1958月23日,金门炮战爆发,除了金门岛上地动山摇的炮火,台海的天空中也布满了战机格斗的尾迹。当时国民党空军使用的是1953年入役的F-86F,配备6挺12.7毫米机枪,解放军空军则已在1957年开始装备更先进的米格-17,安装了1门37毫米机炮和2门23毫米机炮。
比较双方的这两种主力战争机,米格-17在速度、爬升率、高空性能等方面占据较大优势;F-86F的操纵性更好,座舱人体工程学设计杰出,水平盘旋、滚转性能更强,火控系统更先进。
和一般的认知不同,米格-17的航炮威力虽然是压倒性的,但受当时技术条件限制这种优势并不能转化为胜势。因为苏制航炮初速低、弹道弯曲、瞄准具功能不足、2种口径机炮协同困难,实际有效杀伤范畴只有300米左右,超出这个距离命中率开始急剧下降,600米外就基本无法命中,这也是我军航空兵在早期空战中坚持近战的重要原因。
> 加拿大皇家空军的CL-13(加拿大版F-86在地面试射机枪)
不过即使是这一点优势连续的时间也非常短,到1958年9月,国民党空军通过机密的“明星计划”接收了美国在1957年才开始装备的AIM-9B“响尾蛇”导弹,并在著名的九二四空战中第一次上场。
当天双方出动数百架战机在从浙江乐青到广东汕头的几百公里空域内展开大规模行动。海航2师飞行员王自重因米格-17座机故障掉队,在温州湾上空遭到12架F-86F偷袭,其中4架各挂载了2枚AIM-9B。王自重在5分钟内连续击落2机后座机也被响尾蛇导弹击中,血洒长空。
65年前的这次空中拼刺刀将空战带入了导弹时代,产生了世界上第一例空对空导弹战果。航空机枪和航炮在射程十倍以上且能自主寻的的导弹面前迅速落伍,这是一种跨代的降维打击,彻底改变了空战格局和战争机研发方向,影响极其深远。
当日空战中国民党空军共发射了5枚导弹,部分残骸落在温州地区,5天后新华社发表了在北京公开展现“响尾蛇”导弹的照片,这种划时代的全新武器以一种意想不到的方式被公之于众,令初次上阵的AIM-9名声大噪。其中有1枚未爆炸的导弹相对完整,成为东方阵营的研究仿制对象,为“响尾蛇”导弹的大家族又开出一个分支。
空对空导弹的雏形
战争是科技进展的重大推动力量,从一战到二战短短20年间战争机已经从最初的开敞式座舱、帆布蒙皮双翼机进展成为P-51、喷火、BF109这样时速超过700公里、升限达到一万米的全金属巨鸟。但是空战武器的进展相对缓慢,主力武器还是设计于一战时期的航空机枪,航炮在1938年后才开始普及。
随着作战飞机机动性越来越高,速度越来越快,防护能力越来越强,航空枪炮的作用日益下降,能否击中、击落敌机很大程度上依靠飞行员的个人技术和运气,这也成就了极少数万里出一的超级王牌。
除了机枪和航炮,航空设计师们很早就研究过其它类型的武器。法国空军在1916年的凡尔登战争中就使用过普里尔航空火箭弹,它极其简陋,火箭本体就是一个纸板卷成的管子,内装200克黑火药,木质头锥顶端插着一个三角型刀片作为战争部,尾部是一根3米长的木棍用于连接到机翼支架上(刷漆帆布蒙皮怕火,得离远一点)。火箭采纳电动击发,射程仅150米,不过用来应付德军的浮空观测气球已经足够了,也曾经摧毁过一个地面大型弹药库。针对氢气球开发的航空机枪燃烧子弹普及后这类火箭弹就不再使用。
> 纽波特16战争机配备的普里尔火箭弹
从间战期开始各国空军都在研发新型空对空火箭弹。1939年8月20日在诺门罕战争期间,苏联红军的伊-16战争机曾发射RS-82火箭弹击落过16架日军战争机和3架轰炸机,这是已知空对空火箭击落敌机的最早记录。RS-82于1937年入役,弹径82毫米,重6.8公斤,射程6.2公里,破片杀伤半径7米。不过它和口径更大的RS-132更多用于对地攻击,经过战场改装的伊尔-2最多可携带24枚,苏军在二战中共发射了1200万枚RS系列火箭弹。
> 挂载RS-82的伊-16-29型,翼下长条的是带稳定翼的火箭发射导轨,还未挂弹
> 采纳雪橇起落架的伊尔-2翼下挂载了8枚RS-132
纳粹德国的莱茵金属-博尔西格公司研制了针对盟军重型轰炸机密集编队的BR21火箭弹,1943年中服役。该弹弹径210毫米,弹头重达40公斤,射程1200米,杀伤范畴30米。Fw190、Bf109、BF110、Me262等主力战机都能挂载,采纳简易的金属圆筒发射管,虽然单发的精度较差,但一个中队12-16架飞机齐射通常能命中2-3枚,达到15%的命中率。即使没有直接杀伤,爆炸产生的巨型弹片雨也会对敌方机组产生心理影响,导致其采取规避动作脱离编队保护区成为猎杀对象。
R4M“飓风”是德国空军在二战后期研制的空对空火箭弹,弹径55毫米,重3.85公斤,采纳折叠尾翼,最大射程1500米,主要装备Me262。采纳小直径火箭弹是为了解决BR21阻力过大的问题,R4M无需发射管,并排挂在翼下木制发射槽内。和当时的大口径机炮相比,它不需要沉重的机炮炮管和支撑结构,24发火箭弹总重比备弹65发的Mk108 30毫米机炮全系统还轻,而R4M的杀伤范畴和破坏力要大得多。
Me262通常在两个翼下各挂载12枚R4M,在距离轰炸机1千米处齐射(正好超出轰炸机预防火力射程),火箭弹的飞行速度超过音速,24枚火箭弹可以形成15x30米的杀伤区域,应付单架轰炸机相当有效。
> 一架在德国本土上空被王牌飞行员鲁道夫·拉德马赫驾驶的Me262发射R4M击落的美国B-24轰炸机,整个机尾部分被炸断,可见威力之大
二战末期已经进入喷气时代,机枪和航炮射程短、精度低、威力差的缺点越发突出;无控火箭弹射程远、威力大,但精度太差,应付轰炸机尚可,面对高机动性的战争机早已无能为力。面对这样的挑战,德国的黑科技也开始涉足到空对空武器方面。
> 弹头更尖锐,垂直安定面为方形的Hs-298V1
> 美国国家航空航天博物馆收藏的Hs-298V2,采纳了倒挂的姿势,弹头圆钝,垂直安定面为椭圆形
导弹和无控火箭的区别就在于拥有制导能力,可以操纵自身的飞行轨迹直到命中目标。Hs-298采纳的无线电指令制导系统和“弗里茨-X“反舰导弹相同,都是“克尔-斯特拉斯堡”型无线电操纵链路(参见战列舰三国志 -“厌战”号(6)纵横四海、老兵不死),该系统由导弹头部的冲压涡轮驱动发电机提供电源。导弹需要载机上的两名操纵员协同操纵,其中一名用反射式瞄准具瞄准目标,另一人用摇杆操纵导弹,他使用的瞄准具通过伺服系统和前一部瞄准具交联。
唯一一次已知的测试在1944年12月22日完成,一架容克88G发射了3枚Hs-298,只有2枚离开了发射架,其中1枚提前爆炸坠地。德国空军共向亨舍尔订购了300多枚V1型和100多枚V2型(用于夜间战争机拦截),但后来整个项目被取消没有服役,让位于性能更好的X-4,具体产量数据丢失。
鲁尔钢铁公司的克莱默博士领衔在1943年研发了Ru344 X-4导弹,它的弹径为220毫米,长2米,重60公斤。弹体成圆锥体,有4片45°木制固定后掠弹翼和4片可动尾翼。弹头重20公斤,破片杀伤半径8米,采纳声学近炸引信,其频率调谐到B-17巡航飞行时发动机噪音的200Hz,在导弹接近时由多普勒频移触发,作用范畴为7米。
> 收藏在美国空军博物馆的X-4
这型空对空导弹竟然是线导的!为的是幸免被无线电干扰。在两副对称弹翼的翼尖整流罩内共收纳了长达5.5公里的导线,导弹操作员在载机机舱内使用摇杆通过导线操纵导弹尾翼上的操纵面,将导弹引导到近炸引信的作用范畴内。
X-4采纳宝马公司研制的液体火箭发动机,因为没有空间安装燃油泵,强腐蚀性燃料被储存在螺旋形盘绕于弹体中部的长管内用活塞泵送。火箭发动机点燃后燃烧17秒,推力从140公斤降低到30公斤。导弹以每秒一圈的转速自旋保持稳定,导弹飞行姿势由陀螺仪操纵。
1944年8月11日,X-4由一架Fw190挂载进行了首次试射,之后又尝试了容克88和Me262(后者没有实弹发射),测试表面单座飞机要同时制导导弹并维持自身飞行是不可能完成的任务,因此X-4将只配备给容克-88这样的多人机组飞机。
X-4从1945年初开始投产,在设计时就注重装配的简易性,可以由非熟练劳力制造,并采纳木材等非战略性低成本原料制造。盟军对斯图加特宝马火箭发动机工厂的战略轰炸阻碍了X-4的量产,到停战前可能生产了多达1千枚,但从未正式交付给德国空军,因为计划中的载机福克·沃尔夫Ta183只进行到风洞模型阶段。
> 挂载在Fw190翼下进行首次试射的X-4
X-4虽然没能投入实战证明自身的价值,但是它超越时代的创新思维为战后的制导武器提供了灵感,并成为多种反坦克导弹的研制基础。
美国早期空对空导弹进展历程
美国陆军航空队在1944年也展开了空对空导弹研究,休斯公司提出了MX-570计划,被军方给予JB-3的编号,在1945年8月6日广岛原子弹核爆当天进行了首次飞行测试。JB-3体型庞大,重达283公斤,弹头重45公斤,射程14.5公里,采纳早期的半主动雷达制导。它在测试中表现不佳,项目在1946年9月被取消。
> JB-3等比例复制品
当时正是航空业的“大航海时代”,大量飞机型号上马,标新立异的设计不断涌现,配套的导弹项目也是百花齐放。到1946年底,美国陆军航空队将众多空对空导弹开发项目归于2大类,由轰炸机发射针对战争机的自卫导弹和由战争机发射针对轰炸机的拦截导弹。当时唯一的自卫导弹是通用电气的MX-802“蜻蜓”;拦截导弹则有休斯公司在MX-570的基础上重新设计的MX-798,瑞安航空的MX-799,克罗格的MX-800和本迪克斯的MX-801。
不过随着战后军费大幅度削减,受空军预算限制,绝大部分空对空导弹项目都在硬件生产之前就被取消,到美国空军成立半年后的1948年3月只剩下瑞安的MX-799。
> 1947年8月8日挂载在A-26攻击机翼下的MX-799
美国在40年代末还研制了弹径70毫米的FFAR“巨鼠”航空火箭弹,它连续德国R4M的思路,小弹径、折叠弹翼稳定、依靠大规模齐射拦截轰炸机。在实际运用中它被证明是一种非常糟糕的“大老鼠”,1956年美国空军的2架F-89战争机在测试中发射了全部208枚火箭弹,却未能将一架失控的海军无人机击落。
> F-89D主要武器就是两个翼尖荚舱内的各52枚“巨鼠”
MX-799的后继超音速研究计划最终被空军选中,命名为AAM-A-1“火鸟”,它是为美国空军开发的第一种空对空导弹(AAM即空对空导弹,第3个A代表空军),也是除纳粹德国之外第一种进入飞行测试阶段的空对空导弹。
它采纳液体火箭发动机加固态火箭助推器的两级动力系统,铝合金弹体直径200毫米,拥有可动的十字形主翼和固定的尾翼,中段无线电指令制导加末端半主动雷达导引,射程13公里,飞行速度0.85马赫,弹头重40公斤,采纳近炸加碰炸引信。
> 1947年挂载在DF-82“双野马”战争机翼下进行测试的“火鸟”,能看出不少X-4的影子
“火鸟”在测试中的表现相当好,但它主要依靠无线电指令制导,仅具备昼间优良气象条件下的作战能力,亚音速也已经显得落伍,因此项目在1949年中止没有进入量产。
同期美国海军也在开发制导化空对空火箭技术,1947年授予斯佩里公司合同研制雷达驾束制导版的HVAR 127毫米火箭弹,项目代号“Hotshot”,导弹编号KAS-1,后来更名为AAM-2(美国第2种空对空导弹),从1948年起称为AAM-N-2(第2种空对空导弹-海军)。
它的弹体由道格拉斯飞机公司开发,在发觉HVAR的直径不足以容纳电子设备后被扩大到203毫米。经过漫长的开发周期,导弹原型在1952年进行了首次空中试射,1954年随F3D全天候舰载夜间战争机入役,外号“麻雀I”,也就是“麻雀”导弹家族的第一代,当时它仅具备有限作战能力。
> F3D挂载4枚“麻雀I”进行测试
“麻雀I”弹体修长而尖锐,主翼和尾翼均为三角翼型,外形非常现代化。但当时的雷达驾束制导方式非常原始,导弹只能攻击直线飞行的目标,缺乏实战意义,仅生产了2千枚就停产了。之后进展出主动雷达制导的“麻雀”II和半主动雷达制导的“麻雀”III,成为空对空导弹的又一大家族。
> F3H战争机翼下挂载的“麻雀I”
休斯公司在1947年还推出了MX-904,它是从MX-798衍生而来的超音速版本,作为轰炸机自卫导弹以三联装方式安装在机尾发射箱内通过一条极长的发射管向后发射,在B-52上将由尾炮的A-3火控雷达为导弹的半主动寻的头提供照耀。
> MX904发射系统示意图
在AAM-A-1“火鸟”被取消后,MX-904从轰炸机自卫导弹改为拦截导弹,仍旧采纳长管发射方式,但转到前向,发射管就布置在机头雷达罩下方,三枚导弹像霰弹枪子弹一样头尾相接纵列在发射管内。这样的方式有不少问题,最主要的就是在导弹发射离机前无法锁定目标。
最终决定放弃管式发射,改为吊在翼下或者储存在弹舱中,这样导弹既可以采纳半主动雷达制导也可以采纳红外制导。导弹的导引头改为可更换结构,一架飞机可以携带任意一种类型的导弹,或者同时配备两种类型,主弹翼翼展扩大,并采纳更符合空气动力学设计的长三角翼构型。这些改进完成后导弹被命名为AAM-A-2,外号“猎鹰”,1951年根据命名规则变化改为F-98。1955年规则再次改变,半主动雷达型为GAR-1,红外型为GAR-2。
> GAR-1D(右,头锥不透明)和GAR-2(左,头锥为透明玻璃罩)
GAR-1/2于1956年入役,装备F-89、F-101B、F-102和F-106战争机用于国土防空截击,它也是美国空军第一种投入使用的空对空导弹。GAR-1长2米,弹径160毫米,重54公斤,速度3马赫,射程8公里,弹头重3.4公斤,采纳碰炸引信;GAR-2比GAR-1长40厘米,重7公斤。在实战中载机往往齐射两种类型的导弹以提高命中率,第一发射红外型,片刻之后再发射雷达制导型。
> 从F-89H翼尖荚舱内伸出的GAR-1模型
1958年休斯公司推出了略微放大的“超级猎鹰”,战争部重量提高到13公斤,火箭发动机推力更大,雷达制导型命名为GAR-3,红外版为GAR-4。1962年再次修改命名规则,统一命名为AIM-4,AIM是Air Intercept Missile - 空中拦截导弹的缩写。
“猎鹰”作为空对空格斗导弹的实战表现很差,它的射程太短,战争部威力小,缺乏近炸引信,红外导引头致冷、锁定速度很慢(需要6-7秒,且仅有一次连续2分钟的致冷机会),无法有效攻击高机动性的战争机。1967年它挂载在最新型的F-4D上参加了越南战争,只取得5个击落记录(4架米格-17和1架米格-21),2年后就被一线部队弃用。
空军和空军国民警卫队的国土防空单位一直使用“猎鹰”,因为F-102和F-106截击机的弹舱都是针对“猎鹰”导弹设计的,无法装备尺寸更大的新式导弹,AIM-4直到1988年才随F-106退役。而且猎鹰家族不断繁殖扩大,后来推出了核战争部的AIM-26和为3马赫的XF-108和YF-12A截击机配套的AIM-47,终极版本则是鼎鼎大名的AIM-54“不死鸟”,这是后话。
> 齐射4枚AIM-4的F-102A,它共可携带6枚“猎鹰”
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