浅析波音公司动力型“联合直接攻击弹药”

2024/02/21

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导读:2023年9月,波音公司的动力型“联合直接攻击弹药”(PJDAM)完成了风洞测试。PJDAM是“联合直接攻击弹药”(JDAM)的一种升级类型,配备了发动机后JDAM射程可大幅提升。


“联合直接攻击弹药”(JDAM)


联合直接攻击弹药(JDAM)是一种制导套件,可将非制导炸弹转变为全天候精确制导弹药。配备JDAM的炸弹由与全球定位系统(GPS)接收器耦合的集成惯性制导系统引导,美军公布的射程可达15海里(28公里)。JDAM的“联合”代表着其制导系统由美国空军和美国海军联合开发。


JDAM不是一种独立武器;相反,它是一个“螺栓固定”制导包,可将非制导重力炸弹转换为精确制导弹药(PGM)。该系统的关键部件是带有空气动力学控制面的尾翼套件以及组合惯性制导系统(INS)和GPS制导控制单元。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。由于JDAM采用惯性制导和GPS制导这类自主智能制导方式,虽然在精度上不如激光制导炸弹(LGB),但是联合制导攻击武器几乎不受天气气象环境的影响,也有一个更低的改装成本。


配备JDAM的炸弹重量范围为500至2000磅(230至910千克)。当安装在炸弹上时,JDAM套件会被赋予GBU(制导炸弹单元)名称前缀,取代其所附炸弹的Mk80或BLU(炸弹、实时单元)命名。联合制导攻击武器一般是由Mk-81(250磅)、Mk-82(500磅)、Mk-83(1000磅)和Mk-84(2000磅)四种规格的常规炸弹改装而成,改装后分别编号为GBU-39、GBU-38、GBU-32和GBU-31。


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JDAM武器家族


在后续升级中,美军还在JDAM套件中放置了精确终端制导导引头,这一升级版本被称为激光JDAM(LJDAM),在配备JDAM的炸弹前端增加了一个激光导引头,使其能够攻击移动目标。这一装置被波音公司称为精密激光制导装置(PLGS),由激光导引头本身(现在称为DSU-38/B)和固定在弹体下方用于连接DSU-38/B与尾部的线束组成成套工具。除了LJDAM套件之外,波音公司还在海军开发合同下测试JDAM的抗干扰系统——集成GPS抗干扰系统(IGAS)。此外美国空军还开发旨在跟踪和攻击意图破坏弹药制导的电子战干扰源的GBU-31JDAM新版本。


动力型“联合直接攻击弹药”(PJDAM)


增程型“联合直接攻击弹药”(JDAM-ER)由波音和澳大利亚国防科学技术组织(DSTO)联合开发。它于2015年在澳大利亚皇家空军(RAAF)服役。JDAM-ER升级在于其制导套件包含一个低成本的机翼,可将JDAM的投掷距离增加三倍,达到45英里(72公里)以上。


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而在此之前,2010年,波音公司就曾提议在JDAM-ER上添加喷气发动机尾部套件,以将航程扩大10倍。美国空军最初对这一概念没有表现出兴趣,但到2020年,波音公司认为美国空军已经重新恢复了对采购低成本巡航导弹的兴趣。动力型“联合直接攻击弹药”(Powered JDAM,PJDAM)将500磅重的弹头、机翼套件和推进模块组合到与2000磅炸弹相同的外形尺寸中,通过低成本发动机赋予其更先进导弹的射程,同时虽然没有隐身形状或进行低空飞行的能力,但价格更便宜。尽管生存能力较差,但动力型JDAM可以联网,提供一种廉价的防区外武器来压倒对手防空系统。


PJDAM可以适应不同的用途,通过使用为其他产品开发的现有组件进行制造,波音公司认为它可以以更低的成本提供这种武器,虽然PJDAM的成本将高于标准JDAM,但仍只是具有类似射程的竞争性武器(例如巡航导弹)成本的一小部分。此外该系统还可以用作诱饵,旨在吸引防空或反导弹火力。该系统还有增加额外功能的空间,可以使用不同类型的弹头,根据需要更换不同类型的导引头、传感器、数据链路。


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波音公司在佛罗里达州奥兰多举行的2020年空军协会空战研讨会上展示的PJDAM 模型


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波音公司对PJDAM的介绍中提到PJDAM特点如下


  • 从反介入/区域拒止(A2/AD)系统的有效范围外提供决定性的战斗力量

  • 采用模块化,紧凑的吸气推进技术

  • 提供可选的模块化功能增强,以利用开放系统架构接口提高杀伤力

  • 能够在传统和下一代平台上快速集成

  • 保持JDAM精度和冲击状态控制


有关其性能方面


  • 有效载荷:高达500磅

——所有MK-82型有效载荷

——低成本诱饵燃油箱

  • 射程:300+英里(500磅弹头)/700+英里(低成本诱饵燃油箱)

  • 可选增强(机载1.2 kW交流发电机):导引头,数据链,其他任务航空电子设备

  • 兼容所有现有的集成了JDAM的飞机,使用现有的JDAM飞机接口和武器内雷达

  • 改变游戏规则的精确打击改进

——负担得起的远程精确制导弹药弥补昂贵的防区外导弹的短缺

——使第四代飞行平台能够为A2/AD贡献力量


2023年9月,波音公司的动力联合直接攻击弹药(PJDAM)在英国贝德福德飞机研究协会跨音速风洞中完成了测试,测试期间PJDAM分别展示了对地打击、对海打击和海上空中布雷配置,测试结果将用于开发 PJDAM 的数字孪生体,基于模型进行仿真,以校准各种使用条件对系统飞行稳定性、控制、航程等的影响,从而指导进一步开发以及优化性能。


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从上开始按顺时针方向分别为对地打击、对海打击和海上空中布雷配置


其中对海打击型PJDAM配备了美国空军研究实验室(AFRL)开发的“快速击沉(Quicksink)”导引头,该导引头用于改进2000磅级GBU-31/B联合直接攻击弹药(JDAM)来攻击“海上移动和静止目标”。Quicksink改造的GBU-31/B炸弹是在GPS+INS制导基础上加装了新式的导引头,如毫米波雷达导引头和红外成像摄像机等,或者依靠双向数据链,由战机传感器将目标数据实时传递给GBU-31/B。


Quicksink导引头和JDAM尾翼套件的组合使炸弹成为全天候反舰武器。使用时,该武器利用尾翼套件首先滑翔到一般目标区域,使用发射飞机在发射前通过机载传感器或机外传感平台输入的坐标。一旦接近目标区域,武器就会切换到Quicksink导引头,以确定目标舰船的位置,并确定其速度和航向。使用独立的导引头系统意味着,即使是在GPS性能降级的环境中,如果目标出现在雷达和红外摄像机的范围内,武器仍有可能锁定目标。武器随后会修正弹道,使其击中水面,然后在水线以下的船体附近引爆。这将“重击”舰船,使其断成两截或造成其他巨大破坏。


加装Quicksink导引头的既定核心目标是提供一种低成本空投武器,其能力至少在某种程度上类似于重型舰艇或潜艇发射的重量级鱼雷,如美国制造的Mk 48鱼雷,其设计目的是通过在大型战舰下方引爆并击碎其船体,使其沉没。


2022年时AFRL表示每个Quicksink导引头套件的成本约为20万美元。如果产量增加,这一成本可能会大幅下降。空军他们希望在生产1000个样品后,平均单位成本接近5万美元。即使加上购买2000磅级炸弹和JDAM套件的成本,完整的Quicksink武器也有望比大多数反舰导弹便宜得多,而大多数反舰导弹的价格通常都在100万美元或以上。


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Quicksink导引头其模型


小结


“联合直接攻击弹药”(JDAM)的使用显著提升了美国空军作战能力和效率,其改进型“增程联合直接攻击弹药”(JDAM-ER)为精确制导弹药提供了更远的射程和更高的精度,而正在开发中的“动力型联合直接攻击弹药”(PJDAM)更是将其射程提升到了新的高度。此外美军正在探索的PJDAM对海上目标的鱼雷式杀伤能力将极大增强战略轰炸机的对海作战性能,美国战略轰炸机部队的反舰作战手段将更为灵活多变。


参考资料
[1] Powered JDAM: Boeing’s New Alternative to Cruise Missiles
[2] Boeing resurrects effort to turn JDAM bomb into cheap cruise missile
[3] POWERED JOINT DIRECT ATTACK MUNITION Affordable Standoff
[4] New Look At Air Force’s Ship-Killing Smart Bomb In Action, Seeker Details Revealed

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