2009年3月19日星期四

详解卫星制导的联合直接攻击弹药(JDAM)

舰载武器2006.02

  美国是当今世界上军事实力最强的国家,也是二战后参加实战最多的国家。可以说,自二战结束至今,美国的武装力量几乎很少消停过,总在时时刻刻挥舞大棒"教训"那些"不听话"或"不顺眼"的国家。

  美国历任总统的尚武情结也很重,都想显摆一下自己在军事方面的才能。在任期间,总想找个机会以"保护美国利益"为名用一用其强大的武装力量,以此体验一把军事统帅的威风。

  频繁使用武力使美国人达到了几个目的:一是打击了直接对手,震慑了潜在对手;二是刺激了国内工业的发展和科学技术的进步,带来了很大的经济收益;三是借此在全球不断进行战略布局和战略调整,从而巩固超级大国的地位。

  从美国近10多年来的对外战争可以看出,空中力量(包括空军、海军舰载航空兵、海军陆战队航空兵、陆军航空兵)由于特有的打击强度高、反应速度快、机动性强、战损小等优势,在战争中发挥着越来越大的作用。美军在尝够了空中力量的甜头后,更提出一种作战"零伤亡"的理论,并以此使其攻击力量进一步向航空化发展。同时,为了提高空中力量的打击威力,不惜重金为战机量身打造一系列远程化、智能化的精确制导对地攻击武器。

  科索沃战争是美军第一场完全靠空中力量取胜的战争,也是作战"零伤亡"理论的一次比较完美的佐证。在这场一边倒的战争中,美国武库中的各型作战飞机及种类繁多的精确制导弹药悉数亮相。而在这些令人眼花缭乱、在战争中展现出巨大威力的武器中,有一种全新的航空弹药引起了世人的极大关注。而对于中国人来说,这种弹药更带来一种深深的刺痛,它就是美军B-2战略轰炸机在1999年5月8日用来轰炸我驻南联盟大使馆的元凶武器-卫星制导的联合直接攻击弹药(JDAM)。

  在"9.11"事件后美国以"反恐"为名发动的阿富汗战争和伊拉克战争中,JDAM又两次成为美军空中力量对地攻击的主力之一,取得了"令人惊叹"的战果。如今,JDAM已经取代普通炸弹和传统的精确制导弹药而成为美国空海军空地弹药的骨干。

◆为什么要卫星制导弹药

  美军庞大的武器库中已经有GBU"宝石路"系列激光制导炸弹,那么美军为何还要发展卫星制导炸弹呢?这是因为"宝石路"系列激光制导炸弹虽然比较"聪明",但也存在着诸多不足,例如缺乏全天候作战能力,在战场上有雨、雾、烟幕、沙尘等条件下,其命中精度急剧下降,甚至根本不能使用等。毫米波雷达、红外成像、合成孔径雷达等制导方式只适用于末端制导,而且成本很高;即使是复合制导方式也存在成本高、制导距离近、对中继制导依赖性大、全天候作战能力有限等缺点,难以完全满足作战要求。为了提高精确制导弹药的全天候作战能力,美军迫切需要发展一种全新的低成本制导方式,而全球定位系统(GPS)无疑是这种制导方式的最佳选择。

  GPS系统是美国国防部于1973年开始发展的一种全球卫星定位系统,采用"时间同步、单程测距"的原理来实现定位。简单地说,就是用户同时向己知其位置的3个导航卫星分别进行距离测量,然后再以该卫星为球心,以所测得的距离为半径,在空间画出3个球面,3个球面的相交点就是用户所在的位置了。所谓"时间同步"是指卫星上的时钟与用户设备内的时钟是精确同步的;所谓"单程测距"则是指从导航卫星上发出的无线电测距信号在传播到用户设备的这一单向行程中,就可以把它们之间的距离测量出来。GPS系统可精确、实时、全天候地为用户提供三维空间的位置信息,测定用户的运动速度,并可提供精确的授时勤务,其电波信号还具有一定的抗干扰能力。

  整个GPS系统研制历时20年,分别经过了方案论证和初步设计阶段、全面研制和试验阶段、实用组网阶段,于1993年底完成24颗实用型导航卫星的升空组网工作。

  GPS系统的应用不但使全球范围内的定位精度大大提高,最重要的是它实现了全天候精确导航定位能力,正是这点使美军最感兴趣,也是美军将GPS系统引入武器制导的根本原因。

  实际采用卫星制导的航空弹药通常要结合惯性导航系统(INS),所以也称GPS/INS制导。惯性制导技术是一项发展较早、应用较为广泛的制导技术,在第二次世界大战中,纳粹德国就首先在V-2导弹上应用了惯性制导技术。惯性导航系统由惯性测量装置(包括3个加速度计和3个陀螺仪)、控制显示装置、状态选择装置、导航计算机和电源等组成,通常分为平台式惯导和捷联式惯导两种,以后者为主。惯导系统的优点是不依赖任何外界系统的支持就能独立自主地进行导航,能连续提供包括姿态基准在内的全部导航和制导参数;但主要缺点是导航误差随时间积累而增大,因此不能满足远距、长航时以及高精度导航或制导的要求。GPS/INS组合制导技术恰恰发挥了各自的优点,即可以利用GPS的长期稳定性与适中精度,来弥补INS的误差随时间传播或增大的缺点,利用INS的短期高精度来弥补GPS接收机在受干扰时误差增大或遮挡时丢失信号等的缺点,进一步突出捷联惯导系统结构简单、可靠性高、体积小、重量轻、造价低的优势,并借助惯导系统的姿态信息和角速度信息,提高GPS接收机天线的定向操纵性能,使之快速捕获或重新捕获GPS卫星信号,同时借助GPS连续提供的高精度位置信息和速度信息,估计并校正惯导系统的位置误差、速度误差和系统其它误差参数,实现对空中传递对准和标定,从而可放宽对其精度提出的要求,使得整个组合制导系统达到最优化,具有很高的效费比。

  GPS/INS技术在航空弹药上的应用彻底改变了以往精确制导弹药受限于天候的窘况,并使弹药具有了"发射后不管"能力,载机在投射完弹药后可以立即返航大大减小了受到敌方攻击的危险,提高了载机和飞行员的战场生存性。正因如此,美军对卫星制导武器十分重视,不惜花大力气来研制和装备。

◆研制概况

  JDAM(联合直接攻击弹药)计划最早是在20世纪80年代末由美国空、海军提出的。当时,美国空、海军提出一项被称为"先进炸弹系列"的研究计划,主要目的是研制一种低成本、高精度的常规炸弹。1991年海湾战争之后,美军开始实施"恶劣天气用精确制导弹药"计划(AWPGM),旨在针对第三代激光制导炸弹在海湾战争中暴露出来的缺点,研制具有在全天候条件下使用(不受恶劣天气如自然或人工制造的雨、霾、尘、雾、雪、风、烟幕等限制)、能够在低空或高空投放、具有投射后不管和多目标攻击能力的第四代制导炸弹,JDAM遂应运而生。

  JDAM的主要任务是进行近距支援、空中遮断、压制敌防空系统、海上攻击、打击指挥系统等,适于打击移动或固定的软/硬目标及海上目标。整个计划由麦道公司(现并入波音公司)和洛克希德.马丁公司组成的联合项目组实施。

  1995年6月,美国空军首次用B-2A战略轰炸机对JDAM进行了空中投放试验;1995年7月美国海军首次用F/A-18"大黄蜂"战斗/攻击机在加州中国湖海军武器试验中心进行了空中投放试验,试验效果表明JDAM性能满足设计要求。

  1996年1月,美国空军用B-1B战略轰炸机进行了空中投放试验:同年底,F-16战斗机也进行了空中投放试验。到1997年4月,JOAM共进行了53次空中投放试验,其中22次是由空军进行的。试验结果表明,采用GPS/INS制导的JDAM有着极高的可靠性和令人惊讶的精确性,命中精度达到10.3米,比技术指标要求的13米精度要高出很多。更重要的是,JDAM可以在任何天候条件下使用。由于试验比较顺利,JDAM的低速初始生产时间比原定计划提前了9个多月。1997年4月30日,美国空、海军宣布JDAM进入低速初始生产阶段,并首批购买937枚。

  1997年6月12日,在新墨西哥州白沙导弹靶场进行的作战试验期间,B-2轰炸机在一次通过中投放了16枚JDAM,这些炸弹两两一组,分别攻击位于2个地区内的8个目标,结果8个目标都被完全摧毁,表明JDAM已经具有了同时精确打击多个目标的能力。

  在1999年的科索沃战争中,隶属于美国空军怀特曼基地的第509轰炸机联队的6架B-2A轰炸机参加了"联盟力量"行动。这些轰炸机全都携带JDAM,并且全部在夜间执行任务。从1999年3月24日(当天夜里,两架B-2A投下了32枚JDAM,这是B-2和JDAM首次投入实战)到5月21日,总共投下了652枚各型JDAM,摧毁了南联盟大量重要目标。1999年5月8日,北京时间凌晨5时45分,美国公然用一架B-2A袭击我驻南使馆,5枚908千克级的GBU-31型JDAM炸弹从不同方位击中我驻南使馆建筑物的不同部位并:穿入内部和地下爆炸,使我驻南使馆遭到严重破坏,造成使馆3名记者死亡,30多人受伤,对中国人民犯下了令人发指的滔天罪行。

  对美军来说,在南联盟地区作战,携带普通激光制导炸弹的攻击机常常因恶劣的天候条件而被迫放弃攻击任务,或冒着危险带弹返航,或干脆将昂贵的制导炸弹投向大海。其他制导武器也存在类似情况。唯有JDAM不受这种恶劣天候影响,依然能够对目标进行精确打击。正因如此,在战争结束后不到一年,美国空、海军就同波音公司伯克利工厂签订了一项564.8796万美元的合同,要求为其生产8163套JDAM组件(合同规定完成时间为2001年3月31日)。

◆炸弹结构和基本型号

  JDAM由战斗部、悬挂螺栓、内置1760数据总线接口、保护夹壳、炸弹尾锥体整流罩、尾部舵机、制导舱、电缆和尾部控制舵面等组件组成。其实,JDAM并不神秘,说穿了不过是用新的GPS/INS制导组件配合现有的战斗部、引信和控制组件组装而成的精确制导炸弹。

  JDAM后部的形状和尺寸与美军现役激光制导炸弹基本相同,这就使载机可以不经大的改装即可携带JDAM(目前,美军现役战机如B-2A、B-1B、B-52、F-22A、F-16C/D/E/F、F-15E、F-117A、F-14A/B/D、F/A-18C/D/E/F、AV-8B、P-3C;S-3B等都可以投放JDAM,只是海、空军飞机投放的型号略有差别)。JDAM与载机的联系通过MIL-STD-1553数据总线和MIL-STD-1760数据接口来完成,而整个JDAU炸弹的连接装置则由MII-STD-1760数据接口、引信连接装置、制导舱(GC U)连接装置和夹壳连接装置等组成。

  JDAM的核心组件是制导舱,由任务计算机、GPS/INS任务模块以及电源模块等组成。各个模块都装在锥形整流罩内,以防止电磁干扰和其他环境因素影响。在GPS/INS任务模块中,GPS接收机采用2个天线,分别装在炸弹尾部锥形整流罩前端上部和尾部舵面后部,用于连续接收多达5颗卫星发射的L1或L2波段的高精度P码;INS模块由2个速率陀螺、3个加速度计以及相应的电子线路构成,是一种低成本的捷联惯导设备。任务计算机则根据INS/GPS任务模块提供的炸弹位置、姿态和速度信息,自动解算飞行、制导和导航数据,随后输出相应的控制舵面偏转指令。

  JDAM的弹尾有四片控制舵面,其中3片是可动的,1片是固定的。3片可动舵面根据任务计算机传来的控制偏转指令,不断调整炸弹的飞行轨迹,使炸弹始终沿着正确的轨迹飞向预定攻击目标。

  JDAM的弹尾引信组件通常为DSU-33B/B,通用引信为MK122 Mod 0,但也装有FMU-139和FMU-143引信。不用DSU-33B/B弹尾引信组件时,也可以用弹头引信,如OGIVE或MXU-735。

  JDAM的战斗部大都为美军库存的大量MK80系列通用低阻炸弹(MK80系列是美国在50年代研制的低阻通用炸弹,所有炸弹都有着相同的结构,整个炸弹外形线条流畅,弹体非常光滑,减阻效果良好。在炸弹头部和尾部都装有引信,以确保炸弹可靠起爆并产生大小均匀、数量众多的杀伤破片)以及BLU-109、BLU-110等侵彻型战斗部。最初的JDAM就是因采用不同的战斗部才出现了4种型号,分别为GBU-29、GBU-30、GBU-31和GBU-32。其中GBU-29采用的是MK81;GBU-30采用的是MK82:GBU-31采用的战斗部有两种,其中美空军用的是MK84,美海军采用的是BLU-109/B侵彻型战斗部(BLU-109由美国国家铸造公司生产,弹体相当光滑,弹体材料采用高强度钢,比MK84更加坚硬,以确保炸弹有更强的侵彻能力。视与目标表面的碰撞角不同,BLU-109/B可穿透1.8~2.4米厚的混凝土层。其发展型为BLU-109A/B,用PBXN-109钝感炸药代替了Tritonal高爆炸药)。

◆作战使用

  JDAM是模块化设计的炸弹,平时各组件分开包装,只有在作战时才进行组装。

  作战前,作战计划人员利用任务计划软件,根据作战任务确定飞行航线以及各主要航路点、导航卫星的序号、所需JDAM炸弹的数量、投弹点位置以及投弹条件、命中目标时的参数(如攻角和方位角等),然后将这些数据制成软件包。这一切搞好后,作战计划人员将任务内容通报给执行作战任务的飞行员,并将软件包的任务数据输入机载火控计算机。

  地勤人员将存放JDAM制导舱、尾部控制舵面等组件的包装箱从弹药库取出并运到外场装配站,然后用专用检测仪器对其进行检测;与此同时还要根据作战任务的要求,选择合适的战斗部并运到外场装配站,接着将检测后没有问题的制导、控制等组件与战斗部组装成为作战所需的JDAM炸弹。组装完毕后,将这些炸弹运送到执行任务的飞机机身下或机翼下,然后用专门的挂弹装置将炸弹挂进战机的机身弹舱或翼下挂架。

  当一切就绪后,飞行员驾驶飞机沿预定航线飞行。到达预定航路点时,通过机载MIL-STD-1760数据接口和炸弹上的脐带电缆,将机载28伏直流电加到3DAM上。接通电源后,JDAM开始进入预热状态,并再次进行自检。接着,载机通过机载MIL-STD-1553数据总线和弹上的MIL-STD-1760数据接口,将预先制定的任务数据传输到JDAM的任务计算机上。如果目标并不是原先预定的,则挂载JDAM的飞机在目标区域由E-8指挥飞机或其他飞机将探测到的目标信息通过数据链传送给载机,再由载机装定给炸弹。除此之外,JDAM也可以根据人工指令临时改变攻击目标。视任务需要,多枚JDAM可同时攻击一个目标,也可以同时攻击多个目标。

  当目标进入JDAM炸弹有效打击距离时,载机就将炸弹投放出去。JDAM可由火控计算机控制自动投弹,也可以人工投弹;其投弹方式有俯冲投弹、俯冲甩投、上仰投弹、水平投弹等多种。由于炸弹有优异的制导能力,所以不需要飞机直接飞越目标区上空,只需朝着目标区投弹即可,其余的工作就由炸弹自己完成,这就大大提高了载机和飞行员的生存力。通常,JDAM都是在距目标15千米以外投放,目的是避免载机遭到敌方近程防空导弹或高炮系统的打击。另外,为保证了DAM有比较充裕的时间来截获GPS信号,一般都在高空投放。

  投弹后,载机可立即脱离战场返航,剩下的攻击动作就由JDAM在制导系统的引导下自主完成。JDAM在自由下落过程中,还可分为三个阶段,即投放阶段、优化制导阶段和攻击阶段。

  投放阶段从炸弹投放开始。在投弹后的一秒内,弹尾的控制舵面是锁定的,以防其产生控制动作对载机造成威胁。投弹一秒后,控制舵面解锁,同时控制系统开始供电,调整炸弹的飞行姿态,而引信此时也解除保险。

  优化制导阶段同时产生两个动作,包括GPS制导信息的截获和最佳制导方式的计算。JDAM截获信号一般需要3秒。截获到第一颗卫星信号大约需要1秒,截获到第二、第三颗卫星信号需要2-3秒。然后,JDAM还需要继续得到更多的卫星信号,以便能够不断实时、有效地修正导航信息。同时,弹上的任务计算机则据此不断计算最佳的飞行轨迹和最后的攻角,并操纵控制舵面偏转,使炸弹始终沿着最佳飞行轨迹飞向目标。这个阶段的时间最多不超过27秒。

  如果发现与原先装定的所有攻击条件都不同,JDAM的制导系统就会不断调整炸弹下落速度、飞行轨迹、攻角以及对目标的攻击点。

  攻击阶段是在打击目标前的最后一秒。此时,JDAM的飞行姿态已调整到最佳攻击状态,任务计算机根据制导系统提供的信息计算炸弹最后的撞击时间、最大撞击速度和攻角,控制炸弹准确命中目标。在GPS/INS同时作用下,JDAM的命中精度在13米左右,如果不能得到GPS信号(如敌方用GPS干扰机对GPS信号进行干扰)而只用INS制导,则命中精度下降到30米左右。

◆需求量和生产能力

  波音公司从1997年开始生产JDAM组件,但产量一直不大。直到科索沃战争中JDAM表现出极高的作战能力后,美国空、海军对这种炸弹的需求量才多了起来。到"9.11"事件发生时,美国共装备有10000枚JDAM。在对阿富汗的"持久自由"行动中,美空军飞机共投放了5000枚JDAM,结果导致库存严重不足。为此,美空军紧急和波音公司签订一项价值约2.6亿美元的合同,要求在一年内生产12204套JDAM组件。2002年2月4日通过的2003财年预算中,美空军又订购了1.1亿美元的JDAM组件和激光制导炸弹。美海军不甘落后,也与波音公司签订了一份订购6800套JDAM组件的合同。据美军一份报告显示,美空、海军总共需要25万套JDAM组件。

  除美军外,世界上共有24个国家和地区的军队已经订购JDAM或表示出了强烈需求,预计整个国外市场JDAM的需求量是50000~60000枚左右。

  旺盛的需求使波音公司开始加足马力生产(目前的月产量约为5000枚)。尽管如此,波音公司的生产能力依然难以满足国内外客户对JDAM的需求。为此,波音公司已授权欧洲MBDA公司生产JDAM,以缓解自身的生产压力。MBDA生产的JDAM将主要供应欧洲和中东市场。

◆改进和发展

  JDAM自装备美国空、海军后,从未停止过改进和发展,而且改进和发展项目之多也是令人惊叹的。总的来说,主要包括这样几个方面:

  1、提高炸弹装药的安全性。美军为了保证炸弹在生产、储运中的安全,逐渐用钝感装药代替了原来MK80系列低阻通用炸弹的锰炸药。除了MK82、MK83发展而来的BLU-111/B、BLU-110/B外,MK84钝感弹药型(1M)战斗部也在2000财年开始研制,装药为PBXN-109钝感炸药。

  2、提高战斗部的侵彻能力。由于现代精确制导武器的打击精度和威力非常之大,地面目标一旦被发现就意味着被摧毁,所以各国纷纷开始将重要目标地下化。另外,随着工程技术和材料技术的进步,现代机场跑道和桥梁的抗打击能力也大大增强。为了对付这类坚固硬目标,美军不断给JDAM研制新的侵彻战斗部。洛.马公司研制的BLU-116/B战斗部重874千克,铝制外壳内部是次口径钻地战斗部,战斗部壳体采用镍钻钢合金制成,内装PBXN-109钝感炸药,能够钻入厚达30米的土层或穿透6米厚的混凝土层。对已发展的BLU-109/8、BLU-111/B、BLU-110/B等侵彻战斗部,美国人则采取提高装药密度、优化弹型、选用新的弹体材料等措施宋提高侵彻力。
  除上述这些对付硬目标的战斗部外,美军还急需一种特殊的侵彻战斗部,要求它不但能使加固的生化武器生产及存放设施失能,同时还能阻断其中的杀伤性战剂向外扩散。目前,美国海军正在进行销毁生化战剂战斗部的研究工作,其中一项设想是研制高温燃烧剂HTI-了-1000战斗部(由洛.马公司研制),内装136千克二级反应装填物,产生的温度高达540摄氏度。

  3、应用新的引信。为了更有效地打击地面目标,最大限度地发挥战斗部威力,美军正在为了JDAM研制两种新的引信。一种是专为配合侵彻型战斗部而研制的"硬目标智能引信"(HTSF),它是一种电子引信,具有空间感知、层面计算和穿透距离计算功能,可以根据不同的目标介质类型(如空气、土壤、混凝土和岩石等)来控制炸弹的爆炸时间和穿深,更有效地对付地下坚固目标。
  另一种是美国卡曼航宇公司戴登分部研制的FMU-152A/B"联合可编程引信"(JPF)。它可使飞行员在飞行中或投弹前改变引信的设定,并且有三种起爆方式:延时(对付地下硬目标)、触发和近炸,以适应攻击多种目标的需要。JPF可显著地提高武器的灵活性和效能,因此,美军除打算将它用到JDAM上外,还将应用到激光制导炸弹和非制导炸弹上。目前,卡曼航宇公司戴登分部已获得了美国空军1360万美元的订单,计划从2005年底开始生产JPF。

  4、研制新的末端导引头。目前,JDAM采用GPS/INS制导的命中精度为13米,但美军还不满意,尤其是美海军,希望将JDAM的命中精度提高到3米左右,以便减小附带损伤。但这种命中精度仅靠GPS/INS是达不到的。所以,美海军计划给JDAM增加一个末制导导引头,例如非致冷的红外成像导引头、合成孔径雷达导引头、固态激光雷达导引头、毫米波雷达导引头等。但加装导引头会导致JDAM成本大幅升高,而这恰恰打掉了JDAM造价低的优点,所以,现在只有美海军表现得非常积极,而美空军还没有多大动作。

  5、小型化。为了让战机能携带更多的JDAM,同时不降低其打击威力,美军一直在致力于JDAM的小型化工作,目前出现的共有三种型号,即GBU-35(V)1/B、GBU-38、GBU-39/B(SDB)。
  GBU-35(V)1/B是波音公司专为美海军研制生产的一种新型JDAM,主要用于打击硬目标,但实际上它也不轻,与GBU-32(V)2/B同级。其基本性能参数为:弹重467千克,弹长3.305米,翼展0.498米,战斗部为BLU-110/B,射程9~24千米,圆概率误差(CEP)13米,单价约21000美元(2001年美元值)。
  GBU-38是波音公司于2000年9月开始、在MK82炸弹基础上研制的一种新型227千克级JDAM(采用新的KMU-572/B制导舱),主要装备B-2A轰炸机使用。为此,美军专为B-2A设计了一种新式挂架,全机共4个挂架,每个挂架可以携带20枚GBU-38。这样,一架B-2A总共可携带80枚GBU-38。除B-2A外,美空、海军现役所有战机均可携带,就连RQ-1B"捕食者"攻击无人机都可以携带6枚。
  在伊拉克战争中,GBU-38首次投入实战(属于试验性质,并不是真正装备型号)。2003年9月18日,B-2A在尤他靶场进行了投放全部80枚GBU-38的试验,轰炸目标为长度不到1609米的模拟小型机场。试验中,每枚GBU-38以不同的攻角和航向各自攻击预定目标,许多炸弹直接命中目标,试验效果非常令人满意。从2005年起,美空军开始正式装备GBU-38。
  GBU-39/B也称为"小直径炸弹"(SDB),是美军研制中的最新、最轻、真正小型化的JDAM炸弹。其研制目的是利用113千克的炸弹获得与874千克重的BLU-109/B侵彻战斗部相当的侵彻能力,并增加战机的携弹量(如B-2A可携带80枚GBU-38,要携带SDB时则可达到200多枚)。SDB配用JPF引信和阿莱尼亚.马可尼系统公司研制的"钻石背"弹翼组件,最大射程将达到74千米。SDB有两种制导方式,一种采用先进的抗干扰GPS/INS制导装置,用于打击固定目标,命中精度为13米;另一种是采用末制导导引头,除打击固定目标外,还可打击移动目标,命中精度在3米左右。
  SDB项目由美国埃格林空军基地空军装备中心负责,于2001财年开始发展。最初的竞标者为波音公司和洛.马公司两家,最后,波音公司击败了洛.马公司,成为SDB炸弹及其挂弹系统的承包商。SDB将由波音公司圣查尔斯工厂生产,计划2005年4月开始进入小批量初始生产阶段,2005年10月开始交付美空军。按照美空军计划,SDB将首先装备于F-15E,随后装备于FA-22、F-35战斗机、无人攻击机及其它作战飞机。预计,美国空军将需要2.4万枚SDB和2000套挂架。

  6、提高抗干扰能力。JDAM打得准的关键是GPS制导系统,所以,一旦GPS制导系统受到干扰,其命中精度就会大大降低。这在伊拉克战争中已为实战所证实。战争初期,美军曾指责俄罗斯为伊军提供了GPS干扰机,导致一些GPS制导武器偏离目标。(虽然伊军能力有限,未能对美军精确制导弹药产生实质影响,但仅仅几部GPS干扰机就引起美军极大恐慌说明,GPS系统无疑是美军致命的弱点之一。总体军事实力落后的国家完全可以利用GPS系统做文章,只要能破坏GPS系统,就能使靠GPS制导的武器完全失效。哪怕只是对GPS系统造成有效干扰,也能大大减低此类武器的作战效能,从而达到保护己方目标的安全或使己方损失减小到最低程度的目的。毫无疑问,今后围绕GPS系统的对抗会越来越激烈。由于能够攻击GPS导航卫星的国家很少,所以,未来的对抗将主要集中在GPS系统的干扰与抗干扰方面。)
  如何提高GPS系统在导航及制导方面的抗干扰能力无疑将会是美军今后的重要工作。其实对美军来讲,在GPS系统建成之日起就已注意到它的抗干扰问题,并为此研究抗干扰技术。对GPS系统的抗干扰性能通常从两方面入手,一是提高卫星的抗干扰能力,一是提高GPS终端用户接收机的抗干扰能力。
  对像JDAM这样靠GPS制导的武器来说,主要是采用抗干扰的GPS制导系统。1995年8月,麦道公司就根据美空军埃格林空军基地空军装备中心的要求开始研究GPS制导单元的抗于扰技术,主要是研制JDAM的低成本抗干扰系统,使其在强干扰环境下仍具有极高的命中精度。
  波音公司于1998年对JDAM进行了2次成功的加装GPS抗干扰系统的空中投放测试。其中一次共投放了4枚加装抗干扰GPS制导系统的JDAM,在高强度干扰环境下,JDAM炸弹从11176米落下,飞行了16.7千米,准确击中了预定目标,圆概率误差不超过6.7米。2002年9月,空军装备中心和波音公司又成功进行了两次加装改进型GPS抗干扰系统的GBU-31投放测试。2003年初,波音公司已经开始生产抗干扰的GPS天线模块(可保证JDAM在核战条件下作战),目前的单价约6000美元(生产量为5000套);如果产量再提高的话,这个单价还可以降低。
  在整个抗干扰GPS制导系统中,GPS/INS制导单元以及抗干扰的GPS天线由波音公司生产,而GPS接收机由柯林斯公司生产,惯导装置则由霍尼韦尔公司生产。抗干扰GPS系统除可用于JDAM外,还可用到其他采用GPS制导方式的空地弹药上,如新一代激光制导炸弹、全球定位系统半自主弹药(GBU-36/B、GBU-37/B)等。

  7、增大射程。增大武器的射程,使其拥有防区外攻击能力,从而减少飞机和飞行员的损失是美军长期追求的目标。为了进一步提高JDAM的射程,美国空军在1998年进行了公开招标。同年10月,意大利阿莱尼亚.马可尼系统公司(AMSl)依靠其技术新颖的"钻石背"增程组件赢得了这项合同。
  美国国防部打算用"钻石背"组件来提升JDAM(改装后的JDAM将被称为JDAM-ER)、SDB(小直径炸弹)、SSBREX(小型智能增程炸弹)、WCMD(风偏修正弹药)等的射程,以提高这些武器的防区外攻击能力并降低生产成本。

  对我国来说,认真研究JDAM的发展不但会对我国精确制导航空炸弹的发展带来许多启示,更重要的是,我们要从中找到应对之策。

-End-


"杰达姆"(JDAM)联合制导攻击武器

  "杰达姆"(JDAM)又叫"联合制导攻击武器",这种炸弹是为适应美国空军和海军发展要求而研制的,是一种用美军现存的普通常规炸弹升级发展而来,利用卫星定位系统(GPS)引导的全天候、自动寻的常规炸弹。
  由Mk-80 250磅、Mk-81 500磅、Mk-83 1000磅和Mk-84 2000磅常规炸弹改进而来的"杰达姆"(JDAM)分别编号为GBU-29、GBU-30、GBU-31和GBU-32等。
  这种炸弹尾部安装了GPS全球卫星定位系统装置,能够在任何天气情况下精确命中目标,不象一般的激光制导武器容易受到云、雾以及其他恶劣的天气的限制。"杰达姆"(JDAM)能从距离目标24公里的高度投下,并在GPS的矫正下精确落到目标之上,误差仅在13米之内,并达到95%的系统可靠性。
  B-1,B-2,B-52,F/A-18,F-16飞机都可投掷此物。而且B-2可同时用2枚JDAM对两个目标同时进行攻击。

◆一、JDAM炸弹的研制概况

  20世纪80年代末,美国海/空军计划实施一项称为"先进炸弹系列"的研究计划,旨在研制一种低成本、高精度的常规炸弹。1991年海湾战争之后,美军开始实施"恶劣天气用精确制导弹药"(AWPGM)计划,目的是针对第三代激光制导炸弹在战争中暴露出来的各种缺点,发展具有昼/夜、全天候、防区外、投射后不管、多目标攻击能力的第四代制导炸弹。"联合直接攻击弹药(JDAM)"卫星定位/惯性导航制导炸弹就是最先研制成功的第四代制导炸弹,该炸弹在1999年北约空袭南联盟的战争中首次使用。
  JDAM制导炸弹系列现有多种型号,代号为GBU-29/30/31/32,前两个为通用爆破型,后两个为专用侵彻型。还有一种弹重2270千克(5000磅)的专用侵彻型,代号为GBU-37/B。上述型号仅是该制导炸弹系列中的第一阶段产品,采用了卫星定位/惯性导航(GPS/INS)组合制导作为全程制导,其设计的圆概率误差为13米,在靶场投弹时圆概率误差达到了10米。
  1994年4月,该炸弹开始小批量生产,1995年6月美国空军首次用B-2A进行了空中投放试验,1995年7月美国海军首次用F/A-18进行了空投试验。1996年1月美国空军用B-1B进行空中投放试验,同年底用F-16进行空中投放试验。试验的效果总体达到了预定的要求。
  美国空/海军总共订购74000颗JDAM制导炸弹,总资金20亿美元,单价最初定为4万美元,后降为1.8万美元,已经在2000年8月交付完毕。
  按照产品改进计划,JDAM制导炸弹第一阶段产品正在进行两项改进:①提高卫星定位系统的抗干扰能力。由美国空军的研究试验室弹药部负责,已经成功地进行了演示验证。②增大射程。由波音公司和马可尼动力公司共同负责,改装了新的弹翼,已于1999年6月进行了投放试验。
  JDAM制导炸弹分三个研制阶段。第一阶段已经完成,正在进行性能改进,以提高作战能力。第二阶段是研制小型化产品,标准弹重为500磅(227千克),正由波音公司自筹资金研制。该小型化产品是在美国空/海军现役500磅MK82低阻炸弹上,取下原有尾翼装置,装上由惯导系统和GPS接收机、外部控制舵面组成的制导控制组件,同时采用正在研制的威力更大的爆破杀伤装药和新型引信。
  第三阶段是在上述产品基础上加装全天候自动导引头,即采用卫星定位/惯性导航组合制导作为中段制导、全天候自动导引头作为末段制导的产品,其圆概率误差设计值为3米。该末段导引头可能采用红外成像导引头,或者激光雷达导引头,或者合成孔径雷达导引头。

◆二、JDAM的性能特点

  同第一、二、三代激光制导炸弹一样,JDAM制导炸弹也是在现役航空炸弹上加装相应制导控制装置而成。JDAM制导炸弹由于采用自主式的卫星定位/惯性导航组合制导,因而使飞机具有昼夜、全天候、防区外、投放后不管、多目标攻击能力,这是第4代制导炸弹区别于现役第3代激光制导炸弹的显著特点。
  该系列炸弹既可供隐身战略轰炸机B-2A和隐身战斗机F-22内挂,也可供普通轰炸机、攻击机和战斗机内挂与外挂。目前,除B-2外,已经完成改装和系统综合的飞机有B-1B、B-52H、F-16和F/A-18。计划进行改装和系统综合的飞机还有F-22、JSF、AV-8B、F-14、F-15E和P-3等。
  GPS/INS制导控制尾部装置在外形和尺寸上,与所取代的现役航空炸弹的尾翼装置相同,使得JDAM制导炸弹可以适用于原来携带该航空炸弹的任何作战飞机。GPS/INS制导控制尾部装置由制导控制部件(GCU)、炸弹尾锥体整流罩、尾部舵机、尾部控制舵面和电缆组件等构成。
  制导控制部件(GCU)是JDAM制导炸弹的核心部件,包括GPS接收机、惯性测量部件(IMU)、任务计算机和电源模块。各集成电路装在截头圆锥体内,外部装上锥形保护罩,以防止电磁干扰和其他环境因素影响。GPS接收机采用2个天线,分别装在炸弹尾锥体整流罩前端上部(侧向)和尾翼装置后部(后向),以便在炸弹离机后水平飞行段和下落飞行段时截获并持续跟踪飞机上GPS接收机所跟踪的4颗卫星。
  惯性测量部件(IMU)由2个速率陀螺和3个加速度计以及相应电子线路构成,是一种低成本的捷联式惯性测量装置。在结构上,IMU与GPS接收机采用紧藕合的结合方式,适用于具有较大机动过载和立体弹道的高动态使用环境,以保证获得更高的制导命中精度,从而使飞机具有多目标精确攻击能力。
  任务计算机根据来自GPS接收机和惯性测量部件(IMU)的炸弹位置、姿态和速度信息,完成全部制导和控制功能的解算,并输出相应的控制舵面偏转信息,控制炸弹飞向预定攻击的目标。JDAM制导炸弹现有型号高空投弹时的最大射程约28千米,改进型最大射程将增加到75~110千米。虽然JDAM制导炸弹的命中精度设计值仅为13米,但仍比相同弹重航空炸弹的命中精度高得多,例如,在8000米以上高空投弹时,908千克重的MK-84炸弹的命中精度为60米。

◆三、JDAM的基本战术技术性能

  从报道可以推测这次美军使用的是GBU-29型通用爆破型炸弹。该型号口径为2000磅(908千克),全弹重1000千克,弹体直径为460毫米(MK84)或370毫米(BLU-109/B),装药量为429千克,引信采用触发或非触发引信。
  另一种通用爆破型炸弹是GBU-30,该型号口径为1000磅(454千克),全弹重500千克,弹体直径为356毫米(MK83)。

◆四、JDAM实战情况

  在1999年的科索沃战争中,由于JDAM制导炸弹库存量有限,仅由B-2A隐身战略轰炸机用于对南联盟重要军事目标进行轰炸。1999年3月24日晚,两架B-2A各携带16颗908千克重的JDAM炸弹,从美国本土的怀特曼空军基地出发,经过15小时飞行和空中加油,到达南联盟预定空域,从12200米高空同时投放所携带的32颗JDAM炸弹,准确命中预定攻击的各种目标。
  这是B-2A隐身战略轰炸机首次投入作战使用,也是JDAM制导炸弹首次投入作战使用。在持续78天的空袭期间,装备908千克重JDAM制导炸弹的B-2A隐身战略轰炸机,几乎参与了全部空袭任务,尤其是在恶劣天气条件下的空袭中发挥了重要作用。美国在北京时间1999年5月8日凌晨5时45分,公然袭击我驻南使馆,就是由一架B-2A隐身战略轰炸机承担的,一次投了6颗908千克重的GBU-31 JDAM制导炸弹,从不同方位击中我驻南使馆建筑物的不同部位并穿入内部和地下爆炸,使我驻南使馆遭到严重破坏,其中一颗埋在地下未爆炸,另一颗下落不明。

◆五、JDAM炸弹的使用过程

  具有自主式攻击能力的JDAM制导炸弹,除可由作战飞机从低、中、高空实施水平轰炸外,还可实施俯冲和上仰轰炸;既可实施定轴轰炸,也可实施离轴轰炸;既可同时攻击多个目标,也可同时攻击单个目标的不同部位;既可攻击预定的固定目标,也可攻击飞机飞行过程中发现的新目标。其作战使用过程随飞机类型、攻击方式和瞄准原理的不同而异。由于在科索沃战争中,美军是以装备合成孔径雷达和全球定位辅助瞄准系统的B-2A隐身战略轰炸机来投弹的,因此这里以此为例子进行介绍。F/A-18C投射该型炸弹,在程序上应该还有很多共同之处,由于这是F/A-18C首次投射该型炸弹,故准确投放程序还有待以后研究。
  B-2A采用了中/高空水平轰炸方式,对预先计划的地面固定目标或停放的静止目标实施轰炸的过程,可分为地面/空中准备、空中瞄准和攻击、飞机返航等阶段:

①地面准备

  地面准备分别由作战计划人员和地勤人员实施。包括任务计划、制导控制装置自检测、制导控制装置与战斗部的组装、制导炸弹的装机等。
  作战计划人员使用任务计划软件,根据作战任务,确定飞行航线以及各主要航路点、4颗跟踪卫星以及备份卫星的序号、JDAM制导炸弹数量、投弹点位置以及投弹初始条件、命中目标时的参数(如命中角),以确保获得最好的攻击效能。作战计划人员将任务计划内容通报作战飞行人员,并将制成的作战计划软件磁带装到飞机座舱上,从而将作战任务数据装入机载任务计算机。
  地勤人员从弹药库将存放JDAM制导控制装置的包装箱运到外场装配站,采用专用检测仪器对其进行自检测,自检测时间约需5分钟;同时,将作战任务所需型号的炸弹弹体(如MK-83、BLU-109、MK-84、BLU-110)运到外场装配站,并将两者组装成为作战任务所需的JDAM制导炸弹,组装时间约需10分钟。然后,将该JDAM制导炸弹装到运弹车上,运到停机坪上的B-2A轰炸机机身下,采用挂弹车将其挂到机身左右两侧武器舱内的旋转式投射架上,每个投射架最多可挂8颗JDAM炸弹,挂弹时间约需6分钟。

②空中准备。

  飞机挂载JDAM炸弹后,沿预定航线飞行。到达预定航路点时,通过机载MIL-STD-1760军械总线接口和炸弹上的投射电缆,将机载28伏直流电加到JDAM炸弹上,提供投弹前的空中准备和瞄准计算以及投弹操作所需的电源。接通电源之后,JDAM炸弹处于预热状态,再次进行自检测,然后通过机载悬挂物管理系统,将预先计划的任务数据传输到JDAM炸弹尾部制导控制部件的任务计算机中。
  由于B-2A采用武器舱内挂方式,在投射之前JDAM炸弹不可能跟踪卫星,因此必须在装弹时将所需要的几类关键任务数据加载在炸弹上,以保证炸弹从飞机武器舱内投射之后,弹载GPS接收机能快速截获由机载GPS接收机跟踪的4颗卫星。在飞机的飞行中,飞行员还可以根据战场形势变化重新选定攻击目标。

③空中瞄准和攻击

  当飞机飞到预定的投弹准备距离时,机身下的武器舱门打开,投射架处于弹射投放准备状态;当飞机飞到发射位置时,将开始投射JDAM炸弹。炸弹与飞机安全分离后,一旦弹载GPS接收机截获到机载GPS接收机所跟踪的4颗选定卫星,炸弹便进入自主攻击预定目标阶段,各自沿预定弹道飞向各自目标或同一目标的不同部位。

④飞机返航

  一旦JDAM炸弹从武器舱内按预定顺序投放完毕,飞机立即关闭舱门并沿预定航线返航。为保证飞机飞行安全,必须采用应急投弃方式将仍留在舱内旋转式投射架上的炸弹投掉。在美国出动B-2A隐身战略轰炸机用JDAM制导炸弹攻击我驻南联盟大使馆后,新闻界曾报道投了5颗JDAM。但从B-2A的弹舱结构布局来看,二个弹舱并排位于机身正下方纵轴线的两侧,每个弹舱在其旋转式投射架上可最多悬挂8颗GBU-31,总共最多可挂16颗GBU-31。为保证飞机稳定飞行,所有炸弹都必须对称地悬挂在2个弹舱内,无论是投弹前、还是投弹后。因此B-2A是不可能带5颗GBU-31的,也不可能还留1颗GBU-31返航。因此该机至少带有6颗或6颗以上的偶数枚炸弹。这第六颗GBU-31要么已经钻到地下,而入口被建筑物破片掩盖;要么在返航时被抛弃到海底,成为危及过往舰船的定时炸弹。

―End―


描述:2003年9月10日B-2轰炸机投放GBU-38型JDAM制导炸弹
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描述:2003年9月10日B-2轰炸机投放GBU-38型JDAM制导炸弹
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描述:F-22A战机超音速空投JDAM
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描述:B-1B投放JDAM
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描述:韩国空军F-15K机腹挂架上加挂的JDAM
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描述:F-16D战机挂载JDAM
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描述:F-14D战机挂载GBU-30型JDAM
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描述:轰炸机弹舱内的JDAM
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描述:轰炸机弹舱内的GBU-31型JDAM联合直接攻击弹药
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描述:F/A-18大黄蜂战机挂载GBU-31型JDAM联合直接攻击弹药
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描述:GBU-30型
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描述:GBU-30型
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描述:GBU-30型:2002年英国范堡罗航展
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描述:GBU-30型增程型
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描述:GBU-31型
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描述:GBU-31型
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描述:GBU-31型
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描述:GBU-31型
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描述:GBU-32型
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描述:GBU-38型
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描述:GBU-38型
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描述:GBU-38型
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描述:GBU-38型
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描述:GBU-39B小直径炸弹
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描述:GBU-39B小直径炸弹
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描述:GBU-39B小直径炸弹
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描述:GBU-39B小直径炸弹
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描述:GBU-39B小直径炸弹攻击试验
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描述:GBU-39B小直径炸弹攻击试验
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描述:GBU-39小直径炸弹(SDB)视图
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