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2020/11/07 

軍事論壇

【軍事論壇】先進飛彈對決 主宰未來空戰勝負

◎寧博

  過去兩次世界大戰,敵我戰機在纏鬥時,都是以咬住敵方機尾以機槍擊落。不過空對空飛彈首次出現於1958年9月臺海空戰後,不僅成為空戰利器,也改變空戰模式,現代飛彈能在視距外擊落敵方,甚至可以搭配頭盔瞄準器,視線所及的區域都可以瞄準後發射飛彈攻擊。

  戰機在當前所面對的複雜空戰環境裡,要生存就要掌握速度與航程,戰機以最高每分鐘30多公里的速度逼近時,幾乎沒有時間反應,飛行員仍要忙著檢查飛行狀況,制定作戰計畫,協同僚機找出敵機,同時要辨識敵機弱點。因此飛彈尚未發射前,系統設計所要考量的諸多要素,就包含其所要面對的威脅、實體形狀尺寸、以及擊殺率,都影響空戰的勝負。

 尋標導引系統 提升擊殺率

  對付空戰中的威脅,是空對空飛彈系統的設計目標,因為目標選擇影響飛彈尺寸、掛載戰機大小,以及整體機隊後勤補給等因素。例如對抗長程轟炸機的AIM-54鳳凰飛彈,與攻擊低空層目標的AIM-92針刺飛彈,就是截然不同的尺寸,單位成本前者是後者的10餘倍。實體形狀尺寸幾乎由飛彈射程與掛載戰機來定義。現代飛彈射程愈來愈遠,射程增加提供戰機安全距離,如果第1枚未命中,也可增加再度接戰機會。短、中、長程飛彈射程定義已因科技進步而漸模糊,在視距外飛彈方面,運用衝壓噴射發動機,加上固體火箭發動機的歐洲MBDA公司流星飛彈,以及運用雙段式固體發動機的中共霹靂15飛彈都是射程超過100公里,甚至達200公里,但尺寸卻與美製中程麻雀飛彈相當。 

  現代戰機具備高速靈活運動特性,飛彈必須比戰機更快更靈活,方能在最終交手時將其擊落。因此提升飛彈擊殺率是必要的,高擊殺率意味著能降低載彈量。擊殺率受到近接引信的引爆時機影響,決定殺傷力高低機率,另外導引方式也是擊殺率的重要因素,透過紅外線或雷達尋標器,有效追擊運動中敵機。匿蹤也能提升擊殺率,匿蹤使戰機更接近無匿蹤能力敵機而不被查覺。但受限於戰機武器艙容納飛彈數量。空對空飛彈最大的弱點是實體大小,愈高速飛行,愈容易以小型翼面追擊敵機,可是一旦燃料用罄,空氣阻力就會使速度驟降,敵機就可急速避開而逃逸。

  提升飛行末段推力 增加射程

  增加射程或提升動能,就成為燃料強化以及雙段式發動機的開發重點,藉以增強飛彈在最後飛行階段的推力。MBDA公司流星飛彈具備可以調節推力的衝壓噴射發動機,能使飛彈到最後都有充足動能,其射程目前仍為機密。雖然現代電子科技與組件微型化,有助於增加燃料空間,但是燃料用罄後,飛彈仍需維持氣動力負載與質量重心,英國國防科技實驗室因而研發共振聲混合(RAM)技術,藉以提升燃料更佳的混合度,有助節約空間或增加射程。預期在2026年服役的新世代雲母飛彈則採用雙段式發動機,可以增加逾30%射程。改善飛彈外型的氣動力也是另一項增程作法,也就是減少現有連接的硬體介面,而改為無線連結。

  提升擊殺率可以透過對單一敵機發射1枚以上飛彈,或是齊射多枚飛彈,俄國空軍教戰守則中,所列方法就是對單一敵機發射多枚具有不同尋標器的飛彈,即一次發射3至6枚配備各種尋標器的飛彈,包括紅外線導引、雷達導引和反輻射飛彈等,也因齊射方式,蘇愷Su-27載彈量高達12枚,藉以提升擊殺率。而發射反輻射飛彈在於對抗敵機反電子偵測能力,敵方要防3種不同尋標器組合的來襲飛彈,要想全身而退勢必困難重重。

  為改善匿蹤戰機飛彈載量少的問題,如F-22最多6枚,而F-35僅4枚,美國新生產的傳統戰機F-15EX,可掛載多達16至20枚飛彈,另一方面也修改飛彈外型,原有前方三角翼成梯狀,使其可容納至匿蹤戰機武器艙內。

 雙向資料傳輸 可重設目標

  當敵機在遠處時,以雷達尋標器導引長程空對空飛彈接戰,主因為雷達尋標器是全天候感測儀,雖然天候經常變化,但透過雷達導引飛彈可以輕易捕捉目標。現有美國麻雀飛彈、英國天閃飛彈與天劍2型飛彈皆是配備半主動式雷達,飛彈是透過戰機發射的雷達波指引,接收敵機反射訊號後飛向目標。美國AIM-120先進中程空對空飛彈則使用主動式雷達,新一代飛彈更採用主動電子掃描陣列尋標器,例如美國AIM-260和日本AAM-4B飛彈,具備射後不理功能,飛彈能主動導引至目標時,發射的戰機就可以選擇下一個攻擊目標。比較上,現有飛彈採用單向傳輸資料方式,戰機雷達可以不斷更新飛彈雷達上的目標資訊,交戰時,戰機持續傳輸資料至飛彈上,但是兩者之間的連結如果因戰機飛離而中斷,飛彈僅會以最後的資料飛向目標。新一代戰機與飛彈則會利用資料鏈進行雙向傳輸,飛彈發射後,傳回現有狀況資訊,使飛行員能提早知道並採取後續動作。

  飛彈多半以近接引信觸發爆炸,以破片毀傷敵機。有些飛彈所使用連續延展桿狀炸藥,炸開形成環狀破片,毀損敵機的控制面,也因此彈頭大小對於擊殺率影響甚大,攻擊長程大型目標,就需要配備大型彈頭,但是短程空對空飛彈強調運動性接近敵機獵殺,因此小型彈頭就足以達成相同擊殺效果。

  戰機飛行員都希望從遠處擊落敵機,一旦進入視線內距離,就須使用運動性高、具備紅外線尋標器的短程空對空飛彈。要在視線內格鬥取得勝利,所採用的方法有二;一是使用大推力發動機與高能燃料,期在戰機由視線外進入視線內的過程中,讓飛彈發射後就能快速擊中目標,從而避免纏鬥。MBDA流星、法國雲母與南非A-Darter飛彈均採此方式。其二是美國AIM-9X、俄國AA-11和以色列巨蟒5型等,運用控制翼面與向量推進控制方式達到高敏捷特性,藉以對付運動中目標,以色列為對付低飛靈活運動的敵機,例如無人機或是巡弋飛彈等,發展出具備高敏捷特性的巨蟒系列空對空飛彈為代表。 

  現代戰機壽命週期長,意味著將與數個世代飛彈搭配使用,飛行控制系統與掛載介面的整合就形成新世代飛彈外型設計的挑戰。以歐洲戰機公司的颱風戰機為例,其半埋式飛彈發射架以AIM-120尺寸規設計,新型流星飛彈尺寸就無法掛載。法國新世代雲母飛彈維持前一代重量,重心也與舊型雲母飛彈相同,期能用於現有戰機。美國洛馬公司開發AIM-260,尺寸與外型都盡量與AIM-120相當,可容納至F-22戰機武器艙內。

  未來搭配AI無人機

  新科技正努力將飛彈組件輕薄短小化,使得飛彈有更多空間容納多模式的尋標器,搭配精進的推進技術,使飛彈有遠的射程,但有更高的靈活性,省下的空間使前端可安裝方向控制用發動機,進一步增加飛彈運動性。使用AESA雷達不僅增加飛彈導引距離至少40%以上,也因其可擴展性高,大小飛彈皆可使用,而且具備抗干擾能力,與紅外線科技相結合更能反制誘餌。未來空戰場景將是各型先進飛彈的對決,甚至搭無人戰機與AI技術,空對空飛彈發展方興未艾,今後仍是主導空戰的主角。(作者為僑光科大助理教授)

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