为重视的6点钟方向。AIM-9B导弹对喷气发动机的喷口散发的红外线敏感,虽然后半球很大的角度范围都能看见尾喷口,但是,导弹的光学视场角只有4度,我们把食指和拇指做一个能插入另外一只手拇指的洞,放在眼睛前望出去,视野就和导弹的差不多,所以,有了导弹,也需要像使用机炮那样把敌机套进瞄准器的圆环里,飞机被瞄准了,也就能进入导弹4度敏感区域了,一旦导弹探测到目标,它就会有滴滴滴的蜂鸣提示,蜂鸣的频率是导引头锁定目标的频率,速度越快表示锁定越好,大概保持套住目标这个瞄准动作2-5秒钟,导弹就能激活,发射了,激活以后的导弹会松开陀螺滚架的锁,让导引头在正负30度左右的范围内移动,这个角度可以确保导弹跟踪飞机移动的动作不脱靶。

响尾蛇导弹击中F4靶机实拍,可见威力巨大

响尾蛇导弹的出现是空战史上一个重要的标志,它真正意义上的标志空战主要武器从机炮过度到导弹,而同时,响尾蛇导弹的出现并没有改变传统空战狗斗的样式,反而加剧了这种狗斗的激烈程度。导弹从发射到击中目标,基本是一个狗追兔子的轨迹,用一些数学方法,比如比例法可以减小这个轨迹的弯曲程度,但是即便是射击平稳直线飞行的目标,导弹的轨迹都是弯曲的,导弹的射程和火箭发动机和飞行轨迹弯曲带来的过载有关。以响尾蛇为例,火箭发动机2.6秒以内把导弹增速大约500米/秒,假如飞机飞行300米/秒,导弹实际速度就是800米/秒,当火箭发动机燃烧2.6秒以后导弹就变成无动力的一个惯性飞镖,尽管速度高达800米/秒,但是空气阻力会时时刻刻让它变慢,高空10秒左右,低空3秒以内,导弹的增速就会被消耗殆尽,所以,虽然理论上响尾蛇导弹可能飞上18KM,实际上真是在空战中,它的射程只有大约3000米,后期增强的导弹射程提高也不会超过6000米。

空空导弹数据注水特别厉害,用一个实战永远达不到的泰迪参数忽悠客户是业内默认的规则

我们可以看到导弹狗追兔子曲线主要还只是针对飞机平直飞行时,就会产生10-20个G的过载,而如果当飞机作合适的机动时,这个曲线将更为弯曲,这需要导弹承受的过载更大,所以,第一代响尾蛇出现时导弹最大过载仅18G,到现代的第四代响尾蛇AIM9X过载就超过60G,就是这么大的过载,在目标速度和机动动作的影响下,都仍然有可能被躲避掉。最近叙利亚的一架苏22就是依靠机动躲开AIM9X的攻击。

空空导弹追杀敌机很类似狗撵兔子,兔子跑越快,狗狗跑得线路越弯曲

响尾蛇导弹一共发展了四代,第一代是使用硫化铅传感器的AIM-9B,有一枚打中中国飞机但是没有爆炸的AIM9B导弹被送到莫斯科,衍生出了苏联的AA-2和中国的PL-5.第二代导弹AIM-9D增加了制冷的设备,导弹更敏感,命中率更高。第三代AIM-9L包括(N,G,M)采用全固态电路更替了传统的电子管,AIM-9M采用了更先进的全数字电路,第三代响尾蛇最为显著的特点是采用制冷锑化铟导引头,视场角宽,能够实现部分前半球攻击,可以实现雷达或者头盔引导下的离轴发射能力。第四代响尾蛇AIM9X则采用了凝视热成像导引头,具有更大的视场和机动型,完全的具备全向发射攻击能力。

响尾蛇导弹总体架构改进不大,改进的核心就是导引头,也是价格的大头,几乎占据了一半

尽管第四代响尾蛇已经具备全向射击能力,但是飞机相对速度过快,它并没有改变近距空战的狗斗的基本面貌,但是第四代响尾蛇超宽的发射区域和更远的发射距离,还是影响了未来空战的形式,当两架飞机距离1000米盘旋时,飞行速度只需要200米/秒,当距离3000米盘旋时,这个速度就需要在300-400米/秒了,AIM9X的威胁导致未来战斗机狗斗的盘旋距离必须保持在6000米以上时,飞机需要进入到超音速机动时代,盘旋速度需要达到400-600米/秒,当然空战并不只是水平盘旋,还有许多不同高度,高差,速度差下的变化,这些变化衍生出更多地战术动作。

AIM-9X导弹有效杀伤距离翻番,使得格斗更加危险,敌机必须离得更远一点,否则将遭到灭顶之灾

有茅就有盾,响尾蛇导弹在空战中的统治地位仍然不够稳健,在二战中,被敌人咬尾了以后,很多飞行员会选择向太阳飞,太阳是个巨大的耀眼的火球,后续的飞机在炫目的亮光中看不清敌人的身影和位置,响尾蛇导弹一样也有这样的困扰,最初的导弹在轴线20度以上有太阳的出现就完全无法命中了,后期改进滤镜和电子电路以后,可以缩小到15度以内,但是仍然无法克服面对太阳的问题,即便最新的AIM9X,仍然会被太阳炫目这个一个简单的问题难倒。

响尾蛇导弹也有天然的克星,这就是太阳公公,亮瞎眼这句话比较适合太阳

转向太阳需要时间,不是每一次都有那么多时间可以让飞行员来得及转向太阳,那么,抛飞的红外诱饵就是报名的护身符,以AIM9L导弹为例,如果不使用诱饵,导弹杀伤概率不小于66%,而如果使用了诱饵,杀伤概率就小于30%,如果使用诱饵和机动动作配合合理,杀伤概率可以小于8%。

研发超高亮度红外闪光弹是对抗响尾蛇导弹的一个必需品,美国也不例外

F35上准备使用中低功率激光器,这个激光器可能和一般人想象的激光炮不一样,它主要就是用了对付AIM9X这样成像体制的导弹的干扰的,它用自己制造的炫目和灼伤的方式来对抗最新的导弹。

F35战斗机从设计初期就考虑过安装激光器,可以兼顾对空对地扫射

安装激光器后,对付响尾蛇导弹一类的目标,更轻松自在,也是美国人喜欢新科技破局的延续

伟大的发明往往来源于渺小的瞬间,AIM9这个从车库私人悄悄发展的导弹,是当今世界所有近距空空导弹的鼻祖,创造的智慧有时候并不来源于巨额投资,一点点改变足以撬动整个行业进行剧烈的变化。

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