适应远海训练的操雷技术需求及可行性方法

刘海光， 李 伟， 王桂芹

（1. 海军航空工程学院 青岛分院， 山东 青岛， 266045； 2. 海军潜艇学院， 山东 青岛， 266199）

适应远海训练的操雷技术需求及可行性方法

刘海光1，2， 李 伟2， 王桂芹2

（1. 海军航空工程学院 青岛分院， 山东 青岛， 266045； 2. 海军潜艇学院， 山东 青岛， 266199）

针对目前鱼雷远海训练的实际需求， 依据操雷技术现状及远海海洋环境特点， 分析了远海操雷实射训练中可能存在的问题及技术需求， 从鱼雷技术层面探索了解决问题的主要方法， 提出了满足操雷远海训练需求的动力适配性、免回收自沉、数据回传及信息自毁等可行性技术设想。文中研究的内容可为鱼雷装备研制提供参考， 也可促进部队合理使用武器以提升训练水平。

操雷； 远海； 免回收； 数据回传； 信息自毁

0 引言

新的海军战略实施后， 潜艇部队须前出远海展开训练， 作为潜艇主战武器的鱼雷， 在远海中的射击训练将呈常态化。远海的海区水深、水声环境及海浪等海洋环境与近海有着显著区别［1］， 在远海中开展操雷训练将呈现与近海不同的特点和规律［2-3］。适应近海射击训练环境的操雷在远海训练中将面临更多的鱼雷技术及适应性问题。

目前针对远海训练的研究大都围绕鱼雷远海训练及作战的战术问题展开［4-6］， 鲜有针对鱼雷技术层面的远海训练适应性问题研究。文中从远海中鱼雷武器训练的实际情况出发， 结合操雷技术现状， 分析远海中操雷训练所需技术需求，并立足实际， 分析满足需求的可行方法， 以期为鱼雷武器装备研制、合理使用操雷以提升训练效果等方面提供参考。

1 操雷远海训练的技术需求及特点

1.1 航程需求高

日常使用操雷的技术特点与近海训练环境相适应， 航程一般较小， 多用于中小射距的攻击训练。远海训练时， 随着水声环境的改善， 潜艇声呐探测距离的增加， 鱼雷射距必将会随之增加，这将对操雷的航程指标提出更高的要求［7］。

1.2 捞雷技术标准高

从捞雷设备来看， 现有捞雷船吨位较小， 自身续航力有限， 前出到远海保障训练较为困难，且为便于捞雷， 捞雷船船舷较低， 抗风浪能力较弱， 在适应远海海洋环境方面也存在很多困难。

从操雷航程结束后的定位来看， 进行远海鱼雷实射训练时， 由于鱼雷航程的增加， 且远海中一般风浪较大， 鱼雷上浮点散布范围变大， 及时准确发现操雷上浮点比近海训练时难度加大。从捞雷过程来看， 由于风浪的加大， 打捞比近海明显困难， 碰损概率增大， 很容易造成较大损失。从捞雷失败的风险来看， 一旦操雷无法回收， 被其他国家打捞的可能性比近海要大的多。从捞雷的成本来看， 远海组织捞雷成本显著增加， 甚至超出其所捞鱼雷的经济成本。

1.3 信息保密难度大

武器战技术特点及使用方法作为重要信息，一般不宜公开。远海训练一般在公海进行， 即便具备远海打捞能力， 但鱼雷上浮定位及海面打捞过程往往处于外军严密监视之下， 鱼雷使用情况及战术特点容易暴露， 信息保密的难度比近海加大。

2 适应远海训练的操雷技术方案

由上述分析可知， 操雷适应远海训练有增程、回收等技术层面的需求。在增程方面， 考虑到战雷航程相对操雷一般大很多， 可参照战雷的能源供应方案配置操雷的能源供应。在回收方式方面， 考虑到远海捞雷的诸多困难， 远海海底鱼雷被打捞的可能性极小， 目前远海鱼雷实射训练一般操雷射后不回收， 鱼雷航行结束后， 在完成训练数据回传及信息消除处理情况下自沉海底。

2.1 增加航程

2.1.1 电动力操雷增程

对于电动力训练用操雷， 在考虑增大航程的同时还需考虑操雷动力电池的荷电态储存时间加长。远海训练持续时间比近海明显要长， 艇上荷电态鱼雷的储存时间一般应大于30 d。目前操雷使用的二次电池， 航程指标和荷电态储存时间都不能满足此要求。

可选择的方案有2种， 一是采用战雷使用的长储型免维护的一次电池作为远海训练用操雷能源； 二是进行技术改造以提高二次电池的比能量和荷电态储存时间以满足航程和储存时间要求。具体应综合考虑这2种情况的使用便利性、费效比等因素再进行选择， 考虑到目前改造二次电池需重新研发设计， 周期长， 所需经费高， 建议采用战雷用一次电池作为操雷的能源。

2.1.2 热动力操雷增程

综合分析可知， 针对热动力操雷有3种选择方案: 1） 直接改造使用全航程操雷头， 使其具备远海训练要求； 2） 改造现有正浮力操雷， 对操雷头进行模拟战雷头的配重和重心配置， 依据战雷的燃料装填量进行操雷燃料装填， 调整提高操雷燃料加注量， 并解决由此带来的鱼雷静平衡问题；3） 调整设计， 重新生产适应远海使用的操雷头，并使用战雷的动力系统配置。

2.2 训练数据回传

目前操雷实射训练结束后， 需要将雷上数据下载到地面设备以便分析鱼雷实航工作情况。而免回收的远海训练操雷实射后会沉入海底， 数据无法直接下载， 必须在鱼雷沉没前将所需数据回传， 数据回传方式如图1所示。

图1 数据回传方法Fig.1 Back transmission of data

2.2.1 基于线导导线的数据回传

鱼雷的线导导线为鱼雷训练数据的回传提供了实际可用的通道， 鱼雷工作中可通过线导导线将关键数据实时回传。

目前鱼雷给发射平台回传的数据还仅仅限于鱼雷的遥测信息， 不能满足鱼雷训练数据记录的要求。对于铜质线导导线， 其数据通信能力有限， 需将数据进行分检， 只将关键数据回传； 而光纤线导导线的通信能力强大， 可满足大量数据回传需求［8］。但无论哪种导线应用于平台指挥仪和鱼雷控制系统上都必须进行相应的功能设计。由于鱼雷线导系统与负责记录训练信息的内测系统间没有独立的通信通道， 必须经由鱼雷控制系统传输， 这种信息回传方式受通道的制约性强，除通信期间线导导线不能断线外， 鱼雷还应具备以下功能。

1） 内测与控制系统间的通信

鱼雷内测系统负责记录操雷的实航数据， 如航深、航向、姿态角等模拟量以及自导开机、引信动作等开关量信号， 并进行系统内部存储。目前鱼雷内测系统与控制系统之间只有控制系统向内测系统发出的控制信号， 内测系统不向控制系统传递训练信息。

实现基于线导导线在线回传， 内测系统需将记录数据实时回传给控制系统。鱼雷内测系统和控制系统都已实现微机控制， 实现相互的通信技术比较成熟。因此， 实现内测与控制系统高速通信是完全可行的。

2） 控制系统与线导系统间的通信

目前， 控制系统与线导系统的电子装置之间采用的是串口通信方式， 训练数据总量不大， 一般为兆比特级， 从通信能力上来看， 这种通信方式可满足实时训练数据传递需求。

在线导导线具备高速通信能力的情况下， 可利用线导系统将训练数据实时回传给鱼雷发射平台， 如果线导导线通信能力有限， 需在线导电子装置上设置存储器， 以方便数据的暂存。

3） 舰艇武器系统数据的记录

在线导将操雷训练数据回传给鱼雷发射平台后， 平台武器系统应具备数据接收及存储功能。平台武器系统硬件具备较强的数据处理能力，只需配合鱼雷训练数据在线回传要求， 进行舰艇武器系统软件的配套升级改造。

2.2.2 基于卫星的数据回传

1） 基于专用通信卫星的数据回传

专用通信卫星通信能力强， 可完全满足鱼雷训练数据的回传需求， 在训练雷上安装卫星通信模块， 鱼雷训练结束后启动通信功能将数据通过专用通信卫星回传到业务部门。这种方式通信量大， 必须调用专门的通信卫星保障， 不利于远海训练的前期组织协调。

2） 基于北斗短信功能的数据回传

我国的北斗系统已经建成覆盖全亚太地区的导航定位功能。其特有的短消息通信功能为解决鱼雷训练数据回传问题开辟了 1条崭新的途径［9］。北斗终端具有信息接口， 用于同外设进行信息交换， 它同时具备短信功能， 用于终端与终端间的短信通信。

目前的远海训练中， 鱼雷的训练数据需回传到岸基业务部门， 方法是在训练用雷上安装北斗用户机和配套通信控制系统， 鱼雷训练结束停车上浮后， 用户机利用短信功能将训练数据回传给岸基业务部门， 如图 2所示。这种方式由于受到北斗短信通信能力的限制， 通信信息量有限， 需对训练数据进行精简。而其优势是， 只涉及技术问题不涉及组织协调， 可操作性较强。

图2 北斗短信通信系统组成及流程Fig. 2 Composition and flow chart of short message communication system via Beidou navigation satellite system（BDS）

2.2.3 基于中继平台的数据回传

海上中继平台是配合鱼雷射击训练的水面舰艇、飞机等保障平台， 目前常用的通信方式主要有: 数传电台、全球移动通信系统（global system for mobile communications， GSM）及无线网络等通信方式。这些通信方式技术比较成熟， 通信可靠性较强， 但也存在作用距离较短、安全性不高，需配备专门的保障兵力等技术及战术问题， 需要在战术及技术2个方面采取措施弥补其不足。

2.3 操雷免回收自沉

2.3.1 全航程操雷免回收自沉

为全模拟战雷的工作过程， 目前全航程操雷在航行阶段是负浮力， 航程结束后借助于充气浮囊将鱼雷浮于水面。此种鱼雷的免回收方案应根据训练数据的回传方式不同而不同， 对于具备实时训练数据在线回传的鱼雷， 鱼雷航程结束即完成数据的回传， 此时可将浮囊去功能化； 训练用全航程操雷无需上浮直接利用其负浮力下沉； 对于训练结束后需一次性回传数据的操雷， 航程结束后应借助浮囊浮起， 待数据回传结束， 再消除浮囊浮力的影响， 方法是气囊放气以消除其浮力使鱼雷下沉。

2.3.2 正浮力操雷免回收自沉

根据操雷的自沉需求， 适应远海训练的操雷需安装程控式沉没阀， 没有沉没阀或程控沉没阀的操雷， 需安装程控式沉没阀。具备实时训练数据在线回传的正浮力操雷， 操雷航行结束后即启动沉没阀， 鱼雷进水自沉。对于训练结束后需一次性回传数据的训练雷， 待数据回传结束后再启动沉没阀。

2.4 信息自毁

为防止鱼雷丢失后被其他国家打捞， 提升信息安全性， 远海训练操雷需具备全系统信息自毁能力， 即数据自毁、硬件自毁及产品级自毁能力。此外操雷小量装药自毁也具备较高的可行性。

2.4.1 数据自毁

为保证鱼雷训练结束及沉没后的安全问题，需对训练雷内的数据进行自毁设计， 其中数据宜擦除后进行自毁。基本方法是用二进制数据反复覆盖存储设备上原先存储的数据， 达到清除数据的目的。对于电路级软件自毁， 可采用施加脉冲高压击毁电路逻辑的方法对重要及关键电路进行销毁， 脉冲高压可通过大电容放电产生。

2.4.2 硬件电路自毁

电路的硬件自毁就是破坏电路的硬件结构，目前应用较多的是铝热剂自毁法［10］， 即将化学性质稳定的金属粉末镁和能与该金属粉末一起反应的金属氧化物氧化铝混制， 并将粉末混合均匀压制成块， 附着在电路板绝缘层底侧， 使其与电路板充分接触。铝热剂性能稳定， 平时不会对电路造成任何影响， 待需要自毁时， 点火剂将高热剂引燃， 温度范围为 2 000℃～4 000℃， 附着在弹载电路板上， 可彻底地销毁电路板上各类电子元器件及芯片。

2.4.3 产品级自毁

对于产品级损毁， 根据鱼雷耐压试验数据，鱼雷的设计耐压水深一般不超过 500 m， 有案例表明， 当鱼雷下沉水深比其设计使用水深大很多时， 鱼雷密封性会被损坏。从目前掌握的资料来看， 水深达到1 000 m时， 鱼雷密封性将严重损坏， 进而壳体进水造成产品级损坏。

对于产品级自毁应分以下 2种情况: 一是训练海区深度达 1 000 m以上时， 除正浮力操雷头外可不设计沉没阀， 鱼雷靠水压对产品进行自毁； 二是当海区深度小于1 000 m时， 需在鱼雷壳体上设计专门的程控式进水装置， 鱼雷训练结束后通过控制进水装置动作， 打开进水孔， 实现壳体内进水， 腐蚀雷内部件， 并增大雷体负浮力。

另外， 还可考虑采用非防腐材料的鱼雷壳体， 以加速水下鱼雷的锈蚀损坏速度。

2.4.4 小量装药自毁

所谓操雷的小量装药方案是指在鱼雷的操雷头上关键部位装填少量炸药， 装药量应能引起鱼雷内部电路及雷体结构破坏， 但对周围环境及靶船不产生损坏性影响。从操雷的免回收性及信息自毁方面考虑， 操雷头的小量装药设计可以实现一举多得的目的。

1） 可实现免回收及信息自毁。爆炸破坏鱼雷自身结构， 造成鱼雷进水自沉， 而免于回收， 同时由于电路的破坏而达到信息自毁。

2） 保证了训练的安全性。由于装药量小， 仅能引起鱼雷自身结构破坏， 对周围环境及发射平台安全性不造成影响， 对操作人员的心理冲击也没有战雷大， 安全性有保障。

3） 实战性较强。操雷头内装药， 可实现战雷使用及工作过程的全模拟， 提升训练过程的实战性。爆炸对靶船及靶标没有破坏性影响， 便于训练效果的分析和评估。可见这种方案可在保证安全性的前提下提升训练的实战性。

3 结束语

针对远海海洋环境及操雷远海实射训练的特点和规律， 提出了操雷的增加航程、免回收自沉、数据回传、信息自毁等技术方案， 以满足操雷适应远海训练的技术需求。这些方案具有较强的可操作性。而要使鱼雷真正满足远海训练作战需求， 从根本上说还需从研究远海海洋环境出发，从系统的角度探索适应远海作战需求的鱼雷技术问题， 特别是对动力技术、鱼雷回收、配套训法及训练评估方法等方面的研究还有待进一步深入。

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（责任编辑: 杨力军）

Technical Requirements and Feasible Implementation Method for Exercise Torpedo Training in the Open Sea

LIU Hai-guang1，2， LI Wei2， WANG Gui-qin2
（1. Qingdao Branch， Naval Aeronautical Engineering Academy， Qingdao 266045， China； 2. Navy Submarine Academy， Qingdao 266199， China）

For torpedo training in the open sea， potential problems and technical requirements of exercise torpedo in actual training in the open sea are analyzed according to the current exercise torpedo technology and the features of marine environment in the open sea. Principal method for solving those problems is discussed from technical aspect of torpedo. The ideas about the feasible techniques for meeting the requirements of exercise torpedo training in the open sea are presented， such as power adaptability， recycle-free self-sinking， back transmission of data， and information self-destruction. This research may provide a reference for development of torpedo equipment， and for promoting reasonable application of weapons to raise training level.

exercise torpedo； open sea； recycle free； data back-transmission； information self-destruction

TJ630.6； E925.23

A

1673-1948（2016）04-0294-05

10.11993/j.issn.1673-1948.2016.04.0010

2016-05-02；

2016-05-20.

刘海光（1975-）， 男， 硕士， 讲师， 主要研究方向为武器保障和使用研究.