源自二戰！美國標準防空反導導彈的誕生

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共4986字，41圖。預計閱讀時間：20分鐘。

本文是小火箭經典導彈與運載火箭系列文章第5季的開篇。在本季，小火箭將以美國標準系列防空反導導彈為研究對象，分別從標準系列導彈的誕生、關鍵技術和試驗情況等方面入手，努力講述標準-1、標準-2、標準-3、標準-4和最新的標準-6導彈的設計細節。

2017年8月29日，游弋在夏威夷海域的美國海軍宙斯盾級驅逐艦「保羅-瓊斯」號接連發射了兩枚標準-6導彈，成功攔截了一枚從考艾島發射的中程彈道導彈靶彈。

這是2017年8月29日的攔截試驗中，標準-6導彈發射的視頻（多角度+慢鏡頭）。

2013年9月18日，美國海軍在夏威夷附近使用標準-3導彈成功攔截了一枚頭體分離式彈道導彈。那次攔截試驗，在當年，號稱是「史上最難的反導試驗」。

自1967年標準-1開始服役以來，標準系列導彈剛好走過了整整50年的時間，衍生出近20個型號，產量已在向3萬枚大關邁進，成為了世界海軍裝備數量最多的艦載防空反導導彈。

標準導彈家族，小火箭攝於2017年夏季，雷聲公司展示大廳門口。

這種服役久、型號多、產量大的裝備至今仍具有旺盛的生命力，甚至被很多國家和地區奉為「明星產品」。到底是怎樣的契機催生出這樣的一款導彈，又是怎樣的發展模式讓標準系列導彈成長為了一個龐大的家族的呢？

大黃蜂

這一切，要從大黃蜂計劃開始說起了。

標準系列導彈的誕生故事要追溯到第二次世界大戰期間。日本對珍珠港的偷襲使美國和日本爆發了太平洋戰爭。在這場戰爭中，日本「神風特攻隊」的自殺式襲擊令美國人頭痛不已。

1945年5月11日，美國海軍碉堡山號航空母艦先後被兩架自殺飛機擊中，引發大火，不得已退出戰鬥序列，返回珍珠港大修。沖繩作戰期間，美軍艦隊已提高警戒，但仍有漏網之魚。日軍自殺飛機非常善於利用雲層及陽光掩護，避過美軍雷達及瞭望，使美軍往往要到攻擊前一刻，才驚覺大難臨頭。

碉堡山號（有些地方直接音譯為邦克山號）航空母艦，雖然名字碉堡了，而且在二戰期間經歷了包括馬里亞納海戰、菲律賓海海戰等大大小小多場戰鬥，但是面對自殺式飛機的攻擊，仍顯得手足無措。

二戰的經驗教訓使得美國海軍迫切地想要一種比艦上的高射機槍更為有效的艦隊防空武器，「大黃蜂計劃」應運而生。

以當時的科技水平來看，這個計劃有著近乎瘋狂的戰術技術指標：

要儘快研製出一款或多款能在軍艦上發射、以衝壓發動機為動力、以波束制導方式飛行並能在超聲速的飛行狀態下穩定彈體姿態的防空導彈。

指標要求導彈的飛行速度不小於563.88米/秒（約為海平面聲速的1.66倍），最大射程大於18.2公里，最大攔截高度不低於9144米，而導彈的重量要控制在907公斤以下。

這是一個導彈剛剛問世不久的年代，投入批量生產並用於實戰的導彈型號屈指可數。

能夠進行超聲速飛行的V-2導彈給「大黃蜂計劃」的可行性提供了一些參考，但是量V-2導彈發射重量12.5噸，全長14米，直徑1.65米，彈翼翼展3.56米。

把這樣的大傢伙搬到軍艦上，而且是要擁有多枚導彈的發射能力，這是不太現實的。

實際上，正是這看似瘋狂的「大黃蜂計劃」為美國戰術導彈體系夯實了基礎。

上圖為帶有美國陸軍航空隊的P-38戰鬥機的原型機YP-38正在蘭利實驗室的全尺寸風洞中進行測試。

YP-38的尾部有比較嚴重的振顫問題。在飛行達到0.68馬赫時，如果飛機做俯衝機動的話，YP-38的尾部會開始劇烈振動並且導致機頭有強烈地下墜趨勢。

大量的風洞試驗和試飛測試將P-38的問題解決了，終成一代名機（最著名的戰例莫過於擊落山本五十六的那次了）。

但是，二戰期間，美國科研體系的風洞依然是以為戰鬥機服務為核心的，大多是亞聲速風洞。

實際上，在大黃蜂計劃實施初期，美國只有3個超聲速風洞，而且這些風洞的尺寸無法滿足艦空導彈的試驗要求。

約翰霍普金斯大學領導的技術攻關小組主動承擔起了研製大型超聲速風洞的任務，到該計劃完成之時，美國已經建立起了十幾個大規模超音速風洞。

作為美國科研經費最多的大學，約翰霍普金斯大學對速度的追求是瘋狂的。早在1944年，二戰尚未結束的時候，該大學就研製出了世界上第一台超聲速衝壓發動機。

二戰結束後，該大學從美國軍方那裡要來了數枚德國生產的V-2導彈，把攝像機放到該導彈頭部並發射後，他們獲得了人類第一張從太空拍攝到地球表面圓弧的照片。

戰術導彈空氣動力學在這個時期得到了系統化的發展，人們對導彈空氣動力學的認識從線性階段躍升到了非線性階段。

1959年「黃銅騎士」導彈終於完成了研製。這款以衝壓發動機為動力的導彈是「大黃蜂計劃」的「正統產品」。

1968年5月23日，美國海軍核動力巡洋艦長灘號（世界上第一艘核動力水面艦艇）發射2枚黃銅騎士導彈擊落了一架120公里外的米格-21戰鬥機。

這是人類戰爭史上，艦載防空導彈第一次擊落戰鬥機。

但是黃銅騎士導彈的發射重量為3.175噸，實在是太重了，而且大推力衝壓發動機技術複雜，維護保障的要求太高了。該導彈只陸續裝備了7艘巡洋艦就銷聲匿跡了。

而我們本文的主人公「標準」系列導彈則是這個計劃的副產品。

黃銅騎士導彈的細節，小火箭會另寫文介紹，本文把時間再調回到上世紀50年代，看看標準導彈的時間線吧。

在「大黃蜂計劃」實施期間，朝鮮戰爭爆發了，美國海軍亟需一種能夠馬上投向戰場的艦空導彈。

而此時距離黃銅騎士導彈問世還有4年的時間，一些有關衝壓發動機的研究還處於基礎理論階段。

美國海軍和霍普金斯大學不得已只能用技術成熟的固體火箭發動機來取代衝壓發動機，發展出了「小獵犬」和「韃靼人」兩款導彈。

誰能想到，這個無奈之舉竟然最終鍛造出了「標準」系列導彈！上圖為美國海軍佩里級護衛艦正在發射一枚韃靼人導彈。

「小獵犬」導彈出現不久就立刻獲得了升級。「高級小獵犬」導彈問世了。

該導彈採用了展弦比非常小的鰭狀彈翼，體現了那個年代對非線性空氣動力學的研究成果。這一氣動外形一直沿用到了今天。

「韃靼人」導彈可以視作是不帶助推器的「高級小獵犬」導彈。

她與「高級小獵犬」的外形幾乎完全相同，實際上它們的內部結構也差不多，有85%的零部件可以在這兩款導彈之間通用。這兩個型號共同構成了標準系列導彈的前身。

1957年，蘇聯將人類第一顆人造地球衛星送入了太空。這一里程碑式的事件對於各國戰術導彈的設計團隊來說卻稱不上是個好消息。

美國和蘇聯對太空制高點的爭奪戰拉開帷幕。大量資源被投入到偵察衛星、遠程導彈等戰略武器的研發上。

從此，戰術導彈空氣動力學、有翼導彈飛行動力學等學科的發展進入低谷期。（詳見小火箭公號文章《從美國最早的洲際彈道導彈看項目管理》）

不過，這個不利環境沒有難住戰術導彈的研究者。

他們認為，當時對戰術導彈氣動布局的研究已取得了相當多的成果，各種試驗也做得比較充分了（僅「小獵犬」導彈就在密西西比號試驗艦上進行了400多次發射試驗）。

他們決定保留之前的彈體氣動布局的設計，而將有限的資源用在提升導彈可靠性和內部元件的技術水平方面。

「大黃蜂計劃」所取得的空氣動力學方面的研究成果將直接應用在即將推出的新型導彈上。

標準

這種將已有的成熟技術固化為技術標準而將主要精力用於鑽研關鍵技術的設計理念大大縮短了研發周期並降低了研製成本和研製風險。

「標準」系列導彈乾脆就以這種設計理念為名稱了。

1964年12月，「標準」系列導彈的最早型號——標準-1開始進入研製階段。說是研製，實際上是對已有的「高級小獵犬」導彈和「韃靼人」導彈進行改進。

從外形上看，標準-1導彈與「高級小獵犬」導彈和「韃靼人」導彈幾乎沒有差別。

但是它採用的自適應自動駕駛儀、全新的電傳操縱系統、固態電子電路和通用發射架設計這四個創新點使其立刻成為了海軍的寵兒。

防空導彈自動駕駛儀的設計有一個難點，那就是這種導彈的作戰高度和作戰速度變化巨大。

從海平面（或地平面）到最大作戰高度，大氣層的密度、溫度差別明顯，而導彈的速度則從0迅速增加到聲速的2倍以上，作用在導彈上的氣動力複雜多變。

為了命中目標，導彈需要在所有高度和速度條件下都要有良好的穩定性和可操縱性。

標準-1導彈的前輩們（如「韃靼人」導彈）是這樣解決這個問題的：用導彈的頭錐內的感測器，實時估計導彈的飛行速度並辨識大氣數據，根據這些數據來實時調整導彈的控制參數。

這無疑增加了導彈的載荷和成本，而這些探測器又十分不可靠，成為了使導彈偏離目標的一大誤差來源。

而標準-1導彈的解決方案則是獨創性的，它採用了世界上首台自適應自動駕駛儀。

所謂自適應就是說導彈能夠在不依賴外部探測器的前提下根據不同的飛行狀態自動調整控制參數來使自身始終有著良好的飛行性能。

這使標準-1導彈省掉了複雜的外部探測器，也避免了由於探測器失效而帶來的制導誤差。

標準-1導彈用直流電機來控制舵面的偏轉，省去了沉重的液壓系統同時提高了舵面的響應速度。

該電機總是以其所能達到的最高轉速來進行工作（這種工作方式被稱為「Bang-Bang控制」，體現了上世紀60年代的最優控制理論的研究成果，如今已經廣泛應用在了多種工業控制領域），為此設計師們為它設計了專門的繼電器。

標準-1導彈是世界上首枚採用專用繼電器進行控制的導彈。

說起繼電器和舵面，標準系列導彈從前輩的經驗中，也學到了不少標準化的東西。比如標準導彈的舵面長上圖那個樣子。

再看她的老前輩，黃銅騎士導彈的舵面（位於彈體中部，為旋轉彈翼式布局），長得是不是很像？

黃銅騎士導彈的這種前緣後掠68.0°，後緣前掠71.5°的舵面設計也被標準化，並且融到了標準系列導彈的基因中。

固態電子電路是那個年代的電子工業發展的成果。

比起「高級小獵犬」導彈和「韃靼人」導彈上面的用焊錫連接的電路，標準-1導彈的控制電路的體積減小了50%，並最終讓導彈減重45公斤，可靠性則至少提升了50%。

通用發射架實際上是「標準化」設計思路的一種拓展。從標準-1導彈開始，中小型艦艇也能裝備艦空導彈了。

標準-1艦空導彈、「魚叉」反艦導彈和「阿斯洛克」反潛火箭可以由同一個發射架來進行發射，導彈的選取、裝填和發射的全過程都是自動進行的。

另外，原本用來發射「小獵犬」導彈和「韃靼人」導彈的發射架只需稍加改裝就能發射標準-1導彈（這個特性使得原來的用戶幾乎沒有繼續使用那些陳舊導彈的理由了）。

標準-1導彈繼承了之前型號的氣動外形和發射指揮系統，研製成本大幅降低，而改進後的效果卻非常好。

沒有高壓氣體和液壓油的標準-1導彈在長期儲存後也不會出現漏氣和漏液的情況。

大多數艦艇都不需要攜帶標準-1導彈的檢修設備，因為這種導彈只要每隔3到5年做一次常規檢測就可以了。

標準-1導彈長4.72米，直徑340毫米，翼展1.07米。

其基本型最大射程為74公里，最大射高為2.4萬米。

最大飛行速度為Ma 3.5。

加裝固體助推器的標準-1增程型導彈，長度達到了8米，最大射程超過185公里。

改進型標準導彈在1980年的一次攔截無人機的測試。

被標準導彈擊中的無人機叫火蜂。

在歷史上，火蜂無人機跟我國實在是有著太多故事。

一架C-130運輸機的一側機翼下面掛載了兩架火蜂無人機，攝於1975年7月29日。

標準-1導彈體現了「保留過去型號的優良品質，集中力量進行關鍵突破」的設計思路的成功。

標準-1導彈共生產了5000多枚，在美國，該型導彈已經退役。

上圖為一枚標準-1型導彈（具體為標準-1中程彈 Block V）在美國海軍試驗艦諾頓海峽號上面試射。

攝於1983年3月15日距離加利福尼亞州海岸線不遠的太平洋上。

該艦是著名的試驗艦，美國宙斯盾系統的誕生與升級與該艦有著千絲萬縷的聯繫。

該艦尾部有一座雙聯裝標準導彈發射架。

仔細上上面的照片，我們甚至還能找到用於宙斯盾系統的相控陣雷達。

不過在標準-1的最終改進型SM-1MR Block VI，在其他國家或地區的海軍中，預計會服役到2020年。

上圖為西班牙海軍的卡納里亞斯號護衛艦正在發射一枚標準-1防空導彈。

緣起於戰爭情況下的倉促選擇，萌生於設計師對導彈空氣動力學的充分自信，成長在電子元器件和最優控制理論飛速發展的時代，標準-1導彈就這樣誕生了。

再往後，標準-2導彈亮相，標準系列的家族擴張之旅正式開啟。

作為未來海上防空反導體系攻防的主要對手，我們對標準系列導彈的認識當然不應當停留在其剛剛誕生的階段，在後續文章中，小火箭對標準系列導彈的介紹將持續進行。感謝大家！

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