炮射滞空弹在火炮超视距火力打击中的应用

李翔，魏锦，李世纪

(中国船舶集团有限公司第七一三研究所，河南 郑州 450015)

随着火炮和弹药技术的发展，大口径火炮的打击范围向超视距延伸，通常在距目标10～100 km范围内使用高精度弹药进行攻击。以“远程攻击、精确打击”为主要特征的超远程火炮系统已成为现代战争中一种重要作战装备，采用发射增程制导弹药，使射程达到100 km以上[1-2]。如美国陆军新一代火力打击体系中的“增程火炮项目(ERCA)”，规划的大口径榴弹炮射程在40～130 km；美国AGS 155 mm舰炮采用远程制导弹药，射程可达117～180 km[3]；意大利的127 mm轻型舰炮射程为100～120 km；法国、英国研制的155 mm陆基和舰载火炮射程将达到100～150 km[4]。

超视距火力打击体系离不开信息化的支撑，所谓的信息化不仅包括指挥控制、发射平台、弹药等体系的信息化，还包括目标信息获取(例如侦察、监视、评估等)的信息化[5]。但是，在超视距条件下进行目标识别、跟踪、指示、毁伤评估变得较为困难，为此侦察型无人机、侦察型巡飞弹已受到广泛关注，但关于侦察型滞空弹的研究较少。

笔者立足于火炮超视距火力打击作战样式特点，通过对比分析无人机、巡飞弹和滞空弹3种信息化侦察手段的典型特点，得出炮射滞空弹更加适合应用在火炮超视距火力打击中，从而为构建火炮远程精确打击体系提供技术支撑。

1 侦察型无人机的典型特点

侦察无人机[6]是无人机中最广泛使用的一种，其一般装有照相机、摄像机、红外和雷达等侦察设备，可通过程序控制或遥控其按预定航线飞行，到达目标区后执行监视和侦察任务，为部队的作战行动提供情报[7]。

当下全世界范围内拥有军用无人机的国家有50多个，其中以美国、以色列等为首的国家有着深厚的无人机研究基础和成熟的无人机使用经验[8]。例如美国的RQ-7B“影子”无人机是近程战术无人侦察机，供部队实施战术观察、侦察、战场打击效果评估及炮火校准任务，还可以执行电子战、无线电中继、气象观测及检查化学武器等任务；以色列的MQ-5B“猎人”无人机是近程侦察、监视和目标捕获无人机，具有侦察、监视与目标获取、通信中继、信号情报侦测及武器投放等能力[9-10]。

无人机在近几场局部战争中发挥的巨大作用令人瞩目，它以任务为中心，而不用考虑人的因素，可在危险环境作战，在非接触战争零伤亡战略目标的驱动下，担负侦察、电子战等各种空中作战任务，并且具备出众的协同能力[6]。有学者进行了将载有激光指示器的无人机用于“红土地”激光末制导炮弹作战的应用研究，其作战原理如图1所示[11]，认为只要经过相应的技术改进，二者的结合指示可达到理想的射击效果，但射击精度会受到影响。

但是火炮超视距火力打击追求精确打击效果的同时，对火力反应时间的要求同样重要，因此将无人机用于火炮超视距火力打击时可能存在以下不足：

1)相比于炮射平台发射的巡飞弹药或滞空弹药，无人机受自身动力限制，其飞行速度较慢，不能够快速进入作战区域，且突防能力不足，战术使用不够灵活，会使火炮失去快速打击目标的优势[12]。

2)无人机一般体型较大，且动力多采用燃油发动机，红外特征明显，隐身技术存在不足，使其在作战中易暴露(2011年12月4日伊朗就曾击落了一架美国RQ-170“哨兵”隐形无人侦察机并将其缴获[13])。

3)无人机一般不作为建制武器装备，需配置专门发射装置，整个系统复杂，包括无人机、遥控站和数据链，各个部分共同工作、相互配合，才能使无人机完成任务[14]，虽可重复使用，但其成本较高。

2 侦察型巡飞弹的典型特点

巡飞弹是一种兼具飞航导弹和无人机特点的新型弹药，其可通过多种平台投放，具有留空时间长、作战范围大、突防能力强、战术使用灵活等特点。能够执行在空中巡逻飞行，进行情报侦察、目标指示、信息中继、精确打击和毁伤评估等作战任务[15]。

侦察型巡飞弹上装有光学侦查设备或电子侦察设备，在目标上空执行搜索、侦察、识别、指示、毁伤评估等任务，并将信息实时传输给己方，在携带的燃料燃尽后自毁。典型的侦察型巡飞弹有“快看”(Quicklook)巡飞弹、“前沿空中支援弹药”(FASM)和炮射“广域侦查弹”(WASP)等，它们都由榴弹炮发射，发射后快速飞向目标区域，在一定高度上巡逻，扫描区域内的目标。“快看”巡飞弹由美国陆军155/203 mm榴弹炮发射，其作战过程如图2所示，在飞行高度达到1 km时，弹翼、舵翼及螺旋桨叶展开，发动机启动，快速飞向目标区域后，飞行速度降至约225 km/h，可对39 km2的区域巡飞30 min，按照指令完成作战任务[12]。

未来战场上火炮超视距火力打击将成为常态化的作战样式，作战频率高，追求精确点杀伤的同时，也要有面杀伤的威慑作用，因此将巡飞弹用于火炮超视距火力打击时可能存在以下不足：

1)巡飞弹是一种高精尖武器，通常由制导设备、动力推进装置、控制设备、电气设备、数据链设备和有效载荷等组成，结构较为复杂，相比滞空弹制造成本高。

2)巡飞弹一般由火炮或火箭炮发射，受发射装置口径及本身复杂结构的限制，与同口径滞空弹相比有效负载较小，性能受限。

3)巡飞弹为一次性武器，在大口径火炮超视距作战中，需大量消耗巡飞弹用于目标识别、跟踪、指示等，使作战费效比提高。

3 炮射滞空弹的应用分析

3.1 炮射侦察滞空弹及其作战设想

滞空弹是指利用自带的动力源驱动升力模块在特定作战位置实现短时的滞空悬浮。早期，滞空弹是一种“被动式”防御武器，其作战原理如图3所示，采用子母式结构设计，子弹药可悬停在空中构筑防御屏障，将悬浮子弹药按列阵布置在敌方来袭飞机或导弹的航线，为水面舰艇或地面工事构筑末端防线，通过直接毁伤来袭目标或诱使目标偏航等方式达到防御作用[16]。

随着弹药技术的发展，滞空弹可装载探测装置、信息采集及处理系统等，使得滞空弹具备“智能性”，利用其智能性完成空中探测、侦察、评估、照明及各种干扰等功能[17]。另外随着现代电子技术的发展，现代侦察设备能够在足够小的体积和质量下实现在一定高度对地面目标的清晰成像，并将图像传回基地进行目标识别判断；激光照射器也能安装在动平台上并在相应的距离范围内对目标进行跟踪照射，引导激光末制导炮弹对目标实施精确打击。

结合火炮超视距火力打击的特点，将滞空弹作为一种信息化侦察手段，将搭载有折叠旋翼、动力装置、减速装置、程序控制装置、万向平台和侦察设备(或者激光跟踪照射器)的滞空弹折叠置于炮弹壳体内，形成炮射侦察滞空弹。

炮射侦察滞空弹作战设想如图4所示，当接到发射信息后，通过其他侦查系统得到目标的大概位置后，使用大口径火炮将多发滞空弹发射出去，滞空弹借助炮弹迅速到达指定目标上空后，启动减速装置(降落伞、发动机等)减小炮弹飞行速度，炮弹飞行速度降低到安全范围后，减速装置脱离，炮弹壳体打开，折叠旋翼靠离心力自动展开，滞空弹进入悬停模式，万向平台上的侦察设备(或者激光跟踪照射器)开始侦察或者指示任务，并将拍摄的影像数据传回后方控制台，引导火炮对目标进行打击，打击完成后评估打击效果，任务完成后启动自毁装置，销毁敏感设备和数据。

3.2 炮射侦察滞空弹的典型特点

相比于无人机和巡飞弹，炮射侦察滞空弹主要具有以下的优点：

1)炮射侦察滞空弹以高速飞行的炮弹为载体，突防能力强。在现代高技术立体防线面前，无论是无人机、飞机、直升机乃至导弹，都有各种各样的武器与之针锋相对，唯有对炮弹至今还没有找到有效的防御方法。炮射侦察滞空弹以炮弹为突防载体，利用它们飞行速度快、目标特征小、发射成本低、可连续发射靠数量突防等特点，突防能力远强于无人机。此外火炮作为传统陆军装备，装备数量特别多，既有利于炮射侦察滞空弹的广泛应用，又可以通过传统火炮装备与现代化无人机装备的相互结合，使老旧装备在新时代的高技术现代战争中重放异彩。

2)炮射侦察滞空弹隐身特性好，生存能力强。现役火炮最大口径为155 mm，其炮弹相比于侦察无人机，体积小很多，在典型任务飞行高度2 km处，目视特征极小，几乎难以被人眼发现。在体积特别小的同时再适当采取隐身措施，雷达波反射特征也能达到隐身要求。此外，现代防空雷达普遍采用多普勒效应过滤非高速移动目标的雷达回波，以减小地面反射杂波对雷达搜索的干扰，炮射侦察滞空弹通常工作在悬停或者低速平飞状态，很容易被作为地面杂波过滤掉，更加难以被防空雷达发现。另外，炮射侦察滞空弹可使用电池提供动力，相比于无人机采用内燃机或者涡轮发动机产生的红外特征，可有效对抗目前普遍装备的红外制导对空导弹。炮射侦察滞空弹体积特别小，即使被发现，相比无人机也难以被击中，还可以通过火炮发射快速到达战区补充损失。

3)炮射侦察滞空弹特别适合完成对高风险目标的近距离侦查与打击指示任务。相比无人机和巡飞弹，滞空弹结构和任务设备简单，使用成本低，突防能力强，隐身和生存能力好，将其与无人机、巡飞弹配合组成无人机侦查打击系统，能够将无人机、巡飞弹从近距离侦查与打击这样的高风险任务中解脱出来，减小高性能和高价值装备暴露在敌方防空火力面前的时间，保证其安全，同时又能够更好地完成近距离侦查与打击任务。此外传统的激光指示方式主要靠特种部队靠近目标至5～6 km内，用激光照射系统对目标进行照射引导攻击，容易暴露我方小队人员位置，危及小队安全。炮射侦察滞空弹与特种小队配合，特种小队在报告目标的方位和目标特征后即可转移，保证了特种小队的安全，后续的细致侦察和火力引导任务既可交由炮射侦察滞空弹完成。

4 炮射滞空弹的关键技术

炮射滞空弹涉及的关键技术包括：总体设计技术、抗高发射过载技术、减速减旋技术、空中悬浮控制技术、控制装置的时间精度和可靠性等。

4.1 总体设计技术

滞空弹使用火炮发射，目前现役火炮的最大口径是155 mm，为了飞行稳定，长径比不能过大，在有限的空间内布局动力装置、稳定装置、悬浮装置和观测装置等，总体布局和气动特性设计至关重要；另外，滞空弹要实现与现有弹药的兼容发射，弹炮匹配性设计非常关键。

综合运用理论、仿真与试验等研究手段，进行总体设计。通过应用钛合金、复合材料、记忆合金等轻质高强材料，采用3D打印等新工艺，使用拓扑优化等结构设计方法，为总体设计提供支撑。

4.2 抗高发射过载技术

火炮发射过载高，中大口径火炮的发射过载通常可达8 000～20 000g，对炮射滞空弹上的控制组件、悬浮装置和侦察指示设备等的抗过载要求高，抗高发射过载设计技术需重点关注。一方面需要从顶层角度对内弹道进行优化，降低发射过载；另一方面要提高其承受发射过载的能力，对于弹载相关设备进行缓冲、隔振设计，对电子设备进行可靠连接、封装，对光学设备在工作前进行锁定安装。

4.3 减旋减速技术

大口径火炮大多采用线膛身管，常规弹丸依靠自身的高速旋转实现弹道稳定。滞空弹在悬浮工作以前，需要将自身速度降低到一定范围内，悬浮装置才能开始工作。同时，为了便于滞空弹的侦查指示设备更好地工作，需将弹丸转速尽可能降低甚至稳定不转。因此，采用线膛火炮发射的滞空弹需重点研究减旋减速技术。

在滞空弹上采用旋转弹带可有效降低弹丸的转速，通常可减至50 r/min左右；再利用舵机稳定、减旋翼等技术可进一步减小其旋转速度直至完全稳定不转。采用阻力环、阻力伞等措施可有效降低弹丸的飞行速度。

4.4 空中悬浮控制技术

滞空弹布放到目标区域后，实现悬浮的前提是需要一个与重力相平衡的升力作用，同时保证在受到外界扰动时能够实时调整，空中悬浮控制是实现弹药滞空的关键。

常见的悬浮机构有伞式、气囊、螺旋桨和无翼喷气式等，可根据总体需求选择合适的控制方式，研究其悬浮升阻特性和驱动效能，实现最优的悬浮高度控制和悬浮时间控制。

4.5 控制装置的时间精度和可靠性

控制装置的时间精度和可靠性，会影响滞空弹飞行姿态控制的准确性，对滞空弹的悬浮高度和悬浮时间具有决定性作用。此外，控制装置的可靠性也是滞空弹作战效能实现的关键。通过优选时间精度高、可靠性好的元器件以及具有补偿功能和抗干扰能力强的线路设计可解决上述问题。

5 结论

未来战场上火炮超视距火力打击将成为常态化的作战样式，其具有作战频率高、追求点面杀伤、精确打击和火力迅速等特点。笔者通过对侦察型无人机、巡飞弹和滞空弹的各自典型特点的分析，认为侦察型无人机和巡飞弹虽可应用于超视距火力打击，但都存在明显不足。无人机飞行速度慢、突防能力差、隐身性能差、系统复杂；巡飞弹结构复杂、有效负载小、使用成本高，费效比高。

炮射侦察滞空弹应用在火炮超视距火力打击中，其以炮弹为载体，突防能力强、隐身特性好、结构和设备简单、使用成本低，特别适合完成对高风险目标的侦察与打击指示任务，能够有效提高大口径火炮远距离打击的精度，最大程度发挥大口径火炮的作战效能。