陳 亮

（海軍士官學(xué)校，安徽蚌埠 233012）

0 引言

艦炮武器自誕生以來，一直是海軍水面艦艇的主戰(zhàn)武器。早在14世紀(jì)，風(fēng)帆戰(zhàn)艦上就開始在兩舷配置滑膛炮，用于撞擊戰(zhàn)和接舷戰(zhàn)前開展舷炮戰(zhàn)，即使用舷側(cè)艦炮進(jìn)行對射。17世紀(jì)，隨著艦炮威力的增大，舷炮戰(zhàn)成為艦隊(duì)在海戰(zhàn)中的主要戰(zhàn)法。18世紀(jì)，隨著戰(zhàn)艦排水量的增大和大口徑艦炮在戰(zhàn)艦上的普遍配置，舷炮戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)發(fā)展成為比較穩(wěn)定的戰(zhàn)列戰(zhàn)術(shù)。19世紀(jì)，隨著技術(shù)的發(fā)展，艦炮配置了后裝線膛炮、彈性炮架、供彈裝置和防護(hù)罩等，具備了現(xiàn)代艦炮的雛形，并在20世紀(jì)的兩次世界大戰(zhàn)中起到了重要作用。21世紀(jì)以來，技術(shù)發(fā)展和作戰(zhàn)需求對艦炮發(fā)展提出了更高的要求。

1 艦炮武器發(fā)展研究情況

近年來，相關(guān)專業(yè)的學(xué)者們從不同角度開展了對艦炮武器發(fā)展的研究。有的學(xué)者在性能上強(qiáng)調(diào)遠(yuǎn)射程、高精度、多功能，在設(shè)計(jì)上強(qiáng)調(diào)模塊化、輕型化、隱身化；有的學(xué)者系統(tǒng)歸納了艦炮武器發(fā)展趨勢，包括艦炮武器系統(tǒng)的遠(yuǎn)程精確打擊能力、小口徑艦炮武器系統(tǒng)作為艦艇末端防御的重要手段、多用途新型彈藥的發(fā)展、快速自動(dòng)智能供補(bǔ)彈藥技術(shù)的發(fā)展等，指出應(yīng)發(fā)展電熱化學(xué)炮、電磁炮、垂直發(fā)射技術(shù)等新概念艦炮；有的學(xué)者研究幾何強(qiáng)約束條件下射程與威力的均衡發(fā)展，復(fù)雜環(huán)境中自尋的精確打擊智能引導(dǎo)技術(shù)發(fā)展，基于自組網(wǎng)的智能決策及彈載數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展等具體技術(shù)[1]；有的學(xué)者提出應(yīng)研制大口徑增程制導(dǎo)彈藥，大幅提升艦炮對陸火力支援能力，發(fā)展炮射巡飛彈，增加艦炮對岸火力偵察、評估和毀傷的手段，研究小口徑彈藥不同毀傷機(jī)理，提高艦炮武器的防空能力等[2]。

上述關(guān)于艦炮武器發(fā)展的研究立足于艦炮使命任務(wù)，主要考慮對海執(zhí)行遠(yuǎn)程精確打擊、對岸實(shí)施遠(yuǎn)程火力支援、對空開展近程防空反導(dǎo)等任務(wù)背景下，應(yīng)對岸上目標(biāo)、水面艦艇、飛機(jī)和導(dǎo)彈等目標(biāo)及威脅需求下艦炮的性能發(fā)展要求和技術(shù)發(fā)展舉措。但是近年來，隨著無人技術(shù)的發(fā)展和大量多類型無人機(jī)投入運(yùn)用，海戰(zhàn)場上無人機(jī)對艦艇的現(xiàn)實(shí)威脅迫在眉睫，對艦炮發(fā)展也提出了新的啟示。

2 海戰(zhàn)場無人機(jī)威脅分析

2.1 美軍無人機(jī)裝備現(xiàn)狀

無人機(jī)憑借著用途多樣、費(fèi)效比低、無飛行員傷亡等特點(diǎn)受到世界各國的青睞，各國持續(xù)加大軍用無人機(jī)的研制和投入。從公開新聞上看，美軍已構(gòu)建了較為系統(tǒng)完整的軍用無人機(jī)體系，包括MQ-1 “捕食者”（Predator）、MQ-1C“天空勇士”（Sky Warrior）、MQ-5 “獵人”（Hunter）、MQ-9 “死神”（Reaper）等察打一體多用途戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)，RQ-4 “全球鷹”（Global Hawk）、MQ-4 “海神之眼”（Triton）等戰(zhàn)略偵察無人機(jī)，RQ-7 “影子”（Shadow）輕型偵察無人機(jī)、RQ180隱身偵察無人機(jī)、RQ-8 “火力偵察兵”（Fire Scout）艦載垂直起降戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)、X47B艦載噴氣式高速無人轟炸機(jī)、XQ-58A噴氣式無人僚機(jī)、X51A“乘波者”（Waverider）、HTV-2 “獵鷹”（Falcon）等超音速無人機(jī)，“郊狼”（Coyote）、“小精靈”（Gremlins）、“山鶉”（Perdix）等蜂群無人機(jī)。美軍無人機(jī)運(yùn)用于陸、海、空、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)等多個(gè)軍種，具有微型、小型、輕型、中型、大型、重型等多種尺寸，通過掛載相應(yīng)的傳感器、通信和武器模塊，能夠單機(jī)出動(dòng)、蜂群出動(dòng)或協(xié)同載人機(jī)群遂行空中偵察、通信中繼、火力打擊和電子對抗等作戰(zhàn)任務(wù)。

2.2 各類無人機(jī)威脅判斷

由于海戰(zhàn)場環(huán)境的特殊性，以MQ-1為代表的中型察打一體多用途戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)由于活動(dòng)半徑、有效載荷和武器配置（主要是反坦克導(dǎo)彈和炸彈）等問題的制約，對艦艇編隊(duì)的威脅較小。目前，對艦艇編隊(duì)威脅較大的主要有RQ-4、MQ-4等長航時(shí)重型無人機(jī)、X47B等艦載重型無人機(jī)、蜂群無人機(jī)等。其中，長航時(shí)重型無人機(jī)和艦載重型無人機(jī)主要用于戰(zhàn)場偵察或協(xié)同載人機(jī)群突防，出于其動(dòng)輒數(shù)千萬至上億美元的昂貴造價(jià)和接近載人機(jī)的作戰(zhàn)樣式特性，可由戰(zhàn)機(jī)群或艦載遠(yuǎn)程艦空導(dǎo)彈應(yīng)對該類威脅；而蜂群無人機(jī)由于集群數(shù)量大、單體成本低、單目標(biāo)特征小等特點(diǎn)，成為目前海戰(zhàn)場對艦艇的重大威脅。

美國國防部公布的《2009-2034財(cái)年無人系統(tǒng)線路圖》及《2013-2038財(cái)年無人系統(tǒng)一體化路線圖》等相關(guān)文件中，涉及海軍的無人機(jī)項(xiàng)目就有無人艦載監(jiān)視和打擊（UCLASS）、艦載無人戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證（UCASD）、垂直起降無人機(jī)（VTUAV)和小型戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)/二級（STUAS/Tier II）等多個(gè)項(xiàng)目[3]。美空軍以2016年5月發(fā)布的《2016—2036年小型無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃》為藍(lán)本，重點(diǎn)發(fā)展小型無人機(jī)平臺、提高人機(jī)編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的能力，尤其是引起各方高度關(guān)注的分布式、低成本“蜂群戰(zhàn)法”。

2.3 無人機(jī)蜂群威脅分析

2016年10月，美軍從3架F/A-18 “超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)上發(fā)射了103個(gè)“山鶉”微型無人機(jī)組成無人機(jī)蜂群，機(jī)群決策系統(tǒng)展現(xiàn)出出色的相互協(xié)調(diào)能力。“山鶉”微型無人機(jī)長16.5cm，翼展30cm，全重290g，續(xù)航時(shí)間約20min，飛行速度為74～111km/h。由于其體積小、載荷低、航程短，在海戰(zhàn)場環(huán)境下，這類微型無人機(jī)蜂群難以在艦載武器系統(tǒng)對空防御圈外完成投送，尚無法對艦艇編隊(duì)造成嚴(yán)重威脅。但是，美國國防先進(jìn)研究項(xiàng)目局（Defense Advanced Research Projects Agency，簡稱DARPA）主導(dǎo)的“小精靈”（Gremlins）項(xiàng)目則不然。X-61A“小精靈”無人機(jī)配備渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，長4.2m，機(jī)身截面直徑600mm，翼展3.5m，最大重量680kg，有效載荷66kg，最大速度0.6Ma（約200km/s），航程560km。2019年11月，一架X-61A無人機(jī)在C-130 “大力神”(Hercules)運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼下完成了首次掛飛。2020年1月，進(jìn)行了X-61A從C-130上的首次發(fā)射試驗(yàn)。2021年10月，在猶他州達(dá)格威試驗(yàn)場C-130成功捕獲回收了一架X-61A，該項(xiàng)目的長遠(yuǎn)目標(biāo)是根據(jù)作戰(zhàn)要求，X-61A還可以從F-16、B-52和其他飛機(jī)上發(fā)射，顯著增加蜂群中的系統(tǒng)數(shù)量。以X-61A為代表的這類空基投放的輕型無人機(jī)蜂群，具有一定的有效載荷和活動(dòng)半徑，能夠在艦載武器系統(tǒng)對空防御圈外完成投送，同時(shí)單體目標(biāo)特征小、單機(jī)價(jià)格便宜，具有極強(qiáng)的效費(fèi)比，對水面艦艇編隊(duì)造成嚴(yán)重威脅。

美國海軍早在20l2年就對“伯克”級驅(qū)逐艦遭受無人機(jī)蜂群攻擊的情況進(jìn)行過演示驗(yàn)證，表明宙斯盾系統(tǒng)及艦載武器系統(tǒng)在面對這種集群攻擊時(shí)的困境。由于無人機(jī)的單體雷達(dá)信號特征小，從多個(gè)方向突防時(shí)，等到發(fā)現(xiàn)已經(jīng)來不及使用艦空導(dǎo)彈攔截，干擾彈也無法影響無人機(jī)的通信及控制系統(tǒng)，可發(fā)揮作用的只有“密集陣”近防艦炮武器系統(tǒng)和機(jī)槍。當(dāng)無人機(jī)群以250km/h的速度來襲時(shí)，上述艦炮武器系統(tǒng)從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到啟動(dòng)攔截只有15秒時(shí)間。更致命的是，防御系統(tǒng)往往難以合理分配火力，從而導(dǎo)致部分無人機(jī)能夠避開攔截。對這一作戰(zhàn)模式進(jìn)行了數(shù)百次模擬仿真的結(jié)果表明，由8架無人機(jī)組成的集群進(jìn)行攻擊時(shí)，有2.8架無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)突防[4]。2017年，美國海軍成功協(xié)調(diào)由30架無人機(jī)組成的蜂群執(zhí)行聯(lián)合任務(wù)，包括攜帶爆炸彈頭進(jìn)行自殺性攻擊。結(jié)果表明，面對自殺型無人機(jī)蜂群時(shí)，艦艇編隊(duì)即便擊落十?dāng)?shù)架無人機(jī)，但是仍可能有數(shù)十架甚至上百架無人機(jī)不計(jì)代價(jià)突破編隊(duì)對空防御網(wǎng)，足以摧毀或干擾艦艇的通信、雷達(dá)、武器等系統(tǒng)，為反艦導(dǎo)彈、載人飛機(jī)等其他傳統(tǒng)武器的攻擊鋪平道路。

3 艦炮武器發(fā)展啟示研究

面對無人機(jī)蜂群時(shí)，當(dāng)前“密集陣”類的艦炮武器作戰(zhàn)效能難以滿足艦艇近程對空防御的需求。究其原因，這類艦炮武器主要使命任務(wù)是近程反導(dǎo)，作為對低空突防快速目標(biāo)實(shí)施直接摧毀的點(diǎn)殺傷武器，其設(shè)計(jì)目的在于通過較高的發(fā)射率運(yùn)用大量炮彈追求命中概率，其針對的典型目標(biāo)是紅外特征明顯的超音速反艦導(dǎo)彈。面對無人機(jī)蜂群時(shí)，“密集陣”類的艦炮武器存在設(shè)計(jì)功能與目標(biāo)特征不適配的問題。一是艦炮備彈量與目標(biāo)蜂群數(shù)量之間的尖銳矛盾。以美軍阿利伯克級驅(qū)逐艦為例，裝備2座“密集陣”系統(tǒng)，單系統(tǒng)備彈量約1000發(fā)，理想狀態(tài)下單目標(biāo)彈藥消耗量約80～100發(fā)，不考慮射擊轉(zhuǎn)火時(shí)間、命中概率及無人機(jī)蜂群突防對艦艇的損傷問題，該型驅(qū)逐艦“密集陣”系統(tǒng)只能抗擊約20架無人機(jī)，由于“密集陣”系統(tǒng)需重新裝填炮彈，整個(gè)艦艇近程對空防御處于長時(shí)間失能狀態(tài)。二是反艦導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)特征與無人機(jī)機(jī)動(dòng)特征不一致。雖然反艦導(dǎo)彈也具備末端俯沖機(jī)動(dòng)、蛇形機(jī)動(dòng)等高速機(jī)動(dòng)能力，但是其攻擊路徑仍然有章可循，在其攻擊路徑中仍然具備射擊窗口，而無人機(jī)為典型的低、慢、小目標(biāo)，具有優(yōu)越的變向能力，由于火力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題及彈丸飛行速度問題，“密集陣”類艦炮武器的跟蹤射擊方式對該類目標(biāo)命中概率偏低。

3.1 毀傷機(jī)制發(fā)展需求

相對導(dǎo)彈、載人機(jī)等傳統(tǒng)空中目標(biāo)，無人機(jī)蜂群主要具有單機(jī)成本低、單體目標(biāo)特征小、攻擊密度高、機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢。上述分析表明，應(yīng)對此類目標(biāo)時(shí)傳統(tǒng)艦艇武器基于點(diǎn)殺傷、直接毀傷的機(jī)制難以滿足艦艇近程對空防御需求。但是從無人機(jī)蜂群的弱點(diǎn)角度來看，一是無人機(jī)蜂群速度低，且為了增強(qiáng)突防和攻擊能力，其臨艦密度較高，非常容易被造成面殺傷。二是無人機(jī)蜂群內(nèi)部為了協(xié)調(diào)動(dòng)作，如航路規(guī)劃、防碰間距、空中避障、編組方案、攻擊分配等，蜂群內(nèi)的無人機(jī)具備大量電子系統(tǒng)，如導(dǎo)航系統(tǒng)主要采用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航相結(jié)合的方式，受到一定功率的電磁干擾后將無法獲得精確的定位數(shù)據(jù)與航路規(guī)劃，進(jìn)而出現(xiàn)失控，將干擾蜂群的協(xié)同能力，降低攻擊效能；控制系統(tǒng)需要地面、艦載或機(jī)載控制站的遠(yuǎn)程控制，其通信鏈路易受到電磁干擾而失效；蜂群內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)主要采用無線自組網(wǎng)(Ad-hoc)通信模式，無人機(jī)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間能夠相互轉(zhuǎn)發(fā)遙控指令，交換感知態(tài)勢、健康情況和情報(bào)收集等數(shù)據(jù)[5]。這些系統(tǒng)均為包含大量微電子器件的電子設(shè)備，易受到電磁干擾而失能。因此，針對無人機(jī)蜂群威脅，艦炮有必要在保持傳統(tǒng)的直接摧毀機(jī)制同時(shí)，兼顧向間接毀傷發(fā)展；在保持傳統(tǒng)點(diǎn)殺傷效能的同時(shí)，兼顧向面殺傷發(fā)展。

3.2 發(fā)展艦載微波艦炮武器

無人機(jī)中的微電子器件能夠被電磁脈沖（EMP）損壞，損傷能量閾值只有10uJ，它們受到EMP損傷或失效，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)功能的失效。射頻電磁波是強(qiáng)電磁脈沖武器輻射的電磁波，這種電磁波最主要的類型是微波。為了滿足現(xiàn)代武器裝備系統(tǒng)的強(qiáng)殺傷功率，使用脈沖電磁波是其主要手段，形成微波武器[6]。高功率微波武器（HPM）工作頻率一般為300MHz～300GHz，脈沖峰值功率在100MW以上，能夠在極短時(shí)間內(nèi)通過高增益天線定向輻射高功率微波，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波射束照射目標(biāo)，干擾或損壞無人機(jī)的電子元器件，使其失能。公開資料表明，美國陸軍“相位器”高功率微波武器系統(tǒng)能夠損毀無人機(jī)內(nèi)部的電子器件，使其控制系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)失能墜毀；俄羅斯聯(lián)合儀器制造公司研制的微波武器系統(tǒng)使無人機(jī)的通信系統(tǒng)失效，導(dǎo)致無人機(jī)失去控制；陸基高功率微波武器實(shí)驗(yàn)表明，對無人機(jī)有較強(qiáng)的作戰(zhàn)效能。

高功率微波武器既具有直接摧毀能力，又具有間接毀傷能力。高功率微波武器對無人機(jī)電子設(shè)備的毀傷途徑主要分為“前門”耦合和“后門”耦合兩種方式?！扒伴T”耦合是指微波電磁脈沖能量通過目標(biāo)天線或傳輸線等直接耦合到其內(nèi)部；“后門”耦合是指微波電磁脈沖能量通過目標(biāo)表面孔洞、縫隙、線纜或殼體等耦合到其內(nèi)部。通過各種耦合途徑進(jìn)入目標(biāo)內(nèi)部的電磁脈沖能量能夠?qū)﹄娮釉骷斐砷g接毀傷或直接摧毀。原因可能包括熱二次擊穿、瞬態(tài)場致電壓擊穿、復(fù)雜波形引起的其他失效、瞬時(shí)熱效應(yīng)引起的金屬化失效等[7]。電磁脈沖能量可以使無人機(jī)內(nèi)部控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、定位系統(tǒng)的電子元器件出現(xiàn)高功率微波熱效應(yīng)從而失能或燒毀；還可以通過干擾電磁場使電子元器件產(chǎn)生誤動(dòng)或功能失效，使數(shù)字電路出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤或輸出異常信號，造成無人機(jī)定位失效、控制失能、相互間通信失敗，甚至直接燒毀。同時(shí)，高功率微波武器還是一種典型的面殺傷武器，高能電磁波在空間形成一個(gè)以微波武器波源點(diǎn)為中心、以波束角為張角的圓錐體型殺傷區(qū)域，在目標(biāo)所在平面內(nèi)形成一個(gè)不規(guī)則橢圓的殺傷覆蓋區(qū)域，該區(qū)域的長短軸長度與微波武器的波束角、發(fā)射傾角及目標(biāo)高度相關(guān)。

相對于“密集陣”（彈丸初速約1113m/s，有效射程約1800m，20mm脫殼穿甲彈約2s才可抵達(dá)預(yù)定彈著點(diǎn)，需提前解算諸元，無人機(jī)飛行機(jī)動(dòng)改變狀態(tài)后則命中率下降）等高射速點(diǎn)殺傷小口徑近程防御艦炮武器而言，高功率微波武器（電磁脈沖光速傳播）具有打擊命中率高、無需儲備彈藥、更換彈藥方便、實(shí)現(xiàn)大范圍面殺傷的強(qiáng)大優(yōu)勢；相對于高能激光艦炮武器而言，高功率微波武器具有受氣象條件影響小、指向精度要求偏低和實(shí)現(xiàn)大范圍面殺傷的巨大優(yōu)勢，成為艦炮發(fā)展的新方向。

3.3 發(fā)展電磁脈沖炮彈

立足于現(xiàn)有中大口徑艦炮作用的發(fā)揮，出于不同距離下梯次抗擊無人機(jī)蜂群的實(shí)際作戰(zhàn)需求，基于艦載微波艦炮武器的毀傷原理，可發(fā)展電磁脈沖炮彈。電磁脈沖炮彈通過內(nèi)部電子元件產(chǎn)生初始電流與磁通量，利用火炸藥爆炸能量壓縮初始磁通量從而產(chǎn)生高脈沖電壓，激發(fā)微波，將在空中形成定向的微波輻射范圍。電磁脈沖炮彈將水面艦艇對無人機(jī)蜂群的抗擊距離從數(shù)公里拓展至數(shù)十公里，與艦載微波艦炮武器配合，形成較為完善的對無人機(jī)蜂群防御能力。

4 結(jié)語

艦炮武器作為海軍水面艦艇的主戰(zhàn)武器，除攻擊岸上目標(biāo)、水面艦艇、飛機(jī)和導(dǎo)彈等多種傳統(tǒng)目標(biāo)外，還需要作為應(yīng)對無人機(jī)蜂群威脅的重要武器。高功率微波具有集直接摧毀和間接毀傷機(jī)制一體的面殺傷能力，其反無人機(jī)效能也受到了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，成為艦炮武器的重要發(fā)展方向。當(dāng)然作為艦炮武器而言，艦載微波武器還需進(jìn)一步解決一系列技術(shù)問題，以進(jìn)一步提高主瓣功率、增強(qiáng)射程及毀傷能力，降低副瓣對己艦電子設(shè)備的影響。電磁脈沖炮彈還需進(jìn)一步解決電子元件抗過載能力、空中微波定向等問題。隨著技術(shù)發(fā)展與難題破解，上述武器將與當(dāng)前各類主戰(zhàn)艦炮武器配合，共同成為水面艦艇?？辗烙膱?jiān)實(shí)屏障。