最近AIM-260的消息开始陆陆续续爆出来了。
其实,在半年前就发过一篇文章《为F-35站台,美军开发AIM-260——目标明确:狙杀中国歼-20》,给大家讲过为什么美国开始不计成本地研制AIM-260联合先进战术导弹(JATM)。事情来自2016年年底美空军例行的一次兵棋推演,美军将咱们的PL-15导弹参数带入了兵棋推演中,发现美国的AIM-120D导弹已经在中国的空战体系下不占优势了。
那次推演的结果让美军高层坐不住了。F-35作为美军的主力隐身战机,靠着AIM-120D在超视距空战中面对歼-20和PL-15时,完全是被压着打的局面——射程不够远,末端追不上歼-20的高机动性,连跑都跑不掉。于是,AIM-260项目在2017年悄悄启动,美军的目标很明确:打造一款能“狙杀”歼-20的导弹,夺回空中优势。
W君本身就是学高能材料的,所以对于火箭导弹这些东西还是有先天的buff的,那么我们就来聊聊这款导弹。
不过,要了解JATM,我们就不得不看一下JATM的竞品PL-15,毕竟没有对比,就没有伤害。
PL-15的技术水平并不高,中国军工是个傻憨憨
不吹不黑,如果对比AIM-120系列的导弹,我们的PL-15本身的技术水平并没有大家想象的那么高。为什么这样说呢?
PL-15的研制工作大约在2005年左右启动,由中国航天科工集团负责开发。该导弹的目标是比PL-12在射程、制导能力、抗干扰能力等方面有全面提升。主要的研制目标和美国研制JATM一样是为了对付对方的导弹获得作战过程中的优势。我们对标的就是AIM-120导弹了。为此我们在PL-12的基础上采用更先进的主动雷达制导头,让导弹可以在复杂的电磁环境下锁定目标;增加了数据链中继能力,这点有点像mesh路由器了,导弹、载机、无人机之间可以建立mesh数据网络进行数据中继,可以实时的修正导弹弹道。而设计方更大的心思在于不遗余力的增加导弹的射程,例如我们可以发现PL-15导弹的尾部是收缩的。
这个方案是在PL-15上首先提出的,这种技术并不算是一个新技术,而是在很多炮弹上会采用这样的设计思路,为的就是降低炮弹在空气中飞行的阻力让炮弹获得更大的射程。
从通常导弹的设计要点上由于导弹本身是可以向后喷出燃气补充后部的低压区域,因此在导弹上并不会采用这样的设计思路。
但对于PL-15来说被证明是有效的,以至于在2010年之后美国生产的AIM-120D也有意的改进了尾部的设计。
当然了这个消息是美国自己发现的,还是咱们露出去的就各有各的说法了。
这是PL-15上抖机灵的地方,但为什么说PL-15的设计师是个傻憨憨呢?在PL-15上我们除了为了提高射程采用了更优化的气动设计之外,还采用了更傻更笨的做法,也就是加大弹径加大弹长。我们自用的PL-15导弹长度达到了4.15米,弹径达到了210毫米。对比外贸版本的PL-15E其实是大上了一圈。
也就是因为如此,用这种大力出奇迹的方法,再配合双脉冲发动机,让PL-15有了接近300公里的射程。
这里有个关键词:“大尺寸”。这玩意儿听着威猛,但也暴露了中国军工的“憨憨”本质——技术不够,体格来凑。
美国的困局——“短视”受困
和目前不太依赖国外武器的中国不同,美国的武器是有出口需求而且是有推行“北约标准”的义务的。和中国的导弹可以在一定范围内“自定义”尺寸不同,美国的中程空对空导弹要面对的是很多国际客户的不同使用和存储平台。
这就导致了美国的空对空导弹设计必须在一个固定的尺寸框架之内。例如导弹的长度,永远被限制在了12英尺(3.66米),弹径永远要小于8英寸(203mm)。这是一个标准框架不仅仅是导弹的生产、仓储、运输,导弹的装载和使用也都以这个尺寸为限度。例如最早在越战中使用的AIM-7麻雀导弹就被定义了这个尺寸。到了AIM-120甚至又进一步缩小了弹径把8英寸改成了7英寸。
以至于带着流星导弹等一系列欧洲的新导弹都采用了7英寸的弹径。在现在看,其实这样做是相当“短视”的,无异于给自己的发展画了一个不可逾越的界限。
虽然这套“短视”设计有它的道理。标准化方便生产、运输、装载,F-35的内置弹舱、F-16的挂架都能无缝兼容。但问题来了:尺寸限制就像个紧箍咒,想加射程只能在燃料效率和发动机设计上抠细节,没法像PL-15这样“随便长”。AIM-120D的射程撑死160公里,面对PL-15的200-300公里,根本不够看。
而且这套“短视”的问题也导致了更严重的后果,美国在设计隐身战斗机的时候,因为导弹的长度设计尺寸有了个上限,于是武器舱的存储尺寸也就有了一个上限为 13.4 英寸深x 33.9 英寸宽 x 156 英寸长也就是 0.34 米 x 0.86 米 x 3.96 米,一架F-22主弹仓内部有两个并排的武器存储区域。
F-35作为“联合打击战斗机”(JSF),弹舱设计倒是稍微放宽了点,能硬塞进4.26米的AGM-158C——但这真是“硬塞”,空间挤得跟沙丁鱼罐头似的,导弹再长一点就彻底没戏了。
所以,美国这次是被几十年前的一次“短视”扣住了咽喉。这道理其实就是航天飞机的尺寸由马屁股宽度决定的现代版——当年罗马人用马拉车,车宽定死了,铁路继承了,航天飞机的运载火箭也跟着受限。现在呢?越战时定个“12英尺7英寸”的框框,半个世纪后,AIM-260还得在这框里憋大招,真是自讨苦吃。本来可以大力出奇迹的事情,就愣是让美国人把格局玩小了。
美国如何破局?AIM-260的发动机特点
这就回到了W君的专业了。导弹是由固体火箭发动机驱动的,在尺寸不能随意扩大的基础上,最好的办法就是改固体火箭发动机的燃料配方了。
通常,固体火箭发动机相对流行的燃料配方是基于AP/HTPB+铝成分的传统高性能推进剂。AP是指过氯酸胺。
这是一种强氧化剂,主要作为固体燃料火箭发动机燃烧时候氧化剂的来源。
HTPB为端羟基聚丁二烯,一种半透明的液体,颜色类似于蜡纸,粘度类似于玉米糖浆。
不过,要注意的一点是HTPB并不是指一种单一的化合物,大部分HTPB是一种混合物根据官能团的不同会有不同的特性。
为什么用它?有两个原因,第一是这玩意高度易燃,第二就是在微量固化剂的作用下这玩意可以凝结成质地均一的固体并且可以保持内部容载物的均匀分布,所以这玩意还被当作固体火箭发动机药柱的粘接剂。
再然后就是铝粉了,铝粉在有氧化剂的环境下燃烧可以释放大量的热量。也正因为铝粉所释放的大量热可以保证火箭发动机的燃烧稳定性,同时极高的燃烧温度有助于火箭发动机产生的燃气高速膨胀提高排气速度。
这三者的合理组合就是我们常用的军火固体火箭发动机药柱了。不过,如果我们上升到材料学到角度就要遵从“结构决定特性、特性决定用途”的材料学精神了。
更深的研究就是不同组分颗粒大小和组合方式的微观结构特性了。
例如材料中的AP、AL的尺寸具体要多大,空间分布是怎样的都是火箭发动机性能至关重要的基础条件。
AP、HTPB和铝这三者的组合是军火圈的“老三样”,AIM-120、PL-15的火箭发动机都靠它,射程、推力都挺靠谱。但AIM-260要想在3.66米的小框框里怼到250-300公里,光靠“老三样”怕是够呛。美国得加点猛料,这就轮到CL-20上场了。
CL-20,学名叫六硝基六氮杂异伍兹烷,喜欢军事的粉丝应该都听过这货。从2011年开始,美国就把CL-20当成高性能固体火箭的“辅料”来研究。别看网上老说它一千美元一公斤,那是老黄历了。现在价格早就下来了,美国犹他州大盐湖边上,诺斯罗普有个专门搞推进的子公司,每年能产2万磅(9吨)CL-20。这玩意儿能量密度比HMX还高,爆炸威力是TNT的2倍,比AP/HTPB配方猛多了。诺斯罗普推进每年生产的这一部分CL-20其实主要就是用来进行测试。
很多人经常看到的在大山沟子里面搞火箭地面测试的,其实就是诺斯罗普推进流露出来的照片。
地点在这里,有兴趣可以去翻翻,时不时的就会暴出一些东西。
目前美国的路子是把CL-20加到火箭推进剂里面提高火箭推进剂的能量,同时把火箭推进剂里面的一部分铝替换出来,换成燃烧热值更高的镁和硼。采用更高效的GAP替代HTPB,甚至在考虑利用纳米金属颗粒来替换原来尺度的金属颗粒填充。
这样做,如果成功,AIM-260导弹也有可能在双脉冲发动机的机制之下获得接近300公里的射程,或许会超过我们的PL-15d射程。这件事在半年后我们就可以得到验证,毕竟,2026年是AIM-260装备美国空军的一个日期节点。
中国的对策,我们需要慌吗?
谈到这里就会有人问了,美国搞CL-20固体火箭发动机,那么中国跟不跟?其实,有个特别有意思的是2021年6月美国的能源技术中心的一份报告是这样说的:
翻译过来就是:
两个具体案例: 美国军方目前使用的两种最重要的高能材料,分别诞生于 120 多年前(RDX) 和 70 年前(HMX)。同样在 70 年前,洛斯阿拉莫斯国家实验室 开发出了 第一种塑料粘结炸药(PBX),以降低常规武器和核武器中高能材料的敏感性。RDX 和 HMX 代表了美国军方在高能材料领域最后一次具有广泛应用的重要创新。 1980 年代,美国 海军水面武器中心(Naval Surface Weapons Center) 在 中国湖(China Lake) 开发出了一种威力更强的新材料——CL-20。CL-20 的爆炸与推进性能远超 RDX 和 HMX。然而,苏联解体 后,美国军方的项目重点从 提升杀伤力 转向了 增强安全性、降低成本和减少风险,导致高能材料领域的研究方向发生变化。由于缺乏专项资金支持和明确需求,CL-20 并未能完成技术成熟化,也未被纳入武器系统。 与此同时,中国军方开发出了 CL-20 的工业化生产工艺,并将其集成到武器系统中。这种技术代差导致了巨大的性能差距:与美国基于 HMX 的炸药相比,CL-20 具有 40% 的穿透深度提升,对于特定应用来说,这意味着弹头整体杀伤力有了显著提高。 其他高能材料的技术进展 除了 CL-20,美国在高能材料的科学与技术(S&T) 领域确实取得了一些突破,但这些新技术并未被转化为正式装备。例如,通过热压爆炸(thermobaric) 配方与反应材料(reactive materials) 结合的新机制,一枚 400 磅的炸弹可以具备当前 1000 磅炸弹的杀伤力。这意味着,在相同的总载荷下,战机可以打击 五个目标,而不是两个,从而缓解当前美军在作战能力上的劣势(capacity overmatch)。 然而,这些新材料本应早已催生出更强大、更紧凑的武器系统,但现实情况并非如此。主要问题在于: 高层决策者、负责制定需求的作战开发人员(combat developers),以及具体的项目管理人员(program managers),他们要么缺乏相关认知,要么没有动力去推动变革,亦或是根本没有权限考虑这些更高效的新机制。 ……
其实,现在我们搞CL-20火箭要比美国搞得还早,而且我们是双轨制。不仅仅在讨论CL-20为助剂的火箭发动机,还在研究TKX-50为助剂的火箭发动机。
而且就研究结果和研究影响力来说目前还是暂时领先美国的。例如,我们要去查期刊文献的话,我们会发现,在CL-20研究的领域其实我们的论文要比美国人和俄罗斯人的都多。
后面这件事就看大家怎么转化为生产力了,我们的研究很多,但目前世界上关于CL-20的很一大部分专利其实是在诺斯罗普手里面。
所以,现在可能PL-15还有半年的优势,诸君还得继续努力。
试想,如果美国真的能在现有的尺寸框架中搞出来一款双脉冲导弹并在PL-15的竞争中占据优势,那么我们至少可以通过继续扩大导弹的尺寸来“迎头赶上”。
但如果美国不能在现有尺寸框架上搞出来一款射程比PL-15还高的导弹就有意思了,应搞一个尺寸更大的导弹就是美国的唯一选择了,这时候就会出现美国的F-35这款低档机能装备最高档的导弹,而高高在上的F-22却难以适配的问题。等F-35装备“新导弹”的时候,就只好给F-22的飞行员一把王八盒子,让他们去山里打白狐狸去了……笑。