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惊雷之声——S-300发展历史

2020-06-09 11:37 作者:冰封之龙  | 我要投稿

早在1965年,苏联完成了2K12,2K11系列等陆军区域防空导弹的研制工作后,苏联陆军火箭炮兵总部下属的第三研究所即对新一轮防空武器研究进行了论证。他们结合越南战争等当时战争局势,根据装备发展规律,认为只能对付空中目标(尤其是只适合对付高空目标)的防空导弹无法胜任更加复杂的战场环境,因此要求开发一款“高低兼顾,反飞机反战术导弹(包括短程弹道导弹、空地导弹和后来的巡航导弹)”的新式野战机动防空导弹,作为2K11,2K12的补充。陆军防空导弹可以见本人上一篇文章。


无独有偶。在1967年,参加越战的S-75(SA-2/HQ-1/2)液体中程防空导弹越来越体现出对抗高干扰、高机动性目标的乏力感。这种液体燃料导弹不仅要在发射前加注液体燃料,还需要人工安装固体助推器药柱,安装战斗部,组装弹翼才能发射,准备周期很大,而且不能打击最低高度500米以下的目标(因此S-75必须搭配高射炮使用)。其驾束制导很容易干扰,中国在1965年击落最后一架U-2就发现美军飞机已经广泛配备雷达告警机和欺骗式雷达干扰设备(中国后来加以仿制用于轰6飞机)。在1972年“后卫II行动”中,美国出动B-52对河内进行大规模战略轰炸,越南发射3000枚S-75导弹,仅击落10余架飞机,平均200发才能击落一架B-52,发射的导弹成本甚至高于击落的飞机价值。

越南战争中后期的S-75已经成为不折不扣的“烧火棍”

虽然同一时间苏联国土防空军也配备了S-75的两种改进型——面向短程低空目标固体燃料的S-125防空导弹和远程目标的S-200液体冲压发动机防空导弹,但是这两种导弹要不射程过短,要不射程过大,必须和S-75交错部署,同时所有的电子设备也不兼容,需要复杂的协同系统。更要命的是,苏联飞机和防空武器广泛不配备IFF(敌我识别)装置,在1958年就出现过S-75拦截U-2却击落自己的米格19的事情,在第四次中东战争中阿拉伯联军击落的120架飞机有80架是自己人。在2001年9月 911发生不久的一次乌克兰防空演习中,一枚脱靶的S-200导弹击落了西伯利亚1812航班;在前两年的叙利亚战事中,一枚脱靶的叙利亚S-200导弹还击落了一架俄罗斯IL-20飞机。在这样的问题下,苏联国土防空军也急需一种新式的防空导弹。

S-125低空导弹虽然采用固体发动机,尺寸仍然和中国目前的红旗12一样巨大,但这种导弹曾经在1999年击落了一架被被动雷达探测到的F-117飞机
巨型的S-200导弹,使用冲压发动机。这种导弹在叙利亚战争中居然还被以色列当做弹道导弹击落过,创下绝无仅有的“用防空导弹击落防空导弹”的战绩

与此同时,苏联海军也遇上了麻烦。当时苏联海军手头的防空导弹大部分是从陆军和国土防空军搞到的玩意,比如北约代号的SA-N-1实际上就是S-125的海军型,SA-N-3是2K12的海军型,SA-N-4是9K33黄蜂改型,SA-N-7是9K37山毛榉改进型,SA-N-9是9K330道尔导弹改进型。所有的这些导弹都有一个问题:射程太短,而且除了1975年以后服役的SA-N-7和SA-N-9,其他都无法拦截反舰导弹。这导致苏联海军在面对美国海军哪怕A-6.A-7飞机的密集轰炸都无法生存,苏联海军也产生了获取一种新的远程防空导弹的念头。

舰载的S-125,北约代号SA-N-1
基辅级航母的SA-N-3是2K12立方的发展型

于是,在陆军、国土防空军、海军(苏联空军不管导弹防空,这点和中国、第三帝国完全不同)的大力游说之下,苏联部长会议高度重视新式多平台防空导弹的开发,于是在1968年立项了S-300S三军通用防空导弹。

但是,由于苏联各个军种之间鲜有配合,“铁路警察各管一段”,每个军种的需求也完全不同:

陆军:主要是战术防空,优先拦截低空飞行的攻击机、直升机、战术弹道导弹、战术巡航导弹;

国土防空军:只管战略防空,拦截大型轰炸机、侦察机和误入国境线的外国客机(苏联国土防空军1983年大韩航空007空难以前经常以“间谍飞机”为由随意攻击误入苏联领空的他国民航飞机,因此当时苏联国土被标为“国际民航的禁区”,击落大韩航空007后苏联国土防空军大力整顿,禁止对不明飞机随意开火,这又导致了1987年联邦德国小型飞机降落到莫斯科红场的“红场事件”),不考虑对战术飞机的防空工作(这也导致苏联国土防空军的航空兵训练水平低下,1980年苏联曾经试图合并空军和国土防空军的航空兵,却发现国土防空军航空兵仅仅会追逐不会机动的大型目标,不会格斗,因此被迫放弃合并国土防空军航空兵的计划),最好的是,把导弹接入到国土防空军的统一系统,配合防空飞机一起拦截敌方战略飞机(苏联国土防空军有一个惊人的想法就是把苏9,苏15飞机的火控系统改成遥控,飞行员只要负责起飞,然后系统全程遥控飞机进入拦截航道并自动开火,堪比无人防空飞机)。

海军:主要是对付美国密集的航空轰炸。

三军的要求里,只有陆军特别提出要反制导弹的打击。但海军和国土防空军则不以为然:洲际导弹拦截已经有A-135橡皮套鞋核拦截导弹了,而美国也没有对苏联海军发起导弹攻击的能力(当然,美国也在积极研发战斧式三军通用对陆巡航导弹和鱼叉反舰导弹,还有AGM-86、129战略空射巡航导弹,但苏联国土防空军和苏联海军并未获取相关情报,自然“不可能设计攻击不存在的敌人的武器”)。因此国土防空军和他们的供应商金刚石设计局游说苏联部长会议:为了降低成本,只需要开发一款能打飞机的导弹,或者说是固体的S-200导弹就足够了。

但是苏联陆军坚持己见。就算现在没有来自北约的导弹威胁,未来也一定会有。因此在苏联陆军的强烈反对下,S-300S计划流产,最终只留下了S-300这一个代号,陆海和防空军仍然自顾自的开发自己需要的防空导弹,就是后来S-300V,S-300P和S-300F三款导弹。国土防空军的S-300P(P代表PVO,国土防空军)由设计了S-75,S-125和S-200的金刚石设计局负责,陆军的S-300V(V为Voyska,陆军)由著名的M1939 85mm高射炮和2K12设计师留利耶夫设计,而海军的S-300F(F为fleet,即舰队防空)则找到了安塔尔/安泰设计局负责(以上这些公司在苏联解体后合并为金刚石-安泰集团,以便统一进行S-300的外贸)。

S-300V的设计师留利耶夫也是一员鬼才,从高射炮到反舰导弹无一不包,本人写过他的一篇专栏。

因此,虽然名为S-300,但三个导弹最多只共用50%的子系统,从发射平台、制导雷达甚至导弹外形,都有着极大的不同。

S-300P篇:

S-300P为苏联国土防空军的防空导弹,北约代号“SA-10Grumble轰鸣”,最早在1978年进入服役。该导弹起初使用指令制导的5V55K导弹,射程50-70公里,1985年的S-300PM(M代表“现代化改造”,和T-62M一样意思)可以用半主动雷达制导的5V55R导弹,射程增加到90公里,还有一个核弹头导弹(继承S-200的核防空弹头,用来对付轰炸机集群),1992年的S-300PMU(U指的是“升级型”,和T-80U一个意思)则可以使用5V55RUD导弹,射程延长到150公里,中国在90年代曾经购入一批用于北京防空, 目前已经退役转为S-400。

1999年阅兵出现的S-300PUM导弹,注意这些运载车换成了中国的卡车
64N6无源相控阵搜索雷达是S-300PMU以来的配置
30N6无源相控阵雷达是S-300PMU以来的制导雷达

苏联解体后,原计划开发的S-300PMU1计划受阻,幸亏中国因为90年代紧张的局势,向俄罗斯支付巨资购买一大批军火,S-300PMU1才得以完成(有传言中国甚至购买了S-300PMU1的许可证,并在之后的S-300PMU系列拥有合资股份),因改动非常巨大,北约代号也改为SA-20。S-300PMU1开始,俄罗斯将1400公斤的5v55系列导弹更换为1800公斤的48N6导弹,射程保持在150公里,但制导模式改成了爱国者PAC-2的TVM模式,可以具备对早期弹道导弹目标加以拦截。在1997年,S-300PMU2将更新了雷达和48N6E2导弹,最大射程达到了200公里(见笔者前文数据背后的秘密,这个200公里是仅有少数情况才能达到的极限射程,现实中一般不多于120公里)。

中国几款现役防空导弹的尺寸对比,可见红旗9的尺寸小于S-300,但由于推进剂采用CL-20推进剂,HQ-9B的有效射程实际上不低于S-300PMU2甚至最新的S-400

提到TVM制导模式,本人觉得有必要写一下。TVM模式就是所谓的“通过导弹跟踪”模式,传统的无线电指令制导导弹接收机在尾部,导弹只管沿着雷达指示方向前进,不考虑前面有什么东西;传统的半主动指导模式导弹雷达接收机在头部,导弹只管接受地面雷达打在飞机上的回波而前进,不考虑这回波是敌方干扰机发射的还是真的自己的雷达波。因此这两个模式都容易被干扰,而那个时代主动导引头技术并不先进(S-200就采用过主动雷达制导,但可靠性极低并发生了击落西伯利亚1812航班的事故),因此美苏两国都不约而同想到一个办法——把导弹前后都装上雷达接收机,导弹发射后先按照驾束制导飞行,以飞行到一个节约能量的航线(所谓的高抛弹道,这就是TVM射程很大的原因),再接受半主动雷达回波转向目标,同时不断比对二者的轨迹,如果对方有干扰,那么就切换到没被干扰的信道前进,抗干扰比起传统半主动雷达和驾束制导都好一些。不过,在红旗-9A/B,法国阿斯特30,美国RIM-174标准6纷纷采用全程主动雷达制导后,S-300PMU2的TVM就不是那么亮眼了,但价格优势使得S-300仍然能够大量列装。

1999年,俄罗斯在S-300PMU2基础上开始设计PMU3。不过,可能是为了更好的销路,还可能是为了避免中国继续低价引进S-300(普京第一任期以中国无证仿制歼-11B为由切断了中俄武器合作研发,只愿意高价销售产品,这种制裁反而加剧了中国国产化替代的路线),2006年该导弹被更名为S-400。其实除了更换了控制电脑和增强了对反辐射导弹的抗击能力,整体和S-300PMU2区别不大,而号称400公里射程的40N6则到了2016年才得以列装, 列装后大家相当失望发现它还是TVM原理,外加一个小的主动雷达导引头(倒是有些像RIM-174的主被动复合制导,中国红旗9B,红旗22和红旗16B都采用该原理),而且靠飞到非常高来节约能量,现实中仅有打击很慢的目标(如客机、预警机和加油机)才有可能达到400公里的理论射程,整体和红旗9B,RIM-174标准6没有明显区别(后两者1300-1400千克,能达到250-300公里射程,40N6多了400千克,能够飞到400极限公里)。不过,由于它制导雷达和300PMU2区别不大,还是无源相控阵雷达,而且向下兼容300PMU全部48N6导弹,因此卖价很低(俄罗斯在2013年后因为美国制裁和中国国产武器大量服役,已经丧失了2005年的议价能力),一个营192枚导弹和发射系统合计才4亿美元,而RIM-174标准6导弹一枚就得300万美元(红旗9B性能和RIM-174接近,价格也差不多)。可见价格还是非常划算的。

红场阅兵展示的S-400的导弹仍然是48N6E系列

另外,早期的S-400宣传还有共架发射的9M96系列中程防空导弹,后来计划调整,9M96系列导弹(连同22350型护卫舰的9M96防空导弹)被单独列出作为S-350导弹,预定今年阅兵式出席,作为9K37山毛榉的接班人。该系统还和韩国合作,作为韩国新式中程防空导弹(M-SAM)出现。

2000年代早期图片里9M96导弹是S-400的一部分
如今的S-350已经是单独的系统,整体颇有中国红旗16的风格
韩国M-SAM导弹可以看做引进S-350的成果

S-300F导弹篇:

由于是海军导弹,S-300F有很多和陆地上不相同的设计,其最有代表性的,就莫过于它的“左轮”发射系统了。

光荣级导弹巡洋舰的S-300F发射管

苏联海军采用“左轮”式冷发射系统有自己的选择。第一,热发射系统需要给排烟道开孔,在船上占用空间较多;第二,冷发射需要燃气发生器,而所有的发射管加装燃气发生器成本较高,而且当时制导雷达也不具备一下子制导所有导弹的能力。所以,考虑到这点因素后,S-300F和道尔导弹海军型SA-N-9都是采用旋转发射器。

由于是军舰发射,自然要考虑到军舰搭载的各种雷达之间的电磁兼容和数据传输。所以,在S-300F系统中,军舰的制导雷达和陆地的制导雷达有很大差异。

光荣级巡洋舰,桅杆顶部是MR-800顶对对空搜索雷达,机库上面的是3R41顶罩雷达
3R41顶罩雷达转塔,最大的雷达罩下是无源相控阵火控雷达,下面的小雷达罩是无线电指令传输天线,最下方的是电子战设备

苏联在光荣级巡洋舰上配备1个顶罩雷达,可以攻击一个方向飞来的6个目标,而基洛夫级拥有2个顶罩雷达,可以分别控制导弹飞往不同方向的12个目标,配备的5V55RM导弹可以打击90公里外的飞机。在当时,这是一个了不起的成就。

不过,S-300F导弹仍然是面对拦截空中集群飞机设计的导弹,对于1980年代美国的鱼叉反舰导弹、战斧C型反舰导弹,这种导弹仍然爱莫能助(尽管还是能够轻易拦截陈旧的P-15冥河反舰导弹),因此苏联海军计划参考防空军的S-300PMU,开发S-300FM导弹。这一次决定采用通用化设计,直接照搬48N6导弹和30N6E1制导雷达,舰载的30N6E1北约代号为“墓碑”。不过,由于苏联解体,改装S-300FM被搁置下来,在1997年完工的基洛夫级“彼得大帝”号上,仍然只安装了一台30N6E1雷达,尾部还是3R41顶罩雷达,导弹也是分别携带了5V55RM和48N6E导弹。

彼得大帝号前部是30N5E1制导雷达
彼得大帝的后部还是3R41雷达

1998年,经济大危机下的俄罗斯被迫搁置了扎哈列夫上将号巡洋舰和纳西莫夫上将号巡洋舰的改装计划,两套S-300FM出口中国,即成为051C沈阳和石家庄号驱逐舰的防空导弹。而失去了S-300FM系统的两艘基洛夫级巡洋舰则只能搁置在码头锈蚀,其中扎哈列夫号在2019年宣布放弃修复,纳西莫夫号仍然在北德文斯克经受不知道什么时候结束的现代化大改造。

116石家庄号导弹驱逐舰,注意尾部直升机平台上的48N6E导弹发射管和折叠状态的30N6E2雷达,和主桅杆上的MR-700军舰鸟(北约代号:顶板)雷达

S-300V篇:

陆军的S-300V的特殊性是最高的,从本质上看,它除了名字以外,没有任何和S-300P共用的东西,北约代号是SA-12,甚至导弹的外观也差异极大,从9M83,9M82导弹命名名称就能看出,它和9K37系列属于陆军导弹范畴,而不是5V系列的防空导弹范畴。

9M83在发射车上,注意这种火控雷达和车辆一体化设计常见于留利耶夫设计的2K12,9K37系列导弹
9M83系列导弹,可以看到粗大的助推器,整体气动布局和5V55,48N6都有极大差异
9K81系列相控阵制导雷达,用于S-300V发展型和安泰2500

S-300V导弹兼顾战术防空和反导拦截,弹头比较小,未考虑对抗轰炸机,但是对低飞的攻击机有强大的威胁,而且架高的火控雷达也极其适合对10米左右超低空突防的直升机,巡航导弹进行反击。同时,它还被用于洲际导弹发射井的防空,可以有效拦截美国弹道导弹(有消息该导弹曾被用于警戒美国潘兴2对洲际导弹导弹发射井可能的打击)和战斧式巡航导弹,这个可谓是先见之明。此时国土防空军才注意到他们的短视,急忙要求金刚石设计局开发反导导弹,所以S-300PMU系列在48N6系列也整合了对低空目标,导弹类目标的拦截能力。其唯一代价就是它的履带式底盘相比S-300P系列的轮式底盘维护难度较大,且需要大型平板拖车进行长距离移动。

S-300防空导弹诞生于苏联三军统一防空导弹项目,但最后因为各军种的矛盾和博弈,使得它最终仍然回归成了各个军种独立搞得项目,从后来S-300PMU增加反导能力,再到S-300FM直接用S-300PMU1的成熟设备可见,这三种导弹系统本来就没必要分成三型单独设计,这也为我们当代统筹规划三军通用大型设备提供了很好的警示作用。

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