李翔，魏錦，李世紀(jì)

(中國船舶集團(tuán)有限公司第七一三研究所，河南 鄭州 450015)

隨著火炮和彈藥技術(shù)的發(fā)展，大口徑火炮的打擊范圍向超視距延伸，通常在距目標(biāo)10～100 km范圍內(nèi)使用高精度彈藥進(jìn)行攻擊。以“遠(yuǎn)程攻擊、精確打擊”為主要特征的超遠(yuǎn)程火炮系統(tǒng)已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中一種重要作戰(zhàn)裝備，采用發(fā)射增程制導(dǎo)彈藥，使射程達(dá)到100 km以上[1-2]。如美國陸軍新一代火力打擊體系中的“增程火炮項(xiàng)目(ERCA)”，規(guī)劃的大口徑榴彈炮射程在40～130 km；美國AGS 155 mm艦炮采用遠(yuǎn)程制導(dǎo)彈藥，射程可達(dá)117～180 km[3]；意大利的127 mm輕型艦炮射程為100～120 km；法國、英國研制的155 mm陸基和艦載火炮射程將達(dá)到100～150 km[4]。

超視距火力打擊體系離不開信息化的支撐，所謂的信息化不僅包括指揮控制、發(fā)射平臺(tái)、彈藥等體系的信息化，還包括目標(biāo)信息獲取(例如偵察、監(jiān)視、評(píng)估等)的信息化[5]。但是，在超視距條件下進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別、跟蹤、指示、毀傷評(píng)估變得較為困難，為此偵察型無人機(jī)、偵察型巡飛彈已受到廣泛關(guān)注，但關(guān)于偵察型滯空彈的研究較少。

筆者立足于火炮超視距火力打擊作戰(zhàn)樣式特點(diǎn)，通過對(duì)比分析無人機(jī)、巡飛彈和滯空彈3種信息化偵察手段的典型特點(diǎn)，得出炮射滯空彈更加適合應(yīng)用在火炮超視距火力打擊中，從而為構(gòu)建火炮遠(yuǎn)程精確打擊體系提供技術(shù)支撐。

1 偵察型無人機(jī)的典型特點(diǎn)

偵察無人機(jī)[6]是無人機(jī)中最廣泛使用的一種，其一般裝有照相機(jī)、攝像機(jī)、紅外和雷達(dá)等偵察設(shè)備，可通過程序控制或遙控其按預(yù)定航線飛行，到達(dá)目標(biāo)區(qū)后執(zhí)行監(jiān)視和偵察任務(wù)，為部隊(duì)的作戰(zhàn)行動(dòng)提供情報(bào)[7]。

當(dāng)下全世界范圍內(nèi)擁有軍用無人機(jī)的國家有50多個(gè)，其中以美國、以色列等為首的國家有著深厚的無人機(jī)研究基礎(chǔ)和成熟的無人機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)[8]。例如美國的RQ-7B“影子”無人機(jī)是近程戰(zhàn)術(shù)無人偵察機(jī)，供部隊(duì)實(shí)施戰(zhàn)術(shù)觀察、偵察、戰(zhàn)場(chǎng)打擊效果評(píng)估及炮火校準(zhǔn)任務(wù)，還可以執(zhí)行電子戰(zhàn)、無線電中繼、氣象觀測(cè)及檢查化學(xué)武器等任務(wù)；以色列的MQ-5B“獵人”無人機(jī)是近程偵察、監(jiān)視和目標(biāo)捕獲無人機(jī)，具有偵察、監(jiān)視與目標(biāo)獲取、通信中繼、信號(hào)情報(bào)偵測(cè)及武器投放等能力[9-10]。

無人機(jī)在近幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮的巨大作用令人矚目，它以任務(wù)為中心，而不用考慮人的因素，可在危險(xiǎn)環(huán)境作戰(zhàn)，在非接觸戰(zhàn)爭(zhēng)零傷亡戰(zhàn)略目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，擔(dān)負(fù)偵察、電子戰(zhàn)等各種空中作戰(zhàn)任務(wù)，并且具備出眾的協(xié)同能力[6]。有學(xué)者進(jìn)行了將載有激光指示器的無人機(jī)用于“紅土地”激光末制導(dǎo)炮彈作戰(zhàn)的應(yīng)用研究，其作戰(zhàn)原理如圖1所示[11]，認(rèn)為只要經(jīng)過相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)，二者的結(jié)合指示可達(dá)到理想的射擊效果，但射擊精度會(huì)受到影響。

但是火炮超視距火力打擊追求精確打擊效果的同時(shí)，對(duì)火力反應(yīng)時(shí)間的要求同樣重要，因此將無人機(jī)用于火炮超視距火力打擊時(shí)可能存在以下不足：

1)相比于炮射平臺(tái)發(fā)射的巡飛彈藥或滯空彈藥，無人機(jī)受自身動(dòng)力限制，其飛行速度較慢，不能夠快速進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)域，且突防能力不足，戰(zhàn)術(shù)使用不夠靈活，會(huì)使火炮失去快速打擊目標(biāo)的優(yōu)勢(shì)[12]。

2)無人機(jī)一般體型較大，且動(dòng)力多采用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，紅外特征明顯，隱身技術(shù)存在不足，使其在作戰(zhàn)中易暴露(2011年12月4日伊朗就曾擊落了一架美國RQ-170“哨兵”隱形無人偵察機(jī)并將其繳獲[13])。

3)無人機(jī)一般不作為建制武器裝備，需配置專門發(fā)射裝置，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜，包括無人機(jī)、遙控站和數(shù)據(jù)鏈，各個(gè)部分共同工作、相互配合，才能使無人機(jī)完成任務(wù)[14]，雖可重復(fù)使用，但其成本較高。

2 偵察型巡飛彈的典型特點(diǎn)

巡飛彈是一種兼具飛航導(dǎo)彈和無人機(jī)特點(diǎn)的新型彈藥，其可通過多種平臺(tái)投放，具有留空時(shí)間長(zhǎng)、作戰(zhàn)范圍大、突防能力強(qiáng)、戰(zhàn)術(shù)使用靈活等特點(diǎn)。能夠執(zhí)行在空中巡邏飛行，進(jìn)行情報(bào)偵察、目標(biāo)指示、信息中繼、精確打擊和毀傷評(píng)估等作戰(zhàn)任務(wù)[15]。

偵察型巡飛彈上裝有光學(xué)偵查設(shè)備或電子偵察設(shè)備，在目標(biāo)上空?qǐng)?zhí)行搜索、偵察、識(shí)別、指示、毀傷評(píng)估等任務(wù)，并將信息實(shí)時(shí)傳輸給己方，在攜帶的燃料燃盡后自毀。典型的偵察型巡飛彈有“快看”(Quicklook)巡飛彈、“前沿空中支援彈藥”(FASM)和炮射“廣域偵查彈”(WASP)等，它們都由榴彈炮發(fā)射，發(fā)射后快速飛向目標(biāo)區(qū)域，在一定高度上巡邏，掃描區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)?！翱炜础毖诧w彈由美國陸軍155/203 mm榴彈炮發(fā)射，其作戰(zhàn)過程如圖2所示，在飛行高度達(dá)到1 km時(shí)，彈翼、舵翼及螺旋槳葉展開，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，快速飛向目標(biāo)區(qū)域后，飛行速度降至約225 km/h，可對(duì)39 km2的區(qū)域巡飛30 min，按照指令完成作戰(zhàn)任務(wù)[12]。

未來戰(zhàn)場(chǎng)上火炮超視距火力打擊將成為常態(tài)化的作戰(zhàn)樣式，作戰(zhàn)頻率高，追求精確點(diǎn)殺傷的同時(shí)，也要有面殺傷的威懾作用，因此將巡飛彈用于火炮超視距火力打擊時(shí)可能存在以下不足：

1)巡飛彈是一種高精尖武器，通常由制導(dǎo)設(shè)備、動(dòng)力推進(jìn)裝置、控制設(shè)備、電氣設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈設(shè)備和有效載荷等組成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，相比滯空彈制造成本高。

2)巡飛彈一般由火炮或火箭炮發(fā)射，受發(fā)射裝置口徑及本身復(fù)雜結(jié)構(gòu)的限制，與同口徑滯空彈相比有效負(fù)載較小，性能受限。

3)巡飛彈為一次性武器，在大口徑火炮超視距作戰(zhàn)中，需大量消耗巡飛彈用于目標(biāo)識(shí)別、跟蹤、指示等，使作戰(zhàn)費(fèi)效比提高。

3 炮射滯空彈的應(yīng)用分析

3.1 炮射偵察滯空彈及其作戰(zhàn)設(shè)想

滯空彈是指利用自帶的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)升力模塊在特定作戰(zhàn)位置實(shí)現(xiàn)短時(shí)的滯空懸浮。早期，滯空彈是一種“被動(dòng)式”防御武器，其作戰(zhàn)原理如圖3所示，采用子母式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，子彈藥可懸停在空中構(gòu)筑防御屏障，將懸浮子彈藥按列陣布置在敵方來襲飛機(jī)或?qū)椀暮骄€，為水面艦艇或地面工事構(gòu)筑末端防線，通過直接毀傷來襲目標(biāo)或誘使目標(biāo)偏航等方式達(dá)到防御作用[16]。

隨著彈藥技術(shù)的發(fā)展，滯空彈可裝載探測(cè)裝置、信息采集及處理系統(tǒng)等，使得滯空彈具備“智能性”，利用其智能性完成空中探測(cè)、偵察、評(píng)估、照明及各種干擾等功能[17]。另外隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代偵察設(shè)備能夠在足夠小的體積和質(zhì)量下實(shí)現(xiàn)在一定高度對(duì)地面目標(biāo)的清晰成像，并將圖像傳回基地進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別判斷；激光照射器也能安裝在動(dòng)平臺(tái)上并在相應(yīng)的距離范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤照射，引導(dǎo)激光末制導(dǎo)炮彈對(duì)目標(biāo)實(shí)施精確打擊。

結(jié)合火炮超視距火力打擊的特點(diǎn)，將滯空彈作為一種信息化偵察手段，將搭載有折疊旋翼、動(dòng)力裝置、減速裝置、程序控制裝置、萬向平臺(tái)和偵察設(shè)備(或者激光跟蹤照射器)的滯空彈折疊置于炮彈殼體內(nèi)，形成炮射偵察滯空彈。

炮射偵察滯空彈作戰(zhàn)設(shè)想如圖4所示，當(dāng)接到發(fā)射信息后，通過其他偵查系統(tǒng)得到目標(biāo)的大概位置后，使用大口徑火炮將多發(fā)滯空彈發(fā)射出去，滯空彈借助炮彈迅速到達(dá)指定目標(biāo)上空后，啟動(dòng)減速裝置(降落傘、發(fā)動(dòng)機(jī)等)減小炮彈飛行速度，炮彈飛行速度降低到安全范圍后，減速裝置脫離，炮彈殼體打開，折疊旋翼靠離心力自動(dòng)展開，滯空彈進(jìn)入懸停模式，萬向平臺(tái)上的偵察設(shè)備(或者激光跟蹤照射器)開始偵察或者指示任務(wù)，并將拍攝的影像數(shù)據(jù)傳回后方控制臺(tái)，引導(dǎo)火炮對(duì)目標(biāo)進(jìn)行打擊，打擊完成后評(píng)估打擊效果，任務(wù)完成后啟動(dòng)自毀裝置，銷毀敏感設(shè)備和數(shù)據(jù)。

3.2 炮射偵察滯空彈的典型特點(diǎn)

相比于無人機(jī)和巡飛彈，炮射偵察滯空彈主要具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1)炮射偵察滯空彈以高速飛行的炮彈為載體，突防能力強(qiáng)。在現(xiàn)代高技術(shù)立體防線面前，無論是無人機(jī)、飛機(jī)、直升機(jī)乃至導(dǎo)彈，都有各種各樣的武器與之針鋒相對(duì)，唯有對(duì)炮彈至今還沒有找到有效的防御方法。炮射偵察滯空彈以炮彈為突防載體，利用它們飛行速度快、目標(biāo)特征小、發(fā)射成本低、可連續(xù)發(fā)射靠數(shù)量突防等特點(diǎn)，突防能力遠(yuǎn)強(qiáng)于無人機(jī)。此外火炮作為傳統(tǒng)陸軍裝備，裝備數(shù)量特別多，既有利于炮射偵察滯空彈的廣泛應(yīng)用，又可以通過傳統(tǒng)火炮裝備與現(xiàn)代化無人機(jī)裝備的相互結(jié)合，使老舊裝備在新時(shí)代的高技術(shù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中重放異彩。

2)炮射偵察滯空彈隱身特性好，生存能力強(qiáng)?，F(xiàn)役火炮最大口徑為155 mm，其炮彈相比于偵察無人機(jī)，體積小很多，在典型任務(wù)飛行高度2 km處，目視特征極小，幾乎難以被人眼發(fā)現(xiàn)。在體積特別小的同時(shí)再適當(dāng)采取隱身措施，雷達(dá)波反射特征也能達(dá)到隱身要求。此外，現(xiàn)代防空雷達(dá)普遍采用多普勒效應(yīng)過濾非高速移動(dòng)目標(biāo)的雷達(dá)回波，以減小地面反射雜波對(duì)雷達(dá)搜索的干擾，炮射偵察滯空彈通常工作在懸?；蛘叩退倨斤w狀態(tài)，很容易被作為地面雜波過濾掉，更加難以被防空雷達(dá)發(fā)現(xiàn)。另外，炮射偵察滯空彈可使用電池提供動(dòng)力，相比于無人機(jī)采用內(nèi)燃機(jī)或者渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的紅外特征，可有效對(duì)抗目前普遍裝備的紅外制導(dǎo)對(duì)空導(dǎo)彈。炮射偵察滯空彈體積特別小，即使被發(fā)現(xiàn)，相比無人機(jī)也難以被擊中，還可以通過火炮發(fā)射快速到達(dá)戰(zhàn)區(qū)補(bǔ)充損失。

3)炮射偵察滯空彈特別適合完成對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)的近距離偵查與打擊指示任務(wù)。相比無人機(jī)和巡飛彈，滯空彈結(jié)構(gòu)和任務(wù)設(shè)備簡(jiǎn)單，使用成本低，突防能力強(qiáng)，隱身和生存能力好，將其與無人機(jī)、巡飛彈配合組成無人機(jī)偵查打擊系統(tǒng)，能夠?qū)o人機(jī)、巡飛彈從近距離偵查與打擊這樣的高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)中解脫出來，減小高性能和高價(jià)值裝備暴露在敵方防空火力面前的時(shí)間，保證其安全，同時(shí)又能夠更好地完成近距離偵查與打擊任務(wù)。此外傳統(tǒng)的激光指示方式主要靠特種部隊(duì)靠近目標(biāo)至5～6 km內(nèi)，用激光照射系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射引導(dǎo)攻擊，容易暴露我方小隊(duì)人員位置，危及小隊(duì)安全。炮射偵察滯空彈與特種小隊(duì)配合，特種小隊(duì)在報(bào)告目標(biāo)的方位和目標(biāo)特征后即可轉(zhuǎn)移，保證了特種小隊(duì)的安全，后續(xù)的細(xì)致偵察和火力引導(dǎo)任務(wù)既可交由炮射偵察滯空彈完成。

4 炮射滯空彈的關(guān)鍵技術(shù)

炮射滯空彈涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：總體設(shè)計(jì)技術(shù)、抗高發(fā)射過載技術(shù)、減速減旋技術(shù)、空中懸浮控制技術(shù)、控制裝置的時(shí)間精度和可靠性等。

4.1 總體設(shè)計(jì)技術(shù)

滯空彈使用火炮發(fā)射，目前現(xiàn)役火炮的最大口徑是155 mm，為了飛行穩(wěn)定，長(zhǎng)徑比不能過大，在有限的空間內(nèi)布局動(dòng)力裝置、穩(wěn)定裝置、懸浮裝置和觀測(cè)裝置等，總體布局和氣動(dòng)特性設(shè)計(jì)至關(guān)重要；另外，滯空彈要實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有彈藥的兼容發(fā)射，彈炮匹配性設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

綜合運(yùn)用理論、仿真與試驗(yàn)等研究手段，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。通過應(yīng)用鈦合金、復(fù)合材料、記憶合金等輕質(zhì)高強(qiáng)材料，采用3D打印等新工藝，使用拓?fù)鋬?yōu)化等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，為總體設(shè)計(jì)提供支撐。

4.2 抗高發(fā)射過載技術(shù)

火炮發(fā)射過載高，中大口徑火炮的發(fā)射過載通常可達(dá)8 000～20 000g，對(duì)炮射滯空彈上的控制組件、懸浮裝置和偵察指示設(shè)備等的抗過載要求高，抗高發(fā)射過載設(shè)計(jì)技術(shù)需重點(diǎn)關(guān)注。一方面需要從頂層角度對(duì)內(nèi)彈道進(jìn)行優(yōu)化，降低發(fā)射過載；另一方面要提高其承受發(fā)射過載的能力，對(duì)于彈載相關(guān)設(shè)備進(jìn)行緩沖、隔振設(shè)計(jì)，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行可靠連接、封裝，對(duì)光學(xué)設(shè)備在工作前進(jìn)行鎖定安裝。

4.3 減旋減速技術(shù)

大口徑火炮大多采用線膛身管，常規(guī)彈丸依靠自身的高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)彈道穩(wěn)定。滯空彈在懸浮工作以前，需要將自身速度降低到一定范圍內(nèi)，懸浮裝置才能開始工作。同時(shí)，為了便于滯空彈的偵查指示設(shè)備更好地工作，需將彈丸轉(zhuǎn)速盡可能降低甚至穩(wěn)定不轉(zhuǎn)。因此，采用線膛火炮發(fā)射的滯空彈需重點(diǎn)研究減旋減速技術(shù)。

在滯空彈上采用旋轉(zhuǎn)彈帶可有效降低彈丸的轉(zhuǎn)速，通?？蓽p至50 r/min左右；再利用舵機(jī)穩(wěn)定、減旋翼等技術(shù)可進(jìn)一步減小其旋轉(zhuǎn)速度直至完全穩(wěn)定不轉(zhuǎn)。采用阻力環(huán)、阻力傘等措施可有效降低彈丸的飛行速度。

4.4 空中懸浮控制技術(shù)

滯空彈布放到目標(biāo)區(qū)域后，實(shí)現(xiàn)懸浮的前提是需要一個(gè)與重力相平衡的升力作用，同時(shí)保證在受到外界擾動(dòng)時(shí)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整，空中懸浮控制是實(shí)現(xiàn)彈藥滯空的關(guān)鍵。

常見的懸浮機(jī)構(gòu)有傘式、氣囊、螺旋槳和無翼噴氣式等，可根據(jù)總體需求選擇合適的控制方式，研究其懸浮升阻特性和驅(qū)動(dòng)效能，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的懸浮高度控制和懸浮時(shí)間控制。

4.5 控制裝置的時(shí)間精度和可靠性

控制裝置的時(shí)間精度和可靠性，會(huì)影響滯空彈飛行姿態(tài)控制的準(zhǔn)確性，對(duì)滯空彈的懸浮高度和懸浮時(shí)間具有決定性作用。此外，控制裝置的可靠性也是滯空彈作戰(zhàn)效能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。通過優(yōu)選時(shí)間精度高、可靠性好的元器件以及具有補(bǔ)償功能和抗干擾能力強(qiáng)的線路設(shè)計(jì)可解決上述問題。

5 結(jié)論

未來戰(zhàn)場(chǎng)上火炮超視距火力打擊將成為常態(tài)化的作戰(zhàn)樣式，其具有作戰(zhàn)頻率高、追求點(diǎn)面殺傷、精確打擊和火力迅速等特點(diǎn)。筆者通過對(duì)偵察型無人機(jī)、巡飛彈和滯空彈的各自典型特點(diǎn)的分析，認(rèn)為偵察型無人機(jī)和巡飛彈雖可應(yīng)用于超視距火力打擊，但都存在明顯不足。無人機(jī)飛行速度慢、突防能力差、隱身性能差、系統(tǒng)復(fù)雜；巡飛彈結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有效負(fù)載小、使用成本高，費(fèi)效比高。

炮射偵察滯空彈應(yīng)用在火炮超視距火力打擊中，其以炮彈為載體，突防能力強(qiáng)、隱身特性好、結(jié)構(gòu)和設(shè)備簡(jiǎn)單、使用成本低，特別適合完成對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)的偵察與打擊指示任務(wù)，能夠有效提高大口徑火炮遠(yuǎn)距離打擊的精度，最大程度發(fā)揮大口徑火炮的作戰(zhàn)效能。