战斗机永远的朋友——机炮

万磁王

原作者：魏楞杰

　　自1920年代战斗机问世后，机炮就一直是战斗机不可或缺的左右手，二次大战时期由于机炮是战斗机唯一具备作战效益的武器，其重要性更到达极至。不过到了20世纪50年代中期导弹问世后，却有人忘了机炮的存在。当时一些战斗机的武器就只装备导弹，最著名的是F-4鬼怪式（Phantom）。越战（1964年8月2日~1973年1月7日）初期的鬼怪虽然可挂载8枚空空导弹，但当时导弹的猎杀率（kill probability）奇差无比，AIM-9B/E响尾蛇导弹平均为16%，AIM-7E1/E2改进型麻雀导弹约10.6%，换言之机上8枚导弹全数发射完毕后，敌机很有可能仍然毫发无损。而越战后期完成空战性能提升的F-4E，其所配备的固定式机炮猎杀率则高达50%，可惜直到1969年才开始服役，否则一定改写越战的空战历史。

F-4E机鼻安装的M61机炮

　　经过越战的教训后，美军飞行员认定战斗机上一定要有机炮。因此在20世纪70年代的战斗机上，机炮的地位稳如泰山，让人惊异的是在20世纪80年代开始研制的F-22，以及90年代研制的联合打击战斗机（Joint Strike Fighter）上，情况依旧如此。
　　有人怀疑一架超音速隐身战斗机有必要装上机炮吗？现今的空空导弹性能已非昔日吴下阿蒙，早期的导弹要发射时，非追着敌机的尾巴不可，而最新的第五代空空导弹，如美国的AIM-9X、欧洲多国合作研制的IRST…，几乎已无发射角度、距离的限制，若再搭配上头盔显示器（helmet-mounted display），导弹发射区几乎涵盖了载机前方整个半球面，加上射程远，机炮似乎已无用武之地。但事实上，在后来演变成为F-22的先进战术战斗机（Advance Tactical Fighter）项目里，机炮就一直牢牢地列在该项目的基本需求项目之下，这说明了即使在导弹当道的今日，机炮仍然拥有其一席之地。

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机炮的研制
　　现代意义上的战斗机机炮最早出现在20世纪30年代末到40年代初期的二战期间。第一种可靠、高速发射、皮带进弹的机枪于1930年服役，具有7.62毫米和12.7毫米两种口径；之后出现的是20至30毫米的中口径机炮，可发射高爆弹头，适合对付大型目标，但射速较慢，因此对付目标小且动作灵活的战斗机时命中率较差。
　　1942年德国空军为了全世界第一架喷气式战斗机Me 262，要求毛瑟（Mauser）公司研制一门射速每分钟1,000发、炮口初速1,000米/秒的新型机炮。毛瑟公司根据左轮手枪的原理，在1943年推出了20毫米的MG213转膛式加农炮，只有一根炮管，但有五个炮膛，因此同一时间内可完成进弹、击发、退弹的动作，可以在小空间低重量的限制下提高炮弹的射速。二次大战后许多国家的机炮，如：美国的M39、英国的阿登（Aden）、法国的DEFA、瑞士的206RK，都是MG213的仿制品。

五个炮膛同一时间内可完成进弹、击发、退弹的动作

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　　1946年美国通用电气公司（General Electric）获得国防部火神项目（Project Vulcan）的一纸合约，负责研制一种射速破纪录的机炮，项目的成果就是根据南北战争期间加特林（Gatling）机枪原理所研制的20毫米六炮管M61机炮。M61首先装备了1954年首飞的F-104星式战斗机（Starfighter），射速每分钟4,000发，炮口初速1,030米/秒。改进型M61A1机炮目前装在F-15、F-16、F/A-18、F-22等战斗机上，射速提高到每分钟6,000发。M61系列是全世界最多战斗机使用的机炮。

不带供弹系统的M61机炮

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　　此后，机炮技术的研制就停滞不前，只有美国因为M61的进弹系统屡次发生问题，研制了较佳的无弹链进弹系统（linkless feed system），从此机炮的设计就没有根本性的改变。美国曾于1984年开展先进机炮技术（Advanced Gun Technology）项目，曾试图为F-22研制新型的加特林机炮，具备伸缩式炮膛、射速每分钟6,000发、炮口初速1,500米/秒，但因为价格昂贵可靠性欠佳，很快就从F-22项目的需求项目中消失了。

早期型M61采用弹链供弹方式，在高射速下容易卡弹

最后改用线性无弹链炮弹输送系统

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机炮的得与失
　　机炮的效能多年来没什么长进，但空空导弹的性能则今非昔比，因此机炮在空战中的表现日趋低调。1973年的阿以战争里，以色列战斗机击落的敌机中有70%是机炮的功劳；到了1982年以色列与叙利亚的贝卡谷地（Bekaa valley）战役中，导弹则击落了93%的敌机；而同年的英国与阿根廷的福克兰群岛战役中，机炮未立寸功；1991年初的海湾战争中，机炮也没有任何表现。
　　机炮较导弹便宜，但机炮的间接使用成本高，也影响了部分国家的使用意愿。英国接收的第一批欧洲战斗机（Eurofighter）上，机炮只是个配重，不会有任何相关的后勤支持或训练，主要原因就是出于成本考虑：机炮在实弹射击训练时除了消耗靶机外还需要拖靶机的支持；测试空域会有环境污染的问题；机炮击发时机体会承受复杂的应力，后座力会损及结构及电子装备；机炮射击产生的热、重击、震动，对隐身涂层及密封会造成潜在性的损伤；废气具有腐蚀性；炮弹也不轻，需要特殊的装备来搬运…，这些都增加了飞机的操作成本。

机炮射击需要动用拖靶，时常有误击拖靶机的新闻

　　但机炮也不是一无是处，直升机、运输机、以及其它低速飞机都比较适合装备机炮。1991年的海湾战争中，由于沙漠地面酷热，红外空空导弹对低飞的伊拉克飞机几乎一筹莫展，若碰上超低空飞行且装备红外抑制装备的伊拉克直升机，不论是红外制导或雷达制导空空导弹都是一筹莫展。
　　另外机炮还有一个根本性的优点，就是炮弹不受电子干扰。现在的红外制导导弹虽可抗电子干扰，但新一代战斗机将会广泛使用高能量的反制措施，届时红外制导导弹就无法嚣张了。

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机炮系统的改进
　　一般都认为机炮的技术已经相当成熟，但机炮的研制仍有相当的风险，最基本的安全顾虑就是炮弹在飞机内爆炸。狂风（Tornado）战斗机在研制27毫米毛瑟加农炮时（为欧洲战斗机和鹰狮（Gripen）战斗机的机炮系统打基础）所花的时间就比预期来得久。M61的新一代PGU-28/B炮弹与老式20毫米M56炮弹相比改善了气动特性、缩短飞行时间、弹道不易下坠、杀伤力更强，但曾发生几次在炮管内提前引爆的事件，因此在2000年时被限定在战争紧急时才能使用。

PGU-28/B问题儿童

　　最失败的案例是英国空军在1982年采购鹞式（Harrier）GR.5战斗机后不久，选定安装高炮口速度（初速1,050米/秒）、高射速（每分钟1,850发）、单管连发式25毫米的阿登加农炮吊舱。原型机炮在1987年完成试射并在1988年正式服役，但因为机炮可靠性欠佳，炮弹击发后抛投的弹壳会伤及载机，因此服役后一直未能发挥战斗力，且持续改进的成效显然不彰，导致英国国防部在1999年宣布鹞GR.7不安装机炮吊舱。

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　　机炮的瞄准系统则持续在改进中。F-16有个综合了雷达、火控系统、惯性参考系统、抬头显示器的增强型包线机炮瞄准（Enhanced Envelope Gun Sight）软件，在抬头显示器上提供更精确、更容易使用的瞄准图像。此软件会在平显（Head-Up Display）上显示代表炮弹弹道的十字交叉线以及围成通道状的两条弧线，弧线的曲度随着F-16的飞行动作而改变，当目标机落于两弧线之内时，表示目标机与F-16在同一平面上，易于进行追击；当目标机翼展占满弧线宽度时，表示已进入射程，此时若十字交叉线在目标机的上方，F-16飞行员只需保持飞机姿态稳定，扣下板机，炮弹流就会直奔目标。

增强型包线机炮瞄准也就是机炮漏斗

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新一代机炮
　　基于种种理由，机炮仍是新型战斗机不可或缺的基本装备。俄罗斯和欧洲空军认为：瞄准系统让机炮威力发挥得更淋漓尽致时也使机炮效能更佳，所以无需携带很多炮弹。米格-29、苏-27、以及欧洲战斗机都只携带150发炮弹，与美制战斗机少则五、六百发，多则上千发的派单相比真是无法同日而语。这样做还带来一个好处，就是降低了机炮射击训练的时数。
　　F-22的M61A2机炮系统非常复杂，机炮舱门能在数毫秒内开启及闭合，露出炮管和排出废气的自动门，舱门下方有个不锈钢片以防止炮弹误击机身结构。由通用动力公司武器系统（GD Armament System）部门研制的线性无弹链炮弹输送系统（Linear Linkless Ammunition Handling System）有一个整体进弹单元，装载480发的炮弹，大约可供F-22完成5次、每次持续1秒钟的射击。

射击中的F-22

F-22的轻量化M61A2机炮以及线性无弹链炮弹输送系统

机炮舱门

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　　通用动力公司还为F/A-18E/F超级大黄蜂（Super Hornet）研制M61A2改进型机炮，于2002年12月开始交付。新机炮的一些钢质零件改用复合材料及钛合金制造，减轻了重量、缩小了体积，内装412发炮弹，整体可靠性较佳。

超级大黄蜂的M61A2机炮

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　　通用动力公司也为韩国飞机公司（KAI）/洛马（Lockheed-Martin，也就是F-16的制造厂家）合作的TA-50研制新的机炮系统。TA-50是T-50教练机的武装型前导战斗机，安装一门特别研制的三炮管、每分钟射速3,000发的20毫米机炮。该炮采用M61A2机炮的炮管，部分部件则取自直升机用的三炮管M197机炮，配备一套线性无弹链闭合回路式进弹系统，携带205发炮弹，重约134公斤。
　　法国的GIAT公司为阵风（Rafale）多用途战斗机特别研制了新型的30毫米机炮，命名为30M791。该炮是一门火药气体驱动的单管转膛式加农炮，重120公斤、威力强大。30M791有七个炮膛，射速高达每分钟2,500发，是射速最高的单管机炮。炮口初速1,025米/秒，因此弹道非常平直，要击中运动中的空中目标只需很小的射击窗口（firing window），平直的弹道结合极高的射速，因此命中率极佳。此炮可摧毁空中目标，并可射击地面及海面上的目标，其配备的穿甲燃烧弹和高爆炮弹会爆炸成大小适中的破片，可确保摧毁典型的轻型战斗机。

30M791 30毫米机炮