熊自明， 王明洋， 杜忠華， 王 健， 劉一鳴， 盧 浩

(1.陸軍工程大學(xué) 爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210007；2.南京理工大學(xué)，江蘇 南京210094)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)地面軍事設(shè)施的毀傷呈現(xiàn)準(zhǔn)定位、高速度、深侵徹、強(qiáng)破壞等特點(diǎn)，以干擾、引偏、攔截等手段的綜合防護(hù)技術(shù)是未來(lái)工程防護(hù)的發(fā)展方向.而當(dāng)前我軍軍事設(shè)施作戰(zhàn)防護(hù)領(lǐng)域，超近程防護(hù)器材難以滿足實(shí)戰(zhàn)需求，大多數(shù)攔截武器為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的硬攔截.為實(shí)現(xiàn)對(duì)高價(jià)值目標(biāo)的有效防護(hù)，布設(shè)最后一道超近程防護(hù)系統(tǒng)，豐富末端攔截手段十分必要.超近程主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的工程綜合防護(hù)重要組成部分，發(fā)展飛網(wǎng)彈主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)是傳統(tǒng)土木防護(hù)向信息化綜合防護(hù)轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然需求，軍事意義重大.

世界各國(guó)歷來(lái)重視地面防空系統(tǒng)的研制和發(fā)展，尤其是研制反導(dǎo)、反中低空和超低空目標(biāo)的防空系統(tǒng)，美國(guó)、俄羅斯以及歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家都形成了型號(hào)各異、規(guī)格不同的地面防空系統(tǒng)，如美國(guó)的“復(fù)仇者”防空系統(tǒng)、俄羅斯的“鎧甲”防空系統(tǒng)、德國(guó)的“空中盾牌”防空系統(tǒng)等.我國(guó)緊密關(guān)注世界軍事技術(shù)的迅速發(fā)展，結(jié)合我軍武器裝備發(fā)展的實(shí)際情況，研制和列裝了多種輕型便攜式防空導(dǎo)彈，并以此為基礎(chǔ)改裝出了近程防空系統(tǒng)，如“倚天”近程防空系統(tǒng)、FV-2000(V)輕型防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)等，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)針對(duì)防空反導(dǎo)[1-2]、反裝甲目標(biāo)[3-4]、主動(dòng)防護(hù)[5-12]以及如何提高攔截防護(hù)效能[13-14]等近程攔截課題開(kāi)展了大量的研究，取得了一定的成果，但均未將空間飛網(wǎng)應(yīng)用到近程防空體系中.

針對(duì)空間柔性飛網(wǎng)開(kāi)展的研究中，國(guó)外主要集中在飛網(wǎng)組成系繩的動(dòng)力學(xué)特征以及系繩組網(wǎng)捕捉在外太空的仿真與建模[15-19]；國(guó)內(nèi)對(duì)空間飛網(wǎng)的研究則主要是以輕質(zhì)繩索編制的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，研究分析其在空間在軌服務(wù)、飛行器回收、非合作目標(biāo)捕獲以及空間攔截等領(lǐng)域的數(shù)值模型與試驗(yàn)[20-26]，并未考慮將其應(yīng)用到近程防御攔截中.

基于上述研究和分析，可以看出將空間飛網(wǎng)應(yīng)用于近程防空體系，研發(fā)一套攔截效率高、使用范圍廣、勤務(wù)性好、防護(hù)距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)和成本低的信息化近程主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)是十分必要的.

1 飛網(wǎng)彈攔截系統(tǒng)的提出及組成

飛網(wǎng)彈近程主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)是一種新概念近程主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)探測(cè)1 km范圍內(nèi)的來(lái)襲彈藥，根據(jù)來(lái)襲彈藥的速度和方位，隨動(dòng)發(fā)射攔截網(wǎng)彈，在距離防護(hù)目標(biāo)20～50 m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)擊爆，使防護(hù)目標(biāo)直接命中變?yōu)榉榔破涂諝鉀_擊波.為大型地面或半地下固定目標(biāo)(島礁工程、單機(jī)掩蔽庫(kù)、雷達(dá)陣地等極重要經(jīng)濟(jì)目標(biāo))防精確打擊提供實(shí)用、簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)的全新技術(shù)手段.

飛網(wǎng)彈近程主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)主要由雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)、飛網(wǎng)彈攔截單元、隨動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分組成，如圖1所示.其中，攔截網(wǎng)彈單元是核心對(duì)抗方式，主要由牽引體、柔性網(wǎng)繩、EFP、多路起爆器、近炸引信組成，飛網(wǎng)彈攔截單元結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示.隨動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)包括多管發(fā)射系統(tǒng)和二維轉(zhuǎn)臺(tái)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后全自動(dòng)工作，探測(cè)雷達(dá)探測(cè)、跟蹤進(jìn)入防護(hù)區(qū)域內(nèi)的來(lái)襲彈藥，并將獲取的來(lái)襲目標(biāo)的速度、距離和方位信息實(shí)時(shí)傳輸給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的來(lái)襲目標(biāo)彈道信息解算目標(biāo)的威脅程度和威脅位置，同時(shí)根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)的適時(shí)溫度、風(fēng)速風(fēng)向、海拔高度等環(huán)境信息，快速解算出隨動(dòng)系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)動(dòng)角度、發(fā)射時(shí)間；隨動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)在控制指令下快速轉(zhuǎn)向來(lái)襲目標(biāo)的發(fā)射方向，并適時(shí)發(fā)射飛網(wǎng)彈攔截單元；飛網(wǎng)攔截單元與來(lái)襲目標(biāo)相互作用，可以有效進(jìn)行攔截，從而降低或解除來(lái)襲目標(biāo)威脅.

2 飛網(wǎng)彈攔截系統(tǒng)的工作原理

飛網(wǎng)彈主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)采用“誘爆”的作用原理，將實(shí)現(xiàn)全向立體攔截主動(dòng)防護(hù)，是一種全新的攔截理念.這種攔截理念是在來(lái)襲彈藥易損性分析的基礎(chǔ)上提出的，目前常用的攻堅(jiān)彈藥一般使用的引信主要是機(jī)電碰炸或延期引信，這種已經(jīng)解除保險(xiǎn)狀態(tài)的彈丸在與目標(biāo)相遇的條件下很容易發(fā)生作用.大量試驗(yàn)證明，這種飛網(wǎng)彈攔截系統(tǒng)可以有效誘爆來(lái)襲反裝甲破甲彈、榴彈等目標(biāo)，可以滿足地面近程防護(hù)高效攔截的需求.

飛網(wǎng)彈近程主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)、攔截網(wǎng)彈發(fā)射、展開(kāi)、EFP戰(zhàn)斗部起爆、毀傷等任務(wù).其各部分的主要工作原理如下：

雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)：根據(jù)預(yù)警信號(hào)，在目標(biāo)飛行軌跡末端一定空域范圍內(nèi)，探測(cè)來(lái)襲目標(biāo)，給出目標(biāo)距離、速度、方位信息，實(shí)時(shí)傳送給控制系統(tǒng).

控制系統(tǒng)：根據(jù)接收的目標(biāo)信息，預(yù)測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡、解算最佳交會(huì)位置，并給出轉(zhuǎn)臺(tái)控制指令和發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射指令.

二維轉(zhuǎn)臺(tái)：根據(jù)控制指令，快速、精確調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)方位角和高低角，使搭載的發(fā)射系統(tǒng)轉(zhuǎn)到合適攔截位置.

隨動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)：發(fā)射系統(tǒng)包括6個(gè)發(fā)射管，折疊收納好的攔截網(wǎng)彈和相應(yīng)的6個(gè)牽引體.在發(fā)射信號(hào)作用下，將6個(gè)牽引體以一定初速度同步發(fā)射出去，提供初始動(dòng)能.

飛網(wǎng)彈攔截單元：在6個(gè)牽引體的牽引下，攔截網(wǎng)彈飛行、展開(kāi)，同時(shí)網(wǎng)上攜帶的近炸引信開(kāi)始工作.近距離敏感目標(biāo)，在合適距離上給出起爆信號(hào)，由多路起爆器通過(guò)導(dǎo)爆管傳爆，引爆網(wǎng)上攜帶的多個(gè)分布式放置的EFP戰(zhàn)斗部進(jìn)行協(xié)同毀傷，最終擊爆目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)成功攔截.

飛網(wǎng)彈主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)各分系統(tǒng)銜接配合，其工作原理示意圖如圖4所示.

3 飛網(wǎng)彈攔截系統(tǒng)的可行性論證

主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)攔截概率的研究方法通常有三種，即實(shí)彈射擊法、統(tǒng)計(jì)仿真法和解析積分法.

實(shí)彈射擊法是根據(jù)系統(tǒng)靶場(chǎng)實(shí)彈射擊時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來(lái)評(píng)定系統(tǒng)的攔截能力.對(duì)于新式武器研制，缺乏相應(yīng)數(shù)據(jù)，不具備采用此方法的基本條件.解析積分法通過(guò)構(gòu)造出準(zhǔn)確完善的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用武器系統(tǒng)射擊效率學(xué)，采用積分方法求得其解析解.此方法適用于武器預(yù)研論證初期，其計(jì)算結(jié)果存在較大誤差.統(tǒng)計(jì)仿真法以計(jì)算機(jī)為工具，構(gòu)造符合系統(tǒng)射擊物理和事理特征且具有高分辨率的數(shù)學(xué)模型，在已知各種非確定性變量(隨機(jī)和模糊)分布形態(tài)、密度和函數(shù)等條件下，運(yùn)用Monte-Carlo法(隨機(jī)模擬方法)模擬系統(tǒng)實(shí)際攔截過(guò)程，然后用統(tǒng)計(jì)法獲得系統(tǒng)攔截效力.此方法更適應(yīng)于武器型號(hào)論證階段系統(tǒng)性能分析，可為各分系統(tǒng)指標(biāo)的精度分配提供依據(jù).

飛網(wǎng)主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)主要由雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)、隨動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)、飛網(wǎng)攔截單元和火控系統(tǒng)等部分組成，為解決飛網(wǎng)攔截單元與空中來(lái)襲目標(biāo)的命中問(wèn)題，需要采用計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)仿真法進(jìn)行系統(tǒng)命中概率分析.

Monte-Carlo法是一種隨機(jī)模擬方法，即統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法.它是20世紀(jì)40年代中期由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明而被提出的一種以概率統(tǒng)計(jì)理論為指導(dǎo)的一類非常重要的數(shù)值計(jì)算方法.該方法在金融工程學(xué)、宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)、計(jì)算物理學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛.借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，蒙特卡洛方法具有明顯的兩大優(yōu)點(diǎn)：一是簡(jiǎn)單，省去了繁復(fù)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算過(guò)程，容易理解和掌握；二是快速.

用Monte-Carlo法對(duì)飛網(wǎng)彈攔截系統(tǒng)的攔截過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬仿真，統(tǒng)計(jì)得到命中概率，可以減少?gòu)?fù)雜、昂貴的實(shí)彈射擊試驗(yàn)，為武器系統(tǒng)論證、研制提供依據(jù).飛網(wǎng)攔截彈元命中及毀傷概率仿真分析計(jì)算流程如圖5所示.

應(yīng)用Monte-Carlo法進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬打靶的基本步驟如下：

(1) 確定飛網(wǎng)彈飛行過(guò)程中的各種隨機(jī)擾動(dòng)因素及其分布律；

(2) 根據(jù)各隨機(jī)擾動(dòng)變量的分布律，構(gòu)造相應(yīng)的數(shù)學(xué)概率模型，以產(chǎn)生各隨機(jī)擾動(dòng)變量的抽樣值；

(3) 建立比較精確的飛網(wǎng)彈系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型；

(4) 將隨機(jī)變量的抽樣值輸入飛網(wǎng)彈系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，用計(jì)算機(jī)解算彈道，也就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬攔截，即可得到隨機(jī)擾動(dòng)彈道參數(shù)；

(5) 重復(fù)(4)，進(jìn)行多次模擬攔截，可獲得隨機(jī)彈道參數(shù)子樣；

(6) 對(duì)模擬攔截結(jié)果進(jìn)行處理，得到彈道參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征值.

建立的模型以典型的美制“戰(zhàn)斧”多用途巡航導(dǎo)彈(TMCM)為假定來(lái)襲目標(biāo)，其特征參數(shù)如表1所列.

表1 目標(biāo)特征參數(shù)值

根據(jù)攔截系統(tǒng)作戰(zhàn)使用背景、攔截目標(biāo)特性以及戰(zhàn)技指標(biāo)要求，防御點(diǎn)、探測(cè)雷達(dá)、飛網(wǎng)彈攔截單元中心發(fā)射管、EFP單元中心點(diǎn)及目標(biāo)位等各分系統(tǒng)配置如圖6和圖7所示.經(jīng)計(jì)算分析，分別從以下兩個(gè)方面考慮飛網(wǎng)彈主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)的系統(tǒng)命中毀傷概率.

3.1 不同俯沖角及不同航路捷徑下系統(tǒng)命中毀傷概率

按照建立的系統(tǒng)命中毀傷模型，單發(fā)目標(biāo)TMCM以正常巡航速度(0.85 Ma)在相同航路捷徑(10 m)下不同俯沖角來(lái)襲并進(jìn)入飛網(wǎng)攔截空域時(shí)，飛網(wǎng)系統(tǒng)攔截毀殲概率如表2所示.

表2 目標(biāo)TMCM不同俯沖角時(shí)的毀殲概率

注：飛網(wǎng)單元數(shù)1，航路捷徑10 m.

表3 目標(biāo)TMCM不同航路捷徑時(shí)的毀殲概率

注：飛網(wǎng)單元數(shù)1，目標(biāo)俯沖角45°.

同理，單發(fā)目標(biāo)TMCM以正常巡航速度(0.85 Ma)在相同俯沖角(45°)下不同航路捷徑來(lái)襲并進(jìn)入飛網(wǎng)攔截空域時(shí)，飛網(wǎng)系統(tǒng)攔截毀殲概率如表3所示.

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出：

(a) 在其他條件不變的情況下，目標(biāo)俯沖角越大，其受彈面積越大，航路角越接近于90°，系統(tǒng)毀殲概率增大.

(b) 在其他條件不變的情況下，隨航路捷徑的增大，系統(tǒng)毀殲概率先增大后減小，在目標(biāo)俯沖角65°、飛網(wǎng)攔截距離20～50 m區(qū)間內(nèi)，其較佳攔截的航路捷徑約20 m.

3.2 已有戰(zhàn)技指標(biāo)條件下系統(tǒng)命中毀傷概率

按照建立的飛網(wǎng)彈攔截系統(tǒng)命中及毀傷概率仿真計(jì)算模型、方法、參數(shù)，在已有戰(zhàn)技指標(biāo)條件下，單發(fā)來(lái)襲目標(biāo)360°隨機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)防護(hù)空域，飛網(wǎng)攔截距離20～50 m區(qū)間，仿真攔截目標(biāo)1 000次，目標(biāo)計(jì)算得到系統(tǒng)的毀殲效能如表4所示.

表4 現(xiàn)有指標(biāo)下系統(tǒng)對(duì)TMCM的毀殲概率

注：多單元配置僅1單元作用，未考慮二次攔截.

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出：在飛網(wǎng)武器系統(tǒng)現(xiàn)有戰(zhàn)技指標(biāo)條件下，多火力單元組合，其攔截毀殲概率得到有效提高，對(duì)典型來(lái)襲TMCM導(dǎo)彈的毀殲概率高于70%，可以達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo)要求，故可初步判定，采用飛網(wǎng)彈主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)進(jìn)行近程防護(hù)的方案可行.

4 總結(jié)與展望

基于我國(guó)近程防護(hù)裝備技術(shù)不足的現(xiàn)狀，根據(jù)國(guó)內(nèi)外導(dǎo)彈攔截技術(shù)及空間飛網(wǎng)的研究，提出了飛網(wǎng)彈主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)，該系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)地面固定目標(biāo)(如島礁設(shè)施、單機(jī)掩蔽庫(kù)等)主動(dòng)防護(hù)為任務(wù)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空中來(lái)襲目標(biāo)(如“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈)的攔截，具有攔截概率大、攔截時(shí)空窗口大、可連續(xù)多次攔截、安全可靠、勤務(wù)方便、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn).

利用飛網(wǎng)彈“誘爆”攔截核心技術(shù)，以及探測(cè)、發(fā)射、隨動(dòng)、控制等裝備優(yōu)化集成的方式，研制飛網(wǎng)彈主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大型固定目標(biāo)、戰(zhàn)場(chǎng)軍事目標(biāo)、重要經(jīng)濟(jì)目標(biāo)等高價(jià)值目標(biāo)的有效防護(hù)，具有高效的攔截效率，良好的安全性，并且整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度極高，適合我軍部隊(duì)士兵操作，系統(tǒng)體積小，重量輕，成本低，適裝性好，是我軍主動(dòng)防御器材切實(shí)可行的方案.

目前已初步完成武器論證階段的系統(tǒng)性能分析，對(duì)各分系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行了精確分配，并在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展了相關(guān)的地面試驗(yàn)，以此驗(yàn)證飛網(wǎng)彈主動(dòng)防護(hù)攔截系統(tǒng)的可行性和可靠性，但在分析過(guò)程中，建立的計(jì)算模型、方法和參數(shù)，作了相應(yīng)簡(jiǎn)化，未能完全真實(shí)描述系統(tǒng)特性，主要表現(xiàn)為飛網(wǎng)動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)彈道模型與實(shí)際飛網(wǎng)差異較大，部分參數(shù)如飛網(wǎng)氣動(dòng)參數(shù)不準(zhǔn)確，因此仿真計(jì)算存在一定誤差，后續(xù)研究將進(jìn)一步改進(jìn)完善和優(yōu)化，并盡快研制出裝備樣機(jī)，及時(shí)開(kāi)展裝備性能試驗(yàn)，形成實(shí)質(zhì)戰(zhàn)斗力.