直升機載空空導彈工程驗證試驗與鑒定技術研究*

孫毓凱，孫 斐，任宏光, 呂振瑞，魏靖彪，周 俊

(1 32381部隊， 北京 100070； 2 中國空空導彈研究院， 河南洛陽 471000；3 陸軍航空兵研究所， 北京 101100)

0 引言

雖然導彈武器的使用早在20世紀40年代就已經開始，但直到70年代初，美國國防部才制定了一些關于工程驗證試驗與鑒定技術工作的規范化文件，如DODI5000.1、DODI5000.2和DODI5000.3等，并且隨著武器種類的增多、技術的發展和經驗的積累，這些文件仍在不斷地改進[1]。各軍事大國也緊隨其后開展各類導彈武器裝備的工程驗證試驗與鑒定技術研究，直升機載空空導彈由于其特殊的使用環境及作戰特點，其工程驗證試驗與鑒定技術也具有鮮明的特點。

1 工程驗證試驗與鑒定技術的發展

武器裝備工程驗證試驗與鑒定密切相關、不可分割，武器裝備工程驗證試驗是鑒定的前提和基礎，鑒定是武器裝備工程驗證試驗的延續和深化，兩者都是為確保研制或生產出符合作戰要求的武器裝備這一目的，即沒有足夠有價值的試驗數據，就不可能進行鑒定。如果沒有鑒定，就不可能充分利用試驗所獲得的信息，得出科學的試驗結論，從而也就不可能達到試驗的目的。作為軍事強國的美國，根據不同階段國家的戰略定位和軍事需求，經歷了幾代人的探索，逐步形成了較為先進和完善的工程驗證試驗與鑒定體系，擁有了領先世界的試驗與鑒定技術[2]。縱觀其發展歷程，主要可分為3個階段。

1.1 獨立試驗與鑒定階段

20世紀 80 年代末美蘇冷戰結束，生化、電磁、聲光武器相繼出現，軍事裝備體系發展進入白熱化階段，客觀上要求試驗與評估的職能分離，促進了試驗與鑒定的發展，使之逐漸成為了一門相對獨立的學科。美國各軍兵種陸續建立了80多個試驗鑒定靶場和基地，這些靶場和基地奠定了美軍試驗與鑒定技術發展的基礎，充分保障了美軍的裝備研發、生產、評估以及部隊訓練，但此時每個靶場獨立試驗，功能單一，相互之間信息沒有互通，資源無法共享，導致該階段試驗與評估的局限性[4]。

表1 美軍主要導彈試驗靶場

1.2 聯合試驗與鑒定階段

隨著美軍裝備的更新換代，裝備體系發展越來越成熟，獨立試驗與評估已經無法滿足美軍的需求。除此之外，國家戰略方向的調整和聯合作戰概念的提出，使得美軍試驗與評估面臨著新的挑戰和機遇。因此，聯合試驗與鑒定評估的方法被提出[5]。美國防部為了使聯合試驗與鑒定得到高速發展，啟動了一系列重大計劃，包括中央試驗與鑒定投資計劃 (CETIP)、聯合試驗與鑒定方法(JTEM)、聯合任務環境試驗能力(JMETC)和聯合國家訓練能力(JNTC)[3]。

表2 美軍試驗與鑒定主要政策指南

1.3 一體化試驗與鑒定階段

20世紀90年代，隨著高新技術裝備的發展，美軍認識到裝備試驗鑒定能力難以滿足裝備發展的需要。為適應武器系統采辦發展要求，更好地發揮試驗資源潛力，節約試驗經費，縮短研制周期，降低采辦風險，提高試驗與鑒定效率，美空軍阿諾德工程發展中心首次提出“一體化試驗與鑒定”理念。一體化試驗與鑒定是指項目負責方應協同用戶及試驗鑒定部門，對研制試驗與鑒定、作戰試驗與鑒定、實彈試驗與鑒定、系統互操作性試驗以及建模與仿真等工作進行協調，以形成一個有效的連續統一體，避免進行單一、重復性試驗[4]。美空軍早在F-16項目中就推行了一體化試驗鑒定方法，在F-22、F-35等多個項目中持續推動研制試驗與作戰試驗更大程度地綜合[5]。

現代世界軍事歷史表明，試驗與鑒定(test and evaluation, T&E)在裝備發展中占據著重要的地位。美國國防部DODI5000.2Operationofdefensetheacquisitonsystem(國防采辦系統的運作)文件中，要求試驗與鑒定在采辦項目的全壽命周期內為決策者提供準確、及時、最基本的信息[6]。工程驗證與鑒定目的是全面系統的考核產品的性能是否達到研制合同的要求，為產品工程化研制、批量生產，裝備部隊提供依據。

圖1 美國防部裝備驗證試驗與鑒定流程

2 直升機載空空導彈工程驗證試驗與鑒定特點分析

2.1 工程驗證試驗與鑒定理論

經典工程驗證試驗與鑒定理論把武器系統的指標檢驗抽象成假設檢驗問題，只進行少量的試驗，檢驗難以達到所要求的指標。處理復雜行為系統的定量方法學是科學理論、經驗和專家判斷力的結合，這是定量方法學，是半經驗半理論的。提出經驗性假設是建立復雜行為系統數學模型的出發點。對于武器系統人員而言，長期的實踐積累了豐富的武器系統經驗，但經典試驗與鑒定理論只使用現場試驗信息，忽略了主觀信息。貝葉斯(Bayes)小子樣理論在不降低置信度的前提下，充分利用試驗之前的主觀信息，把各個階段、各種手段獲取的試驗信息進行融合處理，把待估參數看成是一個隨機變量，假設其具有一個明確的驗前分布，試驗之后利用試驗數據進行參數驗后分布的求取，最后利用驗后分布進行統計推斷[7]。

2.2 工程驗證試驗與鑒定理論

1)試驗設計技術

試驗設計的本質問題是一個優化問題。一個優化的試驗方案，既要能夠滿足對試驗裝備戰術技術指標評價的要求，還要考慮試驗經費、試驗設施等實際條件，以較小的代價獲取最大數量有用的試驗數據，提高試驗效益。正交設計與均勻設計是目前研究最為徹底，應用最為廣泛的試驗設計優化方法。在武器裝備鑒定試驗中，正交設計和均勻設計的特點是考慮了外部條件因子的變化,可以得到不同條件下武器性能的期望值。試驗鑒定靶場對武器型號評定基本上還是以現場飛行試驗結果為主。結果評定方案包括一次抽樣統計、二次抽樣統計、序貫抽樣統計，許多情況下使用強行截尾、序貫網圖等方法加以工程運用。多數情況下，試驗是有限的，為避免過度依賴靶場現場試驗的結果，并從多角度全面認識產品的性能，必須借助于數學建模和仿真試驗對試驗的結果進行一定程度的推導和預測。評估不僅要依據一次物理試驗提供的結果，還應依據以往試驗的結果、解析分析結果和仿真試驗結果[8]。

2)工程技術方法

武器系統的性能和效能是工程驗證試驗與鑒定最為基本的依據，針對具體系統做好性能和效能分析是試驗設計和試驗方案制定的基礎。在系統性能和效能層面，要考慮該武器的立項背景、作戰需求、目標對象、配屬關系以及應具備的戰術技術性能等，以便準確全面地把握武器系統的戰術技術要求。為保證試驗與鑒定可行性，還要分析當前的試驗技術能力、試驗測試水平和靶場條件等約束條件。試驗方案的設計與分析要保證試驗目的、試驗項目、試驗條件、試驗樣本量、實施方法等內容合法合規、科學適用。試驗之后要對各種試驗手段獲取的數據進行分析，對各單項戰術技術性能參數進行統計計算和假設檢驗，確定其達到指標要求的程度，并依據綜合效能評價模型，評價武器系統在各種實戰條件下的作戰性能[11]。最后，分析確定產品存在的技術缺陷，提出建議和處理意見。

2.3 直升機載空空導彈工程驗證試驗與鑒定特點

1)直升機載空空導彈試驗實施特點

對機載武器試驗評估技術而言，首先要考慮載機的作戰特點。直升機載空空導彈既不同于地面彈藥武器的試驗與鑒定方法，也不同于高空作戰飛機機載武器的試驗與鑒定方法。首先，考慮直升機平飛、懸停等復雜的機動模式和多樣的系統配合形式，要求試驗與鑒定設計各種飛行條件下的導彈發射科目。其次，在對付不同距離、運動狀態的目標時，武器攻擊能力都會有所差異。再次，直升機作戰要面臨復雜的氣象、地面和空中等自然環境，并在晝夜間使用，這些外部條件對直升機載空空導彈性能的發揮都有較大的影響。因而，全面真實的考核應充分考慮這些外部條件的作用。最后，未來戰場中，直升機還要應付大量的光電對抗、火力對抗等諸多挑戰，為進一步履行好試驗鑒定任務，試驗設計不能僅限于武器系統自身，應把其置于敵我雙方的攻防對抗體系中統籌考慮。試驗設計面臨的最大難題是試驗用彈量限制和試驗條件覆蓋的問題，也就是如何解決考核的經濟性和考核的全面性矛盾[7-8]。

2)直升機載空空導彈試驗靶場特點

直升機載空空導彈作戰使用高度介于常規的陸軍地面武器彈藥和空軍固定翼飛機用彈藥之間，一般為十幾米到幾百米，攻擊目標距離正在由可視向超視距攻擊發展。直升機載空空導彈試驗要求整個場區平整開闊，便于試驗設施設備的展開。要求通視性好，便于光學測試、偵察和制導設備的正常使用。

直升機載空空導彈試驗靶場有別于其他軍兵種的試驗靶場。如部分飛機試飛基地沒有進行武器彈藥發射試驗的條件，一些基地雖然可以開展大量的實彈試驗，但是缺少必要的試驗測試設施設備，一次試驗可獲取的試驗數據量太少，難以支撐鑒定與評估。還有一部分靶場一般在沙漠戈壁，自然環境和背景單一，不利于考核導彈在復雜環境條件下的性能。所以，直升機載空空導彈試驗一般選在常規兵器試驗靶場進行[9]。但從以往完成的任務看，目前靶場完成的試驗鑒定中，僅僅做了一些簡單的目標干擾釋放項目，離復雜戰場環境考核還有一定的距離。

3)直升機載空空導彈試驗靶標特點

靶標模擬威脅目標的逼真程度，從根本上決定了靶場效果和戰場效果的一致性程度，決定了靶場的試驗鑒定水平和武器裝備試驗與鑒定結果的可信度。因為直升機載空空導彈以攻擊敵方武裝直升機為主要目標，同時還要應對低空飛行的其他目標，所以靶標應在尺寸特征、運動特征、信息特征和易損性特征等方面與被模擬的真實目標盡量接近。在探測性能試驗時，應盡量采用真實的直升機、無人機等作為目標。在武器精度考核試驗中，應設計空中靜止的、空中可運動的靶標。在導彈殺傷效能試驗中，戰斗部威力考核可采用各種等效厚度的鋼板模擬不同目標。

3 直升機載空空導彈工程驗證試驗與鑒定

直升機載空空導彈研制過程中，試驗和鑒定是分級進行的。主要包括性能、環境與可靠性、仿真及外場試驗4部分。性能試驗一般在室溫、無振動、無電磁干擾等環境條件下考核導彈系統的基本性能；環境和可靠性試驗是在人工模擬的氣候、動力及電磁環境下考核導彈系統的工作狀態；仿真試驗采用數字、半實物等方式對導彈的制導精度、攻擊區等進行驗證；外場試驗是在室外真實環境下對導彈性能的全面考核[10]。

3.1 直升機載空空導彈性能試驗

性能試驗貫穿整個研制過程，通過性能試驗驗證導彈性能參數與設計的相符性、分系統之間的協調性，為后續試驗提供滿足需要的產品，其所涉及的試驗項目分布在導彈研制的各個階段。主要包括獲取導彈氣動外形空氣動力特性數據的風洞試驗；導彈總裝后對結構外形精度、彈架互換性、協調性進行測試的結構試驗；在分析和處理試驗加載荷的基礎上，在模型試驗的邊界條件下，對試件進行強度考核的強度和模態試驗；分系統測試完成組裝成全彈后開展的導彈系統試驗；針對計算機系統在規定使用條件下所實現的功能及性能進行的軟件試驗。

3.2 直升機載空空導彈環境與可靠性試驗

在產品通過了性能試驗后，為保證產品能耐受預期的極端環境的破壞作用或在這種環境下正常工作而進行的一系列研制和驗證試驗。通過性能和環境試驗的導彈產品，并不能表明在現場使用過程中也能可靠地工作，仍需進行直升機載空空導彈使用環境試驗。主要包括充分考慮其在運輸、儲存和使用過程中所遇到的氣候環境如溫度、濕度、雨水、煙霧、沙塵和霉菌等環境因素的氣候環境試驗；直升機載空空導彈在運輸、掛飛和自主飛行過程中影響結構完整性和工作性能所承受的嚴酷動力環境的動力環境試驗；直升機載空空導彈系統在整個壽命期內所產生的電磁干擾不會對導彈、載機等造成影響的電磁環境試驗；激發產品的設計缺陷，解決缺陷后連續多次模擬任務循環提高產品使用性能的可靠性等試驗。

3.3 直升機載空空導彈仿真試驗

直升機載空空導彈系統仿真試驗在型號研制中有著不可替代的作用，具有直觀、可控、可重復、安全、高效的特點；可用于空空導彈系統的參數設計與調整、試驗驗證和問題查找；更重要的是通過仿真試驗可以縮短研制周期、降低研制風險、節約研制經費。主要包括用數學方法建立數學模型開展系統驗證的數字仿真試驗；利用原理樣機研究戰術技術指標的合理性及可行性，用于分析導彈系統性能的制導系統半實物仿真試驗；通過建立目標易損性模型，導彈與目標交會模型、制導誤差計算模型等分析導彈殺傷效能的仿真試驗。

3.4 直升機載空空導彈外場試驗

以工程驗證試驗與鑒定理論為基礎，將研制總要求規定的指標分解為各項外場試驗項目，安排在全過程協調、漸進地進行考核；開展有針對性對新技術的使用效果和可靠性、產品的薄弱環節和關鍵環節、試驗中曾發現過的問題等進行驗證和考核；試驗設計時，依據研制總要求規定的使用剖面、任務剖面，盡量選擇其中較嚴酷的條件，盡量暴露問題；試驗設計時，還應盡量再現研制總要求規定的使用剖面、任務剖面的真實條件，在不能完全實現真實的環境條件時,必須緊扣試驗目的。發射試驗是一種不可逆的試驗，立足一次成功，盡量避免因為可靠性的原因引起的發射失敗。典型直升機載空空導彈外場試驗包括地面繞飛、發動機試驗彈發射、測振測溫、程控彈發射、制導系留飛行和制導彈發射等試驗。

3.5 直升機載空空導彈工程驗證試驗與鑒定

武器裝備的工程驗證試驗與鑒定很長一段時間由研制部門形成原理樣機后進行靶場試驗，完成靶場設計定型試驗后裝備部隊，在部隊使用過程中有條件時再進行靶場遺留項目的試驗。隨著未來戰爭對武器裝備信息集成、體系作戰和效能評估的需求日趨強烈，導彈武器裝備工程驗證試驗與鑒定技術要求導彈 “走出靶場就能夠走向戰場”。在接近實戰條件下開展武器裝備的作戰試驗，特別是如何給出武器裝備在復雜環境、極限邊界、體系對抗條件下的作戰效能，將會對新型武器裝備快速形成戰斗力產生重大影響[11]。因此，未來直升機載空空導彈工程驗證試驗與鑒定將對研制試驗與鑒定、作戰試驗與鑒定、信息保證試驗以及建模與仿真工作進行協調，形成一個有效的一體化工程驗證試驗與鑒定發展模式貫穿導彈研發的整個過程，其流程框圖如圖2所示[12-13]。

圖2 基于工程驗證試驗與鑒定技術的直升機載空空導彈全流程框圖

4 結束語

日趨成熟的工程驗證試驗與鑒定體系為未來戰爭中武器裝備的發展夯實了基礎，也為軍事力量的增長提供了保障。直升機載空空導彈工程驗證試驗與鑒定技術伴隨武器系統的作戰要求及技術發展而不斷進步，結合超低空制空權爭奪及直升機載空空導彈的發展需求，建立發展適合直升機載空空導彈工程驗證試驗與鑒定體系，將成為直升機載武器裝備發展的關鍵。