智能弹药中智能引信的作用

邹金龙

（机电动态控制重点实验室，陕西 西安710065）

0 引言

智能弹药（Intelligent Munitions）还没有一个统一的定义，一般来讲，智能弹药是指利用战场信息自动感知、自主分析判断与决策，实施对目标最佳毁伤的弹药，是一种“发射后不管”的弹药。智能化弹药的主要特征是具有“智能命中”和“智能毁伤”能力。智能命中主要是指具有敌我识别能力、目标优选能力的精确制导技术，主要由弹药制导系统完成；智能毁伤是指能根据战斗部种类、目标特征、弾目交会参数，自适应选择炸点或起爆方式，实现精确起爆，发挥战斗部的最大毁伤效果，并将附带毁伤降到最低的能力，主要由引信来完成。因此，智能引信在智能弹药中起到非常关键的作用，是智能弹药的核心组成部分。另外，智能弹药还可能具备的智能安全控制、战场侦察、敌我识别、毁伤评估等功能也可由引信来完成，智能引信甚至在低成本精确命中方面也将发挥重要作用。

1 智能引信概念和功能

传统引信的定义：利用环境和目标信息，依据预定策略或实时指令引爆弹药的控制装置或系统。传统引信的功能主要包括：

a）安全与解除保险控制功能：保证勤务处理、发射与弹道安全，发射后在安全距离以外解除保险；

b）起爆控制功能：弹目交会过程中，在预期的时间、位置或方位上实时产生起爆信号，输出能量足以使战斗部完全爆炸，满足引战配合要求。

引信作为弹药的重要组成部分，在弹药智能化进程中将发挥重要作用，智能引信的应用将大大提高弹药的精确打击、高效毁伤能力。图1所示的美国近几年引信年会的主题可以看出，引信智能化（或灵巧化）已被列为引信技术发展的主要方向。

智能引信（Intelligent fuze）（有时也称灵巧引信（Smart fuze））是指具有利用战场信息（包含环境信息、目标信息、指挥控制信息）实现自动感知、自主分析判断与决策能力的引信。智能引信主要应具有两个功能：智能安全控制与智能毁伤控制。

图1 近几年美国引信年会的主题

智能安全控制除了传统引信的安全特性外，还具有下列特征：

a）解除保险过程的执行受安全授权的控制；

b）安全距离以外直到引信起爆前保证引信的安全；

c）安全距离以外，在武器系统给出故障信息，或引信内建的测试系统（BIT，built－in test）检测到引信故障时，或者有其他情况时，具有任务取消功能（实现自毁、自失效）；

d）作战结束时，减少附带毁伤，要求引信减少未爆弹率，或使引信具有自毁、恢复保险、自失效、自失能等功能。

智能毁伤控制具有如下特征：

a）具有对多种目标的探测与识别能力；

b）具有多种起爆控制模式；

c）具有适应各种弹目交会条件的精确炸点控制能力，达到最佳引战配合效果，实现对不同目标的最佳毁伤；

d）具有极强的抗背景及人工干扰能力；具有毁伤效果评估能力。

2 智能引信的智能毁伤控制技术

早期的战斗部其威力释放方式比较简单，对付的目标也相对单一，因此对引信的起爆控制要求较低，早期的引信基本可以分为触发、时间、近炸引信三类，分别满足战斗部在目标表层（或浅层）起爆、子母战斗部开仓、在目标附近起爆的要求。智能弹药战斗部的威力控制方式更加精细、目标及背景更加复杂，对引信的起爆控制提出了更高的要求。

2．1 聚焦式、连续杆等新型战斗部要求引信具有精确炸点控制能力

破片聚焦式战斗部是一种新型的防空导弹战斗部，是近几年发展较快的新技术，最早出现在法国海响尾蛇防空导弹上，它利用装药的聚焦效应，使破片在空间一定距离处汇聚，打击能量集中，可对目标进行近似“切割”毁伤，具有强大对空杀伤威力。实验和理论计算可知，在同一威力半径处，聚焦破片作用在每平方米目标上的结构破坏面积和总动能是大飞散角战斗部的10倍以上。

连续杆战斗部也是防空导弹战斗部的重要形式之一，它由许多杆条首尾焊接而成，爆炸时被扩张成一个链环，通过链环的高速运动对目标进行切割式杀伤破坏。英国的警犬II以及美国的霍克改进型导弹均采用的此类战斗部。

这类战斗部和大飞散角的破片式战斗部相比，其破片飞散区很小，基本接近带状，要求引信有更精确的炸点控制能力，往往要求引信充分利用制导系统的信息，根据不同的脱靶量、弹目交会方向、速度，确定引信的启动点。连续杆战斗部对起爆控制的示意图，如图2所示。

图2 连续杆战斗部对起爆控制的要求

2．2 定向战斗部要求引信具有目标方位识别及多点同步起爆能力

一般的战斗部其杀伤元素的静态分布基本上是围绕战斗部纵轴沿径向均匀分布的。在轴向，杀伤元素集中在“飞散角”这一或宽或窄的区域内，不管目标位于战斗部的哪个方位，在战斗部爆炸瞬间，目标在战斗部杀伤区内只占很小一部分，也就是说，战斗部杀伤元素的大部分并未得到利用。如果想办法增加目标方向的杀伤元素或能量，甚至于把杀伤元素或能量全部集中到目标方向上去，将大大提高对目标的杀伤能力。这种使杀伤元素或能量在径向相对集中的战斗部就是定向战斗部。定向战斗部的使用，充分发挥了炸药的能量，提高了炸药的利用率。

对于一般的战斗部，引信只需判定目标相对于弹轴方向的位置，控制起爆位置使目标位于战斗部的破片动态飞散区内，属于一维控制。而对于定向战斗部，引信还必须能够判断目标在战斗部径向的方位，并根据不同的方位实施不同方式的起爆（爆炸网络的选择起爆），控制战斗部的破片集中飞向目标，属于二维控制。定向战斗部对起爆控制的示意图，如图3所示。

图3 定向战斗部对起爆控制的要求

2．3 串联战斗部要求引信具有两次（或多次）起爆协同控制能力

串联战斗部是对付复合装甲（包括反应装甲）的有效手段，对加固目标的侵彻也越来越多的使用破—穿型复合战斗部。

对付反应装甲的破—破型串联战斗部，要求第一级引信的起爆可使第一级战斗部彻底引爆反应装甲，并使反应装甲的爆轰场不影响第二级战斗部的工作，要求第二级引信能在最佳位置起爆，发挥第二级战斗部的最大毁伤效果。其中的一个技术难点是在前级装药和反应装甲作用时，如何保证在爆轰波压力场和电离场的作用下第二级引信的机械部件和电子部件正常工作。

对于破—穿型复合侵彻战斗部，同样要求引信前级在最佳位置起爆，以实现对混凝土的最大穿孔，并保证后级侵彻体顺利穿入该孔，以实现侵彻体的最大侵彻能力。同时，后级引信仍然要具备空穴敏感或计层起爆功能。这时，后级引信的传感装置如何区分前级装药爆炸产生的过载和侵彻体侵彻目标产生的过载将是一个难题。串联战 斗部对起草控制的示意图，如图4所示。

2．4 多模战斗部要求引信具有多模作用方式

美国研制的洛卡斯（LOCAAS）子弹药采用三模式爆炸成形 （EFP）战斗部，可实现人员（软目标或半硬目标）、轻／重装甲目标的有效打击。多模战斗部一般有分段／长杆式EFP、全方位破片、飞行稳定的EFP、扇状射流或长径比小的EFP侵彻体以及定向破片等5种模式，可对付武装直升机、无人机、战术弹道导弹、有生力量等目标，要求引信具有多种作用方式。LOCAAS多模战斗部对起爆控制的示意图，如图5所示。

近几年国内外大力发展的子母一体化多模战斗部，要求引信可以根据作战需要，既可实现母弹开仓，抛洒子弹，实现对有生力量的杀伤作用，又可实现母弹的整体起爆，实现对轻型装甲、防护工事的侵彻毁伤。

未来战争目的的多样化对战斗部威力可控技术提出了新的要求，美国海军正在研制可变杀伤力导弹战斗部，它可通过装定或引信对目标的识别使引信选择实现不同的起爆方式，控制战斗部释放不同的威力。

2．5 云爆战斗部要求引信具有云爆剂浓度识别及多点无线信息交联能力

云爆战斗部是实现常规高能毁伤的现实、有效手段，在同等装药情况下，其威力可以达到普通TNT装药的4～6倍。其工作原理是云爆剂和空气中的氧气充分混合到一定浓度时形成可爆云雾，再对其实施强起爆形成云雾爆轰。

对于小型云爆弹，往往采用整体式结构，一次起爆使弹体解体并抛洒出云爆剂，待云爆剂和空气混合到一定浓度时实施二次起爆。对引信来说，为了实现云爆剂的最佳抛洒和扩散，一次起爆的高度应进行精确控制，并且可随弹道环境、弹道终点的气象条件自适应调整。二次起爆引信应能识别云爆剂和空气的混合浓度，并在最佳时机实施起爆。云爆战斗对起爆控制，如图6所示。

图6 云爆战斗部对起爆控制的要求

对于大型云爆弹，为了增大云爆剂的覆盖区域和云爆剂的最佳扩散，往往采用子母弹结构。一次引信实施定高开仓，抛洒出多个云爆子弹，使多个子弹达到合理的分布。每个子弹的二次引信经精确延时同步起爆，抛洒云爆药剂，同时抛出三次起爆引信。多个三次引信各自探测云爆剂混合浓度，并通过无线通讯方式进行信息交联，当达到合适的云爆剂混合浓度时，实施多点同步起爆，在一个很大的区域内形成云雾爆轰。

2．6 共轭战斗部等新型战斗部要求多引信同步起爆能力

共轭战斗部是一种新概念战斗部，用于反航母或其它大型舰船，其工作过程为：整体弹侵入航母甲板后，战斗部分离，当两级战斗部分离到一定位置时，两级引信同步起爆，使两级战斗部爆炸后形成的冲击波超压在某一点叠加，形成极大的冲击波超压峰值，对舰船内部结构造成破坏。根据目前的分析，要求两级战斗部同步起爆的同步性优于10μs，很显然，即使是在具有同一计时起点的情况下，考虑到两个不同计时电路的误差和雷管起爆时间的误差等因素，达到该项指标有相当的难度。

2．7 高速侵彻战斗部要求引信具备高过载条件下的炸点准确控制起爆能力、应急起爆能力以及毁伤评估能力

侵彻武器用来打击以舰船、机场跑道、地下坚固工事、地下指挥中心、地面多层建筑物为典型目标的地上、地下坚固目标。随着攻防对抗的加剧，侵彻弹药的侵彻能力越来越强，侵彻速度已从原来的亚音速提高到现在的超音速、高超音速，美国等先进国家的侵彻弹药其侵彻速度已达到6～8倍马赫，侵彻过载也大幅度提高，对某些反舰弹药，侵彻过载已达1．5×105g以上。在如此恶劣的条件下，引信要实现对坚固目标的识别和空穴敏感／计层起爆功能，必须要解决超高过载传感器、引信在超高过载下的加固技术等一系列技术难题。

超高过载侵彻战斗部在侵彻过程中会出现战斗部壳体发生意外破坏的情况，作为一种高价值大型战斗部，不希望在出现这种情况时引起战斗部工作失效，由此提出了应急起爆的概念，即：一旦战斗部出现即将引起失效的破坏，即使它还没有到达最佳起爆位置，引信立即起爆战斗部，使战斗部也能发挥一定的毁伤作用。这样就对引信提出了检测战斗部应变情况及应急起爆的要求，如图7所示。

侵彻弹药在实战运用中可能遇到的问题有两个：其一，对地下工事的情报不准确，可能导致预定的起爆策略无法达到设想的毁伤效果；其二，因为对付的是地下深埋目标，无法知道引信是否正常作用。因此美军提出了硬目标侵彻毁伤信息集成引信的概念，在引信中集成战斗部毁伤信息系统，通过无线通讯系统在侵彻弹药侵入目标过程中向地面实时传送侵彻引信感知到的各种信息及起爆信息，并在地面接收器获得这些信息后将其转发给发射载机以供存储和后续分析。

图7 侵彻战斗部对起爆控制的要求

3 智能引信的智能安全控制技术

新型高能毁伤战斗部的出现对引信的安全性提出了更高的要求，国际社会对人道主义关怀的重视，要求引信必须考虑战争结束后的安全问题。

3．1 高能毁伤战斗部、大威力杀伤性武器对引信的安全性提出了更高的要求

新型高能毁伤战斗部采用新型装药，其威力可以达到6倍TNT当量；类似“炸弹之父”、“炸弹之母”这样的大威力杀伤性武器，其TNT当量达到数吨。这些弹药在提高对敌毁伤效果的同时，在意外作用时其破坏力也大大增加，因此对引信的安全性要求可能参照核武器引信的要求。包括安全授权管理、广泛采用电子安全系统、利用更多的发射环境信息（如地理位置信息），可能要求勤务处理时的安全失效率从10－6提高到10－7，可能要求对储存中的引信进行安全状态评定，甚至可能要求重新制定引信安全设计准则。

卡曼航空航天技术公司（KAMAN Aerospace）在2003年的美国引信年会上提出了一种集成飞行任务终止装置，是为“联合先进导弹设备”（JAMI）项目开发的，该装置包含一套指令接收系统（FTRD，Flight Termination Receiver Decoder）和一套飞行终止安全与起爆系统（FTSA，Flight Termination Safe and Arm），当导弹在飞行过程中出现意外情况，或战场态势发生意外变化时，地面指挥中心发出飞行终止指令，弹上系统接收到该指令后，控制电子安全与起爆系统解除保险，并起爆导弹，同时将执行情况发送给指挥中心。大威力弹药对引信安全控制的要求，如图8所示。

图8 大威力弹药对引信 安全控制的要求

3．2 国际人道主义关切的重视要求引信有很高的作用可靠度及未爆弹处置安全性

2008年底有94个国家签署了非政府的《集束弹药公约》，禁止开发和使用集束弹药，由联合国主导的CCW关于集束弹药议定书的谈判也在积极推进中。不管是非政府的《集束弹药公约》还是联合国未来的集束弹药议定书，多是体现了国际人道主义关切的大趋势，要求降低战争对平民的伤害。这就要求引信大幅度提高作用率，减少未爆弹，要求引信采取自毁、自失效、自失能措施，提高战后对未爆弹的处置安全性。传统引信的安全性要求主要保障引信在勤务处理、发射、安全分离前的安全性。而未来引信对安全性的要求，除了原有要求外，还对整个飞行弹道的安全性、命中目标以后的安全性提出了新的要求，如图9所示。

图9 国际公约对引信安全控制的更高要求

4 智能引信的精确命中控制技术

4．1 对低成本精确打击弹药的需求，要求引信具有弹道参数测量与弹道修正功能

压制兵器精确化、低成本改造的需求推动了弹道修正引信（或弹道修正弹）技术的发展。弹道修正引信是一种无需对常规无控炮弹本身进行改动，只需炮弹配置集成有弹道修正功能模块的引信，就可实现无控炮弹准精确打击的高效费比方案。具有准精确打击（CEP能控制在50 m以内）、便于常规无控炮弹进行灵巧化改造、成本低廉（如美国PGK约为5 000＄）等优点。

弹道修正引信除了要求具备普通引信的安全控制、起爆控制功能外，在不改变原有引信尺寸的前提下，还需具备弹道参数测量、无控落点预测、弹道控制等功能，完全颠覆了传统引信的概念。要求解决引信安全与起爆控制系统的小型化、低成本／小型化／抗高过载的弹道参数测量与弹道控制技术等一系列关键技术，其示意图如图10所示。

图10 美国典型的二维弹道修正引信——精确制导组件（PGK）

4．2 瞄准式弹药要求引信具有易损部位识别能力

瞄准式弹药是指使用EFP战斗部毁伤目标的一类弹药，包括末敏弹、智能雷、掠飞攻顶反坦克导弹等武器系统，这类武器都要求引信具有“瞄准”功能，一般由目标敏感器探测目标，并发射EFP战斗部击毁目标。其敏感器大部分采用了光学成像探测器、毫米波探测器、磁探测器或它们的组合，这些技术正是引信技术范畴的近场目标探测与识别技术。

末敏弹是一种对付集群装甲目标的高效、低成本武器系统，智能雷为对付超低空飞行的武装直升机的有效途径，掠飞攻顶反坦克导弹具有可攻击坦克最薄弱的顶装甲的优势，正是这些特点，使这类武器受到了各国的重视。美国SADARM末敏弹于1999年就开始装备，使用红外焦平面器件扫描成像；SUU－66／B布撒器投放的的SKEET末敏子弹和XM93广域地雷的末敏弹使用红外探测装甲目标，能适应铁饼式末敏弹的高速旋转；其后继型炮弹用SFW P3I和“大黄蜂”地雷的末敏弹采用红外与激光复合探测。瑞典155火炮投送的BONUS末敏子弹使用激光／红外复合探测，能适应硬风翼式末敏弹每秒二十余转的转速。德国SMART155于2002年生产，毫米波、红外复合，无线电测高。法国的ACED末敏弹也是红外与毫米波复合。

随着新型复合装甲和主动防护技术的发展，国内外新型主战坦克的前装甲都有很高水平的防护。在主战坦克前部弧形装甲上侵彻和杀伤主战坦克的时代已经过去了，第三代反坦克导弹更多地采用“掠飞击顶”的方式来攻击坦克的薄弱部位—顶部装甲，包括美国装备的“陶－2B”和“掠夺者”、瑞典的“比尔”等反坦克导弹。这类导弹一般采用斜置向下的EFP战斗部，配用激光／磁复合引信实现复杂地形背景下的目标探测与识别。激光探测器借助导弹的水平飞行获得沿飞行路径的一维高度像，实现对坦克轮廓的识别；磁探测器实现金属目标探测。根据两个探测器获得信息的融合处理，实现对坦克目标的识别，并且根据对坦克易损部位识别，实现引信的精确起爆控制。

5 智能引信发展建议

5．1 智能引信的研究应加强和武器系统与弹药系统的沟通与合作

武器系统与弹药系统可以为引信提供什么信息是智能引信设计首先应该掌握的；其次，引战配合效果是引信设计要考虑的主要问题，掌握作战使用时的弹目交会条件及战斗部的性能是研究引战配合性能的基础；另外，战斗部的类型也和引信的起爆控制方式息息相关。

5．2 加强近场目标精确探测与精细识别技术

智能弹药往往要求在复杂战场环境中探测目标，而且目标可能采用隐身等手段，要求引信具备在复杂背景中探测、识别低可观测目标的能力；新型战斗部毁伤区域集中化的趋势，要求引信具有方位、易损部位识别能力及炸点精确控制能力。

5．3 加强引信与战场信息网络的信息交联能力

引信智能化的一个重要特点是对战场信息的充分利用，多功能引信的作用方式可以通过引信和发射平台的信息交联完成；对空近炸引信可以通过和制导系统的信息交联获取弹目交会信息，实现不同交会条件下的最佳炸点控制；弹道修正引信和导航卫星的信息交联，可以获得相关弹道参数，实现一维、二维弹道修正；集成了毁伤信息评估系统的硬目标侵彻引信可以将地下目标的毁伤信息发送给战场信息系统。总之，引信的智能化离不开对战场信息的充分利用。

5．4 微小型化是智能引信研究的必要手段

智能引信和传统引信相比，需要感知和处理更多的信息，需要执行更复杂的动作，系统复杂程度大大提高，要在引信有限的体积内功能，采用MEMS技术是必然的选择。主要应在微传感器、微执行器、微型安全系统、微电源等方面开展研究。

5．5 尽快突破弹道修正引信技术

弹道修正是实现低成本精确打击的有效手段，究竟是重点突破 “弹道修正弹”还是“弹道修正引信”是国内尚在争论的问题，利用引信的探测、识别与控制功能实现弹道修正有着明显的优势，也是国外重点发展的方向。但是，要在引信的有限体积内实现弹道修正与起爆控制功能难度也更大，谁率先突破，谁就占得先机。

［1］ 徐顺义，孙新利．定向战斗部模型的分析与计算［J］．战术导弹技术，2004，（3）．

［2］ 侯日立，涂明武，孙峰山．连续杆战斗部仿真模型研究［J］．计算机仿真，2006，（11）．

［3］ Timothy Tobik．Air Force Fuze Technolcgy［C］．51th Annual Fuze Conference 2007．

［4］ Peter Burke． XM1156 Precision Guidance Kit（PGK）Overview［C］．53th Annual Fuze Conference，2009．

［5］ Max Perrin．New Safety Requirements For Munitions Fuzing System Solutions［C］．54th Annual Fuze Conference，2010．