導彈武器全天候自然環境實驗室研究

李 飛，汝 楓，趙軍貴，崔琳琳，劉 珺

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導彈武器全天候自然環境實驗室研究

李 飛，汝 楓，趙軍貴，崔琳琳，劉 珺

（中國運載火箭技術研究院，北京，100076）

由于使用環境復雜多樣，對導彈武器的研制需要開展多種氣候條件下的自然環境試驗。受自然條件限制，室外自然環境試驗效率低、周期長，無法適應現代武器裝備研制需求。全天候自然環境實驗室可在實驗室條件下模擬各種自然環境，試驗條件可精準控制，試驗效率高、周期短、成本低。全天候自然環境實驗室是未來導彈武器自然環境試驗的發展方向。

導彈武器；全天候；自然環境試驗；研制效率

0 引 言

導彈武器系統由導彈和地面（艦面）配套設備組成，包含著各項子系統，如導彈系統、瞄準、探測跟蹤系統和指揮通信系統等；包含各類大型產品，如導彈、彈箱、發射車、測試車、指揮車等。在實戰條件下，導彈武器系統可能會經受嚴酷的自然環境，如高低溫[1]、濕熱[2]、淋雨、鹽霧、砂塵、高原等，這對武器裝備的環境適應性提出較高的要求，且隨著導彈武器系統實戰化要求的提高和訓練強度的增加，實戰情況下往往不具備及時的戰場維修條件，若武器裝備因環境適應性差發生故障，將嚴重影響導彈武器系統的作戰效能。因此，在導彈武器系統研制過程中，環境適應性考核成為研制過程的重要組成部分。

導彈武器系統在研制過程中開展大量的環境適應性試驗工作[3]，這些試驗覆蓋了導彈的單機、子系統和整裝備系統。其中，大型子系統和導彈武器整裝備系統的環境適應性試驗是將參試產品在不同的季節運往特定的地點，利用當地的自然環境對武器系統的環境適應性進行考核。外場自然環境試驗雖然真實，但是其試驗條件由自然環境決定，存在著如試驗條件和試驗時間等不確定性因素；武器系統需要經歷長距離機動才能到達試驗地點，產品技術狀態不確定；外場試驗需要組織龐大的試驗隊，車輛、設備維護和保障費用高，試驗周期長，無法滿足現代武器裝備研制需求，急需建設全天候自然環境實驗室開展試驗驗證工作。

1 導彈武器全天候自然環境實驗室發展現狀

1.1 國外自然環境實驗室發展現狀

自20世紀40年代以來，為了適應航空、航天、兵器及其它產品的發展，在認識到單純外場自然環境試驗的局限性后，國外先后建立了各種類型和不同規模的自然環境模擬設備[4]。其中，典型的地面環境模擬設備包括：美國麥金利（Mckinley）環境試驗中心，美國阿伯丁試驗場兵器環境試驗設備，英國皇家陸軍科學研究院車輛環境試驗室，維也納國際車輛研究試驗中心的機車和車輛靜、動態環境試驗設備等。其中，美國麥金利環境試驗中心能夠模擬地球上幾乎所有的自然環境條件。其主模擬室容積為93 000 m3（中心長76 m、寬61 m、高21 m）。此外，韓國也建立了國防科學研究所（Agency for Defense Development，ADD）環境試驗中心，可模擬雨、雪、凍雨、高溫、日照等單因素或多因素氣候環境[5]。

1.2 國外自然環境試驗情況及發展趨勢

為提高導彈武器系統的可靠性，國外對元器件及儀器整機的環境及可靠性試驗十分重視，一般都配有完善的小型自然環境試驗箱和試驗室。雖然單獨的部件和分系統在研制過程中都要經受嚴格的環境試驗，但并不能保證由部件和分系統組成的導彈武器系統在各種自然環境條件下都能夠正常工作。因此，全系統的環境試驗也是必不可少的，進行全系統試驗的大型自然環境試驗室的建設受到越來越多的重視。

隨著導彈技術的發展，國外進行了各種類型導彈的人工自然環境試驗。戰術導彈如誠實的約翰、長矛、霍克、警犬、潘興等都進行了全彈人工自然環境試驗。中遠程導彈如海神的Ⅰ、Ⅱ發動機，民兵的Ⅱ、Ⅲ級發動機也都進行了人工自然環境試驗。美國麥金利環境試驗中心已經進行了70多個導彈武器系統的環境條件適應性試驗，為不斷設計和提高武器裝備的各種性能提供了大量實用的環境數據。

1.3 中國自然環境實驗室發展現狀

中國自20世紀60年代以來，為滿足兵器、火車和汽車等研制和生產的需要，建設了相當數量的各類不同規模的自然環境模擬設備，由于這些設備主要是為常規兵器、汽車、發動機等行業服務，還不能完全滿足航天產品的特殊需要，如導彈在模擬環境下的起豎、發射瞄準等。

環境模擬設備及環境試驗技術經歷了由單參數模擬到多參數模擬、從靜態模擬到動態模擬、從產品環境試驗到人機系統環境試驗的發展道路。當前的發展方向是建立多參數綜合動態環境模擬設備，進行多參數綜合動態試驗及人機系統環境試驗。

2 自然環境實驗室建設必要性分析

中國尚沒有配套齊全的全系統、全地域、全天候級自然環境試驗室，導彈武器系統進行自然環境試驗模擬時，只能進行單一環境應力或簡單的綜合應力環境模擬，不能進行復雜自然環境的模擬[6]，一些大型導彈武器系統自然環境試驗只能在外場進行，部分特殊自然環境模擬試驗還沒有條件開展。

導彈武器系統提出了全地域、全天候作戰能力的需求，需要提高導彈武器系統環境適應性和可靠性水平[7]，縮短導彈武器型號研制周期，開展導彈自然環境試驗室模擬技術研究，因此必須建立能夠精確模擬導彈武器系統復雜自然環境的大型試驗系統。

2.1 國家軍用標準要求

國家軍用標準中規定導彈武器系統在定型交付使用前必須通過相應的地面自然環境試驗。導彈武器系統通過地面自然環境考核是戰略戰術導彈定型的必要過程，能夠證明導彈武器系統符合戰術技術要求，在保證機動性的前提下適用于各種復雜工作和發射環境，并能保證在惡劣環境下的導彈瞄準和打擊精度。GJB150-1986中提出了多種環境試驗項目，包括：高溫、低溫、溫度沖擊、濕熱、低氣壓、溫度高度、溫度濕度高度、太陽輻射、淋雨、霉菌、鹽霧、砂塵、爆炸性大氣、浸漬、加速度、振動、沖擊、噪聲、飛機炮振等。其中，涉及到自然環境的占絕大部分，充分表明自然環境試驗在型號研制中的重要性。

2009年GJB150A-2009正式頒布實施，其中的通用規則明確規定，試驗過程中參試產品的安裝狀態應盡可能模擬實際使用狀況，并按需要進行試件連接和測試儀器連接。整機整彈典型的備服役期狀態，通過對其單一、連續或混合施加自然環境應力，所獲取的環境適應性信息具有代表性。

GJB806.9-90戰略導彈定型與試驗要求規定，試驗目的是鑒定和評定戰術技術指標是否滿足研制要求，并檢查導彈各分系統之間以及導彈與地面設備、指揮監控系統之間的協調性能。定型試驗項目包括飛行試驗、日照高溫試驗、低溫試驗、高海拔（低氣壓）試驗、淋雨試驗、霧天雪天適應性試驗、防雷暴試驗（主要是火工品）、風荷試驗、野戰條件待機試驗、機動性試驗、運輸試驗、貯存試驗、可靠性試驗以及特別的核環境等特殊環境適應性試驗，其中多數定型試驗涉及導彈發射系統、地面測發控系統、地面指揮系統以及戰術武器的導彈運輸車、導彈轉載、裝填車等分系統在各種環境條件下的戰術技術指標及適應性。武器發射系統需要在各種環境下完成導彈起豎、瞄準、發射準備時間檢定、導彈轉載、裝填等動作，涉及到導彈系統的打擊精度、機動性、發射準備等多個方面，同時導彈武器的工作溫度范圍狹窄，這些都是不同于常規武器和飛機的方面，相應的試驗項目繁多、類型復雜、各類監測手段要求更高。

2.2 全球化作戰要求

與試驗室自然環境試驗相比，外場自然環境試驗需要等待合適的季節，還需長途運輸到合適的試驗地點。如美國C-5A飛機的試驗室試驗和外場自然環境試驗整整延續了1年，主要由于有些自然環境試驗需要等待季節和尋找特定試驗地點，外場自然環境很難重復和穩定。此外，組織外場自然環境試驗工作復雜、保障困難、費用大。而試驗室自然環境試驗易于控制試驗條件，可得到重復的試驗結果，并且可以提供經濟有效的連續研究和分析故障機理的機會，易于更好地鑒別因果關系，從而提高產品的可靠性。

武器裝備全球化作戰需要經受的典型自然環境如表1所示。

表1 武器裝備全球化作戰典型自然環境

2.3 自然環境條件試驗的缺陷

新一代導彈武器系統要求具備高機動化、小型化、高可靠性、快速機動、高效發射、高精度瞄準、遠距離奔襲、全天候作戰等優點，同時縮短研制周期，依靠原有的野外環境試驗會遇到研制進度與天氣情況沖突、自然環境達不到作戰要求的情況，嚴重影響研制進度，例如在進行某導彈低溫定型試驗時，試驗當天天氣情況達不到作戰要求，不得不在第二年重新進行試驗。

導彈武器系統由彈頭、彈體和地面設備組成，在發射前要經過貯存、運輸和發射準備等階段，這些階段要經受高溫、低溫、高濕、日照、淋雨、砂塵和鹽霧等各種地面自然環境的考驗。對于戰術導彈和機動戰略導彈來說，遇到的地面自然環境可能更加惡劣，由于作戰的要求，在發射前遇到的地面自然環境是不可控的。在各種環境應力的單獨或綜合作用下，必然會為導彈武器系統的成敗帶來一定的不確定性，其中包含材料和結構可能受到的腐蝕和破壞，電子元器件、零部件甚至全系統的性能失常，最終影響其效能。

為提高導彈武器系統產品可靠性，從外場自然環境試驗到各種大規模的自然環境試驗室試驗是一個必然的發展趨勢。

3 自然環境實驗室建設方案

自然環境實驗室的應用對象是導彈武器裝備整系統和分系統，包括導彈、發射車、雷達車、裝載車、指揮車等車輛和設備（發射裝置、武控系統、火控系統等艦面裝置）。對導彈武器系統開展自然環境適應性試驗，試驗應力包括高溫、低溫、濕熱、低氣壓、砂塵、淋雨、鹽霧、太陽輻射、積冰、降雪、凍雨等，目的是考核導彈武器系統在上述各種單項應力環境和復合應力環境下待機、開展發射流程、進行發射準備等各項動作的環境適應性和可靠性。

全天候試驗系統是大型的人造地球氣候模擬單元。根據試驗需求，在現有試驗模擬制造技術允許的條件下，在需要空間內盡可能地模擬全球的復雜氣候條件。主要建設有主模擬實驗室、待機實驗室、淋雨系統、太陽輻射系統、低氣壓試驗系統、鹽霧實驗室、溫濕度加載系統等，試驗室總布局如圖1所示。

圖1 導彈武器全天候自然環境試驗室示意布局

實驗室主要試驗工況如表2所示。

表2 全天候自然環境實驗室主要試驗工況

全天候自然環境實驗室將建成航天系統內戰術、戰略導彈武器裝備系統性自然環境試驗室模擬技術平臺：

a）滿足航天武器裝備系統（全彈、地面設備、整車、產品大部段和單機設備）自然環境定型試驗要求；

b）具備自然環境模擬（高溫、日照、低溫、淋雨、高低溫待機、使用流程鑒定、鹽霧、沙塵等）單一及多應力施加的功能；

c）提高全天候自然環境試驗研究手段，促進航天領域自然環境試驗標準的研究和改進。

4 結束語

通過對導彈武器系統全天候自然環境試驗設備的分析研究，立足導彈武器系統研制試驗任務需求，提出一種全天候自然環境實驗室設想方案，將滿足新一代航天武器裝備和重點導彈武器型號全天候作戰能力的需求，解決航天領域武器系統自然環境試驗面臨的問題。建成后可以具備基礎研究及裝備研制一體化的試驗能力，能夠真實模擬復雜的自然環境，滿足全彈、地面設備、整車等大系統待機或者發射狀態下的環境試驗需求，具備復雜大系統綜合應力環境試驗的保障能力，同時也將大大提高中國航天環境試驗的水平及實力，使航天導彈武器裝備的環境試驗技術更接近國際先進水平，對中國航天武器裝備系統試驗驗證技術發展將產生深遠的影響和強大的推動作用。

[1] 黃本誠. KM6載人航天器空間環境試驗設備[J]. 中國空間科學技術, 2002, 6(03): 22-26.

[2] 龐賀偉, 黃本誠, 錢北行, 等. 大型航天器的真空熱試驗技術[J]. 中國空間科學技術, 2002, 6(3): 81-84.

[3] 金恂叔. 航天器環境試驗和航天產品的質量與可靠性保證[J]. 中國空間科學技術, 2004, 12(6): 26-29.

[4] 金恂叔. 航天器研制中的環境試驗及其發展趨勢[J]. 環境技術，2001, 6(5): 16-18.

[5] 金恂叔. 美國的航天器環境試驗標準評述[J]. 環境技術, 1999, (3): 5-8 .

[6] 陳謀義. 環境試驗的重要性及環境試驗設備的有關問題[J]. 環境技術, 1999, (2): 7-12.

[7] 金恂叔. 論航天器的環境試驗和可靠性[J]. 中國空間科學技術, 1997, (5): 33-40.

[8] 黃本誠, 等. 特大型空間環境試驗設備的超高真空獲得技術[J]. 真空科學與技術, 2001, 21(1): 1-4.

Research of Missile Weapon’s Full-WeatherNatural Environment Laboratory

Li Fei, Ru Feng, Zhao Jun-gui, Cui Lin-lin, Liu Jun

(Beijing Institute of Aerospace System Engineering, Beijing, 100076)

The using environment of missile was complex and various, the development of missile needs multiple natural environmental tests under different weather conditions. The full-weather natural environment laboratory could simulate various natural environments, test conditions could be control accurately, with high efficiency, shot term and low cost. The missle full-weather natural environment laboratory had bright future.

Missile weapon; Full-weather; Natural environmental test; Development efficiency

1004-7182(2016)03-0040-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20160310

TJ760.6

A

2015-04-02；

2015-08-02

李 飛（1985-），男，工程師，主要研究方向為國防軍工能力建設