基本介紹
- 中文名：天弓防空飛彈
- 基礎：霍克飛彈彈體
- 技術：CAD
- 類型：飛彈
發展沿革,研製背景,建造沿革,技術特點,照射雷達,半主動體制,發動機,發射筒,核心,性能數據,反導能力,
發展沿革
20世紀70年代中期，台灣陸軍的主力防空飛彈是美制霍克改進型，按照國民黨當局對我人民解放軍1980年代初期軍事力量發展預測，大陸可能引進F-16、幻影2000等當時世界一流性能的戰鬥機。因此提出了研製新型高性能防空飛彈以替換改進霍克系統。但由於工業基礎的薄弱，最初的方案只是小打小鬧：在改進霍克基礎上換裝大推力火箭發動機，改進氣動外形。1975年，台灣“中山科學研究院”以霍克飛彈彈體為基礎，利用當時剛引進的電腦輔助設計(CAD)技術，改造出了一型新的防空飛彈，稱為“先進防空飛彈”，該彈總體上看有些類似美國的AIM-54不死鳥空空飛彈，這便是天弓飛彈系統的前身。
天弓防空飛彈
天弓防空飛彈研製背景
由於美國出口到台灣飛彈的性能無法讓台灣軍方滿意，因此軍方責令“中科院”進行“精進”。此時美國的愛國者飛彈經過近20年的研發，剛剛定型生產，但由於新產品的質量不穩定，雷錫恩公司和陸軍方面經常扯皮。一時間愛國者將減少裝備數量甚至撤消等傳言四起，於是無論雷錫恩公司還是美國軍方乃至政府都急於為愛國者研製中花費的天文巨資找一個下家當冤大頭，以便在萬一愛國者下馬時不至於血本無歸(這種對國民黨當局藉以“廢物利用”式的軍售早在20世紀2、30年代就已經盛行，當時博覽會般種類繁多又數量稀少的各式飛機便是借著這種路子進入中國的)。1981年，美國允諾向台灣轉讓85%以上的愛國者技術，“中科院”則於1982年由第二研究所正式成立“天弓防空飛彈計畫室”，並再次修改了天弓的布局。這個項目如此之順利、在軍售限制方面反對甚少，除去政治因素外，在技術上和當時愛國者的“狀態低迷”，幾乎被當作一項和XB-70、約克中士一般徒糜錢財的失敗項目有很大關係。
雖然美國允諾提供大部分愛國者的技術給台灣，但愛國者系統最關鍵、最核心的TVM制導技術卻對台灣諱莫如深。而如果不採用TVM體制的話，照搬愛國者系統AN/MPQ-53相控陣雷達的其他設計則缺乏針對性和系統性，技術上也很難實現。因此，“中科院”決定按照自己最熟悉的型號來開展研究——飛彈使用引進的愛國者技術，而制導雷達則按照與美國的協定，以雷錫恩公司的另一型相控陣雷達宙斯盾為基礎進行開發。台灣之所以採用為海軍大型艦艇研製的宙斯盾系統為母版開發自己的制導雷達，其主要原因是宙斯盾系統中，相控陣雷達主要負責目標搜尋和飛彈截獲引導，對目標的照射和飛彈的末端制導另配有專門的照射雷達，而台灣恰好對所裝備的美制霍克飛彈系統的搜尋雷達-照射雷達體制比較熟悉，如果引進宙斯盾技術，可以避開複雜的TVM技術難關，又能夠發揚自己的長處，在操作繼承性上也有裨益之處。因此“中科院”於1982年底向台灣軍方提請了最後的總體方案報告，得到首肯後，研製工作迅速展開。在美國的幫助下，天弓I的研製進度很快，到1986年，首枚具備完全作戰能力的全功能戰備彈便試射成功。但由於台灣本身工業水平的限制，在生產和部隊使用過程中遇到了不少麻煩，直到1993年9月，第一套天弓I型系統才真正達到戰備水平，從實驗室到工廠再到部隊，用去了7年時間——這個時間的長短，也是衡量綜合科技實力的重要標準，台灣在這方面，顯然不過關。
建造沿革
1982年3月“中山科學研究院”第二研究所正式啟動“天弓”計畫。
1984年4月天弓I型紅外導引型開始研製。
1985年3月22日天弓I型飛彈飛行實驗彈(無戰鬥部和導引頭)試射成功。
1985年7月19日天弓I型飛彈測試彈(無戰鬥部)命中靶機。
1986年3月26日天弓I型飛彈全功能戰備彈(具備完全作戰能力)試射成功。同年9月，《遠見》雜誌實地採訪“中科院”，並公布了一張加裝火箭推進器的早期型天弓II飛彈的飛行照片。
1986年4月17日採用紅外導引頭的天弓I飛彈成功攔截超音速飛行的霍克飛彈。
1986年7月18日中山科學院證實天弓I型飛彈的電子組件精密程度遠遠落後於愛國者飛彈。
1986年10月9日在台北松山機場外貿展覽館首次舉辦的“國防科技與兵工生產展”會場上，“中科院”展出了天弓I型飛彈的四聯裝發射車、操控台、飛彈的部分實體和連續波照射雷達。
1987年10月11日台灣當局領導人蔣經國視察湖口“僑泰”演習，天弓飛彈的相控陣雷達車首度出現。
1988年8月17日台灣“國防部”宣布長白多功能相控陣雷達研製成功。
1989年9月29日“中科院”將天弓飛彈系統移交給陸軍，成立實驗連，天弓飛彈系統全部諸元首次公開。
1991年11月19日部署天弓飛彈的天龍陣地首次在“第一屆台北國際航太科技展”上公開。
1992年1月14日美國媒體透露，美國同意向台灣出售愛國者飛彈零組件。
1992年10月28日台灣“國防部”宣布天弓天弓I/II型飛彈系統開始生產。
1993年上半年天弓飛彈完成作戰測試，發射7枚，命中5枚。
1993年9月30日第一個天弓飛彈連在台北縣三藝區部署成軍。
1994年底第二套在高雄縣大岡山擔負戰備。
1996年第三套在高雄縣林園擔負戰備。
2000年3月天弓II型飛彈進駐東引東小島，與先前在此的天弓I型形成混合配屬。
技術特點
1992年6月，台灣和美國達成為期5年的合作協定，由美國提供愛國者系統的關鍵技術和零部件，對天弓I型進行改進，使其具有反戰術彈道飛彈能力。1998年7月15日，在台灣屏東飛彈測試基地進行了試驗，改進後的天弓I飛彈以4馬赫的速度攔截了戰術彈道飛彈靶彈，估計天弓I改進型將在稍晚時候將陸續裝備部隊。
照射雷達
防空飛彈系統從整體角度衡量是否先進，最主要看的就是採用的雷達體制和制導體制。由於技術引進上受到美國的限制，天弓系統的母型是海軍艦載型的宙斯盾戰鬥系統，其飛彈為半主動制導的標準SM-2，因此天弓I型的雷達、飛彈也分別沿用了相控陣體制和半主動制導體制。這樣的體制到底是不是像台灣媒體所說的那么先進呢，我們從它的作戰過程入手分析就知道了。
天弓I型系統以連為獨立作戰單元，1個連配有1輛戰術指揮中心/長白(CSIST/GE ADAR-1)相控陣雷達車、2輛照射雷達車、至少4輛天弓I型發射車、1輛電源車和1輛飛彈運輸車。作戰時首先由長白相控陣雷達搜尋發現目標並將目標信息傳給指揮控制中心，由指揮控制中心進行敵我識別、威脅判斷和目標分配。並選定發射架，將發射前需要的數據和程式送給飛彈。當飛彈發射後，首先由長白雷達對其進行截獲，使飛彈和相控陣雷達之間建立起聯繫，通俗的話說，就是讓雷達和飛彈知道彼此的位置，形成閉環控制迴路。當飛彈進入末端後，由長白相控陣雷達交班給與改型霍克相類似的CS/MPG-25型連續波照射雷達照射目標、制導飛彈。該雷達是在美制改型霍克系統的大功率照射雷達AN/MPQ-46HPI的基礎上研製的，但功率比改型霍克的大60%，且抗干擾能力和敵我識別(IFF)設備得到了改進。
半主動體制
當天弓I型飛彈上的半主動雷達導引頭開機後，通過頭部天線接收經目標反射的照射雷達信號，飛彈尾部基準天線則直接接收通過照射天線旁瓣嚮導彈發射的照射波。在彈上對這兩個信號進行相干檢波後，所形成的信號中即包含有與飛彈與目標接近速度成正比的都卜勒頻移，通過頻率範圍很窄的窄帶頻率跟蹤器精確提取出這一頻譜後，彈上電路就可以截獲、跟蹤目標都卜勒頻率，並從中提取出控制飛彈飛行軌跡的制導信息。制導信息在自動駕駛儀中變換放大後，可產生操縱液壓舵機的信號控制舵面偏轉，使飛彈按預定的彈道飛向目標，直到最後飛彈和目標距離很近，進入殺傷區後，照射雷達將按照程式發射指令，讓飛彈打開引信(為了防止在飛行過程中受外來干擾的影響導致提前誤炸，引信要等到距離目標很近時才打開)，然後天弓I型飛彈進入最後的交戰程式，引信截獲到目標後，按照程式選擇起爆時機和方式。這就是天弓I型半主動制導體制工作的主要過程。
說到這裡，不得不再提一下天弓I型的導引頭，在雷錫恩公司幫助下，天弓I型的導引頭對目標速度跟蹤時採用了都卜勒跟蹤，能從嚴重的地物雜波干擾中分離出運動目標，因此具有較好的低空性能。導引頭採用倒置接收機，提高了抗干擾能力，噪聲干擾對照射雷達天線照射目標影響不大。同時也提高了對都卜勒頻率的分辨能力。
由上可見，天弓I型飛彈和美俄同類以相控陣雷達為核心的遠程防空飛彈系統最大的差別就是其獨特的導引方式。這樣的半主動配置使長白雷達指揮作戰時負擔比愛國者和S-300要低，對空情的掌握能力更強。但這種制導體制也有自己的弱點：需要額外的照射雷達，雖然照射雷達只在最後階段對目標照射5-10秒，相比搜尋/警戒雷達從發現到擊毀目標整個期間都在向其輻射電磁波來說要短的多，但它制導飛彈跟蹤目標的波束是持續不間斷的，足以為現代戰鬥機的雷達告警器和定向儀提供充分的反應時間。而戰鬥機的綜合電子戰系統從接到告警器報警到電子偵察接收機進行目標定位，再到調用資料庫分析做出處理結果，總共不會超過1秒鐘，剩下的時間就是發射反輻射飛彈了。從美軍反輻射飛彈運用的戰例看，在空地對抗中，照射雷達被反輻射攻擊的機率最高，也是對方壓制防空網的重點和突破口。以第一次海灣戰爭為例，伊拉克防空網的各類警戒雷達被反輻射飛彈摧毀的損失率為17%，剩下大部分都是炸彈造成的傷害，而且都是在防空網瓦解或所配屬的防空飛彈單位中照射/制導雷達被摧毀後才遭轟炸損失的。而各類照射/制導雷達被反輻射飛彈擊毀的損失率達到63%，可見照射雷達是最“招惹”反輻射飛彈的。天弓I型的CS/MPG-25照射雷達源自霍克系統，雖然霍克系統經過三次現代化改進，但畢竟其基礎設計是20世紀50年代的。因此照射雷達的峰值功率肯定很高，而且天弓在此基礎上又將功率加大近一半，則功率就更高了，也更容易被對方電子偵察、鎖定，成為很明顯的輻射目標而遭到集中摧毀。雖然照射雷達被攻擊後長白雷達仍可存活，但沒有照射雷達，天弓I型飛彈就無法制導，光剩下長白雷達也無用，這時對方飛機用炸彈也可以摧毀它。因此，天弓I型的這種半主動制導體制在現代空地對抗中已經落後。
發動機
天弓飛彈的制導系統包括導引頭、遙控發射/接收機系統和自動駕駛儀。制導艙為鋁合金殼體，外纏15度斜繞的酚醛棉布條並塗一層改性橡膠以加強強度和提高隔熱性能。導引頭工作在J波段，由平面陣天線、常平架系統和控制導引頭運動與處理信號的電子組合等組成。尾部控制艙為環形空間，內裝液壓舵機系統，通過自動駕駛儀接收指令，操縱舵面對飛彈進行控制和穩定飛行。天弓I型飛彈採用破片殺傷式戰鬥部，質量為90公斤。為了提高殺傷效能，飛彈採用近炸和觸發引信。這比愛國者上單一的無線電近炸引信的可靠性和冗餘程度要高。單個破片質量3克，大於愛國者的2克。戰鬥部艙為鋁合金精密鑄造，除內裝有戰鬥部外，還有慣性感測裝置、遙控發射機/接收機裝置、安全保險和電子裝置、引信和天線等。
天弓I型的動力裝置由發動機、外部隔熱罩和上述兩條向尾翼傳送控制信號的外部導管組成。發動機殼體是飛彈結構的一部分，外部有隔熱防護罩，和愛國者一樣，天弓I型的固體火箭發動機也採用了先進的HTPB氫氧基聚丁烯混合推進劑系列。推進系統質量約490公斤。推力約134.8千牛，工作時間12秒。按照台灣方面自稱“天弓I型射程100公里”的說法，其彈體尺寸、質量與愛國者都基本無差別，那么要達到射程更遠，則只有在推進劑上下功夫了。據稱天弓I型上比愛國者上性能更高的推進劑是台灣自行開發的，但是考慮到台灣化學工業的水平，再從美國方面透露的蛛絲馬跡看，其中有不少美國參與、協助的因素。由於這些不確定因素，對於天弓I型飛彈的射程也有多種說法，主要的有兩種：最大射程60公里，有效射程40公里；最大射程100公里，有效射程80公里。從多方面因素分析看，筆者認為取前者可能性大些。因為如前所述天弓I型的照射雷達是在霍克基系統的礎上改進並加大60%的功率，霍克飛彈的最大射程為40公里，有效射程30公里。其照射雷達的作用距離在100公里左右，按照雷達方程，功率增加60%，作用距離只增加1.6的4次方根，也就是說，天弓照射雷達的最大作用距離也只有115公里左右，再考慮其採用先進元件、最佳化設計等因素，至多達到130公里。這樣的雷達作用距離要為射程達到100公里的飛彈提供照射，有點勉為其難。別的不說，單單對方戰鬥機的電子對抗設備如果採用蘇式大功率阻塞、壓制路線的話，就很容易干擾掉採用半主動制導體制的天弓I型飛彈。綜合考慮，其最大射程在60公里比較符合台灣工業實際。
發射筒
天弓I型飛彈的發射筒為一密封加固的方形鋁箱，內裝隔熱層，兼作運輸和貯存飛彈用。它由蒙皮、框架、導軌、支架、導向板、前後端蓋、箱內保溫材料、環境微調裝置、固定飛彈的自鎖裝置等組成。箱內下端有一條“工”字形導軌，這和愛國者的“U”字形導軌略有不同。導軌表面粘有石墨層，用以減小飛彈發射時的摩擦。由於選用的鋁材較愛國者的發射筒薄，因此早期的天弓發射筒外表面有8條垂直加強肋和2條水平加強肋，後期改進工藝、材料後改為4條垂直和2條水平的。在發射筒外部左側，有測試飛彈和發射前對飛彈進行目標初始諸元裝定的電纜，而愛國者的這些電纜則在筒尾部。飛彈發射筒本身並非高技術產品，但其對加工工藝的要求很高。台灣在研製天弓I型時本想自行開發發射筒以節省引進技術所需的大量經費，但在多處工藝上遇到了困難，最後還是不得不私下請來為愛國者研製發射筒的馬丁公司技術人員“傳經送道”，才解決了薄鋁合金殼體的焊接、防變形等問題。
核心
天弓系統的核心是長白相控陣雷達和與之同處一車的戰術指揮中心。由於是艦載雷達陸上化，因此該系統的設計和另兩種一開始就為了地面防空專門設計的相控陣雷達來說差異不小。
長白雷達採用了美國提供的固態收發單元、電子掃描技術(但美國不允許台灣製造這些元件，只讓其負責裝配)。整個天線陣面由6000個移項器收發單元構成，可覆蓋方位120度、高低70度的範圍，由於沒有機械轉動裝置，掃描時沒有機械慣性，波束可在瞬間改變在空間的位置，有利於同時跟蹤多個目標。此外，長白雷達還具有頻率捷變能力，可在受到干擾時自動轉換工作頻率點。在C3I系統支援下，長白雷達併入了台灣於1994年開始興建的“強網”系統，可擔負防空作戰，也能在警戒雷達受損情況下轉為監視或空中管制任務(美國E-2和E-3預警機上的雷達也為S波段)。長白雷達的誘餌戰術也在受到挑戰。如俄羅斯X-31P等空地飛彈已經裝備了多模導引頭，可自動進行數據融合，識別目標(見本刊2003年第13期《突防——蘇俄反輻射飛彈家族》)。另外，還可以靠X-31與紅外/INS制導的X-59配合，或GPS+紅外、紅外+毫米波等多種制導模式來破解長白的誘餌陣。因此，固定陣地的長白雷達在密集、多方式的反輻射攻擊面前，下場還是大不妙的。
性能數據
410毫米410毫米(彈體級)400毫米(彈體級)/
570毫米(助推級)420毫米(助推級)
5.3米9.l米5.678米6米以上
60公里(100公里)80公里200公里200～300公里
23公里25公里25公里30公里以上
30米30米100米100米
發射質量870公斤1100公斤1135公斤1500公斤
最大速度3.5馬赫4.5馬赫4.3馬赫5馬赫
反導能力
作為戰區飛彈防禦系統(TMD)計畫的一個重要組成部分，天弓系統對台灣建立反彈道飛彈系統具有重要意義，台灣當局企圖通過參與TMD、採購愛國者PAC-3和發展宙斯盾的台灣版——天弓II系統及相關預警系統，配合已從美國購買的愛國者PAC-2型飛彈和台灣正在研製的天弓III型飛彈構建反導防禦體系。但實際上，TMD還面臨著許多問題。它的技術尚不成熟，10次高空攔截只有2次成功，對飛彈的初始段、飛行段、再入段的攔截還有許多難題沒有解決，有的甚至連基本的方法和公式都沒有找到。再者戰區飛彈防禦系統攔截試驗都是在特定條件下進行的，離實戰還有較大距離，雖然愛國者PAC-3在2003年伊拉克戰爭中攔截了多枚戰術飛彈，但那只是彈頭和彈體不分離的早期型號，對射程遠、速度大、末端彈頭-體分離且伴隨干擾和機動的新型戰術彈道飛彈，TMD要形成戰鬥力尚需時日。此外，台灣海峽特殊的地理環境和氣象條件也會影響反導系統的發揮。而且前面提過，天弓II型系統的雷達和飛彈制導方式都比美俄同型飛彈更適合反導，其母型美國海軍的宙斯盾雷達也多次展現了反導潛力。且S波段的探測距離遠比C波段的愛國者MPQ-53雷達來得遠，可以更早探測到彈道飛彈，也就能延長飛彈攔截的距離。
