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DARPA的研究成果(一)：精密制导弹药，隐身技术

原创 2017-01-20 ☞ 学术plus

美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)，简称DARPA。成立于1958年，是美国国防部属下的一个行政机构，负责研发用于军事用途的高新科技。本文摘编自DARPA于2015年3月发布的报告《国家安全突破性技术》。

精密制导弹药

精密制导弹药的需求和发展前景

在冷战期间，苏联优越强大的重装坦克对美国以及欧洲北大西洋公约组织的各国军队都构成了严重的军事威胁。尽管美国的核武器可以在一定程度上抗衡苏联的军事优势，但是军事领导人想要找到不使用核武器缩小了双方军事实力的差异的办法，于是可以让美国在苏联入侵后对苏联第二梯形纵队坦克发起远程精密攻击的新型精密制导弹药（PGM）则成为了他们的首选。越南战争进一步推动了美国对精密制导弹药，或者“智能武器”的需求，这些武器不仅能更精确地发射、瞄准和击中目标，还能减少附带损害和意外伤亡。精确制导武器大大提高了攻击的精确度，作战人员可以瞄准任何指定的目标精确发射导弹，一般目标是建筑和基础设施，例如作战人员可发射导弹炸毁桥梁来孤立敌军，其他目标还包括雷达和全面空军防御系统、指挥和控制中心以及飞机场等。另外，自导性武器还能从更远的距离发射，进一步降低了飞机和驾驶员所承担的风险。

后来，随着美国使用精确制导武器作战取得的一次又一次的胜利，敌军们也纷纷开始改变作战策略，更多地将部队和战斗人员分散部署在城市里，敌军的这一新对策使美军瞄准攻击和投射导弹变得更为困难，同时也要求我们进一步提高精密制导武器的准确性。在现代战役中，作战场地更加分散，敌军分布也更加隐秘难以预测，这意味着精密制导武器对作战人员而言将比以往任何时候都更加重要。

DARPA的解决方案

早在20世纪60年代末以及70年代初期，DARPA就开始了精确制导武器的研究，同时开展了一系列新技术的研发，包括激光、微电子学、数据处理器和雷达、电子光学传感器等，所有这些技术都可能帮助DARPA研制出第一批精密制导武器。在1978, DARPA将多项上述研究成果应用于DARPA当时正在进行的“攻击破坏者”项目。攻击破坏者项目历时四年，在某些领域取得了重大突破，开发出了整合精密制导弹药和先进情报收集和侦查技术的联合监视目标攻击雷达系统（JSTARS）、“全球鹰”号无人驾驶飞行器、采用末端制导弹药的空军空对地导弹、远程地对地陆军战术导弹系统，该导弹系统反应迅速，能在任何天气、白天或者黑夜的作战环境中准确击中移动或者固定目标、以及机翼上装有可探测和瞄准攻击坦克的声波传感器的出色反装甲坦克（BAT）子母弹；这些发明都在实际应用中取得了巨大的成功，从而为第一批智能武器系统的诞生奠定了坚实的技术基础。

图：全球鹰无人驾驶飞行器

在20世纪80年代DARPA开展了一项种子项目研究，研制出了微型全球定位系统的接收器，与此同时，DARPA在惯性导航方面的研究也有了突破性的进展，成功在联合直接攻击弹药上安装了全球定位系统附加装置，使原本无制导功能或者是激光制导的弹药具有高精确制导能力。DARPA的单片微波集成电路项目所研发的砷化镓芯片是取得上述研究成果的关键所在，在该单片微波集成电路项目中，DARPA还研制出了精密制导武器所需的射频技术和毫米波电路。

在1975年到1979年期间，DARPA开展了一项名为“坦克破坏者”的项目，为后来的自制导标枪反装甲坦克导弹的诞生提供了理论和技术条件。DARPA在标枪反装甲坦克导弹的设计中加入了红外线成像阵列技术，特别是应用在导弹寻的器上的红外线成像二维阵列取得了巨大的成功。此外，DARPA研究的焦平面探测器交替源也对标枪反装甲坦克导弹的成功研发起到了关键性的作用。

其他由DARPA研究发明的现代武器弹药还包括先进中程空对空导弹（AMRAAM）、传感器引爆武器、有线制导光学追踪管射式（TOW）反坦克导弹以及先进巡航导弹。

图：美军中程空对空导弹（ＡＭＲＡＡＭ），1979年开始研制，1990年服役。1993至1994年在伊拉克领空“禁飞区”先后发射过4枚，击落教练攻击机等飞机3架。发射后先用指令引导，靠近目标15至20千米进改为弹上雷达制导。最大射程约64千米，全弹质量157千克，弹径0.178米，全弹长3.65米。

所产生的影响

随着精确制导武器的发展成熟和攻击精确度的提高，精确制导武器被广泛应用于各个军事领域，这不仅使得美军可以从更远的距离发射导弹攻击和消灭目标，还极大地提高了攻击的成功率和精确度。这一技术在冷战时期、海湾战争，以及后来美军在与更分散、更隐秘敌人的作战过程中都起到了至关重要的作用。总而言之，作战人员所关心的已不是击中目标所需的出击次数，而是每次突击行动可以击中的目标数。

举例来说，在20世纪90年代，美国在对伊拉克和巴尔干半岛的军事行动中采用了精确制导武器，主要是巡航导弹和激光制导弹药，行动取得了巨大的成功，充分说明了精确制导武器在发起连续高效的精确轰炸方面具有巨大优势和威力。通过提高攻击的成功率和准确性，同时降低美国军队面临的风险和损失以及减少攻击目标周围的附带损害和意外伤亡，精确制导武器使得美国领导人在斗争冲突时期与敌国政府谈判斡旋时有更大的筹码来达成对美国更有利的外交协议。

尤其是在于伊拉克的战争中，DARPA所研发的一系列精确制导武器（其中标枪反装甲坦克导弹被美军用于发起首轮攻击）起到了至关重要的作用。在伊拉克战争前期，美军所发起的精确轰炸大规模摧毁了伊拉克军队停放在陆地上的战机，重创了伊拉克陆军部队，并且使伊拉克的综合防空系统陷入了瘫痪。此外在整场战役中，DARPA在精密制导武器上添加的全球定位系统导航定位功能（例如联合直接攻击弹药）极大地提高了美军向关键的固定目标发起攻击时的精确度和成功率。

DARPA所研发的精确制导武器的成熟改良和广泛应用在美国取得对阿富汗的战争的全面胜利中功不可没，极大地提高了美军战机空袭的打击力和战斗力以及对陆军的空中支援的威力。

精密制导弹药技术成果转化和应用

DARPA所研发的精确制导武器已在海陆空三军以及海军陆战队中得到了广泛的应用。

下一步计划

DARPA正与美国海军研究局密切合作，以加快对远程反舰导弹（LRASM）的研发和应用。

图：美国B-1B轰炸机投放LRASM远程反舰导弹

远程反舰导弹是精确制导反舰导弹，可以满足美国未来在与敌军漫长的对峙中突破击溃敌军先进成熟的防空系统对远程反舰导弹的能力的紧迫需求。远程反舰导弹以现役的AGM-158B增程型联合防区外空地导弹（JASSM-ER）为基础，将在运用新锐尖端技术的同时，降低对情报收集和侦查系统、网络以及电子战中先进的外部导航系统的依赖性。

图：外挂在F-16战机上的增程型联合防区外空地导弹（JASSM-ER）导弹

另外，在美国海军的全力资助下，DARPA所开展的持久近距离空中支援项目，成功研制出能让陆军部队请求空中支援精确制导武器的设备装置。该项目已取得了初步成效，所研发的设备对美军在现代战役中获胜起到了决定性的作用，DARPA同时还计划对设备进行进一步的改良和升级。

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隐身技术

隐身技术的需求和发展前景

在20世纪70年代前期出现的现代空防导弹系统不仅威胁到美国的军事领先地位也限制了美国的战略选择。现代空防导弹系统包括雷达制导地对空导弹（SAM）以及配有雷达制导导弹和预警、定位和瞄准雷达系统以及尖端成熟的指挥和控制网络的现代战斗机。在越南战役中，敌军先进的空防系统使美军遭受了重大损失，在那之后，美军一直致力于能够彻底击溃敌军一体化空防系统并能逐个摧毁关键系统节点的办法，只有这样美国空军才能打破敌人的严密的防御圈，集中火力攻击敌人主力部队，把握先机，重新在战斗中占领上风。

DARPA的解决方案

由于美国战机在执行任务时很容易暴露，被敌人击落，针对这一问题，DARPA研究了一整套解决方案，包括多项发展策略和新型技术，以降低战机雷达的可侦测度。在20世纪70年代中期，DARPA 的这些研究成果取得了重大进展，DARPA成功研发“海弗蓝”（Have Blue）号隐形战斗机诞生了，这是世界上首架隐形战斗机，不仅采用了全新的设计理念和制作原材料，还装配了新型雷达散射截面预测系统，最终彻底颠覆了美国空军部队的空袭策略。在海弗蓝面市后不久，F-117隐形战斗机便诞生了，之后这一与海弗蓝其极相似的隐形战机被美国空军大批量采购，广泛运用于各种空中行动。

在20世纪70年代中后期以及80年代早期，DARPA成功研发了首架配备雷达系统的隐形飞行器——“沉默之蓝”号隐形飞机。沉默之蓝号隐形飞机采用雷达系统以及其他当时最为先进的技术，以维持足够低的雷达散射截面，这使得它能够成功地躲过敌人雷达站连续不断的监视，在很低的高度下飞行，获取情报并及时传送回总部。沉默之蓝号隐形飞机的成功为空军部队B-2号隐形轰炸机的诞生奠定了坚实的基础。

图：“沉默之蓝”号隐形飞机

DARPA在低可侦测性技术方面最重要的技术成果包括：用于减少雷达散射截面的曲面设计、雷达波吸收覆层材料、红外屏蔽技术、散热技术、低视觉信号、低截获概率雷达、入侵物屏蔽、排气冷却和塑型、防风屏蔽涂层以及计算能力等。

隐身技术的所产生的影响

在隐形技术的支持下，美军迅速攻克击溃了敌方的空防战线，重创了敌军，在多场重大战役中迅速制胜，其中包括对伊拉克战争（1991年沙漠风暴战役以及2003年伊拉克自由行动）、对阿富汗战役（2001年持久自由军事行动）以及2011年对利比亚的军事行动。隐形技术不仅巩固了美军的绝对军事优势，还彻底扭转了上述战役的局势，为美军的胜利铺平了道路。可以说，美军在上述战役中大获全胜，隐形技术功不可没，与此同时，国防部所采用的其他战略手段也起到了积极的作用，例如广泛用于隐形机和非隐形机的DARPA研发的精确制导武器可以在以更高的精确度和成功率击中目标同时降低攻击所造成的附带伤害。今天，尽管敌军大幅增加了对尖端空防系统网络的投资，但是面对美国隐形部队的夜间空中突袭，敌国依然防不胜防，只能处于被动挨打的地位。

跨越整个射频范围的低可侦测性技术已成为数代美国空军战斗机（包括F-117、B-2、F-22以及 F-35号战机）的重要设计特征，同时也成为了军事领域各大科研机构的研究重点。隐形技术也被广泛应用于各种各样的武器系统和军事平台，包括导弹、直升机、战车和战舰（包括“海影号”隐形战舰以及海军DDG1000导弹驱逐舰）等。

图：海面停泊的俯视海影号隐身试验舰

隐身技术的成果转化和应用

DARPA研发的隐形技术已被美国空军广泛应用于多种型号的战斗机和轰炸机中。另外，DARPA与空军采购与运行部门以及洛克希德公司和诺斯罗普公司合作，共同完成了对海弗蓝和沉默之蓝号隐形飞机的研发工作并成功将研究成果投入生产。

下一步计划

目前，敌军正大力加强全面空防系统的部署力度同时积极研究美军隐形战机的其他弱点，以图削弱美军在隐形空袭方面的优势。为此，DARPA将继续加大对于突破性技术的研究投入，提高美军突袭装备的战斗力和战略突袭的成功率，从而确保美国的绝对战略优势。