雷神之锤——联合直接攻击弹药JDAM的前世今生

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　　1994年4月，美国空军选定洛马（Lockheed Martin）和麦道（McDonald Douglas，1997年被波音合并）进入JDAM工程制造和研制（Engineering Manufacturing and Development）阶段竞标，要求两家公司在18个月后提出各自的设计草案和制造程序。洛马提出的设计是由110公斤级Mk80、215公斤级Mk81传统炸弹改装的GBU-29、GBU-30。波音提出的设计是由450公斤级Mk83和900公斤级Mk84改装的GBU-31和GBU-32。1995年10月，波音赢得了为期40个月的工程制造和研制合同以及第一批4635件制导套件的采购合同，单价18000美元。（注：目前价格是22000美元）
　　1996年1月11日，一架B-1B在2000米高度、0.85马赫飞行速度下，投下3枚装满测试仪器的JDAM试验弹，完成历史上第一次的JDAM试投。接着在当年11月，由F-16完成第一次的实弹制导试投，后续是B-52、B-2A、F/A-18的试投，全部测试在1998年底顺利完成，测试结果显示JDAM最大误差半径为9.6米，小于规定的13米。上述测试大都在中高度（6000到7600米）、中等飞行速度（0.8马赫）下进行，不过有一次F-16在1500米的爬升姿态下，对9公里外的地面目标进行甩投，弹着点误差半径只有7.6米。目前美军全系列战斗机和轰炸机都具备了投掷JDAM的能力。

1996年1月11日。B-1B进行了首次JDAM试射

JDAM在测试中准确击中了目标

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JDAM的设计特点
　　JDAM的尾部具有4片飞行控制翼面（出于成本考虑，3片是固定的，只有1片可动），不锈钢尾椎组件内置制导和控制系统，替换掉传统炸弹的尾锥后，就给传统炸弹赋予了新的“大脑”和“翅膀”。战斗机挂载JDAM后，无论在任何天候中，都能在11000米的高空对24公里外的目标进行轰炸，从此不再依靠重力和运气来击中目标，也远离了敌方防空系统的威胁。

JDAM套件是在使用前才与炸弹组装到一起的

JDAM的切削成形弹翼

JDAM尾椎内的制导组件系统

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　　美国空军在研制JDAM时所制定的基本规格是：
　　1、价格一定要便宜，单价不能超过4万美元。
　　2、美军现役一线战斗机和轰炸机都能投射。
　　3、能替换Mk82、Mk83、Mk84、BLU-109/B、BLU-110/B……等传统炸弹的尾锥。
　　4、JDAM无需成为个圆概率误差只有3米的“精确”（precision）炸弹，但必需足够“准确”（accurate）。
　　5、圆概率误差不能超过GPS信号误差的13米，如果是GPS因故无法发挥作用，在惯性导航下的圆概率误差不能超过30米。
　　JDAM的“特异功能”全部来自于制导和控制组件，JDAM的“心脏”是霍尼韦尔（Honeywell）HG1700环形激光陀螺仪（ring laser gyro）惯性测量单元，JDAM的“大脑”则是制导与控制单元（guidance and control unit），而这些设备全容纳在一个尾椎内。

环形激光陀螺仪内部是这样的

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　　载机投射JDAM时，通过数据总线启动JDAM，让JDAM自行内部自检、暖机、校准惯性量测单元。一切妥当后JDAM会把自身状态信息传回载机，然后从载机下载GPS时序、GPS卫星位置、GPS密码，再启动罗克韦尔（Rockwell）GEM-III GPS接收机。等惯性测量单元校准完毕，GPS接收机也已经启动，JDAM再从载机下载目标GPS坐标、引信设定、撞击参数……等。JDAM在被投射前都能随时再次下载这些参数，而载机的位置和飞行速度则在JDAM被投射前的一瞬间才下载。战斗机起飞前要事先设定每个JDAM的攻击目标，因此可以用多枚JDAM攻击一个目标，也可以攻击各自不同的目标。
　　JDAM被抛离后，尾翼被锁定1秒钟以防弹体与载机碰撞，然后尾翼自动解锁，锂热电池（Lithium Thermal Battery）开始向引信和制导装置供电，并驱动电动动作器控制弹尾翼面，调整弹体的飞行姿态。

GBU-31脱离F-18时的计算机模拟轨迹

　　制导装置完全控制JDAM后，就开始了最佳化导航，首先会同时启动GPS信号跟踪和最佳化导航计算。为了避免GPS信号被载机遮蔽或接收到载机反射回来的假信号，JDAM脱离载机3秒钟后才开始GPS跟踪信号。跟踪开始后大约1秒钟，JDAM接收到第一枚人造卫星的信号，两秒钟后接收第2枚，4秒钟后接收第3枚，接着再跟踪其它卫星信号以校正位置误差并提供精确导航。大约在抛离后27秒，JDAM产生了第一个有效导航数据，同时微处理器（micro processor）接收从惯性测量单元和GPS接收机传来的位置信号，开始执行实时（realtime）最佳化导航运算，以卡尔曼数字滤波算法不断计算炸弹在三维空间中最可能的位置，算出以现在位置和速度飞抵撞击点所需最小飞行姿态改变量，并和预先输入炸弹内的目标GPS坐标一并传给飞行控制系统。最佳化导航计算会持续进行，计算在设定的撞击点、撞击角度、撞击方位下，从现在位置飞抵撞击点的最佳飞行轨迹。如果计算显示无法满足原先攻击设定，那么制导装置会选择撞击速度优先，其次是撞击角度/方位优先，最后是撞击点优先。
　　万一GPS信号错误、断线、或是受到干扰，JDAM就会依据惯性测量单元的数据继续飞向目标，当然这样的撞击点精确度会比较差，而且误差量会与飞行时间的长短成正比。

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JDAM项目现状
　　目前生产中的JDAM包括900公斤级的GBU-31、450公斤级的GBU-32和GBU-35、225公斤级的GBU-38以及225公斤级的激光GPS双模JDAM（LaserJDAM，以下简称LJDAM）GBU-54。美国空军偏爱900公斤级的GBU-31，最常用来执行战略攻击、战场遮断、近距空中支援的任务，美国海军喜欢450公斤级的GBU-32和GBU-35，225公斤级GBU-38则是两军都喜欢的JDAM。

常见的几种JDAM，从上到下分别是GBU-31（Mk84战斗部和BLU-109战斗机）、GBU-32（Mk83战斗部）、GBU-38（Mk82战斗部）

基本型JDAM还可以安装滑翔翼以提高射程

“diamond back”滑翔翼设计专利

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　　JDAM还可以安装“直接攻击弹药导引头廉价套件”（Direct Attack Munitions Affordable Seeker Kit）制导单元，这是个装在GBU-38前端的红外图像传感器，让GBU-38在最后瞄准撞击目标时，能够与事先输入计算机内存内的目标影像进行比对，因而GBU-38能达到“精确”攻击的程度，圆概率误差只有3米，适合用来攻击城市地区，可将附带损害（collateraldamage）降到最低。目标影像可利用卫星、载机的前视红外（FLIR）或合成孔径雷达来获得，新的引导头在GPS信号受到干扰时，可完全依赖红外图像进行目标确认，避免了干扰的问题。但这大幅增加了JDAM的造价，完全违背了JDAM基本需求规格中的“便宜”。

红外图像传感器的制导原理

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　　诺格公司（Northrop Grumman）为了让B-2A能携带GBU-38，特别研制了智能型炸弹架（smart bomb rack assembly），每架B-2A的武器舱内可容纳4具炸弹架，每具炸弹架可配挂20枚GBU-38，因此B-2A一次任务就能携带80枚，独立攻击80个不同的目标。2OO3年9月10日，一架B-2A在犹他州希尔（Hill）空军基地的靶场上空投下80枚GBU-38，成功击中地面80个不同的目标，创下了至今为止单机投射制导炸弹的最高数量纪录。此套武器系统在2004年底具备作战能力。
　　最新的LJDAM GBU-54在GBU-38的基础上增加了激光制导功能，能对移动目标进行有效打击，增加了载机的任务灵活性，同时减轻任务规划人员选用炸弹时的困扰，无需在GPS和激光制导炸弹中纠结。
　　LJDAM的研制设想是在2003年底提出，2004年中交由波音进行研制，2005年2月至2006年9月间进行实弹测试。在2005年2月20日的第一次飞行试射中，GBU-54撞击点距离地面静止目标仅有1.5米。在5月24日的第2次飞行试射中，GBU-54准确击毁了地面行驶中的靶车。2006年9月15日的最后一次试射里，一架F-16在6000米高度投射一枚LJDAM，另一架F-16对地面一辆时速64公里的高机动性多用途轮式车辆（High-Mobilitv Multipurpose Wheeled Vehicle）车顶射出标定激光，第一架F-16用本身的激光吊舱照射目标并准确命中，给为期1年半的研制测试（Development Test）画下完美的句号。

GBU-54的激光引导头

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　　美国国防部在2007年5月宣布采购600枚LJDAM，400枚拨交美国空军，200枚拨交美国海军。美国空军于2008年3月在加州中国湖（China Lake）靶场进行首次生产型接收测试（First Article Acceptance Testing），由一架F-15E和一架F-16分别进行实弹炸射，准确击中并摧毁时速达110公里的地面靶车。美国海军也在同年3月以AV-8“鹞”（Harrier）战斗机执行多弹投射测试，后续还加入了F/A-18。

GBU-54全貌

GBU-54在测试中击中行驶中的卡车

　　波音在2008年4月18日宣布向美国空军移交第一枚LJDAM，2009年6月全部600枚交付交毕，2008年底形成作战能力。不过美国空军在之前的2008年8月12日，就在一次作战中把最新型的LJDAM投入伊拉克战场，有效攻击一辆移动车辆。2008年7月24日，德国成为LJDAM的第一个外销客户，波音还负责把LJDAM整合到“狂风”（Tornado）战斗机上。

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精确度改进
　　JDAM的基本精确度是当时GPS最大误差值的13米，并不是很好。为了进一步改善JDAM的精确度，美国空军从1999年开始针对某些地区开始了1天24小时内GPS精确度的差异性变化统计，发现由于在一定时间一定位置上，GPS接收机只能搜索到特定卫星，所以出现了种几何精确度稀释（geometrical dilution of precision）误差效应。由于卫星的位置会随着时间而改变，所以这种效应也时高时低，如果搜索到合适的卫星，这种误差就会很小，甚至小到只有最差情况的几分之一而已。因此美国空军从1999年后，如果是要攻击的目标没有急迫性，就等到几何精确度稀释误差最小的时候发起攻击以获得最佳的轰炸精确度。
　　另一种更好的方式是使用大区域差分GPS技术，这必需在战区周围部署网状精确校正过的GPS地面接收站，各站根据已知的精确位置，持绩不断测量接收的GPS信号误差量，再把这些数据传送给中央控制站，进行一套复杂的计算机模型运算，不停地算出一组用于卡尔曼数字滤波的校正参数，加密编码后以数据链传送JDAM。这种方式下的GPS信号误差在任意方向只有1、20厘米，达到真正的“精确”性。

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GPS干扰问题
　　JDAM既然已经成为美国的主要对地攻击武器，所以必然会收到敌方的全力反制。GPS卫星飘浮在离地面20000公里的天空，所发射的信号到达地面时的强度只有电视天线信号强度的十亿分之一，干扰源只要有1瓦特的发射功率就会造成半径3公里内的军用接收机接收不良。JDAM依赖GPS信号进行精确目标攻击，敌方如果在目标物附近以噪声干扰GPS，即使不能JDAM成为废物也至少让它丧失精确性，无法对目标进行有效攻击。
　　俄罗斯的Aviaconversia公司早在1997年的巴黎航展中就展示了手提式GPS干扰器，这台大约10公斤重的干扰器使用干电池，输出功率4瓦特，干扰距离达190公里。2007年10月该公司更推出两种分别针对大小区域的干扰器，并出口给“许多国家”。朝鲜也称该国已独立研制出针对GPS的干扰装置．会让GPS制导炸弹的精确度下降，并计划外销伊朗、叙利亚……等中东国家。

1997年Aviaconversia公司展出的小型GPS干扰机