制导末敏弹射表编拟研究

郑 斌，程丽丽，尚 勇

(西安现代控制技术研究所，陕西 西安 710065)

0 引言

制导末敏弹是末敏弹技术在制导火箭平台的新应用。一般而言,制导末敏弹为子母式结构,即1枚母弹装载多枚末敏子弹。末敏子弹主要由降落伞系统、弹上计算机、敏感器、EFP战斗部及安全起爆装置等组成[1-2]。作战时母弹在目标区上空按预定高度抛出末敏子弹,待子弹达到稳态扫描状态时,开始对攻击区域内的目标自主搜索、探测、识别、瞄准直至起爆战斗部从顶部攻击装甲目标。

由于制导末敏弹是介于导弹和传统弹药之间的新型智能弹药,其弹道特性既不同于传统无控弹药,也不同于常规有控弹药[3]。与之相对应,制导末敏弹射表编拟技术研究将成为射表技术工作者的重要课题。基于制导末敏弹射表编制尚未实践,文中通过对制导末敏弹射表用途和弹道特性进行研究和探讨,进而提出制导末敏弹射表方案。

1 制导末敏弹特性

1.1 制导末敏弹工作原理

制导末敏弹作用过程如图1所示。发射前,制导末敏弹按照发射控制流程,完成发动机点火电阻检测、对接及热电池电阻检测、弹上设备上电自检、飞控参数装定、北斗对时、星历装定、动态传递对准等发射前准备工况。按下发射按钮后,惯导系统转入导航状态,制导舱热电池激活,发动机点火,末敏弹开始沿定向管运动,完成发射。发射后末敏弹按预定有控弹道飞行至目标区上空,制导舱和子弹筒组成的子弹筒组合体与火箭部分离。分离后,子弹筒组合体在空中进行减速飞行,开舱抛出携带的多枚末敏子弹。末敏子弹在减速伞作用下,速度迅速衰减,直到适当范围,到达预定高度时,抛掉减速伞,张开主旋转伞,进入稳态扫描状态,若发现目标,则起爆战斗部攻击目标,否则自毁。

图1 末敏弹作用流程示意图Fig.1 Schematic diagram of the action flow of terminal sensitive muntion

1.2 制导末敏弹弹道特点

如图2所示,制导末敏弹飞行弹道由无控弹道段(OA)、制导段(AB)、子弹筒段(BC)和子弹段(CD)4部分组成。

图2 弹道示意图Fig.2 Ballistic diagram

第一段为无控段(OA),指从火箭发动机点火到1.0 s启控点的无控飞行段。

第二段为制导段(AB),指1.0 s后制导系统启控,飞行至分离点;采用预测制导和采用比例导引制导律进行制导控制。

第三段为子弹筒飞行段(BC),指子弹筒组合体与火箭部分离后的减速飞行过程。

第四段为末敏子弹飞行段(CD),指末敏子弹从子弹筒中抛撒出来开始,直到起爆战斗部或自毁落地的过程。

1.3 制导末敏弹发射流程

火箭炮进入技术阵地准备工况,其火控系统首先进行上电自检,检测火控系统各单体控制板、CAN通信接口、串行通信接口的工作状态。若火控系统任一单体出现故障,未收到自检回复命令,则认为通信不正常,火控系统不能正常工作,武器系统不具备射击条件,应停止射击。火箭炮进入发射阵地后,地面发控装置与火箭弹交互过程中,除星历装定、对时之外的任一环节异常(如飞行控制参数装订错误、阻值检测错误等),发射流程均应终止,弹药不能发射。

制导末敏弹发射时信息交互如图3所示。火控系统炮长显示器与上级指挥系统进行话传和数传通信,接收目标、阵地、气象数据、射击口令等信息;提取与弹道解算相关的参数,向火控操作台转发。火控操作台完成弹道解算、自动操瞄解算和随动调炮,并向炮长显示器上报弹道解算结果(表尺、方位角、北向速度、天向速度、东向速度及特征时间);生成飞行控制参数文件(为二进制文件,包含发射点经纬高、目标点经纬高、初始航向角、制导模式、控制字、射程偏移量、导航模式、杆臂参数、传递对准方式、特征点的北向、天向、东向速度等信息),并向地面发控装置发送。地面发控装置接收火控操作台发送飞行控制参数和地面操作显示台发送的选弹、检测和开始装定等控制命令,对火箭弹进行发射前检测、飞控参数装定,采集发射信号进行火箭弹发射。

图3 发射时信息交互示意图Fig.3 Launching information interaction diagram

从上述发射流程可以看出,控制系统不仅提高了武器系统的命中精度,而且增大了武器系统射击使用的复杂程度。制导末敏弹实际作战使用过程中,仅利用射表不能完成冗余发射形成有效火力射击[4]。主要是由于人工无法将诸多装定参数进行坐标转换、二进制转码等工作,不能生成飞行控制参数文件,无法人工将数据包发送给地面发控装置,进行弹炮信息交互。因此,需要根据武器系统的工作原理和战场的客观实际,合理构建制导末敏弹射表的内容与格式,以少量的文字,有效地反映武器系统完整的弹道特性,为作战及部队训练指挥射击提供基础数据[5],如弹丸的弹道特性、射击所需空域高度等信息,以便充分发挥武器系统的作战效能。

2 制导末敏弹射表方案

2.1 射表内容和格式

制导末敏弹弹道中,其制导弹道占总射程的95%,无控弹道约占总射程的5%左右,但由于无控段弹道是带伞弹道,飞行速度相对较低,飞行时间较长,故受弹道风影响较大。

由于制导弹药能够纠正并克服发射时刻控制误差、干扰误差和预测误差等导致对目标点的偏离,因此发动机比冲及装药药温变化、环境因素如弹道风、气温、气压等变化,地球自转产生的科氏力及重力加速度随纬度、高度变化等因素对制导段弹道影响很小[6]。对分离点之后的无控弹道影响较大的因素主要是弹道风。气温、气压、地球自转等因素变化对子弹筒段和子弹段弹道影响影响很小,可不予考虑。因此,制导末敏弹射表中,对修正量只考虑弹道风和炮目高差,不考虑比冲、药温、气温、气压等因素。

制导末敏弹射表[7]的主要内容包括基本诸元和修正诸元两大部分,对应射表包括基本表和修正表[8]。

制导末敏弹射表的基本表与普通射表类似,基本表是在标准条件下计算得出的弹道诸元,主要内容是反映不同海拔下的射距离、射角、特征点弹道参数(包括启控点、最大速度点、弹道顶点、分离点)、飞行时间、子弹纵向散布、弹道风对子弹落点影响。制导末敏弹射表基本表查表流程见图4。

图4 基本表查表流程图Fig.4 Basic table lookup flow chart

修正量表包括两个表,弹道风修正量表和炮目高差修正量表。弹道风修正量表反映不同横风和纵风情况下的射角、射向和分离点装定参数修正量的变化关系。弹道风修正量表查表流程见图5。炮目高差修正量表反映炮目高差情况下的射角、射向和分离点装定参数修正量的变化关系。炮目高差修正量表查表流程见图6。

图5 弹道风修正量表查表流程图Fig.5 Ballistic wind correction table lookup flow chart

图6 炮目高差修正量表查表流程图Fig.6 Shot elevation correction table lookup flow chart

2.2 射表精度分析

制导末敏弹的射表精度要求应与武器系统的射击准备误差相匹配,单纯追求射表精度高,除加大对试验项目、试验数量、测试精度、人力物力的要求外,实际上对射击精度没有质的提高[9]。Ex1表示射表中的射程x的中间误差,Ex2表示以中间误差给出的射击诸元准备误差(不含射表误差),则射击精度总误差Ex为：

(1)

射击准确度不只是由射表决定,更重要的是由射击诸元准备误差的大小决定,射表精度应以不使总误差显著增大为原则[10]。假定ΔEx为增大量,则ΔEx可表示为：

(2)

采用传统的射击保障器材,射表误差占总误差的10%左右。由式(1)、式(2)联立可得,Ex1<0.45Ex2。因此,如果射击装定诸元误差Ex2=1.5%x,则Ex1<0.675x;如果Ex2取0.7%x～0.8%x,则Ex1为0.3%x,可见射击准备误差越小,对射表精度要求将不断提高。但当射击诸元准备误差未减小,仅要求射表精度提高,对总误差Ex并没有什么改善,却会使得试验费用和难度大幅度增加。

在目前较为倾向性的意见是用精密法准备诸元误差Ex2为0.7%x～1.5%x范围内,此时要求射表误差Ex1≤0.3%x。射击诸元准备误差包括测地准备误差(决定炮阵地坐标和目标的坐标误差、高程误差)、气象准备误差、弹道准备误差(发动机装药温度偏差、装药批号差异)、技术准备误差(如射击诸元装订误差、操瞄系统误差等)等,作为系统误差与射表误差一起组成射击误差。

对于制导末敏弹射击诸元准备误差主要是测地准备误差和气象准备误差。由于末敏子弹带伞飞行,气象测定误差以及气象探测结果的时效性和空间有效性是造成射击诸元准备误差的主要原因。

射表精度与射击试验用弹量息息相关,目前传统野战火箭射表编拟射击试验耗弹量200发左右[11]。对于制导火箭这类价格昂贵的弹药,难以沿用普通弹药射表编拟方法。

考虑到制导末敏弹射表用途主要是为指挥射击和获得有效的炮兵火力射击所需的弹道整体数据、射击偏差修正数据及弹道空域与飞行特性,加之制导弹药造价昂贵,因此制导末敏弹射表精度误差不大于0.6%x。

3 结束语

随着弹箭技术的发展,需要同步建立和完善制导末敏弹、末制导炮弹等新型弹药的射表编拟方法。制导末敏弹射表编拟技术研究是对传统射表编拟技术的又一次革新与发展。文中通过对制导末敏弹作用原理、弹道特点和发射流程阐述,结合制导末敏弹弹道特性,提出了制导末敏弹射表内容、格式及射表精度要求,为制导末敏弹射表编拟奠定了技术基础,同时也为其他类似制导弹药射表编拟提供设计参考。