激光 制导炸弹 (laser guided bomb)是—种采用 半自动 寻的制导方式的 精确制导弹药 。
激光制导炸弹是在 越南战争 时期研制成功的。1965年美空军资助Texas仪器公司把普通炸弹改为 宝石路 ,并于1968年开始在越南战场使用,取得了惊人的效果。20世纪70年代中期, 美国军队 开始研制宝石路II型激光制导炸弹,改进了灵敏度和机动性。20世纪80年代前后, 法国 、 苏联 都开始发展自己的激光 制导武器 。 1978年,法国 玛特拉公司 开始研制的一系列激光制导炸弹。20世纪80年代, 美国空军 开始研制低空投放的第三代激光制导炸弹—— 宝石路 III型激光制导炸弹。2004年7月, 宝石路 IV激光制导炸弹开始研发,宝石路IV是宝石路 精确制导弹药 家族中的最新型号。2013年7月,英国 雷神公司 已经完成了对“ 宝石路 ”IV激光制导炸弹3个方面的改进方案,包括低附带伤害 战斗部 、紧凑型侵彻战斗部和数字化半主动激光导引头。
激光制导炸弹的组成激光制导炸弹主要由导引头、控制舱(包括 舵机 和控制翼)、 安定器 、 战斗部 和 引信 等构成。 激光 制导方式有半主动寻的式、全主动寻的式和波束式(驾束式)三种。 激光制导炸弹以其远射程和高精度著称,即使在 能见度 低的条件下也能进行精确打击。它通过地面或空中的 激光指示器 发射激光束,炸弹前端的 探测器 捕捉反射光,引导炸弹准确击中目标。激光制导炸弹的精准度远超传统炸弹,尽管成本较高,但作战效率提升显著。在 海湾战争 中,多国部队使用的激光制导炸弹命中率高达90%,远超非制导炸弹的25%。不过,它在浓烟或复杂天气中可能失效,降低打击精度。
激光制导炸弹具有制导精度高、抗干扰能力强、结构简单、成本低等优势,已发展成为装备量最大的 精确制导武器 之一。未来激光制导炸弹逐步向智能化、小型化、复合化发展。此外, 激光 制导武器 还在向采用对人眼安全 波段 、新的激光编码方式、以及标准化和模块化方向发展。
发展沿革
研制背景
含龙桥 是贯通 越南 南北、输送 战略物资 的重要动脉。在 越战 爆发后, 美军 高层很快注意到这座大桥对越南的重要性,于1965年4月发动“滚雷行动”,对清化大桥开始第一次大规模轰炸。第一次轰炸由 美国空军 王牌飞行员罗宾逊·里斯纳 中校 率领,共出动46架F105战斗轰炸机、21架F100“超级佩刀”战斗机、2架RF101侦察机,其中有30架F105携带了8枚340kg常规炸弹,16架F105携带了2枚无线电制导的AGM12“小斗犬” 空对地导弹 。战斗中虽几次击中大桥,但大桥只是轻微破损,仅需几个小时即可修复,而 美军 则有数架战机被击落,罗宾逊·里斯纳中校所驾战机亦被击中,第一次交手以美军惨败告终。据统计,美军为炸毁 含龙桥 竟历时七年之久,曾出动600架次飞机,投弹数千吨,被击落了上百架战机,花费近10亿美金,但仍未能炸毁该桥。后来,美国把刚刚研制成功的激光制导炸弹投入实战, F-4幽灵II战斗机 仅出动12次,就炸毁了此桥,飞机却无一架损伤。 越战 期间,美国空/海军共投下25000颗“铺路”系列激光制导炸弹,摧毁了约1800个桥梁、发电站和建筑物等坚固目标。
发展历程
1965年,为了满足越南战场的实战需要, 美国空军 开始评定激光半主动制导概念,选定 得克萨斯州 仪器公司研制的一种激光半主动导引头,装配在标准的M117普通炸弹上,以构成一种精确而低成本的 制导炸弹 。1966年通过了可行性试验,1968年研制出工程样弹并在越南战场秘密进行了投弹鉴定,获得了满意的效果,随后开始了生产。生产的弹利有MK82、 mk84 普通炸弹和M118 爆破弹 等即把成套的 激光 制导控制装置用于不同的炸弹上,基本不变动原有弹头和弹体结构,只是控制翼与 尾翼 稍有不同。这就是最初的 宝石路 I型激光制导炸弹。
20世纪70年代中期, 美国军队 开始研制 宝石路 II型激光制导炸弹,II型的原理和操作特征与I型基本相同,但采用了更先进的电子元件和折叠式 尾翼 ,引人编解码功能,改进了灵敏度和机动性。II型还用塑料 透镜 代替玻璃透镜,用塑料尾翼代替金属尾翼,因此降低了成本。 宝石路II型激光制导炸弹,有 CBU- 10C/D型、CBU-12C/D型、CBU-15型和 GBU- 16/B型等。宝石风暴型 激光 制导 集束炸弹 ,有GBU-2型、GBU-2/B型、CBU-6/B型和CBU-7/B型等等。
20世纪80年代前后, 法国 、 苏联 都开始发展自己的激光 制导武器 。 1978年,法国 玛特拉公司 开始研制的一系列激光制导炸弹。这种 制导炸弹 的性能与 宝石路 激光制导炸弹相仿,即在原有的250kg、500kg和1000kg标准炸弹上安装激光半主动导引头,以增加炸弹的命中精度。激光导引头是由汤姆逊无线电公司研制的。
1982年7月1日, GBU- 15型 激光 制导 集束炸弹 开始交付 美国空军 使用。这种炸弹采用模块式结构,弹重900kg,弹长3.9m,直径0.457m, 翼展 1.49m,装药重429kg。 CBU- 15配有两种 战斗部 ,一是 mk84 型炸弹,用于轰炸铁路、桥梁和建筑等点目标;二是SWU-54型集束炸弹,可投撒415颗子弹药,用于轰炸面目标。此外,CBU-15还在弹上装配了固定十字翼,用于提高低空和远距离投弹能力。
20世纪80年代,美国空军开始研制低空投放的第三代激光制导炸弹—— 宝石路 III型激光制导炸弹。宝石路III型采用了高升力的折叠 尾翼 ,改进了扫描寻的器,并利用先进的微处理器技术,因此具有超低空攻击能力,即从离地面50m以下高度向目标投放的能力。宝石路 CBU- 28型是第三代激光制导炸弹。
在20世纪90年代的 海湾战争 中, 美国军队 的900kg级宝石路激光制导炸弹不止一枚直接命中了 巴格达 北部的一个坚固地下指挥中心大楼,地面建筑全被摧毁,一片废墟,但地下的伊军通信指挥仍未中断,还在发挥作用。为了攻击 伊拉克 这种特别深的掩体,多国部队最高司令施瓦茨科普夫不得不向国内紧急求援。
美国Texas仪器公司对 宝石路 CBU-28的软件进行了改进,以提高制导、导航和控制系统的性能,使其能在高速、低空情况下投放,并减少载机受攻击机会。新的制导系统在1994年7月进行试验,并于11月进行鉴定。美空军签订了生产100枚宝石路 CBU- 28的合同,交货于1995财年开始。宝石路CBU-28的新 弹壳 具有更优的性能,而且成本更低。美国空军赖特研究所正在为宝石路CBU-28研制灵巧 引信 ,这种引信通过编程使炸弹穿过 地层 、混凝土,在所希望的深度爆炸。
2004年7月, 宝石路 IV激光制导炸弹开始研发,宝石路IV是宝石路 精确制导弹药 家族中的最新型号,使用先进的第二代GPS辅助 惯性 导航系统,具有更好的抗欺骗、抗干扰能力;并且克服了 激光 制导系统不适应恶劣气候的缺点,可全天候使用。宝石路IV的高度模块化的导引装置还可以安装到其他 航空武器系统 的 战斗部 ,而无需进行改动。该型弹药由美英两国联合设计,将在 英国 生产。 2006年8月18日,在英国威尔士的Aberporth靶场, 英国皇家空军 的 “鹞”式GR9 战斗机成功投放了雷声公司研制的“ 宝石路 ”IV双模 精确制导武器 。 2013年7月,英国 雷神公司 已经完成了对“宝石路”IV激光制导炸弹3个方面的改进方案,包括低附带伤害战斗部、紧凑型侵彻战斗部和数字化半主动激光导引头。
中国激光制导炸弹发展情况
直到20世纪90年代后期至21世纪初,逐步解决了激光制导炸弹的搭载平台问题,激光制导炸弹、 导弹 才在 中原地区 军队得到应用。中国的JH一7 歼击轰炸机 能够 挂载 LGB一500激光制导炸弹。20世纪90年代以后,随着全军作战思想的转变,激光制导炸弹研发取得了较快发展,空军首先确定在老式的Q一5攻击机上发展一种具有精确对地攻击能力的型号。20世纪90年代后期,当中国军队普遍接受了精确打击思想后,空军又发展了搭载激光制导炸弹的Q一5E 强击机 和搭载光电搜索、瞄准、照射 吊舱 的Q一5F新型号。中国引进的是 俄罗斯 KAB-500型精确制导炸弹 500L激光制导炸弹的技术。KAB-500L激光制导炸弹的国产化工作在1997年正式立项,2004年设计定型,国内编号为雷霆型激光制导炸弹,2006年在 中国国际航空航天博览会 上公开亮相。在2012年珠海航展上, 中国哈尔滨网 建成展出天戈系列激光制导炸弹,它采用了陀螺稳定式导引头,比例导引控制系统,整体战术技术指标已经达到或者接近 美国 宝石路 3的水平。
使用情况
越南战争
在越南战争中, 美国军队 共投下了25000多颗激光制导炸弹,撒毁桥梁、发电站、建筑物等地面坚周目标约1800个,其轰炸精度达到 圆公算偏差 7.5米左右。
黄金峡谷行动
1986年4月15日,美军在远程奔袭利比亚的“黄金峡谷”行动中,对卡扎菲的住所发射了多枚2000磅 GBU-27/28激光制导侵彻炸弹 10激光制导炸弹,准确地命中卡扎菲所住的二层小楼,卡扎菲本人受伤。
海湾战争
在1991年海湾战争的一次战斗中, 美国 出动了2架载有8枚GBU-12型激光制导炸弹的F-15E战斗机,在30分钟内就炸毁了 伊拉克共和国卫队 的16辆坦克, 另外在“ 以色列沙漠之鹰0.50in手枪 ”中,该军事行动是以美国为首的多国部队对伊拉克实行的战略打击。以F-117和F-111飞机为主的多国部队飞机,使用激光制导炸弹摧毁了 伊拉克 的300多个加固的飞机掩体。一次作战中, 美国军队 的2架F-15E飞机,每架携带8枚 宝石路 激光制导炸弹,在大约30分钟内摧毁了16辆坦克。
以军空袭加沙
2014年7月31日, 以色列 方面在一天下午使用激光制导炸弹对 加沙 市区进行了精确打击,空袭目标是加沙市中心的一座灰色的高层建筑。
叙利亚内战
2017年4月,美军出动了 F-15战斗机 向在 叙利亚 东部的 伊朗 支持的武装组织投下了7枚500磅重的激光制导炸弹。
总体结构
基本设计
激光制导炸弹的组成激光制导炸弹主要由导引头、控制舱(包括 舵机 和控制翼)、 安定器 、 战斗部 和 引信 等构成。
导引头
导引头是装在炸弹前端的 激光 寻的器,实际上是一个激光 接收机 。根据接收到的目标反射的激光信号可显示炸弹的飞行误差,误差信息经 计算机 处理后,变成控制信号,传输给执行机构控制舱。
例如, 宝石路 IV激光制导炸弹的导引头安装在风标式装置上,导引头后方的弹体前端体积较大,所设弹翼较小,可以说是它的外形特征。
制导模式
激光制导方式有半主动寻的式、全主动寻的式和波束式(驾束式)三种。目前激光 制导武器 中大都采用半主动激光制导方式,即导引头(它安装在弹上,被用来自动跟踪目标并测量弹的飞行误差)与激光照射装置分开配置于两地,前者随弹飞行,后者置于弹外。激光照射器用来指示目标,故又称 激光目标指示器 。导引头通过接收目标反射的激光照射器照射的激光或直接接收照射激光,引导导弹飞向目标。
半主动式激光制导
半主动式激光回波制导系统的工作过程是:激光 发射机 作为 信号源 装在地面, 车船 或飞机上,发射激光束为制导武器指示目标,弹上的激光导引头接收目标反射的激光信号,并跟踪目标上出现的激光 光斑 ,引导 战斗部 飞向激光光斑,最终命中目标。半主动式回波制导广泛应用于各种武器的制导系统中,如激光制导炸弹、 激光制导导弹 、 激光制导炮弹 等,是所有 制导武器 中制导精度最高的。
全主动式激光制导
全主动式激光制导方式是将激光照射器和目标寻的器都装在弹上,由激光照射器发射激光,目标寻的器接收目标反射回的激光信号,再通过弹上控制系统将弹体引向目标。
波束式激光制导
激光波束制导又叫激光驾束制导,其工作过程是:激光照射器先捕捉并跟踪目标,给出目标所在方向的角度信息。然后经火控计算机控制弹体发射架,以最佳角度发射 导弹 ,使它进入激光波束中(进入波束的方向要尽可能与激光束轴线的方向—致)。弹体在飞行过程中,弹上激光接收机接收到 激光器 直接照射到弹上的激光信号,从中处理出制导所需的误差量,即弹体轴线与激光束轴线的偏离方向和大小,并将这个误差量送入弹的控制系统,由控制系统控制弹的飞行方向和姿态,始终保持弹与激光照射光束的重合,最终将 战斗部 引导于目标上。此种制导方式就像让导弹骑在激光束上滑行一样,所以俗称“驾束制导”。波束式制导要求被制导的弹体始终在很细的照射激光束中飞行,这对控制系统的要求是非常高的,特别是在高速运动的平台上,进行这样的制导攻击将非常困难。
控制舱
控制舱是 制导炸弹 的执行机构,由 计算机 、 舵机 、随动系统回路和电源组成。制导炸弹投放后先按无控弹道飞行,当炸弹距离目标2000m左右时,控制舱的燃气发生器点火,舵机开始工作,炸弹进入可控飞行阶段,由导引头传输过来的误差信息经计算机处理后,由控制舱的控制部件、随动系统控制舵机,使炸弹追踪目标。激光制导炸弹的舵机是燃气舵机,由 电磁阀 、 点火器 、汽缸、 阻尼器 、舵轴、调压阀和加温装置等构成。电磁阀主要控制对应的汽缸压力差,产生转动控制翼偏转的 力矩 ;燃器发生器由缓燃药柱构成,药柱燃气工作时间一般要大于25s。这种高压燃气压力约为7.0x10 5 Pa,它是 舵机 转动的驱动力;调压阀使燃气发生器的燃气压力保持额定值;阻尼器用于阻止控制翼可能出现的振动;点火器用来点燃缓燃药柱;加温装置为药柱加温,使其正常燃烧。
安定器
安定器的作用与炮弹的 尾翼 相同,是炸弹的稳定装置,确保炸弹沿一定的弹道稳定飞行。安定器设计不好会影响炸弹着靶时的姿态,进而影响侵彻能力,增大发生跳弹的可能性。
战斗部
激光制导炸弹的战斗部与普通炸弹相同,由结合部、弹头、弹身、弹尾、尾翼、吊耳等构成。结合部是将控制舱与战斗部连接的部件。
引信
激光制导炸弹一般采用头、尾部两个引信,通常头部配置电引信,尾部配置机械引信。
技术特点
激光制导炸弹的特点在于它有制导装置而无动力装置。 制导炸弹 与普通炸弹的主要区别是多了制导系统:与 空对地导弹 的主要区别则在于其含有动力装置。
轰炸精度高
由于 激光 的波束窄,对目标的照射精度高、 圆公算偏差 仅有几米,所以它攻击预定目标的效率比普通轰炸投弹要高数十倍乃至百倍。
威力大
由于其制导系统重量较小,而其 战斗部 则重达数百至上千 千克 ,所以与重量相同的 导弹 和 火箭弹 相比,激光制导炸弹的战斗部就大得多了,致使其爆炸威力大为增加。
易改装
将激光导引头和控制部件微成模式化的标准件,装到不同口径的普通炸弹上,就可以改装成不同型号的激光制导炸弹。
作战费用低
由于激光制导炸弹投弹精度高,所以可大幅度减少投弹量,减少载机的飞行架次,从而减少了后勤供应量和载机的损失率,致使作战费用大大降低。
成本低
激光制导炸弹与 空对地导弹 相比由于其没有动力装置,所以造价要低得多。
缺点
激光制导炸弹也有自己的缺点。首先它需要载机长时间照射目标,否则炸弹就可能失的,这样就限制了载机的机动范围,容易被对方攻击,因此现代作战飞机多采用高空投弹,他机低空照射的方式。还有就是抗干扰能力较差, 激光 制导系统虽然方向性好,但是在大气传输之中容易受到各种烟雾、雨水等干扰,所以激光制导炸弹的全天候作战能力、投放距离受到较大的限制,这个也影响了激光制导炸弹的发展。
应对方法
欺骗式激光干扰。目前服役的半主动式激光制导武器多是波长为1.06μm的脉冲激光束,且光束编码是事前预设的。当探测到敌人的激光束脉冲后,作战时如向敌方激光制导武器发射与其相当的激光信号,使压制敌激光接收机或发送假信息,对方就无法使用激光制导武器,或使 导弹 被误导而无法命中真实目标。
烟雾干扰。烟雾干扰仍是一种重要的对抗手段,它不仅能干扰侦察系统,使照射手看不到目标,而且对1.06μm激光能强烈吸收,使激光制导武器的激光信号被阻塞而丧失战斗力。
伪装与隐形。激光制导武器的使用要有一个侦察识别的过程,如果事先把己方的目标伪装、隐形起来,激光制导武器就无法使用。
配置激光告警器。在己方的目标上配置激光告警系统,激光制导武器在飞行中必须向目标照射激光,当警告器发觉后,己方可立即采取措施使其丧失战斗力。
主要分类
比较常见的激光 制导炸弹 是激光驾束制导炸弹和激光半主动寻的制导炸弹。 激光 驾束制导是指激光制导系统瞄准目标并连续发射激光,位于弹尾的激光接收器接收激光,控制弹体沿光束中心飞行。激光驾束制导必须在可视条件下进行,射程一般在3km以内。激光半主动寻的 制导炸弹 的弹上只有激光接收器而没有目标照射器,照射器装在炸弹以外的制导站或其他位置。
典型型号
美国
美国 的典型激光制导炸弹包括 宝石路 第一代激光制导炸弹 CBU- 9型,宝石路第二代激光制导炸弹CBU-10A/B型、 GBU- 12A/B型、CBU-10C/D型、CBU-12C/D型、CBU-15型、CBU-16/B型,宝石路第三代激光制导炸弹CBU-28型、 CBU-24 型、GBU-27型。
俄罗斯
俄罗斯 的典型 激光 制导炸弹包括 KAB- 1500LG-F-E(激光制导杀伤 爆破 炸弹)、KAB-1500LG-Pr-E(激光制导混凝土侵彻炸弹)、KAB-1500LG-OD-E(激光制导 燃料空气炸弹 )。
KAB-1500LG-F-E 激光 制导杀伤 爆破 炸弹采用半主动激光制导方式。该型弹药的 战斗部 为杀伤爆破型, 引信 采用冲击延期起爆方式,主要用于毁伤固定目标和面目标,如公路或铁路的桥梁、 军事工业 设施、军舰和运输船只、弹药库、铁路枢纽等目标。
KAB- 1500LG-Pr-E激光制导混凝土侵彻炸弹采用半主动激光制导方式。该型弹药的战斗部为混凝土侵彻型,引信采用冲击延期起爆方式,主要用于毁伤固定的小型加固或深埋目标,如加固机堡、地下指挥所等。
KAB-1500LG-OD-E 激光 制导 燃料空气炸弹 采用半主动激光制导方式。该型弹药的 战斗部 装填燃料空气炸药, 引信 采用瞬发冲击起爆方式,主要用于毁伤固定目标或面目标,如铁路或公路桥梁、 军事工业 设施、舰船、运输船只、弹药库、铁路枢纽以及隐蔽在复杂地形中的目标。
法国
法国的典型激光制导炸弹包括马特拉(Matra) 激光 制导炸弹、SAMP型激光制导炸弹、AASM激光制导炸弹。
法国马特拉(MatraS.A.)公司于1978年开始研制一系列 激光 制导炸弹。这些炸弹的性能与“ 宝石路 ”型 激光 制导炸弹相仿,即在原有的250kg、500kg、1000kg标准炸弹上安装激光引导头组件,以增加原有炸弹的命中精度。 激光 导引头组件是由汤姆逊无线电公司(Thomson-CSFCo.)研制的,叫TMV 630Eblis型,这是 AS·30L 激光制导炸弹用的Ariel型导引头的改进型。1980年末,完成了“马特拉”炸弹的第一阶段研制工作,成功地发射了400kg激光制导炸弹。1982年又对400kg和1000kS炸弹作了进一步试验, 法国空军 定于1983年内接收此类炸弹。1983年3月,已有500枚此类炸弹装备部队。
法国SAMP公司用美国 罗克韦尔国际公司 (RockwellInternational)生产的激光导引头装置于BL4 1000kg炸弹上,以构成一种 激光 制导的灵巧炸弹。其具体方式与“马特拉”激光制导炸弹相似。
中国
中国的典型激光制导炸弹有LS-500/LT-2激光制导炸弹、LGB一500激光制导炸弹、雷霆LT-2 500 千克 激光制导炸弹、YZ-102A 精确制导炸弹 、YZ-121激光制导炸弹、“天戈”激光制导炸弹。
“雷霆LT-2”500 千克 激光 制导炸弹是在普通的传统 航空炸弹 基础上进行改进的。在弹体前后各增加了4枚弹翼以控制炸弹飞行方向,并通过精确的 激光 引导头加以制导。LT-2使用一套半主动 激光 制导系统,需要一套 激光指示器 为武器“照明”目标。LT-2能被一套激光瞄准 吊舱 引导,被同一架飞机或另外的一架飞机两者携带。做为选择它也能被一名地面上的人员操作的陆基 激光 指示器引导。操作距离机载激光瞄准吊舱15公里和陆基激光指示器7公里。精度被估计大约6.5米 圆概率误差 (CEP)。
1000公斤“天戈” 激光 制导炸弹,是目前国内同类型中最重的,其它的还有100公斤、250公斤、500公斤系列,可用于 无人机 挂载,并可与教练机、轻型作战飞机构成 航空武器系统 。炸弹前段设有 激光 引导头,采用当前国际主流的激光与 卫星 复合制导,可准确测定目标的方位、距离,并引导炸弹追踪打击。
发展趋势
智能化——让激光主动寻的。主动寻的器是各类 制导武器 的追求目标,要实现主动寻的制导就必须把除发射架外的全部制导设备都装在 导弹 上,这一困难有赖于技术的进步才能解决。此外, 激光 自动目标识别也有待进一步突破,采用成像寻的器,能提高探测和判别多目标的能力,通过识别目标的要害部位,进行精确打击,实现智能寻的制导。 远程化——增大作用距离。目前的 激光 半主动寻的制导作用距离一般在10千米左右,在现代化武器作战的今天,这一距离是比较靠近敌人的,对激光发射的安全性很不利。因此,增大激光制导作用距离十分必要。
小型化——减小制导系统的体积和重量。由于制导系统是弹头的一部分,减小这一部分的体积和重量具有重要意义,它有利于提高 制导武器 的机动能力和作用距离,增大弹头的有效载荷,增强武器的杀伤力。
复合化——着力发展复合制导。多模式复合制导是在 导弹 飞行的各个阶段可同时采用两种或两种以上制导方式共同完成制导任务的先进技术。现代战争中,由于战场环境千变万化, 激光 制导炸弹极易受战场烟雾、云层和沙尘等因素影响,为提高 航空武器系统 的可靠性,减少失效概率,发展复合制导势在必行。
此外, 激光 制导武器还在向采用对人眼安全 波段 、新的激光编码方式、以及标准化和模块化方向发展。