鄭 斌，程麗麗，尚 勇

(西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

制導(dǎo)末敏彈是末敏彈技術(shù)在制導(dǎo)火箭平臺(tái)的新應(yīng)用。一般而言,制導(dǎo)末敏彈為子母式結(jié)構(gòu),即1枚母彈裝載多枚末敏子彈。末敏子彈主要由降落傘系統(tǒng)、彈上計(jì)算機(jī)、敏感器、EFP戰(zhàn)斗部及安全起爆裝置等組成[1-2]。作戰(zhàn)時(shí)母彈在目標(biāo)區(qū)上空按預(yù)定高度拋出末敏子彈,待子彈達(dá)到穩(wěn)態(tài)掃描狀態(tài)時(shí),開(kāi)始對(duì)攻擊區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)自主搜索、探測(cè)、識(shí)別、瞄準(zhǔn)直至起爆戰(zhàn)斗部從頂部攻擊裝甲目標(biāo)。

由于制導(dǎo)末敏彈是介于導(dǎo)彈和傳統(tǒng)彈藥之間的新型智能彈藥,其彈道特性既不同于傳統(tǒng)無(wú)控彈藥,也不同于常規(guī)有控彈藥[3]。與之相對(duì)應(yīng),制導(dǎo)末敏彈射表編擬技術(shù)研究將成為射表技術(shù)工作者的重要課題?；谥茖?dǎo)末敏彈射表編制尚未實(shí)踐,文中通過(guò)對(duì)制導(dǎo)末敏彈射表用途和彈道特性進(jìn)行研究和探討,進(jìn)而提出制導(dǎo)末敏彈射表方案。

1 制導(dǎo)末敏彈特性

1.1 制導(dǎo)末敏彈工作原理

制導(dǎo)末敏彈作用過(guò)程如圖1所示。發(fā)射前,制導(dǎo)末敏彈按照發(fā)射控制流程,完成發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電阻檢測(cè)、對(duì)接及熱電池電阻檢測(cè)、彈上設(shè)備上電自檢、飛控參數(shù)裝定、北斗對(duì)時(shí)、星歷裝定、動(dòng)態(tài)傳遞對(duì)準(zhǔn)等發(fā)射前準(zhǔn)備工況。按下發(fā)射按鈕后,慣導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入導(dǎo)航狀態(tài),制導(dǎo)艙熱電池激活,發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,末敏彈開(kāi)始沿定向管運(yùn)動(dòng),完成發(fā)射。發(fā)射后末敏彈按預(yù)定有控彈道飛行至目標(biāo)區(qū)上空,制導(dǎo)艙和子彈筒組成的子彈筒組合體與火箭部分離。分離后,子彈筒組合體在空中進(jìn)行減速飛行,開(kāi)艙拋出攜帶的多枚末敏子彈。末敏子彈在減速傘作用下,速度迅速衰減,直到適當(dāng)范圍,到達(dá)預(yù)定高度時(shí),拋掉減速傘,張開(kāi)主旋轉(zhuǎn)傘,進(jìn)入穩(wěn)態(tài)掃描狀態(tài),若發(fā)現(xiàn)目標(biāo),則起爆戰(zhàn)斗部攻擊目標(biāo),否則自毀。

圖1 末敏彈作用流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the action flow of terminal sensitive muntion

1.2 制導(dǎo)末敏彈彈道特點(diǎn)

如圖2所示,制導(dǎo)末敏彈飛行彈道由無(wú)控彈道段(OA)、制導(dǎo)段(AB)、子彈筒段(BC)和子彈段(CD)4部分組成。

圖2 彈道示意圖Fig.2 Ballistic diagram

第一段為無(wú)控段(OA),指從火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火到1.0 s啟控點(diǎn)的無(wú)控飛行段。

第二段為制導(dǎo)段(AB),指1.0 s后制導(dǎo)系統(tǒng)啟控,飛行至分離點(diǎn);采用預(yù)測(cè)制導(dǎo)和采用比例導(dǎo)引制導(dǎo)律進(jìn)行制導(dǎo)控制。

第三段為子彈筒飛行段(BC),指子彈筒組合體與火箭部分離后的減速飛行過(guò)程。

第四段為末敏子彈飛行段(CD),指末敏子彈從子彈筒中拋撒出來(lái)開(kāi)始,直到起爆戰(zhàn)斗部或自毀落地的過(guò)程。

1.3 制導(dǎo)末敏彈發(fā)射流程

火箭炮進(jìn)入技術(shù)陣地準(zhǔn)備工況,其火控系統(tǒng)首先進(jìn)行上電自檢,檢測(cè)火控系統(tǒng)各單體控制板、CAN通信接口、串行通信接口的工作狀態(tài)。若火控系統(tǒng)任一單體出現(xiàn)故障,未收到自檢回復(fù)命令,則認(rèn)為通信不正常,火控系統(tǒng)不能正常工作,武器系統(tǒng)不具備射擊條件,應(yīng)停止射擊?；鸺谶M(jìn)入發(fā)射陣地后,地面發(fā)控裝置與火箭彈交互過(guò)程中,除星歷裝定、對(duì)時(shí)之外的任一環(huán)節(jié)異常(如飛行控制參數(shù)裝訂錯(cuò)誤、阻值檢測(cè)錯(cuò)誤等),發(fā)射流程均應(yīng)終止,彈藥不能發(fā)射。

制導(dǎo)末敏彈發(fā)射時(shí)信息交互如圖3所示。火控系統(tǒng)炮長(zhǎng)顯示器與上級(jí)指揮系統(tǒng)進(jìn)行話傳和數(shù)傳通信,接收目標(biāo)、陣地、氣象數(shù)據(jù)、射擊口令等信息;提取與彈道解算相關(guān)的參數(shù),向火控操作臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)?；鹂夭僮髋_(tái)完成彈道解算、自動(dòng)操瞄解算和隨動(dòng)調(diào)炮,并向炮長(zhǎng)顯示器上報(bào)彈道解算結(jié)果(表尺、方位角、北向速度、天向速度、東向速度及特征時(shí)間);生成飛行控制參數(shù)文件(為二進(jìn)制文件,包含發(fā)射點(diǎn)經(jīng)緯高、目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)緯高、初始航向角、制導(dǎo)模式、控制字、射程偏移量、導(dǎo)航模式、桿臂參數(shù)、傳遞對(duì)準(zhǔn)方式、特征點(diǎn)的北向、天向、東向速度等信息),并向地面發(fā)控裝置發(fā)送。地面發(fā)控裝置接收火控操作臺(tái)發(fā)送飛行控制參數(shù)和地面操作顯示臺(tái)發(fā)送的選彈、檢測(cè)和開(kāi)始裝定等控制命令,對(duì)火箭彈進(jìn)行發(fā)射前檢測(cè)、飛控參數(shù)裝定,采集發(fā)射信號(hào)進(jìn)行火箭彈發(fā)射。

圖3 發(fā)射時(shí)信息交互示意圖Fig.3 Launching information interaction diagram

從上述發(fā)射流程可以看出,控制系統(tǒng)不僅提高了武器系統(tǒng)的命中精度,而且增大了武器系統(tǒng)射擊使用的復(fù)雜程度。制導(dǎo)末敏彈實(shí)際作戰(zhàn)使用過(guò)程中,僅利用射表不能完成冗余發(fā)射形成有效火力射擊[4]。主要是由于人工無(wú)法將諸多裝定參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制轉(zhuǎn)碼等工作,不能生成飛行控制參數(shù)文件,無(wú)法人工將數(shù)據(jù)包發(fā)送給地面發(fā)控裝置,進(jìn)行彈炮信息交互。因此,需要根據(jù)武器系統(tǒng)的工作原理和戰(zhàn)場(chǎng)的客觀實(shí)際,合理構(gòu)建制導(dǎo)末敏彈射表的內(nèi)容與格式,以少量的文字,有效地反映武器系統(tǒng)完整的彈道特性,為作戰(zhàn)及部隊(duì)訓(xùn)練指揮射擊提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5],如彈丸的彈道特性、射擊所需空域高度等信息,以便充分發(fā)揮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

2 制導(dǎo)末敏彈射表方案

2.1 射表內(nèi)容和格式

制導(dǎo)末敏彈彈道中,其制導(dǎo)彈道占總射程的95%,無(wú)控彈道約占總射程的5%左右,但由于無(wú)控段彈道是帶傘彈道,飛行速度相對(duì)較低,飛行時(shí)間較長(zhǎng),故受彈道風(fēng)影響較大。

由于制導(dǎo)彈藥能夠糾正并克服發(fā)射時(shí)刻控制誤差、干擾誤差和預(yù)測(cè)誤差等導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的偏離,因此發(fā)動(dòng)機(jī)比沖及裝藥藥溫變化、環(huán)境因素如彈道風(fēng)、氣溫、氣壓等變化,地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科氏力及重力加速度隨緯度、高度變化等因素對(duì)制導(dǎo)段彈道影響很小[6]。對(duì)分離點(diǎn)之后的無(wú)控彈道影響較大的因素主要是彈道風(fēng)。氣溫、氣壓、地球自轉(zhuǎn)等因素變化對(duì)子彈筒段和子彈段彈道影響影響很小,可不予考慮。因此,制導(dǎo)末敏彈射表中,對(duì)修正量只考慮彈道風(fēng)和炮目高差,不考慮比沖、藥溫、氣溫、氣壓等因素。

制導(dǎo)末敏彈射表[7]的主要內(nèi)容包括基本諸元和修正諸元兩大部分,對(duì)應(yīng)射表包括基本表和修正表[8]。

制導(dǎo)末敏彈射表的基本表與普通射表類似,基本表是在標(biāo)準(zhǔn)條件下計(jì)算得出的彈道諸元,主要內(nèi)容是反映不同海拔下的射距離、射角、特征點(diǎn)彈道參數(shù)(包括啟控點(diǎn)、最大速度點(diǎn)、彈道頂點(diǎn)、分離點(diǎn))、飛行時(shí)間、子彈縱向散布、彈道風(fēng)對(duì)子彈落點(diǎn)影響。制導(dǎo)末敏彈射表基本表查表流程見(jiàn)圖4。

圖4 基本表查表流程圖Fig.4 Basic table lookup flow chart

修正量表包括兩個(gè)表,彈道風(fēng)修正量表和炮目高差修正量表。彈道風(fēng)修正量表反映不同橫風(fēng)和縱風(fēng)情況下的射角、射向和分離點(diǎn)裝定參數(shù)修正量的變化關(guān)系。彈道風(fēng)修正量表查表流程見(jiàn)圖5。炮目高差修正量表反映炮目高差情況下的射角、射向和分離點(diǎn)裝定參數(shù)修正量的變化關(guān)系。炮目高差修正量表查表流程見(jiàn)圖6。

圖5 彈道風(fēng)修正量表查表流程圖Fig.5 Ballistic wind correction table lookup flow chart

圖6 炮目高差修正量表查表流程圖Fig.6 Shot elevation correction table lookup flow chart

2.2 射表精度分析

制導(dǎo)末敏彈的射表精度要求應(yīng)與武器系統(tǒng)的射擊準(zhǔn)備誤差相匹配,單純追求射表精度高,除加大對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)數(shù)量、測(cè)試精度、人力物力的要求外,實(shí)際上對(duì)射擊精度沒(méi)有質(zhì)的提高[9]。Ex1表示射表中的射程x的中間誤差,Ex2表示以中間誤差給出的射擊諸元準(zhǔn)備誤差(不含射表誤差),則射擊精度總誤差Ex為：

(1)

射擊準(zhǔn)確度不只是由射表決定,更重要的是由射擊諸元準(zhǔn)備誤差的大小決定,射表精度應(yīng)以不使總誤差顯著增大為原則[10]。假定ΔEx為增大量,則ΔEx可表示為：

(2)

采用傳統(tǒng)的射擊保障器材,射表誤差占總誤差的10%左右。由式(1)、式(2)聯(lián)立可得,Ex1<0.45Ex2。因此,如果射擊裝定諸元誤差Ex2=1.5%x,則Ex1<0.675x;如果Ex2取0.7%x～0.8%x,則Ex1為0.3%x,可見(jiàn)射擊準(zhǔn)備誤差越小,對(duì)射表精度要求將不斷提高。但當(dāng)射擊諸元準(zhǔn)備誤差未減小,僅要求射表精度提高,對(duì)總誤差Ex并沒(méi)有什么改善,卻會(huì)使得試驗(yàn)費(fèi)用和難度大幅度增加。

在目前較為傾向性的意見(jiàn)是用精密法準(zhǔn)備諸元誤差Ex2為0.7%x～1.5%x范圍內(nèi),此時(shí)要求射表誤差Ex1≤0.3%x。射擊諸元準(zhǔn)備誤差包括測(cè)地準(zhǔn)備誤差(決定炮陣地坐標(biāo)和目標(biāo)的坐標(biāo)誤差、高程誤差)、氣象準(zhǔn)備誤差、彈道準(zhǔn)備誤差(發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥溫度偏差、裝藥批號(hào)差異)、技術(shù)準(zhǔn)備誤差(如射擊諸元裝訂誤差、操瞄系統(tǒng)誤差等)等,作為系統(tǒng)誤差與射表誤差一起組成射擊誤差。

對(duì)于制導(dǎo)末敏彈射擊諸元準(zhǔn)備誤差主要是測(cè)地準(zhǔn)備誤差和氣象準(zhǔn)備誤差。由于末敏子彈帶傘飛行,氣象測(cè)定誤差以及氣象探測(cè)結(jié)果的時(shí)效性和空間有效性是造成射擊諸元準(zhǔn)備誤差的主要原因。

射表精度與射擊試驗(yàn)用彈量息息相關(guān),目前傳統(tǒng)野戰(zhàn)火箭射表編擬射擊試驗(yàn)耗彈量200發(fā)左右[11]。對(duì)于制導(dǎo)火箭這類價(jià)格昂貴的彈藥,難以沿用普通彈藥射表編擬方法。

考慮到制導(dǎo)末敏彈射表用途主要是為指揮射擊和獲得有效的炮兵火力射擊所需的彈道整體數(shù)據(jù)、射擊偏差修正數(shù)據(jù)及彈道空域與飛行特性,加之制導(dǎo)彈藥造價(jià)昂貴,因此制導(dǎo)末敏彈射表精度誤差不大于0.6%x。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著彈箭技術(shù)的發(fā)展,需要同步建立和完善制導(dǎo)末敏彈、末制導(dǎo)炮彈等新型彈藥的射表編擬方法。制導(dǎo)末敏彈射表編擬技術(shù)研究是對(duì)傳統(tǒng)射表編擬技術(shù)的又一次革新與發(fā)展。文中通過(guò)對(duì)制導(dǎo)末敏彈作用原理、彈道特點(diǎn)和發(fā)射流程闡述,結(jié)合制導(dǎo)末敏彈彈道特性,提出了制導(dǎo)末敏彈射表內(nèi)容、格式及射表精度要求,為制導(dǎo)末敏彈射表編擬奠定了技術(shù)基礎(chǔ),同時(shí)也為其他類似制導(dǎo)彈藥射表編擬提供設(shè)計(jì)參考。