美國XM157火控系統(tǒng)憑什么拿下美國陸軍下一代班組武器系統(tǒng)競標(biāo)？

□鈞志

XM157火控系統(tǒng)總體特點(diǎn)

參與美國陸軍下一代班組武器系統(tǒng)火控系統(tǒng)競標(biāo)的主要有渦旋光學(xué)公司（Vortex optic）以及L3 Harris公司（與劉坡爾德公司合作）兩家公司，在經(jīng)過各種測試后，最終渦旋光學(xué)公司的產(chǎn)品中標(biāo)，被命名為XM157火控系統(tǒng)。根據(jù)外媒的評價(jià)，XM157火控系統(tǒng)是一款“革命性的智能光學(xué)和通信系統(tǒng)”，“將大大降低充分掌握XM5步槍和6.8×51mm混合槍彈所需的技能”，也就是說可以降低使用新型槍械的技能要求。

渦旋光學(xué)公司參與競標(biāo)的火控系統(tǒng)，最終中標(biāo)并被命名為XM157火控系統(tǒng)

L 3 Harris公司參與競標(biāo)的火控系統(tǒng)，最終落選

XM157火控系統(tǒng)的主要配置有低倍率可變倍光學(xué)瞄具、顯示覆蓋層、激光測距儀、彈道計(jì)算機(jī)、環(huán)境傳感器、激光瞄準(zhǔn)器、數(shù)字羅盤、無線通信等，真正做到了光電火控與通信系統(tǒng)統(tǒng)的的完完美美組合。

倍率可變倍光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡是目前流行的一類瞄準(zhǔn)鏡，圖為渦旋光學(xué)公司生產(chǎn)的1-6×24LPVO

特點(diǎn)詳解

低倍率可變倍光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡

XM157火控系統(tǒng)的光學(xué)部分是基于1-8×30低倍率可變倍光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡（LPVO）設(shè)計(jì)的。低倍率可變倍光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡是渦旋光學(xué)公司的主打產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于軍警領(lǐng)域，單純從光學(xué)瞄具部分來看，XM157采用了渦旋光學(xué)公司的經(jīng)典設(shè)計(jì)，同時(shí)從電子數(shù)字顯示部分與光學(xué)部分的結(jié)合方式來看，XM157的低倍率可變倍光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡部分采用了分劃前置（分劃設(shè)置在第一焦平面上）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無論是電子顯示屏還是后備蝕刻分劃都能夠隨著倍率的變化而縮放。

顯示覆蓋層

顯示覆蓋層即電子顯示屏系統(tǒng)，顧名思義就是在光學(xué)景象上覆蓋顯示一個(gè)電子顯示屏，主要利用渦旋公司的主動(dòng)分劃板技術(shù)（Vortex Active Reticle）實(shí)現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)和電子顯示屏系統(tǒng)的雙重顯示系統(tǒng)。該技術(shù)將電子顯示圖像投射到光學(xué)系統(tǒng)的第一焦平面上，即具有一套電子顯示屏系統(tǒng)。

這種雙重顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高了火控系統(tǒng)使用的可靠性。傳統(tǒng)的智能火控系統(tǒng)只帶有電子顯示屏系統(tǒng)，且這套電子顯示設(shè)備依賴電池供電，如因環(huán)境等導(dǎo)致電池失效，則電子顯示屏系統(tǒng)無法工作，火控系統(tǒng)全部失效，而像XM157這種同時(shí)帶有純光學(xué)系統(tǒng)和電子顯示屏系統(tǒng)的火控系統(tǒng)，如果電子顯示屏系統(tǒng)失效，還有一套光學(xué)系統(tǒng)可以使用。從美國陸軍將光學(xué)系統(tǒng)稱為“備用蝕刻分劃”也可以看出，在未來XM157火控系統(tǒng)的使用中，電子顯示屏系統(tǒng)是主要使用系統(tǒng)，而光學(xué)系統(tǒng)是作為后備系統(tǒng)使用。

激光測距儀及環(huán)境傳感器

圖為熱融合成像儀在夜視儀上投射的電子顯示屏，XM157火控系統(tǒng)的顯示覆蓋層應(yīng)該與此原理類似

激光測距儀和環(huán)境傳感器這兩部分主要為彈道計(jì)算機(jī)提供彈道計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)，其中激光測距儀主要提供目標(biāo)距離等數(shù)據(jù)，而環(huán)境傳感器主要測量的是溫度、濕度等環(huán)境氣候數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以傳輸給火控系統(tǒng)內(nèi)置的彈道計(jì)算機(jī)，供彈道計(jì)算機(jī)進(jìn)行彈道計(jì)算。

彈道計(jì)算機(jī)

彈道計(jì)算機(jī)通過激光測距儀和環(huán)境傳感器測得目標(biāo)距離和環(huán)境氣象參數(shù)，并以這些參數(shù)作為輸入量進(jìn)行彈道計(jì)算，得到修正量，而后在電子顯示屏中顯示出彈道下降量、電子分劃等信息，士兵可以直接利用電子分劃進(jìn)行修正射擊。

不過，從目前的信息來看，XM157火控系統(tǒng)的彈道計(jì)算機(jī)仍然沒有較好地解決風(fēng)偏修正問題。目前對任何彈道計(jì)算機(jī)來說，高低方向的修正（主要是彈道下降量的修正）都已經(jīng)不是問題，這主要是因?yàn)楦叩头较虻男拚龜?shù)據(jù)比較多且對應(yīng)性比較強(qiáng)，例如對同樣的槍和彈的組合來說，某一距離上對應(yīng)的彈道下降量基本上是比較明確的，因此修正比較容易。但是風(fēng)偏的修正卻恰恰相反，主要是因?yàn)樽匀唤绲娘L(fēng)是一個(gè)對射擊彈道修正有著顯著影響，但是又具有較強(qiáng)不確定性的因素，即使是在同一個(gè)射擊位置、同一個(gè)射擊距離上，氣溫、天氣、時(shí)間等都會(huì)對風(fēng)速、風(fēng)向產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致風(fēng)偏修正存在實(shí)時(shí)變化的問題，因此風(fēng)偏修正到目前為止都是一項(xiàng)非常依賴于射手經(jīng)驗(yàn)的工作。

根據(jù)現(xiàn)有資料推測，XM157火控系統(tǒng)的風(fēng)偏修正采用的是風(fēng)偏修正參考點(diǎn)的方式，即在左右方向上設(shè)計(jì)有多個(gè)風(fēng)偏修正參考點(diǎn)，這些參考點(diǎn)對應(yīng)的是單位風(fēng)速的修正量，例如在某個(gè)距離上每個(gè)參考點(diǎn)對應(yīng)6km/h的風(fēng)速，而根據(jù)射手經(jīng)驗(yàn)此時(shí)風(fēng)速為9km/h，則只需使用第一個(gè)和第二個(gè)參考點(diǎn)的中間點(diǎn)瞄準(zhǔn)目標(biāo)即可進(jìn)行手動(dòng)風(fēng)速修正。

總而言之，在彈道計(jì)算方面，XM157火控系統(tǒng)已經(jīng)做到可以為射手瞄準(zhǔn)提供較強(qiáng)輔助的程度，高低方向的彈道修正已經(jīng)基本上為射手完成，左右方向尤其是風(fēng)偏的修正也最大限度地為射手提供了輔助，已經(jīng)基本使用了目前智能火控系統(tǒng)上能夠使用的成熟技術(shù)，因?yàn)楫吘筙M157火控系統(tǒng)的目標(biāo)是在未來定型并且裝備部隊(duì)，因此也不太可能使用大量成熟度較低的技術(shù)。實(shí)際上目前已經(jīng)有利用多普勒雷達(dá)測量三維風(fēng)場，從而接近實(shí)時(shí)計(jì)算風(fēng)偏的技術(shù)，但是該技術(shù)的成熟度還不高，主要表現(xiàn)在測量三維風(fēng)場的距離還不夠遠(yuǎn)，同時(shí)如果采用該技術(shù)，設(shè)備的體積可能會(huì)過于龐大，這對一款安裝在槍械上供單兵使用的火控系統(tǒng)來說是無法接受的，因此目前XM157的配置可能是取舍后的最佳選擇。

西格-紹爾公司開發(fā)的BDX系統(tǒng)，可通過激光測距儀測距后計(jì)算出彈道下降量并在光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡瞄準(zhǔn)景象內(nèi)顯示修正后的瞄準(zhǔn)點(diǎn)，而XM157兼具兩者的功能

帶風(fēng)偏修正參考點(diǎn)的光學(xué)瞄具分劃，分別對應(yīng)風(fēng)速為16km/h和32km/h，推測XM157火控系統(tǒng)也可能采用了類似的設(shè)計(jì)

激光瞄準(zhǔn)器

XM157火控系統(tǒng)的激光瞄準(zhǔn)器包括可見激光瞄準(zhǔn)和紅外瞄準(zhǔn)兩部分。這一功能基本上可以取代目前美軍所裝備的各種槍裝小型激光指示器。這種多功能集合式的火控設(shè)計(jì)可以盡可能多地減少槍械上安裝設(shè)備的數(shù)量，不僅可以減輕后勤保障的壓力尤其是電源的保障壓力，還可以減少設(shè)備種類，避免士兵面對過多的設(shè)備，尤其是在戰(zhàn)爭等高壓力情況下的設(shè)備誤操作情況。

數(shù)字羅盤

數(shù)字羅盤技術(shù)是目前美軍在夜視儀、火控系統(tǒng)等設(shè)備上使用較多的一項(xiàng)技術(shù)，直觀地來看，即可以在顯示屏上顯示目前的朝向和方位，從而向士兵提供方向等參考，這一點(diǎn)與一些主流射擊游戲中的電子羅盤一樣，士兵可以看到目前自己所在的朝向，同時(shí)借助電子羅盤還可以與其他戰(zhàn)友及時(shí)高效地分享戰(zhàn)場態(tài)勢，例如此前分享戰(zhàn)場態(tài)勢多使用“目標(biāo)在幾點(diǎn)鐘位置”的說法，但是因?yàn)榭赡艽嬖诿總€(gè)人朝向不同的情況，例如士兵A的2點(diǎn)鐘方向很可能是士兵B的1點(diǎn)鐘方向，這樣就很容易產(chǎn)生混淆；而使用數(shù)字羅盤后，士兵A和士兵B就處在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)，可以使用“目標(biāo)在55°”這種說法，而無論士兵A和士兵B的朝向如何，在兩者的數(shù)字羅盤中，“55°”都指的是同一個(gè)方向。

美軍夜視儀中的電子羅盤顯示，可以直觀看出士兵目前朝向?yàn)?3°，XM157火控系統(tǒng)也具備此項(xiàng)功能

無線通信

除了顯示瞄準(zhǔn)修正點(diǎn)外，顯示覆蓋層還可作為單兵計(jì)算機(jī)等設(shè)備的顯示屏使用。這主要得益于XM157火控系統(tǒng)具備無線通信模塊。

就目前來看，士兵使用的單兵計(jì)算機(jī)（目前多為手機(jī)樣式）采用的主流攜帶和使用位置是戰(zhàn)術(shù)背心前面板，使用一個(gè)可折疊式的攜帶包安裝。不使用時(shí)將其折疊起來攜帶，使用時(shí)可以快速翻轉(zhuǎn)，士兵只需低頭即可快速看到并操作使用單兵計(jì)算機(jī)。但是這種使用方法意味著士兵在使用單兵計(jì)算機(jī)時(shí)必須離開瞄準(zhǔn)位置，從而存在無法快速響應(yīng)射擊等問題。

主流單兵計(jì)算機(jī)安裝在防彈衣前面板位置，使用時(shí)需要低頭注視屏幕

而增加無線通信模塊以后，得益于XM157火控系統(tǒng)還具備電子顯示屏，這樣就可以利用電子顯示屏作為單兵計(jì)算機(jī)的顯示屏使用，從而實(shí)現(xiàn)以單兵計(jì)算機(jī)顯示屏為主，火控系統(tǒng)顯示屏為輔的使用方法，單兵計(jì)算機(jī)可以將一些主要的信息通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送到火控系統(tǒng)，并在火控系統(tǒng)的電子顯示屏中顯示出來，如航路點(diǎn)、已經(jīng)識(shí)別的目標(biāo)以及火力打擊區(qū)域等信息，這些都是對作戰(zhàn)有著重要影響的信息，而其他相對不重要的信息不必顯示，否則不僅起不到幫助士兵獲取信息的作用，還會(huì)因?yàn)樾畔⑦^多對士兵造成困擾。

其他設(shè)計(jì)

可靠性方面，XM157火控系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了非常嚴(yán)苛的跌落試驗(yàn)、極端高低溫試驗(yàn)、浸水試驗(yàn)以及數(shù)萬發(fā)的實(shí)彈測試，目前XM157火控系統(tǒng)采用的生產(chǎn)方式是分包制，即在美國集合了一批航空機(jī)械制造商以及光學(xué)、鏡頭制造商為渦旋光學(xué)公司制造XM157的部分零部件，最后在渦流光學(xué)公司總部進(jìn)行總裝。

操作控制方面，XM157火控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有多處旋鈕和按鍵以實(shí)現(xiàn)對火控系統(tǒng)的操作控制，此外XM157還設(shè)計(jì)有通過線纜連接可拆卸的小鍵盤，以輔助士兵操作XM157火控系統(tǒng)。

結(jié)語

XM157火控系統(tǒng)確實(shí)做到了將光學(xué)、電子和通信等功能和模塊結(jié)合到一起，從技術(shù)指標(biāo)上來說實(shí)現(xiàn)了多功能合一，可以取代美軍現(xiàn)役裝備的激光指示器、光學(xué)瞄具、氣象測量儀、激光測距儀、彈道計(jì)算機(jī)等設(shè)備，由于具有無線通信功能，未來還可能與美軍正在研制的新型夜視儀等設(shè)備連接，但是其功能是否達(dá)到了外媒所說的“革命性”，仍然有待時(shí)間驗(yàn)證。

汽車上的HUD抬頭顯示系統(tǒng)，可以顯示導(dǎo)航點(diǎn)、自行車等信息，XM157也有類似功能，可以顯示出航路點(diǎn)、已經(jīng)識(shí)別的目標(biāo)以及開火區(qū)域等信息

XM157火控系統(tǒng)安裝在槍械上，看起來比純光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡稍大稍重，其可取代原本安裝的激光測距儀和激光指示器等裝備，槍械總系統(tǒng)的質(zhì)量并不會(huì)增加太多

為了完成測距或激光指示等工作，士兵此前可能需要同時(shí)安裝多個(gè)設(shè)備，XM157火控系統(tǒng)可以將這些設(shè)備全部取代

美軍正在測試新型夜視儀及瞄準(zhǔn)具，未來XM157火控系統(tǒng)也可與這些智能設(shè)備相連，從而形成一個(gè)系統(tǒng)，提升士兵的數(shù)字化和信息化能力