战场侦查设备新思路用坦克炮发射无人机

特约记者 刘晓峰 /文

源于实战需求

未来代坦克技术不断成熟，很多新技术已经进入辐射期。未来地面突击装备不仅要完成平原作战，山地和城市等复杂环境作战需求逐渐突出。面对瞬息万变的现代战场，坦克作为最前沿战术支点的地面突击兵器，如何更加迅速全面地获取战场信息、实现有效协同，成为需要考虑的问题。

在新的复杂作战环境中，以卫星等为代表的传统侦察手段难以在顶部结构复杂的区域使用。比如楼宇街巷和山谷地域，遥感卫星受到观测角度和飞行轨道限制，只能从目标上空采取逐一孔径扫描，再合成处理为静态三维图像，这种“一扫而过”的方式难以适应实时变化的战场环境。

中空长航时无人机虽然能做到十几个小时的长时间滞空，但飞行距离受限，指控中心容易受到远程精确火力袭击或特种作战渗透破坏，尤其是容易暴露在远程火箭炮的打击范围内。虽然固定翼无人机的各项技术在过去十几年的实战中不断成熟，但终究只在非对称战争中得到过检验。根据世界其它国家最新的反无人机战法，利用中大型固定翼无人机飞行高度较低、速度较慢，容易成为被锁定和攻击的目标的特点，在侦测到敌方无人机时并不忙于击落，而是等待受其指引的地面装甲部队出动后，使用事先隐蔽的防空武器将其击落，使敌方的装甲部队失去战场情报指引并暴露于中、近程火力打击之下，这样造成的损失是十分惨重的，我们不能参考美国近些年来在非对称战争中的战法，而是要考虑到对称局部冲突甚至敌强我弱的情况下如何尽可能的保存实力。至于通过单兵释放的那种航模无人机，飞行速度慢，极易被察觉和击落，而且信号获取和分析速度极慢，可以适当作为功能补充装备使用，基本不在未来对称战争条件下合成作战、快速突击的考虑范围内。

传统无人机在对称战场环境中生存能力弱；一旦被击落，地面部队短时间内将失去情报来源，容易贻误战机并陷入危险

面对这种未来客观上会遇到的实战需求，仅依靠数量有限的无人机和卫星为地面突击集群获取信息是远远不够的，而且这样的情报网络十分脆弱。我们在设计坦克装甲车辆及其配套武器时，需要考虑到由卫星和无人机编制起来的情报网一旦被破坏、没有理想战场环境时的应对方法，这种应对方法至少要具备4个特点，一是能帮助步兵和装甲部队迅速获得战场即时动态；二是生存和突防能力强，在其飞行区域内，没有能够实现有效拦截的“天敌”设备；三是使用方便，平时免维护，用时可靠性强；四是对坦克总体设计影响小，不必单独设计使用空间、老旧型号坦克使用时不必修改坦克现有的机械部件，便于推广。

巧妙避开“天敌”

采用火箭推进器的无人机，其飞行效率将远高于自旋翼飞行器；而采用坦克炮和火炸药发射的“炮射无人机”，比采用火箭推进器发射方式的性能更强、生存能力强、成本更低、可靠性更高。

“炮射无人机”的设想不是类似外国现有的迫击炮射无人机，而是从坦克火炮将侦查设备以超过1000米/秒的速度发射出去，发射高度一般在离地1.8-2米的范围内，这是绝大多数自动化防空/拦截武器的盲区，而1000-1200米/秒的速度又是人工难以反应过来的。目前能够此实现有效反应的技术只有坦克主动防护系统，然而炮射无人机的目的并不是攻击装有主动防护系统的坦克，而是在城市街道等复杂环境中直线飞行、采集隐蔽处的图像情报。因此，炮射侦查设备在它的工作区域内几乎是无法拦截的。

侦查设备“炮射”的另一个理由是，目前能够提供这样高的发射速度的设备只有坦克炮。采用火箭发动机是另一种实现方式。火箭发动机的特点是距离越长、工作时间越长越能发挥出性能优势，地面突击作战的交战距离一般小于2千米，在坦克装甲车辆的有限空间内，火箭发动机在这么短的交战距离和时间内，速度一般只能达到200-300米/秒。而坦克炮在发射穿甲弹时的弹丸初速能达到1600米/秒以上，如果考虑发射时过载对电子侦查设备可靠性的影响，可将初速控制在1000-1200米/秒范围内。

方便储存和使用

目前装甲装备上使用的无人机，多是安装在车辆顶部或需要专门区域存放的自旋翼飞行器。这种设计存在两个主要的缺陷，一是搭载数量较少，一般最多4台左右；二是对车辆总体设计影响较大，或占用车内空间、或增加车体尺寸，对其它设备性能实现造成影响、增大车辆投影面积，降低车辆战场生存能力。

炮射无人机不仅在技术指标上远超自旋翼飞行器，而且在储存和使用方面能够与坦克现有设备深度融合，十分方便。

炮射侦察系统被存放于自动装弹机内，对坦克装甲车辆外形无任何影响。指挥员可根据车辆任务角色不同而选择炮射侦察系统的携带数量，以某型主战坦克为例，最多可携带32枚，作战持续时长远高于传统车载无人机。

由于载荷+发射药占用空间与普通破甲弹相当，因此可以将无人侦查设备存放于自动装弹机内，无需对寸土寸金的车内空间进行改造和占用。携带数量可在战前根据车辆用途和战场需要决定。自动装弹机可靠性极高（故障率普遍低于5‰），如果单独无人机的存放和释放装置，客观上会影响坦克系统整体可靠性。

根据近年来俄罗斯和美国的坦克装甲车辆实战使用情况来看，在绝大多数战斗中，坦克受驾驶员体能、能源等限制，作战时长一般在1-2小时左右，弹药消耗量一般不高于12发/场（战斗）。炮射无人机虽然占用一定的载弹量，但坦克在设计之初就预留了载弹的冗余数量，炮射无人机占用的就是这部分预留空间，因此对一般作战几乎不存在影响。如果再考虑到无人侦查设备对情报的及时获取等因素，甚至可以降低单场战斗中坦克弹药的消耗量和车辆自身的伤亡概率。

从使用角度考虑，传统无人机在飞行时需要一名熟练的操作人员，而坦克当中的乘员均有明确而且充实的分工，甚至有些情况下车长和炮长还要互相“补台”，这就是为什么三代坦克普遍具备车长可不经过炮长直接操作火炮发射的“超越射击”功能。因此，在紧张的地面突击作战中，不可能再有一名单独的“飞手”来聚精会神的操作无人机。

在炮射无人机的使用过程中，炮长可以像切换穿甲弹、破甲弹一样的操作方式来选择炮射无人机，用观瞄装置锁定发射方向、点火发射，总体操作方法与一般弹药基本无区别，仅需要经过简单的培训后即可达到较为熟练的程度。炮射无人机传回的信息通过车载计算机接收并解读后，通过观瞄设备将信息以位置标识的方式传递给乘员，发射后到读取目标信息无需人工操作，极大节省了人力。炮射无人机在自动装弹机储存、依靠火控系统实现瞄准、由炮长操作、用火炮发射，从空间、机械、电子、人工等多个方面实现了与坦克现有条件的高度适应。炮射无人机与目前普遍认知的自旋翼无人机相比，不论是对坦克的设计影响和改装的工作量，还是对操作人员的使用负担来讲，在与坦克的系统集成方面具有不可比拟的优势。

技术的可实现性

“炮射无人机”概念的提出是在多年积累的兵器、电子与航空航天相关技术基础上产生的，是需要跨专业实现的地面突击兵器子系统，航天器抗载荷能力、兵器火炮发射药性能、军工电子扫描与识别设备等，均有分别的技术能够满足性能要求。

炮射无人机虽然飞行距离和飞行时间很短，但其需要承受的震动与加速度却是航天级别的。根据航天器发射的一般经验，从频谱的分布来看，震动载荷包含几十赫兹到几千赫兹多个频率的震动与冲击，航天器载荷故障的45%是由于发射过程中的震动造成的，因此载荷抗震技术决定了炮射无人机可靠性。在航天领域，电子设备的抗荷能力是有限的，因此需要专门设计高阻尼隔振器。隔振器分为主动式和被动式两种；主动隔振器效果好、系统复杂、成本高，广泛应用于大型航天器，目前还不适合炮射无人机批量生产的需要；被动式隔振器虽然效果逊于主动式，但批量生产可实现程度高，虽然性能方面可能存在不足，但可以通过将“发射药能量释放”与“电子设备抗荷能力”性能函数曲线加以优化匹配，主要是让发射药去适应抗荷能力，高性能和高可靠性是不难实现的。

如果将炮射无人机的研制看作一个系统，从敏捷科研和项目风险角度考虑，电子设备及其抗荷隔震技术的提升需要较大投入和较长时间，因此可将“炮射无人机”的原理实现与性能提升分解为抗荷技术与发射药技术两个方向的“两步走”：第一步，尽快确定电子设备的抗荷能力，通过对发射药配方和装药结构的改进优化，使二者性能匹配，争取在较短时间内拿出样品。由于炮弹和电子设备与发射药是一一对应的，因此改变发射药性能对其它弹种性能不会产生影响。第二步，在一步弹实现成果转化后，拿出部分利润，逐步实现电子设备载荷能力的提升，随后再改进发射药性能，实现边投入边产出的可持续性能提升。

坦克火控系统的技术优势是炮射无人机超越传统无人机的支撑条件之一。目前国际上第三代主战坦克火控系统的射击精度普遍水平较高，千米立靶动态射击的散布只在一个月饼盒大小的范围内。而人工操控的无人机若想达到如此飞控精度，不仅对人工要求极高，而且飞行过程中极易被发现和拦截。

对扫描区域完成信息采集、回传分析的电子设备是炮射无人机的核心，抗荷隔震、发射药、火控瞄准等技术都是为此服务的。发射出去的电子设备主要完成信息采集和信息回传两项功能，分析解算由车载计算机或附加的计算模块完成。

坦克3名乘员分工明确（车长、炮长、驾驶员）且工作量饱和，没有多余的人员驾驶无人机

根据炮射无人机的使用需要和重量尺寸、飞行弹道等限制条件，当弹丸以趋近于直线的弹道飞过信息采集区域时，使用合成孔径雷达对于实现功能较为有利。目前我国的合成孔径雷达技术已经应用于近地轨道卫星对地资源环境观测和无人机对矿区扫描等用途，技术十分成熟。工程技术人员只需要在原有基础上，将合成孔径雷达的扫描距离、尺寸进行重新设计，再进行多次弹道飞行测试和相应的改进设计，有望性能实现。

综上所述，炮射无人机总体及配套技术几乎不存在需要突破的原理问题，具有较为扎实的技术储备和实现条件。科研人员只需要将相关技术在具体的工程设计和加工工艺方面多下功夫，即可在较短时间内拿出动态演示样机。

炮射无人机的实战与科研价值

近年来，反无人机手段不断更新，传统的中大型无人机面临更多威胁，低小慢飞行器极易被拦截。独立的无人机系统还存在与作战单元实现信息匹配的问题，因此，如何为地面突击兵器这样的作战单元装配符合其特点又能满足使用的情报采集设备——“坦克在地面作战中的优势是显而易见的，近年来又得到了验证，如何让强大的坦克变得更聪明？”成为发展炮射无人机的初衷。

从使用部门到研发部门，都在不断强调武器装备体系化。无人机也不例外，目前国外陆军使用的无人机一般为采集地面情报后，将光学影像实时传输到士兵和指挥中心的屏幕上，再由人工对情报进行分析和下达攻击指令。这样的传输方式速度慢。因此，在考虑下一代侦察无人机系统时，可以重新分配不同观测手段在坦克装甲车辆总体设计中占用的重量和尺寸空间。从近年国内外的地面装备竞赛中可以看出，车长搜索目标时使用的综合观瞄系统已经十分成熟，更多的战场信息是综合光电等各路传感器传输给计算机，最终呈现给乘员。因此可以考虑将炮射无人机获取的信息的方式确定为便于数字化传输的电信号，直接与坦克、装甲车辆的火控系统连接，将原有的“无人机摄像机-人-载具-人-火控”的情报使用链路转变为“无人机雷达-坦克火控-人”，将目标发现、锁定的时间从原有1-3分钟缩短至数秒钟，提高各单元作战反应的即时性。

炮射无人机最大的特点是“快”，这就需要开拓思路，将战场信息的采集方式由传统无人机的图像识别改为探测器感应，即由原来的“用眼看着走”，改为“用手摸着走”，把数据的运算量降下来，计算和判断交给车载计算机完成，决策交给人工完成。综合来说，就是将炮射无人机的信息采集和传输方式确定为“无人机雷达-坦克火控-人”，省去了对图像信息“看”的环节，目标方位直接让计算机识别并传给火控系统，让人员从信息识别的环路中解脱出来，只对火控计算机做决策性指令。

在21世纪第二个十年当中，城市、山地等复杂地域作战已经成为世界各军工技术强国角逐的热门武器应用场景之一，在未来相当长的一段时间内，复杂地域作战将成为地面装备和天-空-地协同作战需要集中攻克的技术领域，同时也是军工科研人员实现技术创新的“富矿”。

炮射无人机是在分析了目前战场环境感知手段与未来发展趋势的基础上，基于当前的技术储备，按照“敏捷研发、系统取胜、统标统型、使用便捷”的研发思路提出的创新性概念，希望能够为广大感兴趣的读者提供一定的启发。