艦艇末端防御艦炮技術(shù)發(fā)展探討

蔡 杰，程守虎，周 力

(中國船舶重工集團公司 第七一三研究所，河南 鄭州 450015)

0 引 言

海軍艦艇末端防御的主要任務(wù)是防空反導(dǎo)，隨著科技的發(fā)展，作戰(zhàn)樣式發(fā)生了一些變化，如防御無人機/艇群攻擊等，但其中防空反導(dǎo)仍然是其最主要的任務(wù)。在當(dāng)前技術(shù)條件下，艦艇防空反導(dǎo)的指導(dǎo)思想是采用多型武器在不同距離上梯次攔截目標(biāo)，以此提高系統(tǒng)的攔截效率。作為反導(dǎo)防御最后一道屏障的末端防御系統(tǒng)一直受到各國海軍的高度重視，國外已發(fā)展了多型近程或末端防御系統(tǒng)，如“守門員”、“密集陣”、“海上衛(wèi)士”、“卡什坦”等，國內(nèi)也自主研發(fā)了相應(yīng)的反導(dǎo)防御系統(tǒng)[1][7]。隨著技術(shù)的進步、新的艦艇末端防御需求的出現(xiàn)，對艦艇末端防御艦炮的發(fā)展也提出了新的要求。

1 主要威脅目標(biāo)分析

在未來一段時間內(nèi)，面臨的防空反導(dǎo)威脅將會發(fā)生顯著變化，主要體現(xiàn)在2個方面。

1.1 威脅的質(zhì)變

反艦導(dǎo)彈（ASM）朝著高超音速、高機動、隱身、智能等方向發(fā)展，其突防能力和攔截難度均大幅度上升。

近年來，我國周邊很多敵對勢力和潛在對手均裝備了超音速反艦導(dǎo)彈，例如臺灣地區(qū)的“雄風(fēng)”Ⅲ達到2.5～3.0 Ma、印度的“布拉莫斯”達到2.5～2.8 Ma、越南的“寶石”達到2.5～2.6 Ma、KH31約為2～3 Ma，日本的ASM-3預(yù)計飛行速度超過3 Ma，有可能達到5 Ma，均已形成戰(zhàn)斗力[2-3]。

美軍提出了研發(fā)亞音速和超音速相結(jié)合的遠程反艦導(dǎo)彈（LRASM）的設(shè)想。除了近期開展的LRASM項目，美軍還開展了高超音速導(dǎo)彈的研究工作，如X-51A，射程大于1 000 km、速度6 Ma左右，其突防能力將比超音速導(dǎo)彈更為強大。可以預(yù)見，在未來十幾年內(nèi)，美國海軍武器裝備中將出現(xiàn)亞音速、超音速和高超音速ASM并存的局面[4]。

在超音速反艦導(dǎo)彈研制方面，俄羅斯處于世界領(lǐng)先水平。俄羅斯擁有不遜色于美國的超音速反艦導(dǎo)彈，比較著名的超音速反艦導(dǎo)彈及其飛行速度如表1所示。巡航段超低空飛行，末段大角度俯沖攻擊等策略使末端攔截更加困難。

表1 俄羅斯超音速反艦導(dǎo)彈及其飛行速度Tab.1 Russian navy’s supersonic anti-ship missile and flight velocity

印度在“布拉莫斯”反艦導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上又開始研制“布拉莫斯”-2反艦導(dǎo)彈，該型反艦導(dǎo)彈預(yù)計飛行速度可達5～8 Ma。

在可預(yù)見的未來，美俄將裝備高超音速反艦導(dǎo)彈，其技術(shù)必然會向日本、越南、印度及臺灣地區(qū)擴散，對我艦艇安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，而我國目前裝備的艦艇末端防御艦炮均不能有效應(yīng)對上述高超音速反艦導(dǎo)彈。

1.2 威脅的量變

主要體現(xiàn)在未來的戰(zhàn)爭中，我艦艇末端防御武器需要執(zhí)行的防御作戰(zhàn)次數(shù)大幅度上升，上升的原因主要有以下幾點：

1）飽和攻擊的威脅

隨著我國艦艇防空能力的上升，敵對勢力必然會利用飽和攻擊的作戰(zhàn)方式對我加以攻擊。目前美國、越南、日本等國家均具備了空基、海基、陸基發(fā)射反艦導(dǎo)彈的能力，可一次性發(fā)射數(shù)十乃至上百枚反艦導(dǎo)彈，大大超過我艦艇末端防御武器的攔截能力。

2）無人作戰(zhàn)武器的威脅

近年來，出現(xiàn)了采用大批量無人機/艇進行自殺攻擊的作戰(zhàn)模式，對水面艦艇具有極大的威脅。例如，美軍的無人機“蜂群”、“狼群”戰(zhàn)術(shù)都計劃采用大批量低成本的無人機、無人艇對水面艦艇進行攻擊，為反艦導(dǎo)彈突防創(chuàng)造條件。其數(shù)量將遠遠超過我軍主力驅(qū)逐艦搭載的各型導(dǎo)彈、主炮、副炮所能攔截批次的總和，一旦彈藥耗盡，艦艇將不得不退出戰(zhàn)斗。

3）遠洋海軍的需要

未來，隨著我海軍走向深藍，執(zhí)行越來越多的跨洋任務(wù)，一次出海長達數(shù)月，可能進行多次戰(zhàn)斗，艦載武器裝備也應(yīng)相應(yīng)執(zhí)行數(shù)十乃至上百次攔截作戰(zhàn)。

2 現(xiàn)有末端防御艦炮裝備的不足

我艦艇現(xiàn)有末端防御艦炮裝備主要有630/630A，730，1130艦炮，面對未來出現(xiàn)的威脅變化，應(yīng)對能力存在較大欠缺，需求變化與現(xiàn)有末端防御艦炮所存問題對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 需求變化與末端防御艦炮所存問題對應(yīng)關(guān)系Tab.2 Requirement changes and present situation of terminal defense naval gun

2.1 攔截批次少

目前我艦艇裝備的末端防御艦炮大都是多管速射炮，射速高，攔截單個目標(biāo)耗彈量大，備彈量相對較少，僅能攔截幾個批次的目標(biāo)。若攔截目標(biāo)為超音速導(dǎo)彈，攔截批次還將減少。現(xiàn)有近防武器在單次戰(zhàn)斗中的攔截批次過少，無法滿足未來作戰(zhàn)要求。

2.2 持續(xù)作戰(zhàn)能力低

艦艇出航一般只能攜帶有限的幾個基數(shù)的彈藥。在反艦導(dǎo)彈的飽和攻擊或大量無人機/艇的自殺攻擊之下，一個由3～5艘主力艦艇組成的編隊至少需要消耗1個基數(shù)的彈藥才可能實現(xiàn)有效攔截，則該編隊一次出航最多只能應(yīng)對敵幾個攻擊波次。現(xiàn)有近防武器的持續(xù)作戰(zhàn)能力與遠洋海軍的作戰(zhàn)要求不相匹配。

2.3 攔截概率難以提高

目前，國內(nèi)外艦艇近防炮均采用通過提高發(fā)射率來提高對目標(biāo)的毀傷概率，但隨著反艦導(dǎo)彈速度的提高，單純通過提高發(fā)射率來保證攔截概率的代價已不現(xiàn)實。若希望能對未來出現(xiàn)的5～6 Ma目標(biāo)進行有效攔截，同時保持較好的適裝性、經(jīng)濟性，就不能繼續(xù)走僅僅通過提高發(fā)射率來滿足攔截概率要求的老路。

2.4 攔截距離過近

高超音速導(dǎo)彈不僅可以通過其戰(zhàn)斗部對艦艇進行毀傷，還可以依靠其本身動能破壞艦體及艦上設(shè)備。5～6 Ma的飛行速度達到了坦克炮穿甲彈的初速，即使導(dǎo)彈解體，部分碎片在慣性的作用下，仍能向前飛行1～2 km，對艦艇進行毀傷。現(xiàn)有末端防御艦炮對反艦導(dǎo)彈的攔截距離一般在2 km以內(nèi)，即使攔截成功，也不能避免艦艇受到損傷，甚至在某些時候會加劇損傷。

綜上，當(dāng)前我艦艇末端防御艦炮無法有效應(yīng)對未來20-30年出現(xiàn)的各種威脅變化，有必要對新一代末端防御武器展開構(gòu)想和研究。

3 下一代末端防御武器初步設(shè)想

3.1 未來末端防御需求

著眼于未來我艦艇面臨的威脅特點，若要使我艦艇能在未來戰(zhàn)場中保持較高的生存力和戰(zhàn)斗力，新一代末端防御武器應(yīng)能實現(xiàn)以下幾點：

1）攔截成功率進一步提高

考慮到反艦導(dǎo)彈的發(fā)展趨勢，新一代末端防御武器應(yīng)能對5～6 Ma目標(biāo)保持90%以上的攔截成功率，對2～3 Ma目標(biāo)保持95%以上的攔截成功率。

2）攔截批次大幅度提高

考慮到在今后一段時間，美國、日本等國家均擁有或?qū)碛欣梅磁瀸?dǎo)彈對我艦艇進行飽和攻擊的能力和利用海量無人機進行自殺攻擊的能力，新一代末端防御武器在單次戰(zhàn)斗中應(yīng)能攔截數(shù)十枚反艦導(dǎo)彈或者數(shù)百架無人機。

考慮到我艦艇未來執(zhí)行遠洋作戰(zhàn)、長期作戰(zhàn)的需求，艦艇一次出航所攜帶彈藥耗材應(yīng)能支撐末端防御武器進行10～20次防衛(wèi)戰(zhàn)斗。

3）攔截距離增加

為使艦艇不受導(dǎo)彈殘余碎片毀傷，達到較為完善和徹底的保護效果。下一代末端防御武器的攔截距離應(yīng)達到3～5 km。

同時，醫(yī)院還調(diào)整了預(yù)約掛號時間，由提前15天早上6：00調(diào)整到15天前的晚上20：00，延長了電信114的預(yù)約取號時間，避免患者因預(yù)約搶號導(dǎo)致睡眠不足。借助信息化，醫(yī)院實施了網(wǎng)絡(luò)平臺掛號，不需取號的掛號方式節(jié)約了物資、時間和人力資源。

3.2 未來末端防御技術(shù)

結(jié)合國內(nèi)外末端防御武器和技術(shù)的發(fā)展規(guī)律及趨勢，可以預(yù)測，超高射速、高初速發(fā)射技術(shù)，多武器結(jié)合技術(shù)，高機動目標(biāo)跟蹤技術(shù)，炮彈制導(dǎo)修正技術(shù)，新型彈藥技術(shù)以及新機理武器技術(shù)將是下一代末端防御武器的主要發(fā)展方向。

1）超高射速、高初速發(fā)射技術(shù)

根據(jù)理論計算和仿真，對3.5 Ma的導(dǎo)彈要達到有效毀傷，需要18 000發(fā)/分的發(fā)射率，而要對5 Ma的導(dǎo)彈要達到有效毀傷，則需要22 000發(fā)/分的發(fā)射率。而要實現(xiàn)上述目標(biāo)，可采取新原理艦炮（如“金屬風(fēng)暴”）或多聯(lián)裝艦炮等技術(shù)途徑。

高初速發(fā)射技術(shù)用于提高近防炮的攔截距離。鑒于小口徑彈藥的存速能力較差，若要在較遠距離（3 km以上）上實施攔截，就必須在目前水平上大幅度提高彈丸初速。

目前，提高彈丸初速較為可行的技術(shù)路線有2條，一是利用電磁能進行發(fā)射，二是進一步提升傳統(tǒng)火炮的性能，研發(fā)高初速身管火炮。

研發(fā)高初速身管火炮具有技術(shù)成熟、改進難度小、易于工程化、小型化、成本低、周期短等優(yōu)點。可借鑒坦克炮技術(shù)實現(xiàn)彈丸的高初速發(fā)射，目前坦克炮初速在1 500～1 800 m/s。若能將小口徑艦炮的初速提升至坦克炮水平，就可以較大幅度地提高近防炮的攔截距離，經(jīng)粗略估計約能達到2～3 km的水平。但利用火藥能發(fā)射，提高初速的發(fā)展?jié)摿κ钟邢蓿跛俸茈y繼續(xù)提高到2 000 m/s以上。

電磁能發(fā)射具有諸多優(yōu)點，是未來的發(fā)展方向，但其技術(shù)離工程化還有一定距離，其小型化還存在較大困難。

2）多武器結(jié)合技術(shù)

炮光結(jié)合、彈炮光結(jié)合：隨著激光器的日益成熟和精跟蹤技術(shù)的不斷發(fā)展，國外艦載激光炮武器已經(jīng)進入演示驗證階段，國內(nèi)也正進行預(yù)研，但激光武器的發(fā)展和使用也受到外部因素的制約，激光武器的使用受天氣的影響很大，因此為提高末端防御武器的生存能力和作用效果，激光武器和導(dǎo)彈、艦炮進行共架結(jié)合，形成炮光、彈炮光結(jié)合武器，發(fā)揮各自優(yōu)勢，相互彌補，還可充分利用艦上空間，提高綜合作戰(zhàn)效能。首先，為達到在單次戰(zhàn)斗中攔截數(shù)百架無人機、一次出航所攜帶彈藥耗材能支撐近防武器進行10～20次防衛(wèi)戰(zhàn)斗的要求，就必須采用無彈藥、無耗材需求的激光武器，使艦艇針對無人機/艇等低成本的海量目標(biāo)，具備無限制的持續(xù)作戰(zhàn)能力。其次，為彌補激光武器易受天氣影響和激光功率不足的缺陷，仍需要配備艦炮或?qū)椬鳛檠a充。

3）炮彈制導(dǎo)技術(shù)

從武器發(fā)展歷程看，制導(dǎo)技術(shù)的采用是武器彈藥發(fā)展的最普遍趨勢，是武器裝備提升性能的有效途徑。艦艇末端防御武器也必然符合一般武器的客觀規(guī)律和發(fā)展趨勢。第1代和第2代末端防御艦炮，還處于通過加大火力密度來提高命中概率的階段。在艦艇近防壓力持續(xù)增大的形勢下，如果繼續(xù)提高火力密度代價難以承受，相關(guān)技術(shù)又已成熟，下一代末端防御艦炮就必然向制導(dǎo)打擊的技術(shù)方向發(fā)展。相信隨著技術(shù)的發(fā)展，能承受高沖擊載荷的傳感器和控制器件的研制成功，反導(dǎo)艦炮的制導(dǎo)彈藥一定會得到發(fā)展，這也將大大提高近防炮的攔截概率。

為達到對5～6 Ma目標(biāo)保持90%以上的攔截成功率和在單次戰(zhàn)斗中應(yīng)能攔截數(shù)十枚反艦導(dǎo)彈的作戰(zhàn)能力，唯有利用近放炮制導(dǎo)彈藥技術(shù)，才能大幅度提高反導(dǎo)艦炮單枚彈丸的命中概率，使其比目前提高1～2個數(shù)量級。相應(yīng)的減少了攔截單個目標(biāo)的耗彈量，使攔截批次數(shù)有較大提高。

4）高機動目標(biāo)跟蹤技術(shù)

隨著目標(biāo)機動能力的不斷提高，末端防御武器機動目標(biāo)跟蹤能力也必須進一步提高。這是一個系統(tǒng)性問題，單純依靠數(shù)學(xué)算法是不能解決的，必須從末端防御武器系統(tǒng)反應(yīng)時間和精度著手，應(yīng)用火控新機理、新算法，提高系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度和快速反應(yīng)能力；在改進攔截體制、靈活快速反應(yīng)、多模型建立、機動檢測和識別及改進預(yù)測方法等方面提出改進措施[7]。

5）新機理武器技術(shù)

積極探索新機理武器，如電磁炮、激光武器、高功率微波武器等。新機理武器一旦進入實戰(zhàn)階段，將會推動火控原理和毀傷機理的變革，將使末端防御武器系統(tǒng)發(fā)展到一個新的階段。

如高能激光武器具有反應(yīng)時間短，持續(xù)作戰(zhàn)能力強，指向精度高，能量高而集中，機動靈活，不受電子干擾，效費比高等優(yōu)點，在打擊海量低成本目標(biāo)時具有近乎無限的持續(xù)作戰(zhàn)能力，可用于對付無人機/艇群。隨著激光器功率及高精度跟瞄技術(shù)的不斷發(fā)展，激光武器也可擔(dān)負攔截超高音速導(dǎo)彈的任務(wù)。

高功率微波武器的優(yōu)勢就是區(qū)域性殺傷，針對無人機集群高密度的特點，使用微波武器效果明顯。美國無人機防御計劃所采用的主要武器正是微波武器。2013年，美國陸軍使用雷聲公司研制的高功率微波武器對小型無人機集群進行防御測試。試驗中，高功率微波武器不但可以迅速使無人機喪失功能，還可以作用于一定區(qū)域的多架無人機，可以將該區(qū)域的所有無人機一次性全部癱瘓。

6）新型彈藥技術(shù)

使用末端防御武器的目的是毀殲來襲目標(biāo)或使其偏離我方艦艇。在命中概率一定的情況下，彈丸的終點效應(yīng)決定了末端防御武器最終的攔截效果。反艦導(dǎo)彈殼體相對較薄，這為使用預(yù)制破片彈等新型彈藥帶來可能，目前各國都在發(fā)展自己的新型彈藥。由瑞典博福斯開發(fā)的可編程近炸引信預(yù)制破片彈應(yīng)用于三位一體的末端防御武器系統(tǒng)，大幅提高了對目標(biāo)的毀傷概率。瑞士厄利孔·康特拉夫斯公司研制的一種35 mm高命中效能和高破壞力彈藥（AHEAD）也是一種智能型多用途彈藥，具有更強大的殺傷威力。

4 結(jié) 語

基于目前國內(nèi)的技術(shù)水平和科研能力實際，按照上述技術(shù)途徑，經(jīng)過十?dāng)?shù)年的艱苦努力，末端防御艦炮武器的技術(shù)性能和適裝性會不斷提高，應(yīng)能達到以下技術(shù)水平：對反艦導(dǎo)彈的攔截距離可提升至3～5 km，在一定程度上降低高超音速導(dǎo)彈剩余碎片對艦艇的毀傷；對高超音速、高機動反艦導(dǎo)彈的單發(fā)命中概率都將比現(xiàn)有近防武器高1～2個數(shù)量級，十幾發(fā)到幾十發(fā)炮彈即可毀殲高速高機動反艦導(dǎo)彈；對無人機/艇的單發(fā)命中概率將接近100%，大幅度提高近防武器對無人機/艇的攔截批次，有效應(yīng)對海量無人機/艇的飽和攻擊，提高艦艇持續(xù)作戰(zhàn)能力。