一種在高炮武器系統平臺上加裝制導彈藥方案的研究

劉志鵬，楊 斌，于天朋，王 鑠

(1.北京航空航天大學宇航學院，北京 100191;2.總裝駐長治地區軍代室，山西 長治 046012;3.兵器工業集團有限公司，山西 長治 046012)

高炮武器系統反應速度快、不受氣象條件限制，可以對突然出現的近程空襲目標作戰，同時可以對敵空襲目標實施高火力密集度攻擊，一直以來是防空戰斗中不可缺少的武器。高炮命中精度在很大程度決定于預測機動目標未來位置的精確性，在攔截機動目標時，一般采用的是向目標的提前點射擊，然而，隨著空襲武器制導化和機動性的提高，使得高炮在防空體系中攔截目標的命中概率越來越低。另外，由于現代空襲武器的結構設計特點，即目標在命中大量小口徑彈丸的條件下也可能保持其戰斗毀傷作用。

為了從理論上解決高炮防空效能低的難題，基于高炮在近程防空反導方面的需求和國外發展的趨勢，本文結合國內目前現有的技術提出在中口徑高炮武器系統中加裝毫米波駕束制導彈藥，構建一個理論上可實現“指哪打哪”的高炮駕束制導彈藥防空反導武器系統。

制導彈藥采用毫米波駕束制導體制，可以抗電磁、激光、紅外、閃光、火光、霧氣(在不影響目標識別的條件下)等干擾，同一駕束制導波束可以制導多發制導彈藥，從而可以有效地提高防空反導的效能［1-3］。采用駕束制導彈藥射擊的安全距離最近大于1000m，是傳統高炮彈藥的兩倍多，對超音速目標的爆炸破片損傷發射平臺的概率大大降低，大大提高戰場生存能力。

1 在高炮平臺上加裝制導彈藥技術的國外研究現狀

提高對目標毀傷效能是彈藥技術重要的發展方向，由于現有高炮一般都采用無控彈射擊，存在攔截距離近、抗擊批數少、作戰效能低、攔截超音速目標困難等問題，美、俄、意大利、瑞典以及德、法等國都在中口徑高炮基礎上研制制導彈藥，以提高其防空反導能力。

1)美國

美國從20 世紀70 年代中期開始，就致力于將制導、修正類的彈藥加裝在高炮平臺上，提出了“末端修正的旋轉穩定彈”(TCSP)，主要是用于防空炮彈的末端彈道修正。

它的修正模塊完全安裝在炮彈的引信腔里，該炮彈的彈道修正過程如圖1 所示。末端紅外探測器探測到目標后，確定彈道修正量，并將指令傳遞給鴨舵進行偏轉，操縱導彈飛向目標。這種方案優點雖然比較明顯，但技術難度也很大，要求部件微型化。但是將整套包含著探測部件、數據處理部件、控制部件、氣動操縱部件以及引信組合起來并置于原引信相當的空間里比較困難的。從美國20 世紀70 年代中期提出該方案以來，原本預計三五年內解決微型化問題，然而直到2000 年，該問題仍末得到解決。目前尚未有消息證明該技術難題獲得突破。

2)俄羅斯

有些學者認為地面裝甲車輛的低空和超低空防空區域，防空導彈有明顯的劣勢和不足:防空導彈對環境要求高，低空性能差、裝備數量少，在山區及崎嶇的地形條件下近距離(幾百米)突然出現敵空襲武器的情況，防空導彈短時間內難以到達，且防空導彈安裝到裝甲機動平臺上不利于平臺的隱身，容易成為敵人的目標，所以防空導彈野戰機動作戰能力受限。

所以俄羅斯將57 mm 防空高炮裝在裝甲底盤上，并在該系統上加裝制導炮彈用于對付空中目標。圖2 為該制導炮彈的系統組成圖。

圖1 TCSP 彈道修正過程

圖2 俄羅斯57 mm 高炮制導炮彈系統

該彈藥采用激光束駕束，打擊的距離從200 m 到6 km甚至8 km 的載人目標或是3 ～5 km 內的無人駕駛目標。

3)意大利

為了增強76 mm 自行高炮的防空反導能力，意大利奧托-梅拉拉公司將正在為海軍艦炮研制的DART 毫米波駕束制導炮彈移植至“奧托馬蒂克”自行火炮上，使其能夠發射制導炮彈，以對付武裝直升機、低空飛機及地面輕裝甲目標。

如圖3 所示，“奧托馬蒂克”自行火炮采用62 倍口徑長身管、立楔式炮栓和自動供彈系統，并裝有抽氣裝置，初速900 m/s，有效射程6 000 m，理論射速120 發/min，攜彈量90發。采用“帕爾瑪利亞”自行火炮底盤，全系統反應時間少于5 s，具有全天候和三防作戰能力。

4)瑞典

瑞典博福斯公司為改善40 mm 防空高炮的作戰能力，為其研制了“崔尼提”(GJC4P)防空制導炮彈，

該彈全稱為“噴氣控制彈道修正近炸引信預制破片彈”。彈的前部裝有鎢球預制破片，中間部分設有數個用于彈道修正的小噴孔，氣源由小型燃氣發生器產生;底部裝有折疊式尾翼，用來降低彈丸的轉速，彈底裝有指令信號接收機。制導炮彈外形及工作原理如圖4 所示。

圖3 意大利“奧托馬蒂克”自行火炮

圖4 瑞典“崔尼提”外形及工作原理

彈丸發射后，火控系統的探測跟蹤等系統繼續跟蹤目標，不斷測量目標飛行參數的變化值。火控計算機根據上述參數的變化，計算目標參數變化后的預測點，通過無線電發射機向彈丸發出修正指令信號，接收裝置收到指令信號后，控制相應的燃氣發生器噴氣，產生推力對原先彈道進行修正。該彈的修正速度為15m/s，經過5 ～6 次修正，可使彈丸橫向位移30 ～50 m。

2 在高炮平臺上加裝制導彈藥的可實現性

2.1 實現制導彈藥高炮武器系統的總體思路

中口徑火炮因其彈丸威力、射程、射速等關鍵指標在近程防空等作戰任務中優勢明顯，而其彈丸體積較充足，有利于將其制導化，所以本文提出在中口徑高炮平臺上加裝制導彈藥。總體設計思路是，在基本不改變原有傳統彈藥武器系統的原則下，通過添加毫米波照射系統和制導炮彈系統，構建新的高炮駕束制導彈藥武器系統，使整個武器系統即可以發射常規彈藥又具有發射制導彈藥的功能。制導彈藥采用預制破片戰斗部，多功能近炸引信，能夠高效對付低空飛行的固定翼及旋翼飛行器、制導炸彈、反輻射導彈以及飛行速度2.5 Ma 的巡航導彈。

改造后的系統有如下特點:①充分利用原高炮武器系統的信息資源，對原高炮武器改動小，與常規彈藥武器系統兼容;②將常規彈藥技術和信息化彈藥技術相結合，實現彈藥的有控機動飛行，飛行速度高，機動能力強，能快速到達目標處;③毫米波抗干擾能力強，具備全天侯作戰能力;④同一波束可以同時制導多發相同的制導彈藥，對敵目標攔截效率高。

2.2 制導彈藥高炮武器系統方案

2.2.1 系統工作原理及系統組成

高炮駕束制導彈藥武器系統采用三點法導引，由5 部分組成，分別是原有預警系統、原有火炮系統、原有火控系統和駕束制導裝置、制導炮彈。系統組成如圖5 所示。

圖5 制導彈藥高炮武器系統組成

高炮駕束制導彈藥武器系統工作時先由預警系統發現目標，將目標信息傳遞給火控系統，火控系統根據該信息計算出火炮初始發射角度等信息［4-5］;當目標進入到射程范圍內后，火控計算機給出發射提示，射手擊發發射按鈕，毫米波照射器開始工作，在空間形成編碼信息場，隨即制導彈藥飛出炮口，彈尾部的尾翼鎖定裝置脫落，尾翼張開;當制導彈藥進入波束后，彈上信號接收機接收制導信號，自動識別導彈距波束中心的偏差，形成舵控指令，驅動舵機控制導彈在波束中心飛行;制導彈藥命中目標后，引爆戰斗部，毀傷目標。

2.2.2 制導彈藥方案

整裝的制導彈藥的結構參數與制式彈藥一致，保證原有高炮系統的運輸及裝填過程。其結構組成如圖6 所示。單體包括舵機艙、戰斗艙、儀器艙、接收機、尾翼和藥筒部件。飛行彈采用“鴨”式氣動布局，使其具有良好的操作性，單通道舵機一部分折到彈體內，一部分折在彈外。儀器艙內包含陀螺、彈載計算機、彈載電源等，是制導彈藥的“大腦”，彈載計算機將接收機信號與陀螺信號調制解算后產生制導指令，傳送給舵機，改變制導彈藥運動狀態。4 片尾翼成“×”型分布，通過套筒約束在彈的后方，伸入藥筒內部，彈藥出炮口后迅速展開保持彈藥穩定。接收機位于制導炮彈的底部，通過一個托盤保護其承受火炮近20 000 g 的發射過載，它主要接受毫米波照射器發出的帶編碼的激光信號，調制為電信號后傳輸給彈載計算機。制導彈藥通過固定在彈丸中心部位的彈帶與火炮結合，藥筒中發射藥在炮膛內作用使彈藥在短時間內獲得較大初速，可達900 m/s。

該制導彈藥不再配備其他動力裝置，出炮口后采用“無動力飛行”的速度方案，其速度-時間曲線如圖7 所示。

圖6 制導彈藥的結構組成

圖7 速度-時間曲線

在該飛行速度下，制導彈藥的最大橫向機動過載可達15 g，從而保證了制導彈藥良好的機動特性。

3 加裝制導彈藥高炮武器系統的作戰效果分析

根據高炮駕束制導彈藥的作戰需求，針對典型的制導炸彈目標，對使用高炮駕束制導彈藥的作戰效果進行仿真分析。

對于制導炸彈類典型目標，一般都是由載機投放，飛行的彈道和彈體結構如圖8 所示。載機投放制導炸彈應滿足投放速度和投放姿態等約束條件時投放(初始彈道傾角在-30 ～20°，并且滿足末端落角大于30°)，投放高度為3 000 ～11 000 m。

圖8 目標(制導炸彈)的示意彈道及結構組成

根據以上信息，分析在作戰使用條件下制導彈藥在攔截目標過程中整個彈道所需的機動能力，在全彈道上，以顏色標明所需用的過載值，分析的結果如圖9 所示。

圖9 制導彈藥在垂直作戰平面攔截不同距離目標時的需用過載

通過圖9 中分析可知，對典型的目標，采用駕束制導彈藥對其攔截，在作戰空域中，設計的最大可用過載大于需用過載，滿足戰技指標要求。

圖10 使用制導彈藥攔截目標的空間剛體彈道

在高炮平臺上加裝制導彈藥，主要是讓發射的彈丸有控機動飛行，攔截機動目標，為了驗證制導彈的機動有效性，設定目標距離為6 km，速度為0.9 Ma，末端機動，采用六自由度剛體彈道進行仿真。仿真結果如圖10。從圖10 中可以看出制導彈藥的彈道彎曲，彈丸機動飛行，有效攔截了末端機動的目標。

對于制導彈藥除本身可機動飛行攔截目標外，其命中概率還受跟蹤、制導系統影響，所以制導彈藥命中概率是在一定的系統約束下的一個綜合指標。通過分析可知，單發制導彈藥的命中概率隨距離的變化規律如圖11 所示。

圖11 單發制導彈藥的命中概率

對于毫米波駕束制導，最大的優勢是同一波束可以制導多發制導彈藥，由分析可知，對于多發制導彈藥命中概率變化如圖12 所示，從圖12 中可以看出當同一波束制導5 發彈藥時，在6 km 處的累積命中概率達90%以上，對目標的累積攔截效果顯著。

圖12 多發制導彈藥的命中概率

4 結束語

綜上所述，在中口徑高炮防空體系中加裝駕束制導彈藥會大大提高其防空反導的效能，并且克服了傳統無控彈藥攔截機動目標時，計算射擊諸元誤差導致彈丸難以命中目標的難題。同時國內在該口徑的制導彈藥研制方面有一定的技術儲備，所以技術風險小，具有可實施性。

［1］王狂飆.俄羅斯與西方國家的炮射導彈［J］.火炮發射與控制學報，2002(4):57-61.

［2］王狂飆.激光制導武器的現狀，關鍵技術與發展［J］.紅外與激光工程，2007，36(5):651-655.

［3］錢杏芳.導彈飛行力學［M］.北京:北京理工大學出版社，2000.

［4］徐士良.數值方法與計算機實現［M］.北京:清華大學出版社有限公司，2006.

［5］常思江.某鴨式布局防空制導炮彈的飛行彈道特性與控制方案研究［D］.南京:南京理工大學，2011.