BL-1型增雨防雹火箭作业系统设计及作业方法探究

顾春涛 邹春根 罗喜平 朱科平

（江西新余国科科技股份有限公司，新余 338034）

火箭进行人工增雨防雹作业始于20世纪50年代，南斯拉夫和苏联分别于1953-1959年使用了最初型号的防雹火箭弹进行防雹试验。到80年代，在这些国家防雹火箭作业系统已发展成为主要的作业工具。我国在人工增雨和防雹作业中所使用的增雨防雹火箭作业系统，大多始于20世纪80年代。火箭作业系统的代表产品主要是WR系列中的WR-1D型和BL系列中的BL-1型增雨防雹火箭作业系统。和其他人工增雨防雹作业装备相比，增雨防雹火箭作业系统具有装载催化剂量大、播撒路径长、成核率高、射程远、操作方便、可移动作业等优点，因而迅速在全国得到了推广应用[1]。

1 BL-1型增雨防雹火箭作业系统设计

冰雹的降落常常砸毁大片农作物、果园、损坏建筑群，威胁人类安全，是一种严重的自然灾害。但是，在干旱季节，冰雹伴随的降水是十分有利的。因此，增加降水、抑制冰雹是增雨防雹火箭作业系统设计的关键技术。

1.1 系统组成及作用过程

BL-1型增雨防雹火箭作业系统主要由火箭发射控制系统和火箭弹两部分组成，系统组成结构及实物如图1所示。

图1 BL-1型增雨防雹火箭作业系统组成结构及实物

作用过程：火箭弹点火升空后，发动机工作，同时战斗部延期点火具工作，按预定时间15s点燃催化剂，使之在3000～7000m的云层中以线播方式形成一条催化带，经过14～16s的播撒后，自毁装置的延期管点燃烟火剂，使弹体在不低于3000m高度自毁，残骸成不大于100g的絮状碎片自由飘落。BL-1型增雨防雹火箭弹的播撒轨迹取决于火箭弹的发射角度，不同射角的弹道轨迹数据如表1所示。

表1 BL-1型防雹增雨火箭弹弹射数据

1.2 火箭发射控制系统组成及性能

火箭发射控制系统由火箭发射架和发射控制器组成。

1.2.1 火箭发射架

火箭发射架分为固定式、车载式和牵引式三种。其基本组成结构主要包括定向器、高低机、方位机和载体四部分，具体组成如图2所示。

定向器：发射时赋予火箭弹正确的飞行方向，以保证发射的准确性；高低机：用于发射架的高低瞄准；方位机：用于发射架的方向瞄准；载体：用于承托发射架，作业时是发射架的稳定基础。

发射架性能指标：发射轨道长：1500mm；发射管数：3管、4管、6管；仰射角调整范围：22°～85°；仰射角调整速度：≥8mm/s；方位角调整速度：（8±1）°/s；供电电源：DC12V。

驱动方式为电动或手动，重量为（230±30）kg（固定式）、（230±30）kg（车载式）和（300±30）kg（牵引式）。

1.2.2 发射控制器

发射控制器是基于Atmega64a系统型MCU芯片研发的，具有以下特点：低能耗，内置高容量锂电，体积小，重量轻，操作简便；可以检测外线路通断，读数准确；电阻数字表采用数码管制作技术，大屏显示，便于夜间读数；选用直流供电方式，升压式输出利于野外作业；采用一键式电阻检测，自动识别火箭所处的发射状态。它具有四通道、八通道两种型号供用户选配。

图2 火箭发射架组成

1.3 火箭弹组成及性能

火箭弹由发动机、战斗部、自毁体和整体尾翼等组成，结构如图3所示。

1.3.1 组成简介

发动机是指利用自带推进剂，由反作用喷射流而获得推力的喷气推进系统。其通常采用固体火箭发动机，主要由燃烧室、复合药固体推进剂药柱、喷管、点火装置等组成。战斗部是用来将AgI等催化剂通过燃烧分解成小颗粒播撒进云层的结构，战斗部由壳体、挡板、喷嘴、焰剂药块和延时点火具等组成；自毁体是将火箭弹自毁，形成较小非金属碎片安全回落的自毁装置，主要由点火具、延期管等组成。尾翼采用整体注塑尾翼，作为稳定装置，其目的是稳定火箭飞行姿态。

图3 火箭弹结构

1.3.2 性能特点

表2给出了国内常用火箭弹技术参数，表3给出了BL-1型火箭弹与“37”高炮的相关参数对比。

表2 目前国内常用火箭弹技术参数

表3 BL-1型火箭弹与“37”高炮的相关参数对比

由表1和表2分析可知，BL-1型火箭弹具有以下特点：一是L-1型火箭弹在弹径、弹长、质量都较小的情况下，与国内其他火箭弹相比，AgI含量高，最大射程远，性价比突出；二是催化剂成核率高[2]。BL-1型火箭弹采用中国气象科学院和北京理工大学联合研制的BR-91-Y型高效AgI焰剂，在-7.5～-20℃范围内成核率可达1015个/g级别，在相同温度下，可产生的冰核数目比“37”高炮高5～6个数量级（100万倍）。BR-91-Y型高效AgI焰剂成核性能检测结果如表4所示。

2 BL-1型增雨防雹火箭作业系统作业方法

BL-1型增雨防雹火箭作业系统已在江西、河南、湖南、福建和山东等省份得到广泛应用并取得了显著的效果。现结合各地作业研究工作，笔者提出如下作业方法。

2.1 结合各地具体情况制定合理试验方案规定

设计方案时，人们主要考虑作业点的选取、气象资料的获取与分析、作业时机的选择把握、作业工具的合理运用等。

2.2 作业地点的选取

指挥作业人员应根据各种气象资料，确定云体的位置情况，利用火箭作业机动性强的特点，将作业点选取在云体移动前方路径上。火箭发射方向、安全区和禁区如图4所示[1]。

表4 BR-91-Y型高效AgI焰剂成核性能检测结果

图4 火箭发射方向、安全区及禁区

2.3 作业时机的选择

人们应结合各种气象观测资料，确定云体的可播性，综合分析各种技术指标后，针对不同云系的特征来确定作业时机。对于外部入侵且已发展成熟的降水云系应进行过量催化作业，而对夏季新生的积状云单体应进行早期催化作业。

2.4 作业部位和作业频率的选择

BL-1型火箭所用催化剂的成核率在-7.5～-20℃时为1015个/g，-5℃时大于1013个/g。因此，作业云层的温度应选择在-5～-20℃，作业部位尽可能选在-7.5～-15.4℃范围内，以保证最佳的播云效果。火箭做弧线进行飞行播撒，这就要求云层厚度至少达到3km，选择发射仰角时，弹道最高点应低于云顶高1～1.5km。发射角一般取45°～70°，以满足火箭在作业云层中有尽可能长的播撒轨迹。作业频率一般为一次发射1～2枚，发射时间间隔5～30min。

2.5 两种作业用弹量的估算方法。

正确地估算用弹量关系到增雨作业效果。根据不同的模型数据，人们建立的数值计算模型也不一样[3-4]。

根据国内外作业试验经验，人们可用式（1）估算用弹量：

式中：M为火箭用弹量（枚）；C为人工引晶浓度，一般取104个；V为播撒区体积；Q为绝热含水量；N为每枚火箭的AgI含量；F为每克AgI的成核率；系数1.2是按作业云层的60%进行催化，催化剂活化率按50%折算所得。现欲对1500km2厚3km的云层进行催化作业，取Q=3～4g/m3、N=10.5g、F=1.8×1015，按式（1）进行计算。

为有效地使冰晶消耗过冷却水而迅速形成雨滴，一般要求冰晶数浓度达到10～100L-1。1枚火箭弹可影响云体面积的理论计算公式为：

式（2）中，z为1枚火箭弹成核总数，k为单位体积增加人工冰核数，h为催化云层高度。

z 取 10.5×1.8×1015个，k 取 50L-1（5×1013km-3），h取3km，按式（2）可计算出S=126km2。即1枚火箭弹可使长宽约为11km、高为3km的云体每升增加50个人工冰核。考虑播撒层不够高，人工冰核扩散速度不够快、部分人工冰核流失等因素，1次作业以发射2枚火箭弹为最佳，且2枚火箭弹应射击云体不同部位，若云体较大，则应分时、分批、分部位作业。

3 结语

BL-1型增雨防雹火箭作业系统与国内同类产品相比，性价比突出，已在全国许多省市应用且效果显著。目前，产品集成功能较多，导致产品整体重量较大，不便于搬运操作。后续需慢慢疏解应用功能，改进产品材质，以达到减轻产品重量的目的。

[1]郭学良.大气物理与人工影响天气[M].北京：气象出版社，2010：264-383.

[2]罗秉和，崔云山.高效碘化银焰火剂及其成冰性能的研究[J].气象学报，1995，53（1）：82-90.

[3]陈光学.增雨防雹火箭作业系统设计及试验[J].固体火箭技术，1997，（3）：1-2.

[4]蔡定军，洪霞，陈建萍.江西省BL-1型火箭增雨作业技术方法研究[J].气象与减灾研究，2004，27（2）：35-38.