la Chine développe un missile Air-Air très longue portée

Le 20 Novembre 2016, un internaute chinois a publié trois photos sur son compte Weibo (~Twitter à la chinoise), montrant un chasseur bombardier chinois J-16 qui décolle avec deux missiles, de taille hors du commun, sous ses ailes.

Les photos, prises visiblement à l’extérieur du mur de l’Usine 112 à Shenyang où les J-16 sont fabriqués, ont été retirées quelques heures plus tard, et l’internaute en question – connu du cercle des amateurs de la Défense en Chine – a aussi changé le nom de son compte pour des raisons inconnues. Mais les trois photos ont déjà eu le temps de parcourir la moitié de la planète.

Que peut on dire dans un premier temps sur la forme du missile ? Quels types de cibles adresse le missile ? Quelle pourrait être sa performance ? C’est ce qu’on va essayer d’étudier dans ce dossier.

Si le pylône utilisé pour porter le missile est bien le modèle DF-4 qui se trouve également sur d’autres avions de chasse chinois, alors on pourrait déduire très approximativement la taille du missile – Sa longueur devrait avoisiner les 5,8 mètres et il a un diamètre homogène dans les 300 mm, ce qui est très largement supérieure aux 3,93 mètres et 203 mm du missile Air-Air chinois PL-12, qui a une portée supérieure à 75 kilomètres.

Sa masse, si on extrapole à partir du PL-12, pourrait atteindre les 667 kg, soit 3,3 fois plus lourde que le PL-12 aussi.

Les estimations faites sur ce missile Air-Air très longue portée (Photo : East Pendulum)

La configuration aérodynamique du missile est relativement « simple », on voit uniquement 4 petits ailerons vers la tuyère sur un corps de missile classique. La présence des fusées à proximité à fréquences radio vers l’avant suggère qu’il s’agit d’un missile Air-Air, auquel cas sa composition pourrait être assez classique comme suite :

① le moteur fusée à ergol solide
② la charge utile, estimée à environ 40 kg
③ le compartiment du système de contrôle et de guidage
④ la tête chercheuse

Alors pourquoi une configuration aérodynamique si « simple » ?

On sait que les ailerons centraux comme on peut voir sur les missiles Air-Air américain AIM-120 ou français MICA sont les principales sources de portance. Or, les étudies montrent que plus la vitesse augmente, plus la traînée générée par ceux-ci devient importante, et plus la cellule elle-même contribue à la portance du missile.

Et si on veut qu’un missile, Air-Air ou pas, aille loin, on est dans l’obligation d’augmenter sa vitesse. Autrement dit, plus un missile veut aller vite donc loin, moins il devrait avoir d’ailerons. C’est aussi pour cette raison que la plupart des missiles antiaériens de longue portée n’a pas beaucoup de surfaces de contrôle aérodynamiques.

Les missiles Air-Air de longue portée comme le JDRADM (Joint Dual Role Air Dominance Missile), le Meteor ou encore le KS-172 ont tous optés pour cette configuration.

A noter qu’il existe tout de même des points faibles à cette configuration, celui le plus marquant est qu’elle est plus sensible à la variation du centre de gravité et du foyer aérodynamique par rapport à celle avec plus de surfaces de contrôle. Or, la combustion de l’ergol va placer rapidement le centre de gravité du missile vers l’avant, le foyer aérodynamique change et surtout de manière non-linéaire. Ce type de configuration « simple » impose donc naturellement des contraintes plus fortes sur la conception du système de contrôle.

Après l’aérodynamique vient ensuite le choix de la propulsion. La plupart des missiles Air-Air de nos jours utilise le moteur de fusée à ergol solide, et l’inconvénient d’un moteur de fusée classique est son temps de travail relativement court (le temps que l’ergol soit consumé totalement). Donc quand le missile arrive à la fin de sa course – vers la partie droite de son enveloppe de vol – il ne volera qu’avec son inertie et cela induit une plus faible manœuvrabilité. On dit alors que la gestion d’énergie n’est pas idéale.

Quand la portée annoncée de certains missiles Air-Air est de 100 kilomètres, en réalité elle dépasse rarement les 50 kilomètres dans l’utilisation pratique.

Pour pallier le problème et augmenter la portée effective de missiles Air-Air, les missiliers ont d’abord opté pour la solution de statoréacteur. Ce type de propulsion présente de nombreux avantages – d’une part, le missile n’a plus besoin de transporter ses propres oxydants, car l’air joue d’office ce rôle, donc la masse du missile est plus facilement contrôlable. D’autre part, le temps de fonctionnement est également plus long, l’énergie du missile est mieux gérée tout au long du vol, donc la manœuvrabilité en fin course est naturellement supérieure à celle des missiles avec moteur-fusée classique.

Mais malgré ces avantages très intéressants, qui ont d’ailleurs justifié le développement du missile Meteor en Europe, le moteur à statoréacteur engendre malheureusement d’autres inconvénients – Un statoréacteur a obligatoirement besoin d’entrée d’air, et avec une vitesse de vol élevée, il faut s’assurer que l’air puisse entrer dans le moteur quelque soit le profil de vol, y compris à forte incidence. La conception au niveau de l’intégration des entrées d’air avec la cellule du missile est donc relativement plus difficile.

L’autre contrainte est également liée à ces entrées d’air – Elles augmentent l’envergure et le volume du missile, ce qui n’est pas favorable pour l’intégration du missile dans un avion avec soute à armements, notamment sur les nouveaux avions de combat de nouvelle génération dits furtif.

La gamme de missiles Air-Air chinois prévue à la fin des années 90' (Source : AVIC)

La gamme de missiles Air-Air chinois prévue à la fin des années 90′ (Source : AVIC)

C’est pour l’ensemble de ces raisons que les Américains, les Russes et les Chinois ont tous rapidement abandonné leurs projets de missile à statoréacteur – comme la première version de R-77M ou encore la première version de PL-12D et de PL-21 – et se retournent vers une autre voie technologique qui est le moteur de fusée à double impulsion.

Il consiste à séparer l’ergol solide du missile en deux voir plusieurs segments. Une fois lancé, au lieu de consumer la totalité de son ergol en une fois comme dans un moteur de fusée classique, le missile ne consomme qu’un segment de son propergol pour atteindre la vitesse et l’altitude de croisière, et le deuxième segment s’allume en fonction du besoin et donc du profil de vol du missile.

Moteur de fusée à double impulsion (Source : DRDO)

Moteur de fusée à double impulsion (Source : DRDO)

Ce mode de fonctionnement permet de rallonger considérablement la portée d’un missile Air-Air, l’AIM-120D par exemple a pratiquement doublé sa portée par rapport aux versions précédents grâce à ceci. On peut, de loin, retrouver le même intérêt dans un lancement spatial avec étage cryogénique, où le moteur s’éteint avant de rallumer après un vol orbital planée afin d’économiser son conburant, et augmenter donc la capacité d’emport du lanceur (moins de carburant à transporter donc plus de charge à monter pour une capacité constante).

Plusieurs industriels missiliers chinois, comme le CASC et le CASIC, maîtrisent la technologie du moteur de fusée à double impulsion, et ce depuis pratiquement 10 ans. Le missile ABM HQ-26 développé pour la marine chinoise ainsi que le missile Air-Air PL-15 de l’armée de l’air chinoise sont parmi les nouveaux missiles qui ont implémenté ce type de motorisation.

Le général Hawk Charlisle d’Air Combat Command des Etats Unis a notamment exprimé sa préoccupation, dans une conférence qui a eu lieu en Septembre 2015, sur la portée de PL-15 qui est estimée à près de 200 kilomètres. Il juge que « dépasser (en performance) le missile chinois PL-15 est une priorité extrêmement élevée« .

Charlisle says outmatching the Chinese PL-15 air-to-air missile in particular is an « exceedingly high priority »

Le nouveau missile missile BVRAAM chinois PL-15 sur une J-11B

Le nouveau missile missile BVRAAM chinois PL-15 sur une J-11B

Et sur le nouveau missile qui est apparu sous le J-16, on peut raisonnablement penser qu’il soit aussi propulsé par un moteur à double impulsion.

Avec une taille beaucoup plus importante, une configuration aérodynamique optimisée pour la grande vitesse, et potentiellement une motorisation adéquate permettant de rallonger la distance de vol, on peut en déduire, sans trop se tromper, qu’il s’agit d’un missile Air-Air de très longue portée, au moins supérieure à celle du PL-15.

Une fois ces hypothèse de travail faites, on peut poser la question la plus important – Il a été conçu pourquoi ?

Depuis le bombardement de l’ambassade chinoise à Belgrade par les forces aériennes de l’OTAN en Mai 1999, on constate, à travers le nombre de publication des documents de recherche, que le sujet de comment réduire l’avantage des forces aériennes adverses est devenu une haute priorité pour l’armée chinoise, et ce en passant notamment par la suppression des cibles dites à très haute valeur ou de grande menace, comme les AWACS, les avions ravitailleurs ou encore les bombardiers stratégiques.

De nombreux projets associés ont vu le jour très rapidement, d’abord dans le domaine de surveillance avec la multiplication du développement des radars OTH, V/UHF, passifs, MIMO…etc, mais aussi les armes « offensives » comme les missiles de défense anti-aérienne.

Le système SAM HQ-8, très peu connu du public jusqu’à présent, fait partie de l’un de ces multiples projets. Ce missile Sol-Air pesant près de 2 tonnes et équipé d’un moteur statoréacteur mixe Solide/Liquide est spécifiquement conçu pour chasser les AWACS sur une distance de 400 kilomètres. Le système, développé par le groupe CASIC, avait terminé avec succès son dernier essai à circuit fermé en 2013.

Ce nouveau missile Air-Air serait, à mon sens, une autre réponse au même besoin. Bien que nous sommes en manque des données officielles, mais on sait tout de même que pour augmenter la probabilité de « kill » contre ce genre de cibles, qui sont habituellement bien escortés avec une route de vol soigneusement calculée, il faut que d’abord que la portée effective du missile soit au moins supérieure à celle de la détection des cibles.

Dans le cas des AWACS, et en fonction de la SER de la plateforme-lanceur, cette distance peut aller jusqu’à 320 kilomètres pour une plateforme comme le J-16. Il faut également que le missile puisse adopter un profil de vol qui réduit le temps de réaction de sa cible et donc augmenter la chance de l’atteindre.

Pour cela, la lecture de nombreux documents de recherche publiés entre 2010 et 2014 indique que les Chinois – notamment les groupes CASIC et AVIC, ainsi que l’Université militaire NUDT – s’intéressaient fortement à la trajectoire parabolique pour les missiles Air-Air « longue et très longue portée au guidage mixe ».

Une trajectoire parabolique veut dire que le missile, une fois lancé, gagne immédiatement et rapidement en vitesse et surtout en altitude, entre 25 et 30 kilomètres. A l’apogée de cette première phase de trajectoire, le moteur, ou le premier segment du moteur, s’éteint et le missile passe en vol « plané ». A l’approche de sa cible, qui devrait se trouver à une altitude plus basse, la deuxième phase de propulsion se déclenche et le missile poursuit la cible avec son propre moyen de détection – radar actif / passif voir le guidage par imagerie infrarouge.

Trajectoire parabolique

Trajectoire parabolique (Source : 空空导弹高抛弹道复合制导律研究)

Sachant que la vision d’un radar principal d’AWACS est souvent limité en élévation, entre 15 et 30° environ, l’AWACS aura beaucoup moins de temps à réagir face à un missile qui lui « tombe » par la haut. Une trajectoire parabolique offre en plus d’autres avantages – le missile qui gagne rapidement en altitude durant sa première phase propulsée perd moins sa vitesse « initiale », et le vol plané en haute altitude permet aussi de mieux préserver celle-ci et l’énergie (potentielle et cinétique) du missile. En phase finale, le missile étant au dessus de sa cible va aussi acquérir plus facilement sa cible.

L’une des simulations réalisées dans le document cité en image au-dessus montre que pour une cible volante à 300 m/s à 10 km d’altitude et à 150 km de la plateforme lanceur, qui elle vole à 500 m/s et à 8 km d’altitude, le missile va toucher sa cible avec une vitesse de Mach 2 et d’un angle d’incidence de -20°, après un vol qui aura duré 129 secondes, soit un peu plus de 2 minutes.

D’autres simulations ont été faites en prenant en compte la manœuvre d’évitement de la cible mais les résultats finaux ne changent pas fondamentalement.

Et la présence de ce qu’il pourrait être une fenêtre conforme pour l’instrument de l’imagerie IR, qui se trouve juste au dessus de la tête du missile sur le J-16, semble confirmer que ce missile emprunte une trajectoire parabolique. Le fait qu’elle s’oriente d’abord vers le haut évite justement son surchauffe par le flux d’air entrant quand le missile va gagner rapidement en altitude, avec un fort facteur de charge allant jusqu’à 45 g (le « bas » du missile va chauffer plus rapidement quand le missile est à un AoA élevé).

On est donc en présence ici un tout nouveau type de missile Air-Air chinois, qui devrait avoir une portée bien supérieure à 320 kilomètres et qui prendrait pour cible prioritaire les avions de grande taille et de très haute valeur. Avec une charge militaire estimée à 40 kg, une explosion à proximité d’un avion de la taille d’un Boeing 767 ou d’un B-2 permet de l’endommager, voir l’éliminer, de manière efficace.

Il pourrait, dans certains cas, être utilisé également contre les avions de combat à faible observabilité, mais cela ne semble pas être sa priorité.

Pour finir, il est à noter qu’avec une longueur supérieure à 5 mètres, ce nouveau missile chinois de très longue portée ne pourrait pas être emporté par l’avion de chasse J-20, du moins pas dans sa soute.

Cela montre d’abord que les analyses selon lesquelles le J-20 ne peut qu’être utilisé comme un intercepteur « Fire & Run », contre les cibles lentes et peu manœuvrables comme les AWACS, ne sont toujours pas appuyées par les faits, et cela fait surtout réfléchir à une autre question encore plus importante qui est – Comment l’armée de l’air chinoise va combiner ses différents vecteurs dans un futur conflit ?

L’affaire à suivre.

Henri K.

 

Annexe : A noter qu’il existe aussi la trajectoire dite « double parabolique », c’est utilisé par exemple par le missile 40N6 du système S400 russe pour pouvoir atteindre une portée de 400 km avec une taille relativement restreinte.

Le groupe chinois CASIC prévoit aussi d’utiliser ce type de trajectoire dans son projet de « SABM » – Surface Air Ballistic Missile…

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Et si la vision du monde est "biphasée" ? C'est ce que Henri a toujours cru, c'est également comme cela qu'il voit la Chine. Maladroit dans son écriture, souvent perdus dans ses pensées, pourtant ce responsable technique en aéronautique essaie chaque jour de partager avec vous les actualités sur l'Empire du Milieu, avec notamment les éléments à la source que vous ne verrez probablement jamais ailleurs en France.

Latest comments
  • Les trajectoires paraboliques pour les SAM sont assez courant. Les antiques SA-2 frappaient les B-52 par le haut durant la guerre du Vietnam.

  • The J-10b has the possibility of carrying that missile? Or the PL-21?

  • Interesting and thoughtful analysis, Henri.

    A lot of people are saying that this missile is the « PL-15 » while the other PL-15 (which General Carlisle referred to) is actually a version of the PL-12 … what is your opinion?

      • Thanks for the clarification. I would imagine that the PL-12D (ramjet version) has been canceled, as have the PL-21.

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