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859. 百步穿杨——初代地空导弹发展史

作者:燃烧的岛群
859. 百步穿杨——初代地空导弹发展史

本文是“燃烧的岛群”第859、861篇原创文章,作者:群主飞龙。

全文共7444字,配图33幅,阅读需要20分钟,2022年6月9日首发。

二战前的德国在火箭技术上处于领先地位。1933年,德国火箭专家瓦尔特·罗伯特·多恩伯格和韦纳·冯·布劳恩一起领导的火箭研制组着手研制两种火箭,一种是外形酷似飞机的飞航式火箭;另一种是飞行轨迹为抛物线型的弹道式火箭。

1937年冬季,德国人进行了火箭的飞行试验。点火命令下达后,当火箭缓缓离开发射架升到几百米高空时,火箭发动机突然熄火,很快就坠入大海。经过艰苦的努力,德国人终于在1942年10月13日成功地把改进后的A4火箭送上蓝天,此后,A4火箭被命名为V2导弹。

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图1. V2导弹的机动发射场

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图2. V1飞航式导弹飞越英吉利海峡的场景,背景似乎是一架盟军的喷气式飞机,目的可能是击落飞行速度较慢的V1飞弹

两个月后,布劳恩等人研制的另外一种飞航式火箭获得成功,被命名为V1导弹。就这样,世界上第一枚弹道式导弹和第一枚飞航式导弹,于1942年年底相继在德国诞生。

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图3. 1941年的一个德国88毫米高射炮班组,无敌88虽然在对付坦克时名气更大,但是其主业还是打飞机

导弹的发明和投入实战深刻改变了战争的形式,简单来说,导弹同时具备了长距离打击和精确制导的能力,即使是二战时期的数据统计,靠堆积炮弹或子弹数量来打击对手的难度越来越大,更重要的是歼敌效率越来越低下,影响了战斗的结果。所以,即使是初始期的导弹,也对战斗的形态有深远的意义。但是,德国人没能坚持到这些黑科技爆发出真正战斗力的那一天。当然,这跟米国大统领坚持“德国第一”的打击顺序有极大的缘由。

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图4. 博物馆中的弗里茨X型有线制导反舰导弹,在二战中就取得了击沉“罗马”号战列舰的首次战果

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图5. 携带弗里茨X型反舰导弹的容克斯Ju-388轰炸机

除了真实投入过战斗的地对地V1和V2飞弹外,德国的科技专家继续研发了空对地(对舰,HS293和弗里茨X)、空对空(X4型)和地对空导弹(多个型号),其中在V2基础上研发的“瀑布”,是最接近实战状态的地空导弹。由于是在V2基础上研制,“瀑布”和V2的外观相似度极高,为了便于控制空中姿态,特意增加了弹体中部的两对小翼。

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图6. 上图为发射状态的V2型地对地导弹,下图为地对空导弹“瀑布”,“瀑布”在弹体中部也有两对飞行翼,而V2没有中部飞行翼

V2是世界上第一款能自动控制飞行速度和弹道的导弹武器,也是战后导弹发展的鼻祖。V2全重约13吨,长14米,最大直径1.65米,战斗部装药1000千克,采用液体发动机推进,最大速度能达到接近5倍音速,最大射程约480公里。在V2的基础上发展的“瀑布”地空导弹有着类似外观形态,其概念设计始于1941年,最终规范于1942年11月2日确定。由于战斗部只需要击落相对脆弱的轰炸机,弹体长度缩小到V2的一半,即便如此,“瀑布”的体型也相当庞大,高7.85米,弹径不到1米,弹重约3.7吨,采用发射架发射。

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图7. 地面摆放状态的“瀑布”地空导弹,背景还有一枚已经发射的“瀑布”

最初的设计只要求100公斤的弹头战斗部,但是由于精度达不到设计指标,被一个306公斤的基于液体炸药的弹头取代目的是在敌方轰炸机群中创造一个巨大的爆炸区域效应,这样有机会使用一枚导弹就能击伤多架飞机。最终确定的战斗部重量235公斤,射程约25公里。在白天使用操作员将通过远程控制引爆弹头。弹体中部增加了一组额外的翼片,以提供额外的机动能力。

第一批原型在1943年3月进行测试,与V2不同的是,“瀑布”被设计为待命时间长达一个月,并可随时开火,因此V2所用的挥发性液氧是不合适的。项目负责人瓦尔特·蒂尔博士专门开发了一种使用Visol(乙烯基异丁醚)和SV-Stoff(即“红发烟硝酸”(RFNA,由94%硝酸和6%四氧化二氮合成)新型发动机,这种燃料组合无需点火,只需让它们进行接触,就足以发动导弹。发射阶段的转向由放置在燃烧室排气流中的四个石墨方向舵完成的,一旦达到高空速,由安装在火箭尾部的四个空气方向舵完成的。

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图8. 德国人正在移动“瀑布”地空导弹

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图9. 模型场景,“瀑布”地对空导弹的地面检测状态

跟发射后可以不管的V2不同,“瀑布”的制导方式还非常原始,只能靠简单的无线电控制指令进行远程操作制导。导弹发射升空后,观测员可以用望远镜或肉眼观测目标,同时有专人在地面用手柄操作飞行姿态,命令被发送到导弹中的FuG 203/FuG 230“Kehl-Straburg”改进型。这套系统之前是用于弗里茨X制导炸弹和火箭助推的亨舍尔Hs 293反舰导弹。在防空任务中,控制器被安装在椅子旁边的一个框架上,允许操作人员向后倾斜以便方便观察目标。

图10. 吊装中的“瀑布”地空导弹,可能来自于德国人自己拍摄的照片

通过预测目标的飞行高度和速度,操作员将尽量让导弹接近目标并在附近遥控爆炸。可想而知,这种制导方式非常“费眼+费人”,对付高空目标的命中率可想而知。此外,靠目视人力制导的“瀑布”显然只能在白天高可视度的情况下使用,而在二战末期,盟军更拿手的是夜间大规模轰炸。

在夜间使用时,因为目标和导弹都不容易被发现,德国人特意开发了一种称为“莱茵”的雷达制导系统。可以通过雷达单元跟踪目标,导弹中的应答器也能在飞行中定位目标。一个简单的模拟计算机将引导导弹在发射后尽快进入跟踪雷达波束,使用无线电测向器和应答器来定位。一旦进入雷达波束,应答器会对雷达信号作出反应,并在显示屏上产生一个强烈的光点。操作员然后用操纵杆引导导弹,使光点重叠。

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图11. 艺术创作:“瀑布”地对空导弹发射后的姿态

但在1943年8月,瓦尔特·蒂尔博士在盟军发动的“九头蛇”轰炸行动中丧生,这是针对V2生产线的“十字弓”轰炸行动的开始,也是“瀑布”项目的重大损失。1944年3月8日,“瀑布”终于在第一次试射中成功,到1944年6月底又完成了三次试射,1945年1月8日,导弹以亚音速发射到7公里高度。2月份,“瀑布”在垂直飞行时超过了音速。到1945年2月17日德军撤离时佩内明德时,一共完成了35次发射,但是,没有资料证明其是否在试射中命中目标(这是有可能的,因为“瀑布”的制导能力并不复杂),但可以肯定的是没能投入实战。

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图12. 博物馆中的“瀑布”,奇怪的是这枚导弹的尾翼形态似乎有点不同

根据德国武器和战争生产部长阿尔伯特·施佩尔战后的说法,1944年的德国工业每月可以生产大约900枚V2,在劳动力和材料成本上,“瀑布”大约比V2便宜8倍,每月可以生产7000枚。通过这些地空导弹,“瀑布”可以大量摧毁盟军的轰炸机群,如果从1944年春天起就大量部署“瀑布”导弹,并配合使用喷气式战斗机,德国人有机会阻止盟军的战略轰炸。

但是,“瀑布”的射程只有25公里,即便投入实战,大概也只能暂时减弱盟军的轰炸规模,接下来将是对德国工业设施的矛与盾之战,战争有可能会延长,但是大结局未必会改变。另外,因为德国人也缺乏成熟的近炸引信,所以其制导系统远远不及战后的衍生产品。“瀑布”是德国空军命令开发的几种竞争性地空导弹系统之一,即便有诸多限制,它仍然是二战末期最好用的防空武器之一。

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图13. 另一款纳粹德国的末日黑科技“龙胆”地对空导弹

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图14. 另一款纳粹德国的末日黑科技“莱茵之女”地对空导弹

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图15. 试射后的“莱茵之女”

图16. 模型彩绘:进入发射状态的“莱茵之女”地空导弹班组

战后,“瀑布”导弹的设计图纸被美苏两国获得,并由此研发出各自的第一代地空导弹。技术基础相对薄弱的苏联根据缴获的“瀑布”防空导弹技术资料,发展出其第一代防空导弹,即萨姆-1地对空导弹。美国虽然在1944年曾研究“云雀”和“小兵”两种防空导弹,用于对付日本的“神风”自杀飞机,但因技术不成熟而失败。后来美军同样基于“瀑布”导弹,应用于其战后导弹计划中的地对空导弹分型之上(1958年开始向东南大岛出售)。严格来说,德国人的劳动成果并没有白费。

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图17. 二战后美国研制的“波马克”远程地空导弹,1952年8月10日首次发射

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图18. 美国在战后开发的“奈基”远程地空导弹,这款导弹的外观更接近苏联的同类产品,但是很难得到实战机会

与碌碌无为的美制初代防空导弹相比,苏联的初代地空导弹可谓大放异彩。

“萨姆”是北约给予的苏联初代地空导弹武器代号(实际上是地对空导弹的英文Surface to Air Missile之缩写SAM),苏联方面的编号为S-25,或称R-133、V-300,由拉沃契金设计局在“瀑布”地对空导弹的基础上发展,1948年开始研制,1954年开始装备苏联的部队,主要部署在首都莫斯科附近用于要地防空,未出口,1960年11月7日才在红场的阅兵式上首次公开亮相,至21世纪仍有少量实弹留存。

“萨姆-1”地空导弹射程为30~40公里,射高2~20公里,最大速度达3倍音速;全弹发射质量为3000千克。整个萨姆-1武器系统主要包括:导弹、发射架、跟踪制导雷达、目标指示雷达和测高雷达等。导弹弹身呈尖头圆柱形,全长12米,弹径0.7米。4个梯形悬臂式弹翼位于弹身中后部,呈X形配置在弹身四周。弹翼翼展2.4米,每个弹翼后缘均装有副翼,用以控制导弹滚转,使其稳定飞行。4个梯形舵面呈X形装在弹身前部,与弹翼处于同一平面,用以控制导弹的飞行方向。一台预存式液体火箭发动机装在弹身尾部,后改为一台双推力固体火箭发动机。导弹采用破片杀伤式战斗部,内装烈性炸药70千克,由无线电引信起爆。

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图19. 根据“瀑布”导弹资料开发出来的苏联第一代地空导弹“萨姆-1”(北约代号)

跟“瀑布”相比,“萨姆-1”地空导弹的追踪系统终于达到了实战水平,导弹采用雷达跟踪和无线电指令制导方式。地面制导设备包括一部跟踪制导脉冲雷达、一部目标指示雷达和一部测高雷达。跟踪制导脉冲雷达的作用是跟踪目标和制导导弹,工作在E波段3000兆赫,峰值功率2兆瓦;雷达共有6个旋转天线,方位和俯仰扫描范围均为70度,采用脉冲波束扫描跟踪目标,可同时跟踪30多个目标。目标指示雷达和测高雷达的作用是探测并指示来袭目标的方位、距离和高度,配合跟踪制导雷达工作,共同完成导弹制导。

“萨姆-1”的发射架为单发固定式,作战时,导弹垂直安置在固定阵地的固定发射架上;发射后,制导雷达不断向导弹发出较低频率的询问信号和制导指令,控制导弹飞向目标;当导弹接近目标达到一定距离时,制导站发出起动引信指令,使弹上的无线电引信开始工作并适时引爆战斗部,摧毁目标。

图20. 苏联第一代防空导弹“萨姆-1”,尺寸偏大且性能有限,仅被用来作莫斯科的防空,1951年设计,采用德国“瀑布”防空导弹以及 V2的部分零件与蓝图,1954年定型,主要用于拦截敌方的战略轰炸机

1953年,拉沃契金设计院又开始启动第二款地空导弹的设计,苏方代号“C-75”(北约代号“萨姆-2”)。1954年10月装备苏联的防空部队,1957年5月1日在红场阅兵首次公开展示。

“萨姆-2”弹长10.79米,翼展一级2.56米,二级1.69米,弹体直径一级0.654米,二级0.5米,发射重量2375公斤,最大速度3马赫,最大射程48公里,射高450-25000米,主要对付飞行速度低于420米/秒的各种飞机和其他空中目标。导弹战斗部为定向爆炸破片式,装药118公斤,可以产生3600枚破片击毁目标,毁伤半径达到低空65米,高空250米,制导精度75米。采用发射架倾斜的方式进行发射。

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图21. 萨姆-2防空导弹,具备中、高空全天候防空能力。导弹采用二级组成,正常气动布局,固体推进剂,主要用于攻击远程高空轰炸机和侦察机

“萨姆-2”的最直观的改进是提升为二级推进,第一级固体燃料助推段工作4-5秒,第二级发烟硝酸-煤油液体发动机工作22秒,推力2650千克。发射部队的火控系统站能跟踪一个目标,利用三个信道同时制导三枚导弹拦截目标。所以在相关影视作品里,经常见到“三发齐射”的场景。

鉴于二战结束后国际形势的变化,世界迅速形成两大阵营。积贫积弱的泱泱大国必然成为冲突的前线,差别只是在于前线的位置。如果一定要选边站,泱泱大国也只能把前线选择在狭窄的海峡而不是辽阔的北方边境。在各方面的因素的共同作用下,泱泱大国向苏方进口了这款神奇的地空导弹“萨姆-2”。

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图23. 运输C-75防空导弹

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图24. C-75防空导弹三发齐射

当时的斗争形势不容乐观,尤其是在空中。1958年9月24日,十多架美制F-86战斗机袭扰浙江空域,航空兵起飞多架歼-5战斗机拦截。飞行员王自重的飞机不幸被对方发射的AIM-9B型导弹命中,是历史上第一名牺牲于空对导弹的飞行员。

1957年10月15日,中苏双方达成协议。苏联将在火箭和航空等新技术方面向中国提供援助。其中,在地空导弹方面,苏联答应向中国提供苏军也刚刚装备不久的“萨姆-2”型地空导弹。同时,除了将派专家组来中国,还派一个萨姆-2建制营的官兵前来手把手地教会中国空军的一个营。

1958年6月,专家组抵达北京。9月29日,以河北保定空军第八预备学校和吉林长春空军技术学校为基础,成立了我军第一所导弹专业学校。1958年10月6日,时任空军司令员刘亚楼在北京郊区清河镇空军高级防校小礼堂里,宣布成立中国第一支地空导弹营,营长张建华。为保密和便于工作起见,国防科委统一规定地空导弹的代号为“543”。因此,地空导弹部队就称为“543部队”。1958年12月26日,北京军区空军在北京大兴县高米店组建二营,营长岳振华,1959年1月18日,南京军区空军在江苏省徐州组建三营,营长杜先照。

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图25. 地空导弹二营营长岳振华及其战友,注意其身着带有军衔的五八式军服,佩戴俗称“两毛三”的空军上校军衔,头戴解放帽,是我军军服正规化的一次成功尝试,但在实行十年后被中止。另外一位五五式(五八式、六二式)军服的代表人物是雷锋

1959年4月19日,在组建不到半年的时间后,由苏联专家协助,地空导弹第一营在宁夏某地进行实弹射击,完美击落伞降的靶标。苏联专家回国后,又自行组织了导弹实弹检验,直接打拉-17靶机,靶机时速750千米~800千米,与实战更加接近,而且这一次是各营同时参加,标记着地空导弹部队正式成军具备了战斗力。

1959年建国十周年庆典时,地空导弹部队负责拱卫首都。10月7日,是国庆后第一个星期天,部队按计划应进行补休,但警惕性很高的二营营长岳振华没有批准少数战士请假去洗澡,他认为“这么好的天气,说不好会有情况发生”。

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图26. 建国十周年阅兵,已经展现了机械化重炮兵这样的重器

果然,一架美制RB-57D型侦察机在上尉飞行员王英钦的驾驶下,于当日10时3分从浙江温岭上空进入内陆,飞行高度1.8万米,后经南京升高至1.92万米,越过沿途歼击机的层层拦截,持续向北靠近北京。

11时22分,当RB-57D距离北京东南480公里时,地空导弹部队进入一等战斗准备。11时50分,第二营在距离阵地135公里处打开制导雷达,在115公里顺利捕捉到目标。

当 RB-57D 飞机接近到距离阵地100公里时,二营完成导弹接电准备,距离70公里时接通发射架同步,转入自动跟踪。距离60公里时,营长岳振华下达发射命令,12时4分,三枚导弹腾空而起飞向目标,命中RB-57D。残骸坠落在北京通县东南18公里处,飞行员死亡,距飞行员东南100米处是飞机的主要残骸,头部插进地里,尾翼翘起,尾号“5643”清晰可见。

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图27. 被击落的RB-57D高空侦察机残骸

经查证,这架飞机1955年7月出厂,1958年交付东南大岛使用,编制在第5联队6大队4中队,驻桃园机场,在美国顾问的策划下,先后侵入大陆15次,到被击落时已飞行836小时。此时,距地空导弹二营组建还没超过10个月,完成实战训练才4个d多月。二营的前身,是空军高射炮兵独立第4师2营,岳振华原为高射炮兵第511团团长,参加过抗美援朝战争,原本即将提升为高射炮兵师长。接到调任地空导弹部队的命令后,带领9名主要干部前往长辛店地空导弹一营参加新装备的学习培训。

第二营取得的这个战果,是使用地空导弹在实战中的首次战果。在建国仅十周年后,解放军就掌握了复杂先进的高技术武器装备,既是部队人员的战斗精神使然,也从侧面说明了“萨姆-2”导弹的易用性和可靠性。

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图28. 地空导弹部队首次实战战果的祝捷授奖大会

1959年10月14日,空军在通县为地空导弹第二营召开祝捷授奖大会。国防部予以通令嘉奖,空军给第二营记集体二等功一次。根据公开资料统计,PLA使用该型导弹共击落10架飞机,包括5架U-2、1架RB-57D、1架米格-21和3架无人高空侦察机。“萨姆-2”也因此一战成名,其在世界范围的名气远超美国的同类产品。

苏联方面在1960年5月1日击落1架U-2侦察机,1965年12月击落1架RB-57F侦察机。古巴也在1962年10月27日击落1架U-2侦察机。在后来的越南战争期间,“萨姆-2”同样有着精彩表现。越南战争期间,美军出动了B-52等作战飞机对越南进行了猛烈轰炸,越南先后装备了近30个营的苏制“萨姆”地空导弹。

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图29. 萨姆-2防空导弹营阵地布置示意图

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图30. 1960年5月1日苏方查看击落的U-2飞机残骸

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图31. 1972年12月23日,苏方专家检查B-52残骸

1965年7月24日,萨姆导弹首开纪录,击落1架和击伤3架美军F-4C战斗机。在苏联专家帮助下,越军宣称到1965年底击落飞机93架。1965年3月-1968年10月的“滚雷”行动中,苏方统计使用导弹击落558架飞机和90架直升机,美军的数据是101架作战飞机被导弹击落。1972年苏方统计越军发射导弹2059枚,击落飞机421架,包括51架B-52、223架F-4、9架F-105、59架A-6、57架A-7 。而美方声称对方发射4224枚导弹,击落49架飞机。

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图32. 越战中北越方面装备的萨姆-2型导弹

还有一个不完全统计数据是,在1964年8月至1968年11月间的4年时间里,美军损失915架飞机,其中94.85%都是被“萨姆-2”等地空导弹击落的。1965-1972年整个越南战争期间,苏方统计越军共发射导弹6806枚,击落各型飞机1163架-包括54架B-52(含130架无人机)。美军公布的数据是美国海空军在越南一共损失3744架飞机和4868架直升机,其中认为205架飞机(包括15架B-52)被导弹(称共发射8038枚)击落,一些专家认为,美方的实际损失是美方承认数字的3-5倍。

图33. 中东战争中阿拉伯国家C-75导弹阵地

中东战争中1967年的“六五”战争中,埃及当时共有25个C-75导弹营,击落以军9架飞机(以军确认为2架幻影III CJ);消耗战中(1969年3月-1971年9月),1969年7月20日埃及用C-75防空导弹击落了1架以色列Piper J-3 Cub,到1973年10月第四次中东战争之前战果数字达到11架,平均耗弹量12.9枚。

1973年10月第4次中东战争中埃叙两国用该型导弹击落14架飞机(此为以方确认数据,埃及和叙利亚分别宣布使用C-75导弹击落对方飞机101架和91架)

印巴战争中,该型导弹击落了1架巴方的安-12运输机。

两伊战争中,C-75防空导弹击落至少伊朗4架F-4和1架F-5E。

海湾战争中,伊拉克用该型导弹击落了联军3架飞机(F-1、F-15E和旋风各1架)

最新的C-75战果记录为1993年3月19日阿布哈兹冲突击落1架苏-27战斗机。

以上数据,由于众所周知的原因必然存在偏差,但是初代地空导弹发展至经典的萨姆-2型,其战果已足以证明自身的价值。

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图34. 小号手出品的萨姆-2型地空导弹彩绘,只有一代名器才有上模型彩绘的资格,这也是如此之多的二战兵器能够名垂青史的原因,生而逢时既是兵器也是人的幸运

- 完,敬请期待下一篇 -