吕余海,张刚,张超然.美军第二代小直径炸弹的发展历程和特点研究[J].飞航导弹,2021(011):000.
引言
F-22、F-35等五代战斗机隐身作战时，受弹舱尺寸限制，每个内置弹舱仅可挂载1枚454kg的联合直接攻击弹药（JDAM），即一次对地攻击任务至多打击两个目标，极大限制了隐身飞机的对地攻击能力。为提高内置弹舱的弹药挂载数量，提高防区外打击能力，2001年7月美军提出了对小型化炸弹的具体需求，要求弹药质量113kg左右，长度≤1.83m，以便保证采用四联装挂架时，F-22每个内置弹舱可挂载4枚。2003年，波音公司获得了第一代小直径炸弹（SDB1）合同，研制了SDB1GBU-39/B。SDB1装有钻石背弹翼（也称菱形背弹翼），可从110km的防区外打击桥梁等固定目标，可穿透1.8m深的钢筋水泥结构。2006年装备美军，目前可由美空军F-15E、F-16、F-117A、B-1、B-2、F-22和AC-130W等飞机挂载。F-22战斗机可内挂8枚，F-15E战斗机可外挂20枚，载弹量增加为原来的4倍。
SDB1虽成功研制，但由于采用的是差分GPS/INS的组合制导方式，只能打击固定目标。美国空军根据新的作战需求，提出了第二代小直径炸弹的研制目标，要求在SDB1的能力基础上，增加全天时和全天候攻击移动目标的能力。2010年7月，雷锡恩公司击败波音公司和洛马公司联合团队，赢得美国空军和海军4.5亿美元的小直径炸弹增量2（SDB2）合同，炸弹型号为GBU-53/B。
1 发展历程
1.1方案竞标阶段
2005年9月，美军启动SDB2的竞标，参与竞标的分别为雷锡恩公司团队、波音公司和洛马公司组成的联合团队。2006年4月，美国空军授予两个团队各一份合同，以开展SDB2项目初始阶段的竞争。其中雷锡恩团队获得约1.439亿美元，波音/洛马公司团队获得约1.457亿美元，合同周期为42个月。合同目标为研制可在防区外对活动目标进行全天时全天候攻击的小直径炸弹。雷锡恩公司的SDB2编号为GBU-53，波音公司的SDB2编号为GBU-40。2009年3月，竞标双方公布了部分方案。雷锡恩公司采用防区外攻击武器弹体和后掠弹翼，制导装置采用在研的三模导引头。之前的双模制导方案多为非致冷红外成像和半主动激光制导方案，增加毫米波雷达主要是为了使炸弹在投放后下落过程中可透过云层等遮挡物自动截获地面移动目标的信息。波音/洛马公司的方案则是以波音公司的SDB1GBU-39/B弹体为基础，制导装置采用洛马研制的三模导引头，滑翔装置采用钻石背弹翼。
2009年4月，雷锡恩公司完成了首枚SDB2的试射。同年6月，在埃格林空军基地使用UH-1直升机完成了21次SDB2系留飞行试验。雷锡恩公司称，试验结果表明半主动激光/非制冷红外成像/毫米波雷达三模引头的设计已满足技术成熟度六级的要求，可以应用到SDB2研制。2009年9月，雷锡恩公司使用美国陆军的UH-1直升机完成了SDB2的数据链飞行试验。该弹载数据链由柯林斯公司研制，包括双向通信的Link16和甚高频（UHF）数据链。试验对两种数据链的传输能力进行了评估，验证了SDB2具有投放后接收目标修正数据、回传炸弹探测跟踪信息的能力。试验结果表明弹载数据链可满足技术成熟度六级的要求。2010年8月9日，雷锡恩公司团队赢得美国空军和海军价值4.508亿美元的SDB2合同，炸弹型号定为GBU-53/B，又名风暴破坏者（StormBreaker），首装空军的F-15E飞机，定型后将装备海军F-35B/C和F/A-18E/F飞机。随即SDB2转入工程制造阶段。
1.2 详细设计阶段
2011年1月，SDB2项目通过关键设计评审，表明其产品设计技术已经成熟。负责系统工程的国防部副助理部长总结表示，SDB2项目处于良好的状态，可以进入系统能力和制造过程演示阶段。2011年2月，SDB2进行空气动力学测试和弹机分离测试。同年12月，雷锡恩公司宣布，完成了对SDB2三模导引头的一系列捕获飞行试验，试验中三模导引头能够成功捕获和跟踪运动的车辆，为之后的自由飞行试验奠定基础。2011年8月，雷锡恩公司在实验室对SDB2的三模导引头进行了一系列试验，达到了预期效果。试验结果表明，导引头的半主动激光传感器、非制冷红外传感器和毫米波雷达三种传感器能无缝共享瞄准信息，具备在黑夜、烟雾、灰尘或者恶劣天气情况下识别、打击固定或移动目标的能力。
2012年6月，由F-15E飞机进行一阶段投放测试。试验中，美国空军一架F-15E飞机在飞行中投放了一枚SDB2样弹，如图1所示。炸弹与载机分离后，顺利完成了弹翼展开等一系列设定动作，试验结果满足各项指标要求。
2012年7月17日，美国空军一架F-15E飞机从霍罗曼空军基地起飞，投放了一枚SDB2。飞行中SDB2使用三模导引头捕获、跟踪并制导飞向机动目标，最终成功命中目标。本次试验的成功是SDB2项目一次里程碑事件，标志着研制工作的重大进展。2013年2月，美国空军与雷锡恩公司成功完成了SDB2与F-35飞机的兼容性测试。测试中，F-35的一个内置弹舱内挂载1枚AIM-120空空导弹和4枚SDB2，如图2所示。测试表明两种武器之间有足够的空隙间隔，SDB2与F-35飞机兼容性良好。通过该测试后，小直径炸弹2顺利进入生产阶段。2014年6月，完成了SDB2系统验证评审。2014年11月，首次进行实弹测试。
2015年2月，美国空军在新墨西哥州白沙导弹试验场使用F-15E战斗机完成了2次实弹投放飞行试验，验证了该弹探测、跟踪和毁伤地面机动目标的能力。该试验的成功表明SDB2在小批量试生产阶段完成了所有的实弹射击试验，达到了系统鉴定评审的要求，如图3所示。雷锡恩公司SDB2项目主管表示，SDB2满足了战斗机的一项关键能力，是改变游戏规则的解决方案。2015年5月，SDB2成功完成功能配置审查、生产完备性评审以及系统鉴定评审，标志SDB2项目达到里程碑C，并开始低速率生产。
1.3 生产采购及作战试验阶段
2015年6月，美国国防部和雷锡恩公司签订了3100万美元的合同，采购第一批次144枚SDB2和12枚训练弹。预计美国防部采购SDB2的总数高达17000枚，其中美国空军和海军分别为12000枚和5000枚。首装飞机为空军的F-15E和海军的F/A-18E/F飞机。结合正在进行的F-35B和F-35CBlock4.2的研制工作，SDB2将集成到F35B/C飞机上，预计2022年达到初始作战能力。最终F-16、F-22A、F-35A、A-10、B-2、B-1B、B-52和MQ-9等各型飞机都将装备该炸弹。2016年7月，美国空军和雷锡恩公司进行了SDB2的协同攻击模式和激光照射攻击模式飞行试验。本次实验中，在针对固定目标协同攻击模式下，SDB2利用GPS和惯导进行制导，投放距离达到64km。
2017年10月，美国国务院已批准澳大利亚采购SDB2的申请，合同价值为8.15亿美元，挂载于澳空军的F-35A飞机。目的是增强其的联合作战能力，特别是执行全天候地面打击任务的能力。2017年12月，雷锡恩公司完成首批144枚SDB2的生产，并将按照与美国空军签订的合同，在亚利桑那州图森市继续量产第二批和第三批（共计312枚）该型炸弹。随之SDB2进入全速率生产阶段。2018年4月，完成了SDB2的研制试验。研制试验期间，共从F-15E飞机投放44枚SDB2，对所有作战使用模式进行了测试，包括在恶劣气象条件下打击机动目标，验证了通过数据链实现第三方控制的能力以及从诱饵中识别出真实目标的能力。2018年7月，SDB2进入作战测试阶段，目的是验证该弹能否在恶劣气象条件中摧毁战场上的移动目标，试验载机为F-15E飞机。2019年5月，SDB2通过了在F-15E飞机上的作战试验评审。
2019年6月，美国空军研究实验室新开展金帐汗国（GoldenHorde）项目，旨在使现有弹药具备协同打击能力。SDB2是其中的一型测试弹药。2020年6月，F/A-18E/F飞机首次完成SDB2的制导投放实验。试验中，SDB2与载机安全分离，并成功接收了来自载机的导引数据，实现了该弹发射后再瞄准。2020年10月，美国空军批准SDB2装备F15E飞机，标志着该弹完成研制并正式列装。
2 弹药组成与武器特点
2.1组成概述
一套SDB2武器系统包括4枚SDB2炸弹、1具可挂载4枚炸弹的BRU-61挂架、机载火控系统和地面任务规划系统。GBU-53/B炸弹尺寸、质量与GBU-39/B相近，外观上最大的差异是SDB2采用三模导引头，头部是透明的，GBU-39/B弹头为尖状，头部不透明。另外SDB2采用2片可折叠的大展弦比平直弹翼，而GBU-39/B采用的是钻石背弹翼，如图4、5所示。
SDB2弹体内部组成如图6所示，主要包括安装可折叠弹翼的弹体、三模导引头、GPS/惯导组件、弹出式空气涡轮发电机、弹翼驱动电机、可编程引信、聚能-爆破多效应战斗部、任务计算机、热电池、舵机、弹载数据链设备，尾部有针形和刀形天线，分别用于接收GPS和弹载数据链信号。其中，三模导引头和弹载数据链是SDB2的最大特点。
2.2主要组成介绍
2.2.1三模导引头
SDB2的三模导引头包含半主动激光传感器、非致冷成像红外成像传感器和毫米波雷达，为世界上首型三模导引头。三种传感器安装于一个万向支架上，外部由蛤壳式透明天线罩保护，外观如图7所示。
半主动激光传感器可以接收空中或地面的激光指示器照射目标后返回的激光信号，引导炸弹精确打击。非制冷红外成像传感器采用卡塞格林光学结构，通过感知目标的红外温度特征形成图像，并进行精确的目标识别。毫米波雷达可以利用电磁波穿透特性，在烟雾、灰尘等恶劣气象条件下快速检测移动目标。三种传感器单独的制导技术都已成熟，难度是如何将它们集成为体积很小的组件，并且可以通过数据融合和工作模式控制实现三种传感器探测的无缝共享，最终实现该武器全天时全天候条件下对固定或移动目标的打击。
2.2.2弹载数据链组件
SDB2的弹载数据链设备安装于弹体后部，采用的是柯林斯公司TacNet弹载数据链组件。弹载数据链使SDB2成为网络化武器，极大丰富了战斗机对地攻击使用模式。通过TacNet弹载数据链组件，炸弹在投放后飞行过程中，对目标信息进行实时更新、实现发射后再瞄准、集群攻击时多目标在线装定。可以移交炸弹控制权、撤销攻击指令。可回传炸弹状态信息和三模传感器探测信息，让飞行员掌握各弹的飞行状态及目标的最新信息，对打击效果进行评估。通过该数据链Link16信道可以与机载Link16设备进行互联，通过UHF信道可以接收地面引导员发射的目标指示信息。数据链组件如图8所示。
2.2.3BRU-61/A挂架
BRU-61/A挂架由Cobham公司研制，是世界上第一种气动弹射多弹挂架。BRU-61/A挂架能够实现在飞机一个内置或者外挂点上挂载4枚SDB，可有效增加飞机载弹量，其外观如图9所示。
挂架空质量为147kg，长度为363cm，宽40.6cm，高40.6cm。BRU-61/A挂架具有易于在线规划、符合UAI接口、清洁气动弹射、易于维护、低生命周期成本、便于分离等优点，适用于战斗机、轰炸机和无人机。2006年，随GBU-39炸弹挂载到F-15E、F-22、F-35等飞机上，SDB2沿用了该挂架。
2.2.4任务规划系统
由于小直径炸弹可由飞机高密度挂载，使用时，为了提高各弹的协同能力，需要对每枚弹进行自动的航路规划。SDB2使用美军联合任务规划系统，可以在飞行前或者飞行中进行快速、灵活、简单的规划。任务规划系统硬件架构为一台计算机，能自动综合载机和武器的配置情况，对多处轰炸点的复杂目标连续性攻击规划，确定每枚弹的飞行弹道和投放时机。在小直径炸弹飞行测试期间，实验表明每个任务的规划时间小于1min。
2.3武器特点
雷锡恩公司的SDB2GBU-53/B和波音公司的SDBIGBU-39/B主要参数如表1所示。
SDB2的主要特点有以下三点。
2.3.1适装性好，挂装数量多
作为第二代小直径炸弹，雷锡恩公司的GBU53/B炸弹继承了波音公司的SDB1GBU-39/B小型化特点，弹药尺寸、质量、射程和挂载方式保持不变，几乎能够适装美国空军、海军所有的飞机平台，使用四联装挂架既可以内埋挂载，也可以外置挂载。弹药的高密度挂载，极大增强了多目标的打击能力和单次任务作战效率。
2.3.2具备复杂作战条件下的精确打击能力
通过采用首型三模导引头，为弹药的智能化提供了传感器，使SDB2具备在各种复杂作战条件下的精确打击能力。三模导引头综合了激光制导的高打击精度、红外成像便于目标识别以及毫米波传感器的穿透性和对移动目标跟踪能力强的特点，使得SDB2可以全天候、高精度打击。SDB2作战对象涵盖机库、桥梁和移动车辆等各型固定和移动目标，可适应未来战场复杂多变的作战场景，具有极强的作战灵活性。
2.3.3具备网络化作战能力
SDB2上加装了数据链，在武器节点上实现了美军近年来大力推动的网络中心战作战理论，贯通了指挥所—载机平台—武器弹药的信息链路，极大缩短了观察、判断、决策、行动（OODA）循环时间。通过弹载数据链，可以实现炸弹投放后再瞄准，有利于实现炸弹的集群攻击、多目标攻击等各种战术。同时，通过炸弹信息和探测信息的回传，使载机及指挥所能及时掌握打击效果和战场态势信息。
3 作战使用流程
由于SDB2投放距离远、载机挂弹量大，装备了弹载数据链和三模导引头，具有网络化、智能化的特点，因此，该弹作战使用非常灵活，既可以单枚精确打击，也可以集群使用。其攻击模式包括常规攻击、坐标攻击、即时攻击和激光照射攻击等。常规攻击是指在恶劣或者晴朗的天气中打击移动或者静止目标。坐标攻击是指打击严密防御下的固定目标。即时攻击是指近距离打击突然出现的目标，要求能够快速改变飞行航线。激光照射攻击是指使用本机、他机激光照射器或者地面激光引导指示器引导SDB2完成攻击。作战使用流程以打击地面移动的坦克目标为例，SDB2采用标准攻击模式时的典型使用流程如下。
（1）准备阶段。在飞行前进行任务规划，确定打击目标、载弹数量、攻击模式、飞机编队的协同模式等参数。在飞行中，对挂载的SDB2进行自检，初始化任务参数，包括数据链参数、导引头工作模式、打击目标的位置等。然后弹载数据链入网并接收其他平台的信息。到达作战区域后，通过本机雷达信息或者接收到的命令信息，再次确定打击目标，完成发射前准备。
（2）弹药投放。飞行员按压发射按钮后气动挂架将SDB2弹出，炸弹离机，弹翼展开，按照规划的航路飞向目标。
（3）中制导阶段。通过弹载数据链，SDB2周期性回传自身位置及状态信息等。如果收到再瞄准信息，将及时调整飞行弹道以攻击新的目标。
（4）末制导阶段。当SDB2临近目标区域后，三模导引头开始工作，根据战场环境、目标性质自动选择恰当的传感器，完成对目标的搜索、识别、确认、跟踪，并周期性将探测信息回传。飞行员可以根据目标信息进行目标确认，或将目标信息自动融合到整个战场态势系统中。
（5）击中目标前。当SDB2撞击目标前，导引头最后一幅图像将通过数据链回传，以便指挥所了解目标信息，并作为后续打击的决策依据。
4 结束语
相比SDB1GBU-39/B，SDB2增加了弹载数据链和世界上首型三模导引头，使该弹能够全天时、全天候打击移动目标，并且具备网络化攻击的能力，使用非常灵活。SDB2的列装将为美军各型飞机提供一种低成本、高精度、大载弹量、环境适应性强、低附带损伤、可防区外打击的新型武器，极大提升美军各型飞机的对地攻击能力。
