您现在的位置是:首页 > 历史

中国早期的高空防空导弹、反导及反卫星工程解密(3)

2021-09-26 17:05:24



“红旗”4号武器系统的研制成果

在导弹研制方面,为了解决弹体结构在高速飞行中的耐高温问题,上海联合研制成功了E-22型高温隔热涂料,经过热流值为62大卡/米?秒的静态隔热性能试验和燃气流速为2170米/秒、绝对温度为2030摄氏度的高温燃气冲刷与烧蚀试验,获得了满意的结果。1970年就曾用于运载火箭的仪器舱,经过飞行试验,证明其性能良好。1981年在“红旗”4号导弹上使用,也获得了成功。为了减轻结构重量,还研制成功了MB-22型高强度耐高温镁合金材料。

同时,上海某机器厂还开展了不锈钢蜂窝舵面的研究。1976年在取得铝箔夹芯不锈钢蒙皮胶接蜂窝结构舵面研制成功的基础上,又与三机部合作,于1977年4月制成了新型不锈钢蜂窝舵面,为此还专门研制了焊料、成型铣刀、点焊装配夹具、高温加热陶瓷模具以及加热炉等全套工艺设备,这一成果获得了国家科技成果奖。冷分离技术也是“红旗”4号导弹首次采用的技术,实现了在主发动机不工作的情况下,导弹助推器与主级的正常分离。分离电路包括正常分离和强迫分离两种,以确保分离的顺利实现。而从分离指令发出到分离,时间为10毫秒至20毫秒。“红旗”4号导弹,其主发动机的平均推力为3.3吨,平均比冲223秒。由于发动机性能指标较高,国内技术基础差,需要进行多方面的攻关工作。1970年3月,首先进行了发动机所用40高强度钢的攻关工作。但由于钢种新、强度大,其成品率一直很低。后经过反复调试,逐步探索出一套成熟的工艺,使成品率大幅提高。

“红旗”4号导弹发动机的装药早期采用的是聚醚型配方,但由于其低温力学性能不好,使1970年10月首批提供的发动机在经过运输后因装药产生严重的裂纹而报废。1973年,又改用新型聚氨酯聚醚型配方,并开展了包复工艺、自由脱粘、长尾管抗烧蚀项目的攻关,还进行了发动机抗震试验,使发动机的技术难题逐个得到解决。1977年以后,取得了6套发动机地面试验、2套发动机上天试验的阶段性成果,为“红旗”4号提供了基本合格的发动机产品。

“红旗”4号的液压操作系统最初是电机泵系统,于1970年研制成功。1971年开始研制燃气涡轮泵闭式油源系统,它由缓燃火药产生的高温燃气推动涡轮泵工作,可产生250千克/平方厘米的高压,最高转速为30000转/分钟,额定流量为15升/分钟,可连续工作90秒,并于1978年研制成功。此后还进行了小型化,也取得了成功,并将用于其他型号上。


未完成研制的“红旗”4号防空导弹

而天线罩也是“红旗”4号研制过程中的一大难点。由于寻的制导对天线罩瞄准线误差的变化率有很高的要求,以及“红旗”4号的气动加热问题很严重,从而使天线罩的研制经历了一个很长的过程。为了解决大尺寸天线罩的加工问题,上海机床厂专门研制了精密磨床,并先后用了七种配方,反复进行外形和电性能的改进设计,终于在1972年使天线罩的主要电性能指标达到了设计要求。但天线罩的抗热震性能仍未过关。

1972年,上海市联合攻关,最终经过多种配方的热试验筛选,选出了最佳配方。后经过1974年、1976年和1979年的热载试验和静、热载联合试验,用新配方制成的天线罩百分之百通过了单独静载和热载试验,静热载联合试验也基本达到了要求。用微晶玻璃制成的大尺寸薄壁天线罩,能够承受高温并具有很高的电性能,无论是其原材料的研制、生产工艺的设计和试验以及测量技术在国内都是首创,为今后新型天线罩的研制奠定了基础。

单脉冲雷达导引头是实现自动寻的制导的关键设备,1969年开始探索研究,1970年开始设备的试制,并先后解决了微波固态本振源、微带电路、脉冲压缩、速度反馈控制等多个技术难题。1971年就成功制成第一台样机,而外场绕飞跟踪试验也取得了成功。以后又不断改进天线伺服系统的结构设计,并一次通过了振动关。研制厂先后共生产了7套导引头样机,经过多次试验,其性能基本达到了设计要求。

1980年,在与照射雷达联合进行的试验中,有效距离达到了70千米。在导引头的设计中还采用了很多新技术,如修正相位变化的相位自动校正环路,提高精度的两级伺服阀、回转式作动筒、精密微分陀螺以及提高稳定跟踪目标距离的自时钟同步和距离封闭门等。总之,“红旗”4号的导引头已经基本达到了国外20世纪70年代同类导引头的水平,许多单项技术已经在国内推广使用,例如多模卡塞格伦天线馈源技术就应用在了645型雷达上。

自适应自动驾驶仪从根本上解决了导弹气动参数变化范围大、不允许安装空速管速压传感器的矛盾。该方案能够根据对导弹副翼效率的辨识,自动调整驾驶仪的参数,以补偿弹体参数的变化。这也是我国首次使用该技术。1974年11月,该驾驶仪首先在“红旗”2号导弹上进行了原理性试验,并取得了成功,而这项研究成果对我国战术导弹自动驾驶仪的发展也起到了积极推动作用。


“红旗”4号导弹上的驾驶仪首先在“红旗”2号上进行了原理性试验

而上海负责研制的无线电控制仪,由于使用了较高的频率并实现了半导体化,使整机的尺寸和重量大大减小,能同时传输七个指令。采用的新型数字编码和纠错技术,使整机的抗干扰能力明显提高,而这项技术后来被其他型号所采用。此后,为了进一步提高指令传输的可靠性,科研人员继续开展了数抗码的单项研究,并应用到其他型号上。

“红旗”4号导弹的引信采用的是比相测角、测速的雷达引信方案,同时还进行了毫微秒脉冲比相和调频多普勒比相两种引信的研制工作。研制过程中先后攻克了测速精度、防高频泄漏、宽瓣天线的抗干扰以及毫微秒脉冲磁控管等关键技术,并继承了调频引信的预研成果。样机经过1972年的首次飞行试验,证明方案是完全可行的。以后又不断进行改进,经过1975年到1978年的三次试验考核,引信的作用距离、启动角误差等主要指标达到了设计要求。为了弄清目标特性对引信工作的影响,还专门建立了目标特性试验场和采用缩比目标模型的引信动态模拟试验室,为后续战术导弹的引信研制工作奠定了一定的基础。

在小型试验性相控阵制导雷达的研制过程中,为了解决铁氧体移相器这一难题,反复摸索,终于在同年10月试制成功了第一个铁氧体移相器单元,后来又陆续解决了移相器耗损大、频带窄等问题,使性能达到了比较理想的水平。此后,1972年又完成了波束合成原理试验。1975年,为了解决移相器的批生产问题,又研制出了715单元的小型试验性相控阵雷达样机。

这是1部发射、波束控制、接收和计算机控制等性能均比较完善的试验雷达,为了准确测定天线的精度,还专门研制了测试转台。该雷达经过了一年多的外场跟踪飞行试验,完成了多目标跟踪计算机控制软件的调整。从1975年到1977年8月,先后跟踪过往的民航班机70多次,并进行了九个架次的正式校飞,成功实现了对两个目标的跟踪,达到了跟踪目标距离大于25千米、跟踪角精度起伏误差小于4角分的良好性能。1978年8月,全部试验工作完成,我国第一部试验型移动式相控阵制导雷达研制成功,并获得了1978年全国科学大会重大科技成果二等奖。此后,又开展了实用性研究,重点是降低激励器电流、激励器集成化以及天线阵面结构和系统设计的改进等研究工作,取得了新的成果。


S-75/“红旗”1导弹结构示意图,“红旗”2乃至“红旗”3/4也基本沿用了这样的结构布局(上下图)

单脉冲制导站是“红旗”4号系统中比较大的一个工程。它由1部S波段的目标雷达、2部C波段的制导雷达、1部X波段的目标照射雷达以及1套地面电站组成。在研制过程中,先后攻克了总体方案设计、大型高精度天线座的设计与制造、大型液浮轴承与精密齿圈的制造、单脉冲天线及单脉冲接收技术、大功率伺服系统、X波段大功率放大式发射机、高精度轴角检测数字码盘、数字终端显示设备、数字式指令传输设备等74个关键项目,在1975年制造出第一套样机。

同年在外场进行的目标雷达调试与校飞,发现目标的距离达到250千米以上,稳定跟踪距离达到了180千米。以后又针对暴露出来的问题,进行了一系列改进设计,特别是提高了计算机的性能。1977年进行了制导雷达的校飞试验,其指令传输距离和导弹应答距离都达到了设计指标。在照射雷达的研制初期,曾因静电聚焦速调管的研制工作一度停滞不前,拖累了整个雷达的研制工作。1972年,上海成立了攻关小组,决定自己动手试制磁聚焦速调管。在有关单位的大力协助下,只用了一年多的时间就做出了样管,并先后试制出了12只。

1977年,全国同行专家鉴定,一致肯定了这项技术成果,认为X波段500千瓦大功率速调管研制成功,填补了我国电真空器件上的一项空白,并保证了照射雷达研制工作的顺利进行。1977年进行了照射雷达的外场试验,跟踪距离达到了140千米。1980年8月,制导站的全部设备与导引头、无线电控制仪进行了联合试验。试验结果表明,弹上设备与地面设备工作协调,总体性能达到了规定指标,从而产生了当时国内威力最大的移动式单脉冲高精度制导雷达。

经过几年的研制,地面设备基本配齐,而且在重量、减震、防烧蚀、装填运输等方面比老型号有较大的改进。1977年,发射车与指挥车成功进行了对接,验证了设计和接口的正确性。而“红旗”4号的1000千瓦电站于1971年研制成功,经长期使用,性能合乎要求。


“红旗”4号虽然未能服役,但研制期间完成了不少技术积累,为我国导弹和电子技术发展起了重要的铺垫作用

“红旗”4号武器系统的研制从1969年开始,到1981年终止,取得了不少阶段性的成果。例如:两级固体模型弹试飞成功,导引头、自动驾驶仪、无线电控制仪、引信、液压舵机、天线罩等弹上设备已经基本配套;同时还研制成功了试验性相控阵雷达、单脉冲制导站、地面发射架、发射控制装置;全部地面设备已基本配套。

在单项技术上也取得了许多有价值的成就,其中包括X波段500千瓦大功率磁聚焦速调管、脉冲压缩技术、微带技术、固体本振技术、频率捷变技术、干扰侦察与识别技术、反电子干扰技术、不锈钢蜂窝舵面、红外跟踪位标器以及运算速度达50万次/秒的专用电子计算机等。而且,所有设备所使用的元器件都是我国自行研制和生产的。总之,“红旗”4号的研制促进了我国导弹技术和电子技术的发展。