直升机舱门机枪应用研究

欧 旺,曲 亮

(1.信息工程大学,河南 郑州 450000;2.个人投稿,广东 河源 517000)

0 引言

军用运输直升机在现代战争中担负着机降投送、空中勤务支援等任务,在立体夺控、破袭行动中发挥极为重要的作用。然而缺乏有效打击、自卫手段的运输直升机难以充分发挥其战场作用。参照国际军事惯例,舱门机枪是目前公认的最适合运输直升机加装的机载武器。舱门机枪通常是指在直升机的机身两侧舷窗、侧舱门或尾舱门安装固定的可以由独立射手灵活转动操作的高射速机枪。但在实际战场环境中,直升机舱门机枪射击技巧性强,机组协作沟通要求高,多机协同射击难度大,因此,针对舱门机枪应用问题的研究就显得尤为重要。

1 直升机舱门机枪实战应用情况

1.1 直升机舱门机枪的实战应用案例

1)舱门机枪首次应用

舱门机枪在实战中的首次应用,可以追溯到50年代中期法国军队侵略阿尔及利亚期间,由于阿尔及利亚民族解放军经常藏匿于山林,部队难以直接正面进入,因而法军开始探索使用直升机进行机降作战。他们首先在SE-3160“云雀”型直升机上装备了无控火箭和20 mm“毛瑟枪”机关炮。根据阿尔及利亚山深林密的战场环境,法军制定了一种 “盘旋射击”的战术。这种战术要求直升机围绕事先确定的区域或潜在的敌方驻地进行环绕飞行和搜索;一旦发现目标,直升机会在大约30 m的高度开始盘旋,并在直升机的倾斜度和武器的倾斜角达到90°时直接瞄准射击。这一策略改变了战争初期直升机运送步兵分队时容易遭受袭击的被动局面,造成了阿尔及利亚民族解放军的重大损失。

2)舱门机枪正式应用于机降作战

越战时期,美国陆军正式组建了以直升机机降作战为主要作战样式的空中机动部队。美军当时大量装备使用的CH-21、UH-34以及UH-1等通用、运输直升机,防护能力较弱,飞行速度相对较低。在低空飞行期间,尤其是空中悬停或降落卸载时,经常会遭到偷袭。为减少直升机在越南战场的损失,美军开始在直升机上加装机枪作为自卫火力。美军率先在UH-1“休伊”通用直升机装上了舱门机枪,即M60型7.62 mm通用机枪或 “加特林”多管旋转机枪。“休伊”在出击时采用编队行动,即一架长机担负主要任务,配备两架以上的僚机担负空中观察及火力压制。一旦锁定目标,僚机迅速利用自身携带的火箭弹和机枪实施多轮高强度、高速度火力压制,而轻装配备的长机则视敌情向指定着陆场实施兵力投送或医疗撤运[1]。除了掩护步兵机降和医疗撤运以外,还对地面作战的美军步兵提供空中火力掩护。直升机舱门机枪配合“蛙跳”战术的运用,使美军在作战中逐渐扭转了先前的被动局面。

1.2 舱门机枪枪械发展情况

从50年代中期舱门机枪初露头角到现在已经快70年,舱门机枪以其安装简便、使用灵活以及射击范围大等优势[2],经过朝鲜战争、美国越南战争、苏联阿富汗战争、伊拉克战争等多次实战检验,深受各国直升机部队的重视,因此在枪械发展上也有了长足进步。以下是几种典型的舱门机枪及性能特征:

1)米尼岗M134式7.62 mm航空机枪

该型6管航空机枪是美国在越战时期研发成功的。转管航空机枪工作方式是由6根枪管进行转管射击,使用(28 V)直流电机驱动枪管回转,通过控制电机的转速来调节该转管机枪的射速。机枪口径7.62 mm,传动装置为直流电机,全枪质量15.9 kg,枪管长800 mm,射速2000～6000发/分,有效射程1143 m。米尼岗M134是众多应用加特林转管原理的机枪的杰出代表。其改装型号丰富,被美军大量装配在各型直升机上:如UH-60“黑鹰”通常安装在机舱窗户上;CH-47“支努干”运输直升机左右舱门内也可装配 M134 型转管机枪;CH-53“海上种马”中型运输直升机一般将其架设在两侧舷窗和尾门处。

2)7.62 mm PKT机枪

PKT机枪本为步兵、坦克用机枪,在阿富汗战场上被苏军装配到米-8直升机上使用而成为航空机枪。该枪有别于米尼岗M134,为单管机枪,口径7.62 mm,全长1098 mm,枪管长722 mm,空枪重10500 g,理论射速600～800发/分,战斗射速高于250发/分,枪口初速885 m/s。苏军没有选择转管高射速机枪,主要是为了便于枪械的维护保养,缓解当时后勤保障的压力。根据当时的装配方案,米-8直升机配备了4挺PKT机枪:一挺装于机首位置,外面配有防尘罩;两侧挂架各安装一挺;机尾货舱右侧的逃生口处安装第四挺可旋转的PKT机枪[3]。后来的实战证明,选用PKT机枪是明智的,因而从首次应用一直延续到了现在。

3)12.7 mm M3M重机枪

FN®M3M(GAU-21)是一款12.7 mm单管速射机枪,于2004年被美国海军命名为GAU-21。它是由比利时FN赫斯塔尔研制的,2003年被美国海军陆战队选中,作为“跳板安装武器系统”(RMWS)配备在CH-53E直升机上。12.7 mm口径机枪的射程和穿透力远高于7.62 mm武器。其独特的软安装系统能独立于电力或液压源运行,可提高武器精度并最大限度地减少传递到机身的射击振动。其重量、体积和后坐力又远小于20 mm等大口径机炮,因此非常适用于直升机平台。该型机枪的有效射程约2000 m,比包括米尼岗M134在内的7.62 mm武器平均900 m的射程要远很多,且射速能达到1100发/分钟,在大型单管自动机枪里来说也非常出色。M3M机枪能一次连续发射600发子弹,达到30 s的火力持续,对于清理着陆场和追击地面移动兵力也非常适用[2]。

上述各型机枪的口径、结构差异较大,因而机枪支架安装结构和所适应搭载的机型也需要进行系统性配置。同时可以看出,各国在舱门机枪装配时多采用初速高、射速快、中小口径后坐力较小的机枪,虽然单发毁伤威力较武装直升机20 mm以上航炮较弱,但弹道平直,射击精准,安全和可靠性都较高。

1.3 舱门机枪训练模拟器发展情况

机枪手的射击水平直接影响了机枪的作战效能,但由于实弹训练要封场,耗费大,危险系数高,所以射手实弹训练的机会较少。采用舱门机枪训练模拟器进行训练具有诸多优点:可在枪手培训周期的不同阶段组织快捷的培训活动,并验证枪手的能力特点与缺陷;单位可检验特定个人或机组对训练任务的熟练度;在进行大规模演习之前,解决协同弱点并评估编组成员的默契度[4]。当前世界军事模拟器的发展正朝着虚拟化、箱组化、可重构的方向发展。以下是美军现役两款舱门机枪适用模拟器的特点及功能介绍:

1)AVCATT的非额定机组人员载人模拟训练套件(NCM3)

AVCATT是美陆军航空兵唯一有记录可查的现役、预备役和ARNG航空兵部队集体训练系统,是一款移动多站虚拟仿真设备,支持直升机机组人员的分队集体和联合兵种训练。AVCATT原先由两个套件组成,其中有6个可重新配置的模块,适用于“长弓阿帕奇”、CH-47、“基奥瓦”和UH-60“黑鹰”等机型训练。而NCM3的研制引入了第三个套件[5],其中包含两个可重新配置的模块。这些模块可以连接到AVCATT的UH-60和CH-47的驾驶舱配置,以支持部队舱门机枪等训练任务要求。

NCM3使用头盔式显示器(HMD)来显示窗外场景,在三维的虚拟训练环境中对直升机机组人员进行关键的机枪手、吊篮和外吊挂操作训练。NCM3可以进行基于任务环境的虚拟任务演练,使机组提前熟悉情况,实现机组预先协同与现实集体训练的结合,最大限度地提高了舱门射击任务中可用飞行时间内的安全性、效率和实用性[6]。

2)可重构虚拟集体训练器 (RVCT)

2016年美国陆军提出了STE计划,旨在在当前士兵训练有效性(TE)水平的基础上,构建适应新兴技术和训练要求的,实现虚拟与现实相结合的综合训练环境(STE),以此增强个人和集体军事训练质效,重点突出模拟训练系统的可重构性和可扩展性[5]。RAYDON公司一直致力于军事虚拟现实训练解决方案,其研制的可重构虚拟集体训练器(RVCT),于2019年被美陆军采用,作为STE项目的核心硬件组成部分。可重构虚拟集体训练器(RVCT)包括航空平台(RVCT-A)、地面平台(RVCT-G)、徒步步兵集体机动训练、集体射击训练和任务演练能力等部分,具有便于移动、可运输、模块化和可扩展的功能特色,并力争采取最少硬件来实现用户执行集体任务时所需场景保真度、匹配度及其他功能的需求。

航空平台(RVCT-A)中一套“黑鹰”舱门射击模块包括两个主要组成部分:计算机套件和基础座椅套件。座椅套件包括一个飞行员位、一个左侧舱门射击位以及一个右侧舱门射击位,当用于更简化的配置环境时,也可仅由主飞行员位和单舱门射击位组成。每个舱门射击位包含一个缩小的UH-60长官席位,配有座椅、安全带约束系统和M240H(7.62 mm)机枪模型,用户可以在30 min内从封包箱组切换到使用状态。

射手在训练时需要佩戴MR头盔显示器,从中观察模拟任务场景。由于头盔显示器采用了六自由度头部跟踪技术,射击手可以看到360°全方位场景,视线不受限制,有利于射击手在机舱内活动,还可以在系好安全带保护的情况下把身体探出舱门外射击。

系统注重了个性化个人技能培训,具有绩效跟踪和报告能力,相比于以往的军事训练,可以对参训人员开展能力分析和渐进式课程,同时也突出团队编组、协同能力的培训。通过“增强现实”技术展示基本训练环境和作战单元环境,从而简化合并技能训练周期,显著提升训练质效。STE的先进理念加速了个人技能与集体任务能力的生成,使作战部队实现全任务模拟、联合作战、多域作战成为可能[7]。

2 舱门机枪射击技术

由于舱门射击时空速、射程、射击角度和弹道持续在变化,与地面机枪射击对比,包含较多复杂因素,因此除了开展模拟器训练,参考美国战地手册等相关的训练情况介绍[8],机组成员事先对射击技术重难点问题进行理论研究,并熟练掌握相应的解决办法也极为重要。

2.1 合理搜索战场目标

低空飞行时,由于地形遮蔽,地面伪装等因素,加之直升机与地面相对运动速度快,从直升机上往往不容易发现太小的单个目标以及位于视野边缘或带有伪装和阴影的目标,此外机组人员疲劳也会影响搜索效果。

根据战场区域的大小以及目标可能存在的范围,可灵活采取多种搜寻目标的方式,主要包括航迹线搜寻、平行线搜寻、横移线搜寻、扇形搜寻、扩展方形搜寻以及横移协调搜寻等[9]。同时,应注意典型目标的识别特征:如要发现士兵,应注意寻找散兵坑,清除射界的痕迹,运动或射击扬起的灰尘等;如要寻找履带式车辆,则可以看车辙、烟、玻璃反光以及武器射击的轻烟和闪光。

2.2 快速定性目标威胁

在执行作战任务时,机组往往要同时面对多个战场目标,有装甲目标或无装甲目标,威胁程度也不尽相同,同时还有许多虚假的佯装目标和残余目标,都需要机组去定性。相对于地面枪手可以从直接指挥者那里接受火力控制指令,空中射击往往需要机组自行评估。

可以从受攻击威胁程度(包括目标的机动能力、火力强度、敌我双方距离)以及目标的任务意图(目标是否具备防空能力、是否准备开火[10]、是否能发出告警)这两个角度来综合评估目标对本机的威胁层级,评估为最危险、危险和不危险。机组据此决定交战优先顺序;还可将目标进一步分为硬(有装甲)、软(无装甲)目标,单、多目标,以确定采用合适的弹种和打击时长。

2.3 快速标定目标距离

发现、定性完目标后就需要快速标定距离。由于低空近战时间紧张,相对于地面枪手可以使用测距仪、地图或已知的地面参考点来判断,直升机机枪手通常只能用眼睛来估计。采用目视识别方法来估计距离,易产生视觉错觉[11],更难准确标定射击距离。

如俯视笔直的道路或平坦的地形、物体处于强光下,物体颜色与背景颜色形成鲜明对比时,物体看起来比实际距离近;而从低处向较高的地形观察,沿崎岖地形观察,光线较弱时或只能看到目标一小部分时,物体看上去会比实际距离远。以上因素都会影响距离估计的准确性,因此人工测距的技巧性较强,需要不断训练。

2.4 精细化弹着点计算

相对于地面枪手从固定平台开火,直升机机枪手的射击随直升机平台而移动。移动中的直升机与目标的正确瞄准点随空速、高度、倾斜角和转弯速度时刻变化。人的视觉在精神高度紧张时很难跟上变化节奏。

弹着点计算是指在发射武器时所涉及的观察、计算和行动。除直升机处于地面或悬停状态时外,舱门机枪实际射击时的射击条件与标准条件往往是不同的,必须考虑直升机速度对弹头初速大小和方向的影响,制定相应高度-速度-距离弹道修正表[12],以便于机枪手在射击时可根据直升机所处高度、前进速度,灵活调整瞄准点,提高命中精度;对于移动目标或可能移动的目标(车辆),机枪手必须预测移动(或对移动做出快速反应),并向移动方向提前转移火力;可以将子弹与曳光弹组合装填,产生可目视的射击线,为调整射击提供依据。

3 机组沟通协作

1)机组协作基础

舱门射击是在空中运动中实施的多乘员行动,技战术应用难度大,协同要求高。机组对目标的快速识别、追踪以及攻击方式的选择,都需要通过高效的协作配合才能实现。因此,如何实现机组高效协作配合是需解决的基础性问题。共享心智模型有益于促使团队高速作业,获得预期成效。通过培养建立机组内部的共享心智模型,是创建协作基础的较好方法[13]。如在搭配机组时根据年龄、学历水平、军衔等级、地缘等因素编组乘员,提升心智模型一致性;也可组织开展机组成员间的交叉培训或任职。研究表明,交叉培训有利于团队共享心智模型的实施[14],如让飞行员体验作为机枪手的观察员,能让其理解后舱射击的处置难点与需求,在以后执行任务中,更能做出合适的决策和指令,提升机组团队效能。

2)机组沟通差错预防与控制

研究发现,越是有效的团队沟通,形成有效共享心智模型也越快。飞行时机组由于对战场态势把握的不对等(主要由前舱飞行员掌握),以及任务流程的复杂性,容易产生认识偏差和沟通差错;而且机组成员在指令传递时也易产生因个人口音、交流技巧以及其他因素导致的沟通障碍和信息误传递。因此,沟通差错预防与控制对提升机组协作质效极为重要。沟通差错预防与控制可通过“预防-控制-反馈”3个步骤进行,即事前差错预防,事中差错识别与控制,事后反馈[15]。其中事前的预防是基础;事中的控制是关键;事后的反馈则是提高。在事中的控制中可应用标准的武器控制流程、射击指令流程,以及规范射击短语等方法来实现。

4 多机协同射击

舱门机枪在作战应用时往往采取多机编队的方式。合理地协同射击能对战场目标进行有效分割,以及实现对重点目标的合力射击,并能有效防止直升机危险接近和误伤友机。因此,实现多机协同射击是衡量舱门机枪应用水平的重要标准,可以引入射击扇区的概念[8]。射击扇区是指分配给单机可以实施火力覆盖的区域。通过对常见机群编队(纵队、左右梯队以及战术自由巡航梯队)进行扇区划设,可以实现多机协同射击时的战术灵活度和射击安全。

我们先定义舱门机枪单机的前后射击角度,以机体纵轴为基准线0°～180°,定义:前向射角极限为10°,后向射角极限为150°(防止击中尾桨或平尾)。

三机纵队战场暴露面积小,且通过后机调整位置可以快速转换成左右梯队,故以其作为基础队形进行分析:定义三机间可极限保持3倍旋翼直径d(昼间)、5倍旋翼直径长(夜间)的编队距离;机枪手向另一架直升机方向射击时,发出的射击线应与两机连线的夹角不小于60°。夹角的大小直接影响火力重叠区域的大小,以60°为例,如图1所示。机枪在射击俯角支持的前提下,可实现对舱门3倍旋翼直径长至机枪极限射击距离的敌方目标的合力射击。夜间如前文分析,存在距离判断错觉和反应迟钝等特点,因而保持较大编队间距。

图1 纵队昼间射击区域划分

1)几何分析过程:定义运输直升机旋翼半径r为10 m,昼间保持3倍旋翼直径d的编队间隔即60 m,当后机向前机射击线侧向垂直接近时危险产生最快。定义侧向速度为v,分别赋值10、30、50 km∕h,则旋翼翼尖误入前机射击线的时间:t= (3d·sin60°-r)/v。统一单位后得解,以上速度对应t分别为:15 s、5 s、3 s。此时间可供前机发现后机危险接近并做出停止射击反应,也可供后机纠正编队位置偏差。前机因自身位置变化而误入后机前向射击线的分析与上述一致。

2)安全建议:通过以上几何分析可得出,当两机以较大的相对速度接近时,反应时间或将不够做出调整规避。因此,长、僚机驾驶员都应该保持好直升机编队飞行状态和航迹,不制造突发的双机危险接近;机枪手应严格保持水平射角的限定,观察员辅助观察相邻机的接近趋势并判断射角保持是否存在偏差;机枪支架设计时可预留多个角度的水平限位卡止机构,防止射角随意增大,也利于适应不同编队队形和间距对射击角度的要求。

左右梯队、战术自由巡航梯队,也可参照此分析方法。编队间距和水平射角应针对不同的任务场景重新设定,当编队间距更大时,水平射角也可一定幅度地增大。在多机协同射击时通过划设射击扇区,并依靠对战场地形、目标分布的合理分析,及时调整编队策略,能较好地实现战术灵活度与射击安全的双向统一。

5 结语

直升机舱门机枪以其灵活、廉价的独特优势,在未来很长一段时间内,都将是各国运输和通用直升机的重要航空武器装备。本文在分析舱门机枪实战应用和军事装备发展状况的基础上,按照射手-机组-多机的研究思路,首先对舱门射击的技术重难点进行了归纳分析,然后对机组间协作配合与沟通管理展开了研究,在多机协同射击中引入了射击扇区的战术概念并对其安全程度进行了几何分析。所研内容对直升机舱门机枪应用的进一步提升具有一定启发意义。但直升机舱门机枪多机协同作战是一个复杂的指挥控制过程,本文仍较为基础,有待进一步研究。