许耀峰 王惠方
火箭武器是依靠火箭弹自身的火箭发动机推力把战斗部发射到预定目标的一种火力压制武器装备。自1933年苏联制造出世界上最早的多管自行火箭炮“喀秋莎”以来,世界各主要军事强国都积极研发并装备了各类火箭炮,火箭炮已成为各军兵种武器装备的一个重要组成部分。随着新军事变革的发展和现代机电、控制、通信、导航、材料等技术的进步,火箭武器迎来了升级换代的又一个高潮。除了大量应用电子和信息技术,构成体系化的火箭武器系统之外,火箭炮自身的技术进步也呈现出鲜明的特点,箱式发射成为现代火箭炮采用的主流技术。该技术使火箭武器由功能单一的压制火力平台转变为多功能、大威力、精确化的通用发射平台,呈现出前所未有的生命力。
我国箱式发射技术发展情况
我国火箭炮箱式发射技术的研究和产品的研制,起步较晚、但起点较高,目前已完成内装和外贸多种箱式发射火箭炮系统。我国批量装备部队的新型箱式发射火箭炮系统采用“弹药装填车装填”方式,外贸型箱式发射火箭炮产品的装填方式既有“自装填”,也有“弹药装填车装填”。我国火箭炮箱式发射技术经过多年的探索努力,装备和技术已进入世界先进水平前列。
除内装我军部队的轮式、履带式箱式发射火箭炮系统外,我国还同步发展了多种外贸型箱式发射火箭炮系统,包括能够共架发射300/370毫米火箭弹的AR3型远程多管火箭炮和“卫士”2型远程多管火箭炮等,它们均采用箱式发射和“弹药装填车装填”方式,均已小批量外贸国际市场。
“自装填”SR5型多管火箭炮(题图)是我国最新推出的外贸型产品,受到国际军贸市场追捧。每门火箭炮可装载两个储运发射箱,每箱装20发122毫米火箭弹或6发GR1型220毫米战术导弹,并可兼容其它口径的多种弹药,可对50千米以内的集群目标实施问瞄压制,也可对70千米内的点目标实施精确打击。火箭炮采用箱式发射模式,集成“自装填”系统,再装填时间5分钟,既可适应3米长的122毫米储运发射箱。也可适应4.5米长的220毫米储运发射箱,与M270火箭炮的自装填系统相比,其适应多弹种装填的能力更强。
箱式发射技术
火箭炮箱式发射技术起源于舰载导弹发射系统,自二十世纪七十年代后开始应用于炮兵火箭炮武器系统,是对传统的火箭炮管束集成式定向器的革命性突破。箱式定向器由多个定向管按照一定的排列要求,通过箱式框架集成为一个整体,一般由定向管、框架、定位及闭锁结构、弹/箱及箱,炮电气联接机构组成,具有气密要求的定向器还设有相应的密封机构。
按照功能区分,箱式定向器可分为发射箱和储存/运输,发射箱(简称储运发射箱),发射箱只作为火箭弹发射的定向器。按照定向管的材料,箱式定向器可分为金属箱式定向器和非金属箱式定向器。非金属箱式定向器的定向管采用玻璃钢等非金属材料制成,优点是重量轻、成本低。目前的非金属箱式定向器多为储运发射箱,一次性使用,火箭弹出厂时即封装在箱内,平时无需保养。
与传统的管式、笼式、轨式等定向器形式相比,火箭炮箱式发射技术简化了弹药的日常维护保养和战场准备程序,利于实现机械化快速装填。同时,箱式定向器可以灵活集成多种口径的定向管,易于实现火箭炮多口径、多弹种的共架发射。
箱式发射两大特点
相对传统火箭炮“管式发射”模式“一炮一口径”的设计,箱式发射模式具有两大主要优点。一是其对弹药口径“不敏感”,可以方便地实现一个平台“弹箭共架”发射不同口径的无控/有控火箭弹、陆军战术导弹、巡飞弹等多种弹药。二是无需在阵地进行弹药准备,可以实现弹药的快速再装填,大幅度提高了火箭武器的反应速度和“打了就跑”的战术机动能力,自身生存性能显著提高。
【弹箭共架】无论是功能单一的发射箱还是储存、运输、发射三位一体的储运发射箱,理论上任何不超过箱式定向器最大容积的火箭弹、导弹甚至无人机都可以应用于一个发射平台。通常我们所说的通用发射平台也是基于箱式发射这一技术前提才得以实现。采用箱式发射技术的典型装备如美MLRS(M270火箭炮),可以共架发射227毫米无控,制导火箭弹和610毫米陆军战术导弹(ATAC-MS);巴西ASTROSⅡ火箭炮可以发射127毫米、180毫米和300毫米三种火箭弹和“法卡奥”炮兵无人机;中国台湾地区的“雷霆”2000则可以发射117毫米、180毫米和227毫米火箭弹,等等不一而足。箱式发射对于简化火箭武器的装备序列具有重要的意义,新弹种的研制不必拘泥于现有口径,大大地提高了发射平台的适应能力,有效延长了装备的服役期;由于能够在同一平台“弹箭共架”发射不同弹径的精确化、智能化、信息化弹药,使火箭武器同时具备了对面目标火力压制和对点目标精确打击的能力,显著提高了火箭武器的作战效能。
【快速再装填】火箭武器的特点是多管联装,短时间内可形成强大的火力密度。以苏联BM21“冰雹”122毫米火箭炮为例,一个营(18门)齐射约20秒,可发射720枚火箭弹,相当于122毫米榴弹炮20个营360门火炮的齐射火力i一个MLRS火箭炮营(27门)齐射可发射324枚火箭弹,相当于16个155榴弹炮营的齐射火力。但由此带来的难题就是如何快速为已经打空的火箭炮补给弹药。传统的管束集成式定向器需要逐管装填,每一枚火箭弹都必须对准定向管才能推弹上膛定位闭锁。仍以“冰雹”火箭炮为例,完成一个齐射弹药(40发)的装填约需7-10分钟,还不包括装填之前的弹药开箱、擦油、结合引信等一系列流程,实际的弹药准备日寸问约在1个小时左右。而且这些工作都由一个七人炮班完成,劳动强度之大(122毫米火箭弹每发弹重66.7千克)可想而知。即使后来出现了专用的弹药装填车或装填机(如我国的履带式122火箭炮),也没能从根本上解决这一问题,因为向装填机内补给弹药仍然依靠人力完成。同时,人工装填也仅能适用于重量较轻的小口径火箭弹,对于大口径火箭弹,重量及体积已远超出人力所及,典型如俄罗斯BM30“旋风”火箭炮,弹长7.6米,弹重已达800千克,只能依靠机械化装填。装填时运输装填车和炮车需尾部对接,由自动对中系统控制火箭炮的随动系统进行调炮,实现火箭炮定向管与装填导轨的对中。虽然是机械化装填,但缺点显而易见:两车对接后长度超过25米,且对地面平整度要求高,战时技术阵地的选择或阵地修整劳动强度很大,同时装填速度也很慢,装填12发火箭弹时间约20分钟。endprint
箱式发射技术使传统火箭武器的这些问题迎刃而解。箱式定向器本身已是多管集成,一次吊装就相当于完成N发火箭弹的装填,装填效率大大提高,炮班的劳动强度也大大降低。目前采用这类模式的火箭炮装填时间大约在5分钟左右。战场准备则更为简单,状态正常的箱式火箭弹直接整体吊装即可,完全不需专门的弹药准备时间,大幅度提高了火箭武器的火力反应能力。
箱式发射技术关键
箱式发射给火箭武器的作战使用带来一系列的好处,但集储存、运输、发射功能三位一体的储运发射箱则涉及到诸多方面的关键技术。
【定向器集成】箱式定向器需要将若干单独的定向管按照科学的排列规则,通过箱体框架刚性联接而成。集成后不但要保证各定向管之间的平行度和位置精度要求,还要满足射击、行驶、吊装、码垛等不同工况下的刚强度要求。射击时,整个箱体尤其是前端迎气面结构要能承受连续射击时高温高压燃气流的持续冲击,定向管在承受燃气冲刷后绝对不允许出现窜动、转动变形和变位现象。对于火箭炮而言,行驶过程尤其是采用履带式底盘的火箭炮在复杂路面行军时,对箱式定向器引起的冲击振动要超过发射过程的影响,因此,还应确保箱体框架与定向管集成结构的强度、刚度及防松。吊装时则应充分考虑承受跌落等瞬间过载冲击,运输和长期垛码要有足够的刚度,确保箱式定向器结构的稳固性。
【可靠、快速机电联接】为实现装填的快捷可靠,弹箱需设置机械及电气接口,能够确保弹箱在炮架上快速、准确的定位及可靠闭锁,并实现火箭炮与火箭弹点火回路的可靠联通。为确保任意弹箱对炮架的通用性,除了对储运发射箱的一致性具有较高要求外,对箱、炮的联接机构还有特殊的要求,即要求联接机构具有一定的容差量,消除箱、炮制造误差带来的影响,提高使用可靠性和发射精度。
【抗燃气流烧蚀、冲击】火箭弹发射时,火箭发动机尾焰作用在发射架迎气面的瞬间温度可高达2700℃以上,对于发射架尤其是非金属定向管的结构和涂覆材料都具有较高的要求。多管齐射时温度场环境最恶劣,对定向管的抗烧蚀性能也是最严格的检验。通常要求,一次性使用的非金属定向管经受齐射状态下的烧蚀和冲击后,不得出现引燃、剥离、开裂等受损现象。在火箭武器大类中,火箭炮的抗烧蚀性能要求高于导弹类武器。原因在于火箭炮基本都是多管连发,架体和定向管需承受相对较长时间的持续脉动高温高压燃气的烧蚀和冲击:导弹则以单发为主,应力环境相对简单。例如,某中口径火箭炮40发齐射时,非金属定向管将持续承受约30秒钟的高温高压燃气烧蚀和冲刷,第40号定向管需要经受前39发火箭弹燃气流对它带来的烧蚀冲刷而不得损坏,确保不影响储存在其中的火箭弹的技术状态和正常发射,难度之大可想而知。
【防静电、抗干扰】火箭炮带弹行军,或者储运发射箱弹药在运输过程中,由于弹体和管壁摩擦会有静电产生,积累到一定电量而又不能及时泄放就会导致火箭发动机静电点火,这是必须消除的技术安全隐患。我国曾发生某型火箭弹在运输过程中静电点火和火箭炮静电意外发火车毁人亡的惨剧。如果是金属箱式定向器,方法相对简单,通过金属管壁一发射架一底盘将静电导入大地。非金属储运发射箱则通过涂覆防静电涂层、搭建静电泄放回路等技术措施解决静电安全问题。同时要合理设计引信装定电路和发火电路,控制安全电流,防止外部强电磁干扰和系统内部电磁互相干扰造成安全隐患。
【长储密封】储运发射箱的一大功能就是弹药的长储,这也是简化弹药勤务保养的前提。为确保火箭弹在整个寿命期内保持正常的技术状态,防止外界空气、湿度、盐分等对弹药的氧化和侵蚀,非金属定向管的密封性能要求非常严格。通常采取的效果较好的技术措施是向管内灌注一定压力的氮气或其它惰性气体,避免元器件的氧化,同时使管内压力略高于外部气压,起到增压密封的效果。日常可定期检测压力。不足之处是每个定向管都需安装一套注气接头,成本会有所增加。也有简便的方法:纯粹依靠定向管前后端盖的密封机构隔绝管内外空气。效果不如前者,但成本较低。为实现长储,非金属定向管自身的材料和前后端盖的密封材料应具备良好的抗老化、防盐雾、防霉菌性能,满足10-15年的长储要求。为了便于日常对储运发射箱内的火箭弹进行状态检查,储运发射箱需设置电气检测接口,通过专用的检测适配器一次即可对整箱弹药的回路电阻、引信电路等进行检测而无需打开每个定向管。
【发射安全性】与只具有发射功能的定向器相比,箱式发射要可靠解决储运发射箱的发射安全性问题,涉及到更多的技术环节。基于火箭弹头部的引信要求,发射时火箭弹冲破前密封盖的力不能影响引信功能或危及安全,要求该力尽量小;基于抗燃气流冲击和负压能力(已发射火箭弹尾流对附近区域的前盖形成的负压或在高原地形下造成的管内外压差)的要求,该力又要求尽量大,形成一对矛盾;同时要求前发火箭弹的破盖碎片和散落轨迹不能影响后续弹的发射和弹道安全。对于发射间隔较长的大口径火箭炮或陆军战术导弹等,多采用易碎式前盖,盖板预制应力槽,弹头冲破前盖后盖体按照预制槽规律破裂。如美M270火箭炮所配储运发射箱的前密封盖,由于发射间隔较长,破盖的碎片在下一发火箭弹发射时早已脱离发射区域,不会对后续射弹造成安全上的影响。对于射频较高的火箭炮,为消除破片不能及时飞离发射区域的隐患,可以采取整体破盖技术,盖体脱落后沿预定轨迹迅速脱离发射区域,确保后续射弹安全。还有机械开启式等其它开盖方式,但结构复杂,成本较高,主要应用于导弹武器。
【低成本】箱式发射的储运发射箱是一次性使用,和弹药一样同属消耗品,因此对成本的控制非常重要。对于导弹武器而言,储运发射箱成本即使自身单价略高,在整个导弹系统中所占比例仍很低。对于常规火箭弹,由于弹药成本相对较低,储运发射箱自身的设计必须从结构、原材料和制造工艺等方面多管齐下,在完成长储、运输、发射基本功能的前提下,最大限度地降低制造成本,否则将相当程度上抵消箱式发射带来的好处。
外军两种典型箱式发射火箭炮endprint
典型的箱式发射火箭炮有美国的M270(MLRS)、巴西的ASTROS、意大利的FIROS、土耳其T122和俄罗斯正在研发的“狂风”系列火箭炮等。上述装备均采用箱式发射技术,装填方式有两种型式:一种是火箭炮集成自装填系统或自带随车吊(自装填),自行完成再装填;另一种是依靠带起重设备的专用弹药运输装填车进行装填(装填车装填)。
M270火箭炮是世界上第一个采用箱式发射技术的火箭武器系统。1976年由美国、德国和英国开始研制,其间法国和意大利先后于1979年及1982年参与了研制工作。该系统1983年装备美国陆军,1989年末在欧洲生产,1994年作为制式武器装备德、英、法、意等北约国家及日本等国。系统主要由履带式底盘、带自装填系统的发射架及火控系统等组成。
发射架可容纳两个储运发射箱。每个储运发射箱可容纳6发227毫米火箭弹或1发610毫米陆军战术导弹(ATAC-MS)。储运发射箱长4.04米,宽1.05米,高0.72米,储运发射箱空箱质量为402千克。定向器为玻璃纤维制成的管式定向器,其内径为298毫米,后段安装4条螺旋导轨,以使火箭弹滑离定向器时获得低速旋转提高发射精度。储运发射箱集储存、运输和发射三种功能于一体,储存期10年。
该炮集成自装填系统,其优点在于大大提高了弹药运输车战术使用的灵活性,弹药车只需将弹药卸下即可离去。火箭炮既可从弹药车上直接装填,也可从地面装填。该炮完成装填需5分钟,其改进型M270A1完成装填仅需3分钟。火箭炮通常只需3人操作,紧急情况下1人也能完成发射和再装填操作。
美国在M270火箭炮的基础上还发展了HIMARS(高机动火箭炮系统),采用轮式越野底盘和“自装填”发射架,装载单个储运发射箱,战斗全重13.5吨左右,仅为M270的46%,两者弹药通用,使其轻型机械化炮兵部队拥有了与重型部队同样的打击能力。
俄罗斯现役的火箭炮BM-21“冰雹”、BM-22“飓风”和BM-30“旋风”均采用集束式的定向器。2012年,俄罗斯研发出自己第一个采用箱式发射技术的122毫米火箭炮“旋风”G,后续又研制出口径300毫米的“狂风”S以及口径220毫米的“狂风”U,一门火箭炮装载2个储运发射箱。三型“狂风”系列采用同一发射平台箱式发射,预计2015年装备部队,计划2020年前后替换现役的122毫米、220毫米和300毫米等“管式发射”火箭炮系统。俄罗斯箱式发射火箭炮采用“弹药装填车装填”方式,再装填时间为5分钟。由于采用箱式发射模式,“狂风”G的作战效能超过“冰雹”的2.5-3倍,而“狂风”S的效能则超过“旋风”的3-4倍。
俄罗斯还推出了CV-9A52-4轻型多管火箭炮系统,采用越野卡车底盘,可装载一个储存6枚火箭弹的储运发射箱,弹药装填车的起重机能在3分钟或更短的时间内完成再装填。
结束语
火箭炮箱式发射技术特有的“弹箭共架”和“快速再装填”两大特点,有效克服了火箭武器射弹精度差、持续作战能力不强的缺点。特别是随着军事信息技术和精确打击弹药技术的快速进步,箱式发射火箭炮能够“弹箭共架”发射不同口径的无控火箭弹、制导火箭弹、陆军战术导弹、巡飞弹、无人机乃至战术防空导弹等各种弹药载荷,使火箭武器更加火力十足、效能倍增,发展潜力无限,为实现陆军炮兵从传统的火力支援兵种向信息化条件下的火力打击战斗兵种转型创造了充分的技术条件。endprint