《空天防务观察》导读：本文原刊登于陈黎先生新专著《军用飞机主动防护技术》，本号转载自《军事文摘》公众号。《空天防务观察》曾在2020年10月20日推荐《军用飞机主动防护技术》，该兴趣的读者可点击左侧书名访问本号的推介。
未来空战游戏规则改变者——军机主动防护技术
随着各种高新技术的广泛应用，现代军机（固定翼飞机/直升机）在战技性能不断提高的同时，研发采购成本也持续上涨，进而导致世界各国军机装备数量急剧减少，机队规模大幅萎缩，战时谁也经不起大量损失。由于这样的原因，加上现代社会对人员战时伤亡的高度敏感，提高军机战场生存力、减少其战时损失的重要性也日显突出，自防护能力太差、战斗中易遭毁伤的军机将很难被各国军方认可和接受。为此，目前世界各国均在大力探索各种对军机战场生存力有重大影响的新概念、新原理、新技术，主动防护就是其中非常具备代表性、并且拥有广阔应用前景的一种。二战结束以来，随着导弹技术的发展，各种对空（面空/空空）导弹逐步取代传统的高炮/航炮而成为军机的主要威胁，如何防御对方发起的各种形式的导弹攻击，也成为提高军机战场生存力的关键所在。在今后，随着各种高性能对空导弹不断涌现，军机面临的导弹威胁将会进一步加剧；与此同时，随着未来战争形态日益向多样化发展，今后的战场环境将会更加复杂险恶。在这样的时代背景下，机动规避、软杀伤等传统军机防护手段的局限性日益暴露，主动防护的独特优势则非常引人注目地显现出来，其对各国军方的吸引力也与日俱增。1.传统的军机自防护措施将越来越难以对抗高性能对空导弹的攻击现代军机历经一百多年的发展，目前其自防护措施已经相当成熟完善，但这些措施大都集中在如何避免被发现、跟踪和攻击等方面；一旦被敌方发现并遭其导弹攻击，军机能采取的自防护措施将只剩下两种：机动规避和软杀伤（有源/无源干扰）。然而现代对空导弹针对军机这两种防护手段，进行了多种优化设计，导致军机对抗过程中的难度越来越大。（1）对空导弹导引头抗干扰能力不断增强，对其实施干扰将越来越力不从心。随着先进的成像制导、多模导引和复合制导方式的普遍采用，现代对空导弹导引头的抗干扰能力越来越强，传统软杀伤手段已经越来越难以奏效。例如，美国AIM-9X等第4代近距空空导弹广泛采用了红外成像制导，其探测到的目标是一个图像，而不像先前红外点源制导那样是一个点，传统红外诱饵弹、红外干扰机等手段对其基本无效；美国AIM-120C之类的第4代中距空空导弹除了普遍采用复合制导外，还具备“跟踪干扰源”这一末段制导方式，目标若对其实施有源干扰反而会“引火烧身”；美国在研的CUDA、“游隼”等最新一代空空导弹则将采用多模导引头（例如毫米波雷达/红外成像双模制导），可在充分发挥各种制导方式优势的同时，有效弥补各自的不足，从而极大地增强抗干扰能力。此外，有部分型别的现役对空导弹还采用了较为独特的制导方式，其工作原理就决定了外界很难对其实施有效干扰。例如，德/法国合作研制的“独眼巨人”潜空导弹采用了光纤制导，由人工进行目标识别并通过有线光缆传送指令，因而具备极强的抗干扰能力。（2）对空导弹机动能力不断提高，机动规避对军机摆脱攻击的帮助越来越小。随着弹体气动设计、高性能动力装置、非常规控制和弹体结构强度等技术的进步，现代对空导弹的最大可用过载不断提高，其攻击高机动目标的能力也不断增强。例如，美国AIM-9X近距空空导弹采用了推力矢量控制技术，欧洲“紫菀”15/30近/中程防空导弹引入了直接侧向力控制技术，由此大幅提高了机动能力和快速响应能力，二者最大可用过载高达60～70g，理论上足以对付最大过载15g以上的高机动空中目标。而从另一方面看，军机平台由于受到飞行员生理因素的限制，其最大使用过载不可能无限制地增加下去，目前的9g左右已被认为接近人体所能承受的极限。因此，面对现代高性能对空导弹的攻击，军机已经很难再像以前那样，通过剧烈机动使导弹的需用过载超出可用过载而丢失目标。此外值得注意的是，美国AIM-120D、欧洲“流星”中远距空空导弹还分别采用了双脉冲固体火箭发动机和整体式固体火箭冲压发动机，不仅飞行全程平均速度大大提高，而且主动段显著延长、不可逃逸攻击区扩大，尤其是在在弹道末段仍旧能保持较好的机动性能，进而有效增强了对抗高机动目标的能力。2.发展主动防护技术是当前时代背景下提高军机生存力的现实途径以上分析表明，要提高军机在未来战争中的生存力，继续靠改进平台机动性和软杀伤技术，与对手展开一轮又一轮“魔高一尺、道高一丈”式的循环竞争已非上策，而有必要另辟蹊径，寻求其它更加积极主动的办法来应对先进对空导弹带来的威胁，主动防护正是与这样的需求相适应的一种新概念防护手段。（1）主动防护可有效弥补机动规避/软杀伤手段在防护效能方面的不足。所谓军机主动防护，就是将目前已广泛应用于水面舰艇、坦克装甲车辆和地面军事设施的主动防护概念引入到军用航空领域，通过为军机配装一套与舰载近防武器系统（CIWS）、坦克主动防护系统（车载APS）和地面“反火箭炮、火炮及迫击炮”（C-RAM）系统类似，可对来袭导弹实施火力拦截的机载主动防护系统（机载APS），使其在战场上能以消灭来袭威胁的方式来提升自身的自防护能力（图1）。与机动规避/软杀伤手段相比，主动防护从根本上改变、甚至颠覆了传统的军机防护模式，使其由消极被动地躲避、干扰、诱骗敌方导弹，转向积极主动地探测、跟踪、消灭来袭威胁，从而突破了传统思想观念给军机防护技术发展带来的桎梏，可使军机的战场生存力获得革命性提升。由于主动防护是通过发射拦截弹、对来袭威胁实施硬杀伤来达到防护目的的，因而在以这种方式对军机实施防护时，完全可以“以不变应万变”，只要能确保拦截弹命中目标并使之遭到有效毁伤即可，而根本不必考虑目标有无制导、采用何种制导方式、抗干扰能力强弱等问题，受载机平台机动性能优劣、飞行员素质高低等因素的影响也很小，由此可从根本上克服机动规避/软杀伤手段的先天不足，极大地提高防护效能。（2）主动防护给载机作战任务带来的不利影响远小于机动规避/软杀伤。军机在以机动规避方式对抗来袭导弹的过程中，往往会带来燃油消耗剧增、编队混乱/解体、被迫丢弃外挂弹药、影响空战占位、有利战机丧失等一系列问题，而当采用主动防护方式后，这些问题将会从源头上得到根除，由此可极大地提高作战灵活性。例如，即将对目标发起攻击、但同时自身也正面临敌方攻击的军机，完全可以一边使用APS对来袭导弹实施拦截，一边继续保持对目标的跟踪锁定和火力打击，而不必为了规避来袭导弹而中断攻击行动，这在形势瞬息万变、战机稍纵即逝的现代战场上极具实用价值。与机动规避类似，军机在对来袭导弹实施软杀伤的过程中，也会带来有源/无源干扰影响本机/友机传感器的使用、拖曳式诱饵降低载机机动性/隐蔽性、有源干扰破坏载机隐蔽性等一系列问题。而当采用主动防护方式（尤其是使用具备“发射后不管”能力的对抗手段）后，反导拦截弹一旦发射出去，即可断绝与载机的联系，上述问题将会全部迎刃而解，进而极大地提升军机的任务效能。3．由消极到积极、被动到主动是作战平台自防护技术发展的普遍规律从世界各国陆上、水面、水下作战平台以至人员防护技术的发展历程可以看出，面对早期威胁，各种平台（人员）均采取的是伪装、躲避、装甲防护等消极被动手段，但随着来袭威胁技术水平的逐步提高，平台（人员）的防护手段也不断发展完善，最终均殊途同归，相继引入主动防护技术，因而大体上都经历了由消极到积极、由被动到主动、由软杀伤到硬杀伤，最终实现多手段、多层次的综合防护的发展历程（表1）。在这样的背景下，为军机研发配装APS，填补相关领域的技术空白，将正好顺应并且体现了这一普遍规律。与舰载CIWS/车载APS一样，要推出成熟实用的机载APS产品，也需要足够的技术储备作为支撑。通过对军机/对空导弹这一矛盾双方性能特点的对比分析，并结合国内外相关技术领域的最新进展情况，可以认为目前条件下研发机载APS在技术上已具备可行性。1.战场环境及平台特性使军机在反导自卫作战中具有一定先天优势在现代战争中，军机由于自身的平台特性和所处的空中环境，其面临的战场威胁在复杂程度方面明显有别于陆上、水面和水下作战平台，显得更为简单、甚至单一，这对其配装APS非常有利。如表2所示，军机在现代战场上面临的威胁通常只有两大类：对空导弹和非制导弹药，并且前者的威胁程度远远超过了后者，因此对于今后的机载APS来说，只要能够有效对付来袭对空导弹，载机安全就可以在极大程度上得到保障。换句话说，今后军机只需配装一种类型的APS，即可实现对几乎所有战场威胁的防护。相比之下，其它陆上、水面和水下作战平台所面临的战场威胁不但种类更多，而且各种威胁在目标特性方面往往差异很大，因此当同样采用硬杀伤手段对来袭弹药实施主动防护时，将很难利用一种类型的APS来对付所有潜在威胁。2.现代技术条件下对空导弹在反拦截方面的固有优势正不断下降尽管对空导弹是一种典型的高速高机动小型空中目标，但其在目标信号特征、飞行弹道、反拦截能力、弹体易损性等方面仍存在诸多薄弱环节，进而为今后机载APS的反导作战提供了有利条件。（1）随着机载传感器技术的进步，对空导弹的各种信号特征日显突出。作为一种空中目标，对空导弹仍具有各种信号特征（尽管相对飞机目标来说较为微弱），进而会被现代高性能传感器探测跟踪：①对空导弹的弹体为雷达隐身性能不佳的圆截面结构，其上还存在弹翼/舵面、导引头天线、发动机尾喷管等强散射源部件，因而普遍具有一定的雷达信号特征；②对空导弹高速飞行时，由于弹体表面的气动加热、温度较高的发动机喷管/尾焰、弹体蒙皮对太阳/天空背景红外辐射的反射等原因，普遍具有较强的红外信号特征；③对空导弹发动机工作时会排出尾焰/羽烟，并产生位于“太阳光谱盲区”波段的紫外辐射，因而具有独特的紫外信号特征；④部分对空导弹的制导雷达、雷达导引头、指令发射机工作时需要发射电磁波，因而具有一定的射频信号特征。（2）战时对空导弹的高机动能力不能随意发挥，会受多种因素制约。尽管对空导弹普遍拥有很大的可用过载，但实战条件下，来袭导弹既没必要、也没能力采用过于复杂的飞行弹道：①对空导弹飞行过程中，为了确保导引头能持续稳定跟踪目标、提高飞行末段的存速/能量、减少制导系统的动态误差，需要尽量保持飞行弹道平直，不会随意进行剧烈机动；②对空导弹的飞行状态很大程度上是由目标决定的，只有当目标剧烈机动、企图摆脱锁定时，对空导弹才会大幅调姿以继续维持对目标的追踪，否则不会频繁机动而白白损失自身能量；③对空导弹追踪目标时，会根据自身和目标的运动信息，按照相应的导引方法（三点法、比例导引法等）朝目标方向飞行，其轨迹有一定规律可循；④对空导弹的机动能力在不同飞行阶段存在很大差异，到飞行末段其存速/能量通常已经很低，将无力进行过于剧烈的机动。（3）对空导弹弹体抗毁伤能力差，很容易因为火力拦截而失效。对空导弹为了适应高速高机动飞行，需尽量减轻结构重量，作为一次性使用武器，还需严格控制成本，因而在弹体结构强度设计方面的安全余量很低。目前对空导弹的弹体普遍为筒形薄壁细长结构件，导引头、战斗部、燃料箱均紧贴着单薄的壳体蒙皮，导引头整流罩通常由硬脆材料制成，弹翼/舵面则大都为薄壁空腔结构。这样的结构特点，使得对空导弹弹体的易损性非常突出，当其处于高速高机动飞行状态时，弹体只要遭到局部甚至轻微损伤，在气动作用下就很可能会带来灾难性后果，至少也会使其飞行姿态遭到破坏，以致偏离正常弹道，无法对目标构成威胁。3.相关领域的技术进步为机载APS尽早面世奠定了坚实基础尽管迄今为止机载APS的装备使用仍为空白，但功能与之类似的舰载CIWS/车载APS和机载软杀伤自防护系统，在世界范围内已经日益普及。后二者研发使用过程中的技术储备和经验积累，可为今后机载APS的产品研制提供很好的借鉴参考，进而加快军机主动防护技术的实用化进程。（1）舰载CIWS/车载APS的大量装备使用，为机载APS研发做了先期探索。为了提高水面舰艇、坦克装甲车辆的战时生存力，近年来世界各国推出了一系列高性能舰载CIWS和车载APS，可对海上/地面战场上的多种来袭威胁进行有效的探测、跟踪、摧毁。与这类装备相比，机载APS在作战思想、工作流程、目标特性、拦截手段等方面均非常相似，因此今后研发过程中可大量借鉴、参考、沿用前者的技术，甚至直接在其基础上进行改型发展。例如，目前车载APS已经有能力在远比空中环境更加复杂恶劣的地面战场上，对来袭的反坦克导弹、火箭弹等目标实施超近距拦截，乌克兰“屏障”等个别型号的车载APS甚至还初步具备了拦截坦克炮/反坦克炮发射的高速脱壳穿甲弹的能力。考虑到脱壳穿甲弹极高的飞行速度（可达1800m/s）和极其微弱的目标信号特征（其弹芯直径仅十多毫米），加上地面战场环境的复杂纷乱，如果撇开搭载平台自身特性不论，这类车载APS拦截目标时的作战难度可以说已经达到、甚至超过了军机反导自卫作战，因此对其进行一定的适应性改进后，完全可用于军机、尤其直升机平台。事实上，目前美国“综合陆军主动防护系统”/“全谱近距多层防御”、以色列“战利品”等车载APS，均已推出了可配装直升机、甚至固定翼飞机的改型。（2）机载软杀伤系统的不断成熟完善，可为APS体系架构的构建提供参考。为了应对日益严重的导弹威胁，现代军机已经大量配装软杀伤自防护系统，这类系统可分三个阶段对来袭导弹进行探测、跟踪、对抗：当本机被敌方火控雷达、激光测距仪等设备照射时，系统中的雷达/激光告警接收机可及时告知辐射源的出现并提供其方位、信号特征和威胁类型等信息；当敌方导弹发射后，系统中的导弹逼近告警设备可通过来袭导弹的红外、紫外、雷达信号特征，对其保持跟踪并提供其方位、到达时间和威胁程度等信息；当来袭导弹进入机载软杀伤设备的有效作用范围后，系统中的有源/无源干扰装置将会适时启动，干扰、诱骗、致盲来袭导弹。从上述性能特点可以看出，目前机载软杀伤自防护系统应对导弹威胁的功能已经相当完善，其工作原理和作战流程与设想中的机载APS已经非常接近，差异仅仅在于最后阶段对抗措施的不同。今后这类系统只要做一定的改进升级，并换装一套硬杀伤拦截武器，即可实现向机载APS的转变。尤其值得注意的是，目前部分军机配装的定向红外对抗（DIRCM）系统已经有能力精确瞄准来袭红外制导导弹的导引头部位并对其发射激光干扰波束，使之迷盲、偏航以致无法继续跟踪目标。这类系统距离真正意义上的机载APS可以说仅一步之遥了，今后只需用高能激光器替换目前系统中的低功率激光干扰源，即可将其升级成一种可对任何制导方式（不仅红外制导）的对空导弹实施硬杀伤的机载APS。基于以上分析，并结合当前技术条件，尤其是尽可能立足于现有成熟技术和产品，可提出一个能适应未来战场环境的机载APS初步解决方案。针对日益严重的导弹威胁，为军机配装一套能以硬杀伤方式拦截来袭导弹的机载APS，战时可在来袭导弹有效杀伤范围之外将其摧毁，或者使其制导、动力、飞控等系统受损，偏离正常弹道以致无法追踪目标，最终达到提高军机战场生存力的目的（图2）。从上述基本思想出发，机载APS在功能上应具备以下特点：①由于飞机速度和机动能力远高于舰艇、车辆，要求系统与载机平台使用共同的惯性基准，能够快速补偿载机的高速运动和姿态变化并自动稳定，以实现对目标的连续跟踪，并完成射击解算；②与陆上/水面反导不同，机载APS还需考虑来自下半球空域的威胁，要求系统在水平/俯仰方向上均能全向覆盖；③拦截弹的威力和射程适中，能在一定距离内适度损伤来袭导弹即可；④为对付敌方多枚导弹齐射/饱和攻击，要求系统具有不同位置齐射、同一位置连射和多目标攻击能力，并具备较强的持续作战能力；⑤系统兼容性好，可与机载软杀伤系统相整合，构成“软硬结合”式的综合自防护系统；⑥在敌机抵近攻击等紧急情况下，可作为自卫武器使用。机载APS在功能结构上将由威胁告警、目标探测、精确跟踪、处理控制和拦截武器等分系统组成（图3）。①威胁告警分系统：由雷达、激光告警设备组成，用于探测识别各种电磁/激光信号威胁，并向机上人员和处理控制分系统通报，使系统及时作出响应。②目标探测分系统：由雷达、激光、红外、紫外等传感器组成，可根据处理控制分系统的指示和威胁告警分系统提供的告警信息，搜索探测处于发射、加速等各个飞行阶段的导弹，判断其类型、评估威胁程度、初步测量其弹道参数、推算可能击中时间。③精确跟踪分系统：由雷达、激光、红外、紫外等传感器组成，可根据处理控制分系统的指示和目标探测分系统提供的目标初始信息，对来袭导弹进行实时跟踪，精确测量其方位、速度、距离等数据。④处理控制分系统：作为整个系统的指挥中枢，根据各分系统提供的相关数据，推算来袭导弹的前置点、计算射击参数、发出拦截指令、评估拦截效果。⑤拦截武器分系统：由发射装置和制导/非制导拦截弹药组成，可根据控制分系统的指令，对来袭导弹实施硬杀伤。主动防护作为一种军机防护理念，在世界军用航空装备发展史上出现的时间并不晚。早在20世纪50年代，随着对空导弹对军机威胁的日趋严重，苏联、美国等国在研制远程轰炸机时，均曾考虑过为其配装具备反导自卫功能的航炮或空空导弹。这之后到21世纪初的数十年间，欧美国家和苏联（俄罗斯）均在军机主动防护领域进行了大量概念探索和方案论证，但由于部分关键技术无法取得突破，这些概念方案大都停留在纸面阶段，而没能转入正式的产品研制。进入21世纪以来，随着精确制导、微电子、新材料、先进制造等技术的飞速发展，先前研制机载APS过程中所面临的众多技术瓶颈均不同程度地得到缓解甚至消除。在这样的时代背景下，美国、以色列、欧洲等国家（地区）对军机主动防护理念的兴趣日趋浓厚，在相关领域的投入力度逐年加大，其技术也越来越接近实用化。根据目前国外在军机主动防护技术领域的研究动向，可以将其在研的机载APS分为直升机APS、大型飞机APS和战术飞机APS三大类。在这三类机载APS中，直升机APS是技术最成熟、也最接近实用化的一种，2010年以来美国和以色列陆续提出了一系列概念方案，其中美国“直升机主动防护系统”（HAPS）和以色列Fliker均已进入产品研制阶段并成功进行了靶场测试。在大型飞机APS领域，美国近年推出了“动能空中防御”（Kinetic Air Defense，图5）和“硬杀伤自防护对抗系统”（HKSPCS）等概念方案，前者计划配装B-2A、B-21等隐身轰炸机，后者则拟用于运输机、预警机、加油机等大型作战支援飞机。在战术飞机APS领域，美国已经开始了“小型先进能力导弹”（SACM）、“微型自卫弹药”（MSDM）的早期研制工作，欧洲则推出了“硬杀伤防御辅助系统”（HK-DAS，图6）研发计划，三者均为体积小、重量轻的小/微型空空导弹，其中SACM还将具备格斗空战/反导自卫双重能力。除此之外，美国还开始了以高能激光武器为反导拦截手段的更新一代机载APS的技术预研，并正在实施“持久”（Endurance）、“盾”（SHiELD）、“光束投影及补偿”（BP&C）等一系列项目，其中“盾”已经在地面射击测试中成功击落靶标，并计划在2021年由F-15战斗机携带进行空中测试。尽管迄今为止世界范围内尚没有机载APS产品正式投入使用，这类装备的作战效能还有待今后实战的检验，但从多年来国外进行的相关测试评估以及类似装备在水面舰艇、坦克装甲车辆等作战平台上的使用情况来看，军机主动防护技术一旦发展成熟并广泛应用，必将会带来军机自防护技术领域的一次历史性变革，甚至在相当程度上改变未来空中作战的“游戏规则”，由此可全面提升未来军机的综合任务效能，并在战术思想、编制体制、装备体系、兵力运用等方面给世界空中力量的未来发展带来深远影响，其动向非常值得国内关注。
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