西方重压下俄新武器为何仍站世界前沿?这些中

2019-02-12 14:51  来源:未知  责任编辑:admin

  【环球网军事6月5日报道】从乌克兰危机以来,以美国为首的西方对俄罗斯施加前所没有的巨大压力。首先是不断加码的经济制裁,使俄罗斯经济恢复和发展受到严重影响。

  据世界权威经济机构预估,2017年俄罗斯GDP总值不但被挤出前10强,甚至可能居澳大利亚之后位列第十四;总值还不到美国的8%。再则是军事上经受巨大压力。北约在俄大门口的波兰和罗马尼亚部署陆基宙斯盾反导系统。接着在波兰,波罗的海,黑海等地举行一波高过一波的大规模的军事演习,包括2015年7月进行的一次新型B61-12战术核炸弹试验,不断向俄罗斯“亮剑”。

  面对人口和经济实力都要比自己强几十倍的北约,俄罗斯的对策是以牙还牙,针锋相对。他不但也和北约一样举行多次核武器和反导武器的演练,并频频亮出他近年来新研发出的各种先进武器。其中不少是“杀手锏”。例如新型机动式的“亚尔斯”洲际导弹:速度达10Ma的“匕首”高超音速导弹;去年开始战斗值班的新一代A-235战略反导系统;第五代隐身战机苏-57;以及S-400反导系统正式定型版等等。普京总统在2018年国情咨文中特别历数了近年来几件高超音速导弹,说件件都有突破美国反导大系统的能力。

  西方媒体惊呼:俄是当今唯一敢于在军事上向美国叫板的军事大国。这就使很多读者感到迷惑,经济落后的俄罗斯在研发新武器上凭什么有那么足的底气?美国的一些核心技术和器件,例如高端芯片,是否也对俄禁运?在此次美国挑起的贸易大战中,俄罗斯的军工有没有受到冲击?俄研发尖端新武器有哪些经验教训值得我们借鉴?

  作者认为俄罗斯所以有这些底气,缘自,军事改革等各个方面的因素。但和他有一支高素质的科研队伍,以及科研中自主创新的指导思想分不开的。这个指导思想再细分,一是自主创新,扬长避短;二是“系统第一”的思想,就是“武器部件水平可以一般,但系统水平必须一流”的思想;三是“低成本、高水平、高可靠”的思想。本短文以科普观点,和读者一起来剖析这些思想。文末还简要介绍俄罗斯武器研发单位体制改革和调整情况。这些改革确保俄科技人员聪明才智得以发挥,从而研发出一代又一代新武器。

  众所周知,俄罗斯的基础工业远逊于美国。在雷达和电子产品领域,俄罗斯最突出的软肋是微电子技术(包括微波微电子技术)。因此不仅它的数字电路和计算机技术水平不高,还制约了它在精密机电控制等领域的发展。长期来俄罗斯(原苏联)与美国处于对立状态,美国禁止向俄提供各种核心技术和高端芯片。所以俄罗斯历来强调自力更生,武器方面基本上不使用国外元器件;关键核心技术更强调不能依赖外国。这样他就没有条件像美国那像,研发新武器时可任意选用各种最先进的元器件。所以俄罗斯武器的电子设备中很多电路,不得不仍采用传统的模拟电路,甚至选用分立元件。一些通用电路,譬如雷达的信号处理,现在大家都广泛采用FFT(富利哀变换)技术。俄罗斯往往一个信号处理通道就得做成一个机柜,而美国只需用一片芯片和一块印制电路板。所以俄罗斯的电子设备常给人以傻、大、粗的感觉,常被国内一些学者瞧不上。但它也有他的独特优势。如飞行力学和导弹气动布局设计,惯性制导和器件(尤其是陀螺),大推力的固体发动机,微波电真空器件,以及微波/毫米波技术等。再依靠俄科技人员发挥扬长避短设计思想,就能克服了很多技术难题。

  这里举几个有代表性的例子。据俄学者在国际雷达学术会议上的公开报告,俄一些火控雷达采用先进的高脉冲重复频率体制。其关键技术之一是需要有高速微波开关,确保雷达的发射机和接收机快速轮流工作,又使泄露的发射功率不致烧毁接收机的高频放大器(一般用低噪声晶体管)。俄罗斯没有能力生产高速微波开关。但俄扬长避短,利用他高水平微波电真空技术,研发出能耐高微波功率的电子管高放(静电管),其微波性能完全达到晶体管水平,又不怕泄露的发射功率会把它烧毁。用微波电子管替代半导体管,看起来似乎落后,实际上是进步。

  再举个大一点的例子,如反导系统中的拦截导弹。大家知道,美国拦截弹的战斗部都采用直接碰撞杀伤方式,也就是使拦截弹直接碰撞来袭的导弹,将其摧毁。而俄罗斯的S-300是利用全向破片杀伤方式,到了S-400就更新改进为定向破片杀伤方式来杀伤目标的,提高了拦截弹的杀伤效率。但俄为何不采用直接碰撞方式?据报道,俄罗斯技术人员认为,直接碰撞杀伤的技术难度大,成本又高。而定向破片杀伤的效果已与直接碰撞很接近,且成本低多;俄没有必要在这方面和美国硬拼。

  俄罗斯的优势在于发动机技术和飞行体设计;所以他强调扬长避短,独辟蹊径,超过美欧。如S-500的拦截导弹他就设计了三种类型,可供作战时视敌情选用;第1种是远程拦截用的77H6H-1弹,作用距离可达500km以上,是当今世界射程最远的防空导弹。第2类是射程为40-120km的9M96E/E2弹;用于近程拦截。这种弹体积小,机动灵活,利用矢量推力控制系统来减小脱靶量,非常接近于直接碰撞的效果;但比后者更灵活,在地面低空搜索和制导雷达的引导下,拦截最小高度可达5米,是世界上拦截弹射高最低的拦截弹。第3种则是S-300原有的48H6E3,用于中程拦截。美国爱国者-3的拦截弹只有一种,号称一弹多用,性能上自然很难做到面面俱到。

  由于俄罗斯微电子技术水平较低,所以它的设备中一些电子电路不得不采用模拟电路,再加上小规模数字集成电路和微处理器,照样可完成很多复杂的控制任务。俄的模拟电路水平不容我们小觑。由于俄大学和科研部门基础科学研究实力雄厚,又很扎实,他们设计的模拟电路有很多巧妙的构思和创新,可在很大程度上弥补常规模拟电路的不足。某些模拟电路的构思甚至使人拍案叫绝!举个有趣例子:推算出雷达回波的质心位置,可以提高雷达测量距离的精度。俄科技人员避开使用计算机做数值计算,而借用高等数学中的一条法则:任何面积的质心,可由其包络的一次积分和二次积分的交点而得。实践证明这种方法既简单又实用又可靠。

  俄罗斯近年来微电子技术也有很大提高。但据了解,即使是俄罗斯最先进的S-400,S-500仍保留不少模拟电路和分立元件。为什么不去改进呢?他们认为,武器装备主要追求实效和稳定、可靠,而不刻意追求采用先进元器件和先进技术。只要稳定可靠,对非关键部件,他们就不轻易更新换代。当然对关键部分,他们还是不惜花大力气,不断改进和更新。尤其是他们花了大力气来提高武器产品的可靠性。因此尽管俄制武器结构笨重,其貌不扬,但它可靠性高,操作简单,性能良好,价格优惠,为世界所公认。其武器出口也得以扬帆远航,销售全世界。

  上面介绍俄罗斯如何用模拟电路弥补其数字技术的不足,弥补其在微电子技术(芯片技术)的软肋。但千万不要误解作者在鼓吹重模拟,轻数字;鼓吹放弃用先进的芯片而到采用老器件,老技术;鼓吹向落后看齐。毫无疑问,数字技术和微电子技术是电子技术发展的主要方向,我只是想说,第一,连俄罗斯这样经济落后的国家都强调要自主创新,强调核心技术不要掌握在别人手里,而且确实做到。我们这样一个世界第二大的经济实体,如果不肯下苦功夫自己掌握核心技术,只想走“市场换技术”的捷径,能做到持久发展吗?一位资深工程院院士说得好,现在有些得奖的科研新成果都是建立在使用国外芯片基础上得到的;而且动辄宣称世界第一。这不就是典型的“拿别人昨天的东西来打扮自已的明天”吗?

  第二,就拿模拟电路具体问题说事。它作为一种基础技术,在相当长一段时间内不能说它已“穷途末路”。何况它在某些领域还有其独特优势,它本身也在继续发展和创新。国外有些专家早就指出,在有些场合,数字电路性能还不及模拟电路。例如大动态接收机(如100dB或更高),数字式接收机就很难做到,而模拟式就容易得多。更何况目前很多电子设备还是大量采用模拟电路。现在有些大学毕业电子专业学生,不知模拟电路为何物?参加工作后还挑肥捡瘦,不愿刻苦做基础工作。容易使人误解他“眼高手低”。

  其实类似此次中兴事件的经验教训并不是第一次。上世纪80-90年代,当美苏等国正在化大力气研发新一代微波大功率电子管,以装备新一代大功率雷达时,我们却强调市场经济,敲锣打鼓关闭掉不赚钱的电子管厂,大学里关闭不受学生欢迎的电真空专业。直到后来西方禁止向我国出售大功率微波电子管时,才明白过来(见我的讲稿:《俄罗斯研发防空导弹武器系统的指导准则和设计思想》,国防科技大学《国防科技》杂志2011年3期,p.1。)

  俄罗斯的经验,要“自主创新”,就要有一批优秀的科技带头人和一支优秀的总体设计师队伍。早在前苏联时期,地空导弹防空系统总设计师拉斯普列京院士就领导设计出萨姆、S-200等系列高水平地空导弹武器系统,被誉为“地空导弹之父”。他的贡献在于,他认识到苏联的基础工业远逊于西方,作为总师,第一他不得不在武器系统所要求的各项性能指标之间进行平衡和取舍,抓住主要指标,解决主要矛盾;第二他不要求系统中所有部件都是一流的,但要求自主创新,扬长避短,综合出主要性能突出,水平一流的防空导弹武器系统。他的几位继承人继续遵循他的设计准则,如列曼斯基,是 S-300到S-400的总设计师,被俄罗斯人尊为“防空导弹系统之父”。拉氏这一准则被西方学者和文献誉为俄罗斯的“金科玉律”。

  俄武器设计人员在长期设计工作中,就是这样不刻意谋求自己设计的那个单项设备,或负责的单项技术是否够上世界第一,但要齐心合力,不遗余力地使系统总体作战能力和性能指标处于世界一流水平。在本世纪初一次国际雷达年会上,美国老一辈著名雷达专家巴登(D.K.Barton)和俄安泰公司总师叶夫勒莫夫(Efremov)二人有一番饶有风趣的对话。巴登原来并不看好俄罗斯在雷达方面的成就,但这次会上他却大加赞扬:并说“尽管一些单项技术看上去不如美欧甚至以色列,日本和韩国先进。但其总体作战能力明显处于世界领先水平”。顺便说一句,美国科技人员对俄罗斯科技成果的研究却是非常认真的。据说每次国际航展,美国的一些老科学家都“微服私访”,混在参观人群中,仔细研究俄武器的特点;回来后还著文立说。譬如如现在有人要查俄防空系统的微波损耗到底有多大?就得从巴登的著作中去查询!

  在俄很多文献中,以及高层讲话中,都多次提到是要全力地把先进实用,可靠稳定的关键技术变成为实用的,世界领先的武器装备。如普京就多次公开号召研发反导系统的科技人员:“不要重复美国人花费超高费用的经验。费用高不等于水平高,要强调低成本和高水平”。2015年11月,俄总统新闻秘书佩斯科在记者招待会上就说到:“俄总统不止一次表示,我们不允许重复美国人的经验,即不允许在建立反导时付出不现实的超高费用”。“总统表示,我们选择的方案相对便宜很多,同时也能够更为高效”。

  俄罗斯武器给世人一个深刻印象就是皮实可靠,维修方便。因为模拟电路维修需要的是一般电子电路知识,而不是专业知识。这里引用美国著名的国防工业专家甘斯勒教授在他的名著《创造的21世纪国防工业军备竞技场》(Democracy Arsenal Creating a Twenty-first-century Defense Industry)中的一句话:“俄罗斯世界领先武器装备具有低成本,高效能的突出优点。他不需要先进的电子技术,进口材料,精密制造技术或复杂的结构,在使用中特别易于维护和维修,可靠性高。具有杰出的标准化水平,这已经根深蒂固地植根于苏联体系的文化中,并延续到俄罗斯21世纪的武器装备发展中。”

  最后本文简要介绍近年来俄罗斯武器研发单位体制改革和调整情况。俄在新武器研发方面取得成就,也要归功于军工研发单位和生产单位广大科技人员。俄政府也非常重视对这些单位的管理和改革。在空天防御武器方面,众所周知有著名的金刚石和安泰二家军工公司。二者既有合作,又有竞争。2002年将这二家公司合并成金刚石-安泰防空公司,实现强-强联合。因为俄罗斯根据几十年军工生产的经验和教训,认为尖端武器的生产,方向应该是集中而不是分散经营和管理。这样既可以减少机构重叠和管理层次,防止滋生官僚,并且集中使用高级科技人才,最大限度发挥他们的作用。2016年初这个联合体又进一步扩展为空天防御康采恩(concern,即利益共同体),它下辖60余家企业,实力强大。俄高层领导认为,这足以满足当前和未来几十年空天防御尖端武器的研发和生产的需要。