关于PL-15的双脉冲发动机,相信所有朋友都听过这样的故事:
大约在2005~2008的某个时间段,也就是美军最先进的空空导弹AIM-120D开始研发后不久,全球互联网上就开始流传一个消息:
AIM-120D将装备双脉冲火箭发动机,其射程将达到恐怖的160~200公里
很多朋友可能并不知道这意味着什么,但中国空军以及中国军工的专家们很清楚:
双脉冲发动机意味着这种导弹可以根据目标距离随意调节不可以逃逸区的范围,未来如果与搭载AIM-120D的美军战斗机遭遇,那么其不可逃逸区可能会从一般中程空空导弹的40~50公里扩大到120~130公里以上!
如果美国将这种空空导弹销售给湾湾,那么湾湾的战斗机在蛙岛上空即可锁定并击落在福建上空的大陆空军战斗机,这款导弹绝对将成为改变未来空战格局的武器。
从此之后,中国军工的专家们进入了一波又一波的技术攻关,为的就是突破空空导弹上用的双脉冲火箭发动机,以免自家新的空空导弹刚研发出来就成了落后的代名词!
2015年,中国新一代空空导弹PL-15研发成功,装备的是逆天的双脉冲火箭发动机、主动相控阵雷达、双频导引导头,射程200~300公里,从性能上看,200公里范围内一击必杀,如果针对亚音速大型目标,射程可以扩展到280公里+。
但在2014年装备美军的AIM-120D空空导弹却传出了一个令人惊讶的消息,这种导弹火箭发动机并非双脉冲,而是常规火箭发动机,这就导致了它的不可逃逸区最多也只有60~80公里,如果与搭载PL-15的战斗机遭遇,美军载机完全没有机会生存。
到此时才发现,当年流传在互联网上的“PPT数据”只是一个战略忽悠,谁晓得东大太实诚了,面对美国的PPT数据深信不疑,并且连续攻关多项技术,终于将双脉冲发动机搬上了空空导弹。东大真是因祸得福啊,美国为此懊悔不已!
空空导弹已经被中国领先,美国怎么办?感到中国空空导弹强大压力的美军终于忍不住在2017年左右上马了真正的双脉冲火箭发动机的AIM-260导弹研发工程,但是8年过去了,AIM-260还没装备美军!
故事说到这里还没完,不过也差不多了,中国被美国大忽悠奋起直追,结果中国真搞出来了,美国自己却没有。这就是大家知道的故事,然而事实上这个故事却有点不一样,因为美国人真的有双脉冲火箭发动机技术,惊不惊?这可是真的!
美军的PPT真没骗人:搞不出来只是能力不行
美国的双脉冲火箭发动机真不是骗人的,是真有!并且比中国早大约10年就实现了双脉冲火箭发动机,具体时间是2004年就装备了,要是突破的话可能会更早一点!各位肯定很怀疑,到底是哪款导弹用了双脉冲火箭发动机技术?
SM-3(标准-3)导弹的三级火箭使用了双脉冲火箭发动机的导弹
标准-3导弹(SM-3)是美国雷神公司研制1997年开始研发2004年装备的舰载反弹道导弹,属于 “宙斯盾” 弹道导弹防御系统的核心武器,主要用于拦截处在中段的中近程弹道导弹,兼顾反卫星能力。其采用三级火箭推进,配备动能杀伤弹头(KKV),通过直接碰撞摧毁目标。
SM-3的导弹的拦截原理:弹道导弹在中段时(弹头与导弹分离后,在太空飞行的中段)进行拦截,其原理是拦截弹的轨迹与导弹的轨迹在某段直接相撞。其拦截过程如下:
弹道导弹发射后被早期红外预警卫星发现,根据其轨迹大致推断出弹道与落点,同时将通过数据链对相关中段拦截区域预警。对应海域的的提康德罗加级或者阿利伯克级接到预警后,会开启宙斯盾雷达连续追踪并测定其精确轨迹。
后续升级的SM-3最高可以拦截大约射高大约在1100~1200公里的导弹,按这个高度估计,射程大约在5000公里左右,当然也不是只能拦截5000公里射程的中程导弹,也能拦截洲际导弹,只是选择在中段的后半程拦截,拦截范围可能就会大幅度减小。
确定轨迹后,舰载火控系统会计算拦截轨迹,并在合适的时候发射导弹。SM-3导弹升空后,一二级火箭发动机会将导弹推出大气层外,之后由三级火箭发动机接手继续推进,由于其拦截弹道的复杂性,第三级火箭需要能量管理,这样才能让导弹在接近中程导弹的弹头时有强大的能量机动。
SM-3的三级火箭就使用了双脉冲火箭发动机,其原理是第一脉冲烧完后,导弹将进入滑行状态,等到接近目标后再启动第二脉冲,两个脉冲之间可以随意相隔一定时间,简单的说就是将机动性很强的第二段燃料留给最后机动用。
双脉冲发动机将KKV弹头送到双方轨迹相遇的末端,最后将会是KKV弹头启动只能工作十几秒的超强机动发动机,通过红外、光学以及雷达等复合制导系统控制动能弹头与目标相撞直接摧毁目标。SM-3导弹的技术起点确实相当高,2004年装备时真的是惊为天人!
SM-3是2004年装备的,不过SM-3在2002年就首次拦截成功了,这表示SM-3的双脉冲火箭发动机技术突破远早于2002年,中国PL-15是在2015年装备的,从这个角度来看,美国的双脉冲火箭发动机技术至少早于中国13年前就实现了!
既然双脉冲发动机已经突破,为何AIM-120D不用?
答案似乎一点都不复杂,因为美军没法将双脉冲火箭发动机技术小型化!从公开资料可以查到,SM-3的具体尺寸为:
- SM-3 Block 1型:一级火箭直径0.53米,二级和三级火箭为0.34米;
- SM-3 Block 2A型:一二三级火箭直径均为0.53米;
双脉冲火箭发动机对长度不太敏感,但对直径比较敏感,按种花家查到的公开资料,AIM-120D的直径仅为0.17米,因为F-22和F-35的内置弹舱空间非常有限,空空导弹的直径受到严格限制,最多也就比0.17大一丢丢,因此SM-3三级火箭的双脉冲发动机小型化的时遭遇了很大的难题。
各位看明白了吗?美国并不是没有双脉冲技术,AIM-120D在研发初期时应该也是打算用双脉冲技术的,但雷神公司的技术人员发现,双脉冲火箭发动机技术无法小型化,最终还是放弃了使用双脉冲技术,转而使用普通发动机,之前信心满满宣传的PPT却是怎么都撤不回来了。
但是雷神公司的这点破事中国军工的专家们不知道啊,就算对方透露出AIM-120D使用双脉冲发动机失败,中国军工可能也会认为是对方战略忽悠,所以还是闷头搞研究,结果还真把双脉冲火箭发动机技术给突破并小型化了。
AIM-260难产,中国PL-15E已经旗开得胜
中国PL-15突破双脉冲发动机技术并装备以后,美军就非常焦虑了,因为双脉冲发动机加持后的PL-15导弹性能非常“变态”,种花家简单解释下各位就明白了,在空空导弹打击敌机的过程中,有一个参数极端关键,也就是不可逃逸区,下面就针对这个不可逃逸区做个简介。
- 在导弹的导引头(红外、半主动、主动雷达或者主动相控阵雷达)等技术与机动性大致相同的情况下,能区分导弹性能高低的就是不可逃逸区。
- 不可逃逸区指的是导弹在火箭发动机工作时的动力射程内,被锁定的敌机是很难逃出导弹的追击的,因为战斗机不可能与导弹比机动性。
- 不可逃逸区也是是一个动态的概念,指的是导弹火箭发动机工作的射程范围,这个射程是相对固定的,但在敌机相对运动方向不一样时这个距离会有一个变化过程,对头攻击距离会大幅增加,尾追攻击距离会大幅缩短,侧向攻击时介于两者之间;
常规的单脉冲导弹的攻击过程是发射后,火箭发动机将其加速到极速,大概在3-4马赫后发动机燃料耗尽,从导弹发射到燃料耗尽,射程160公里的AIM-120D的动力射程大概只有60~80公里,之后的距离都是惯性滑行,在滑行阶段每一次机动都会消耗速度,最终导弹接近末端时速度已经降至1马赫以下,对大型低速的轰炸机或者预警机以及运输机类目标还有部分杀伤力,但根本就不可能命中战斗机类目标。
双脉冲导弹打击模式是与单脉冲导弹是不一样的,比如射程200~300公里的PL-15,假设打击的是200公里处的目标,按单脉冲发动机来看,导弹在100~120公里处就发动机就熄火了,到200公里距离时已经是强弩之末,速度都没了,要是打击战斗机,十有八九是打不中的(本文为讨论方便,忽略了弹道打击模式)。
双脉冲发动机就不是这样了,第一脉冲可能在80公里处就关机了,第二脉冲可能会在150公里处再开机,到200公里距离时正好处在动力射程范围内,此时导弹发动机依然在燃烧,机动性超强,被锁定的敌机很难逃脱。
要是目标在250公里处,那么导弹可能会滑行道180公里处再开机,最后导弹到230公里位置可能燃料已经耗尽,但距离目标只有20公里了,导弹存速可能从关机时的3马赫降到了2.3马赫,尽管速度有点降低,但依然可以命中大部分战斗机。
要是目标是300公里外的预警机,那么在230公里外发动机关机的导弹,滑行到300公里时存速可能已经低于1马赫,但对于预警机这种大型并且机动性非常差的目标依然具有很强的杀伤力。要是单脉冲空空导弹,这种可能性基本为零。
先声明下,以上数据仅作为说明双脉冲发动机的工作过程,以及延长不可逃逸区的原理,并不一定是实际射程数据。
双脉冲加持下的PL-15性能非常逆天,这给了美军极大的压力,因此在AIM-120D装备3年后的2017年,雷神公司还是上马了AIM-260导弹计划,这款导弹尺寸参数没有说明但猜测与AIM-120D差不多,因为F-22和F-35的弹舱已经定死了,无法作大幅度改动。
射程据雷神公司公开的数据在260公里以上,与PL-15在同一级别,雷神公司在宣传资料中称AIM-260超过中国的PL‑15,在射程、速度、抗干扰、精度等方面全面压制,听上去不错,但该导弹的开发遭遇了几乎和AIM-120D一样的问题,只是时间推迟了,技术难题一个都不少。
但是7年过去了该导弹依然还没有入役,据最新的公开消息,AIM-260已经入了测试,预计可能在2026~2027年装备美军。当初定下的全面压制PL-15,现在已经成了笑话,因为射程达到300~400公里的PL-17和射程达到700~800公里的PL-21中国都搞定了,AIM-260一装备就落后了。
PL-15E已取得实战战果
5月7日凌晨印巴空战,巴空军用PL-15E击落了印度空军6架战斗机,己方无一损失。这个战果直接震惊了全世界,因为六比零比十二比一还要可怕,因为六比零意味着印度空军束手无策,巴空军对阵印度空军几乎就是降维打击。
巴空军在后来公开的资料中,PL-15E最远在182公里外击落印空军战斗机,这个数据让全世界都懵圈了,因为PL-15E公开射程是145千米,结果巴空军打出了182千米外击落敌机的战果。中国人导弹数据反向虚标有点丧心病狂了,美国和欧洲的导弹数据都是往上虚标,但中国的武器却向下虚标,是不是中国公布的导弹数据都得重新评估下?
美国近些年来在科学探索以及军事装备研发计划上都遭遇各种延误,比如科学探测的阿尔忒弥斯计划,尾大不掉,现在被特朗普砍了不少分支计划了。军事装备上有HALO高超音速导弹、高超音速空射反舰武器、RAH-66科曼奇直升机、XM2001十字军自行火炮、AGM-183A空射高超音速导弹等等,都是各种延误最终被取消。
最大的原因还是美国的技术能力和工程能力已经严重失调,简单理解就是美国依然还有不错的技术研发能力,但在工程整合上遇到了极大的难题,这种能力是主导这些计划NASA以及国防部等机构从OEM(设计完外包)转向ODM(外包做什么就买什么)必然的结果。
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