炮射巡邏彈發(fā)展趨勢(shì)及研究方向 朱 勇 劉 莉 摘 要 ： 針對(duì)采用各類陸軍火炮和海軍艦炮作為發(fā)射平臺(tái)的炮射巡邏彈 ,介紹了其發(fā)展歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 ,總結(jié)出在不斷應(yīng)用相關(guān)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上追求智能化、靈巧化、低成本已成為炮射巡邏彈的發(fā)展趨勢(shì)。另外 ,簡(jiǎn)要介紹了炮射巡邏彈總體設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域的一些關(guān)鍵技術(shù) ,如抗高過(guò)載技術(shù)、機(jī)翼制造技術(shù)、彈道減速減旋技術(shù)、總體多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)、小型低推力長(zhǎng)航時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、雙向遠(yuǎn)距離抗干擾數(shù)據(jù)鏈技術(shù)及目標(biāo)偵察及航跡規(guī)劃技術(shù)等 ,對(duì)上述問(wèn)題的深入研究將有利于炮射巡邏彈的進(jìn)一步發(fā)展。 關(guān)鍵詞 ： 炮 射巡邏彈 關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì) 綜述 引 言 巡邏彈是一種利用現(xiàn)有武器投放 ,能在目標(biāo)區(qū)進(jìn)行巡邏飛行 ,可承擔(dān)監(jiān)視、偵察、戰(zhàn)斗毀傷評(píng)估、空中無(wú)線中繼及攻擊目標(biāo)等單一或多項(xiàng)任務(wù)的彈藥 (或子彈藥 )。炮射巡邏彈就是兼容目前陸軍各類火炮和海軍艦炮系統(tǒng) ,采用炮射方式進(jìn)行發(fā)射的巡邏攻擊彈。 炮射巡邏彈是集合常規(guī)制導(dǎo)炮彈和無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)的一種產(chǎn)物 ,具有許多優(yōu)越之處 ,與常規(guī)彈藥相比 ,它多出一個(gè) “巡邏彈道 ”,留空時(shí)間長(zhǎng)、作用范圍大 ,可發(fā)現(xiàn)并攻擊隱蔽的時(shí)間敏感目標(biāo) ;與無(wú)人機(jī)相比 ,它能快速進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)域 ,突防能力 強(qiáng) ,戰(zhàn)術(shù)使用靈活 ;與制導(dǎo)炮彈相比 ,它能根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)情況變化 ,自主或遙控改變飛行路線和任務(wù) ,對(duì)目標(biāo)形成較長(zhǎng)時(shí)間的威脅 ,實(shí)施 “有選擇 ”的精確打擊 ,并實(shí)現(xiàn)彈與彈之間的協(xié)同作戰(zhàn) ;與其它類型的巡邏彈相比 ,它的發(fā)射平臺(tái)簡(jiǎn)單 ,可以和炮彈配合使用 ,由于利用火炮系統(tǒng)提供的高初速 ,能夠快速進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)域 ,有很強(qiáng)的時(shí)效性。 1 發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 美國(guó)是最早研制巡邏彈的國(guó)家 ,其研制的 成本自主攻擊系統(tǒng) )和網(wǎng)火系統(tǒng)中的 邏攻擊導(dǎo)彈 )可以說(shuō)是巡邏彈中的代表。美國(guó)也是最早將巡邏彈兼容到火炮和艦炮發(fā)射系統(tǒng)的國(guó)家 ,隨后世界上興起了炮射巡邏彈的研究熱潮。目前美國(guó)正在研究的炮射巡邏彈項(xiàng)目有 : 127 炮發(fā)射的前沿空中支援彈藥 ( 155 彈炮發(fā)射的快看 (察巡邏彈、 155 彈炮或 127 炮彈投放的炮射廣域偵察彈 (和適合 81 155 應(yīng)火炮的多功能一次性炮射巡邏彈 (預(yù)計(jì)這類彈藥將在 2010 年左右投入使用。 美 國(guó)海軍于 1999 財(cái)年開(kāi)始研制的由 127 炮發(fā)射的巡邏彈。當(dāng)年的炮射偵察彈藥防御計(jì)劃財(cái)政支持包括 個(gè)項(xiàng)目 ,至2002 年結(jié)束。 徑為 127 度為 28 m,質(zhì)量為 73 夠?qū)?185 察和戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估 ,巡飛時(shí)間約為 3 h1。 美國(guó)陸軍于 1999 財(cái)年開(kāi)始研制的一種由 155行或牽引榴彈炮發(fā)射的巡邏彈。它的直徑為 155 度為 99量為 36 1 炮彈發(fā)射飛至彈道最高點(diǎn) 后下降至高度為 1 000 m 時(shí) ,速度為 85,靠氣囊對(duì)其減旋 ,靠降落傘裝置將其減速到 60 m/s;然后展開(kāi)控制尾翼、充氣式彈翼和螺旋槳 ,啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) ,以 80 m/s 的速度飛至目標(biāo)上空 ,此段采用 位和中段制導(dǎo) ,大約用 10到達(dá)目標(biāo)上空后 (距離發(fā)射點(diǎn) 50 以 62 m/s 的速度進(jìn)行巡飛 ,可以探測(cè)偵察 39 平方公里范圍內(nèi)的區(qū)域 ,巡飛時(shí)間為 30 右 1。 美國(guó)陸軍武器發(fā)展與研究中心 ( 2000 年跟蹤研制的 ,由 155 藥攜帶投放的一種巡邏 彈。長(zhǎng)度為 050 m,翼展為 122 m,質(zhì)量為 39 種子母彈可由陸基榴彈炮或艦炮發(fā)射 ,初始速度為 762 m/s 975 m/s。當(dāng)彈丸經(jīng)過(guò)了彈道最高點(diǎn)后 ,利用爆炸將外彈殼炸開(kāi) ,展開(kāi)充氣氣球 ,將其減速至 60 m/s。下降到一定高度時(shí) ,保護(hù)內(nèi)殼分離 ,飛行器拋出 ,展開(kāi)一個(gè)使其減速到約 14m/s 的降落傘 ,隨后展開(kāi)折疊彈翼和尾翼。啟動(dòng)由電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) ,可以維持它以約 28 m/s 的巡航速度飛行約 30飛高度為 1 220 m2 美國(guó)航空環(huán)境公司與美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室和 聯(lián)合防務(wù)公司 (手于 2001 年開(kāi)始研制的一種炮射巡邏彈。它可以制造成直徑為 81 55 巡邏彈 ,裝入相應(yīng)的炮彈中 ,主要用于偵察、目標(biāo)探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別以及戰(zhàn)場(chǎng)毀傷評(píng)估 (它可以攜帶彩色電視攝像頭、熱成像儀、生物化學(xué)戰(zhàn)劑探測(cè)傳感器等 ,還能在飛行過(guò)程中對(duì)敵方雷達(dá)和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行干擾。在接收到前線偵察兵或偵察機(jī)的發(fā)射指令后 ,通過(guò)火炮將 射出去 ,到達(dá)目標(biāo)上空后通過(guò)爆炸裝置引爆外彈殼 ,巡邏彈從母彈中釋放出來(lái) ,并采用降落傘對(duì)其進(jìn)行減速后展開(kāi)彈翼 ,以 20m/s60m/s 的速度在戰(zhàn)場(chǎng)上空進(jìn)行巡飛偵察 ,巡飛時(shí)間為197 除美國(guó)外 ,俄羅斯、以色列、英國(guó)、德國(guó)、意大利、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家也加入巡邏彈的發(fā)展行列 ,只是對(duì)于炮射巡邏彈 ,目前見(jiàn)到的有關(guān)型號(hào)的報(bào)道比較少。 2 發(fā)展趨勢(shì) 從炮射巡邏彈的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀可以看出 ,它是目前信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的一種產(chǎn)物。只有當(dāng)軍隊(duì)對(duì)信息的要求到了空前重要的今天 ,巡邏彈才會(huì)出現(xiàn) ,而炮兵作為壓制性部隊(duì) ,為其研制相應(yīng)的巡邏彈是必不可少的。在制導(dǎo)炮彈、無(wú)人機(jī)、傳感器等技術(shù)逐步發(fā)展和完善的過(guò)程中 ,炮射巡邏彈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中也就 初具生命力?？偟恼f(shuō)來(lái)作為新型的防區(qū)外武器 ,炮射巡邏彈的發(fā)展趨勢(shì)可以歸結(jié)為 :在不斷應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上追求智能化、靈巧化和低成本化。 所謂智能化 ,指的是炮射巡邏彈自身能夠完成多重作戰(zhàn)任務(wù) ,既能對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)進(jìn)行偵察、監(jiān)視 ,還能完成戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)毀傷評(píng)估。從炮射巡邏彈的研制現(xiàn)狀可以看出 ,炮射巡邏彈的功能主要還是偵察、監(jiān)視、評(píng)估任務(wù)。巡邏彈在使用結(jié)束后都采取自毀 ,為了提高其使用效能 ,未來(lái)發(fā)展必然要求其在完成偵察任務(wù)的同時(shí)可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行選擇性打擊。巡邏彈之間的協(xié)同使用 ,巡邏彈與常規(guī)武器之間的匹配使用是炮射巡邏彈智能化 研究的熱點(diǎn)關(guān)注課題。 所謂靈巧化 ,指的是炮射巡邏彈可以匹配各種火炮發(fā)射系統(tǒng)。炮射巡邏彈的研制是在不改動(dòng)目前已有的火炮發(fā)射平臺(tái)的基礎(chǔ)上開(kāi)展的 ,從炮射巡邏彈的研究現(xiàn)狀可以看出 ,要求其兼容目前火炮系統(tǒng)的同時(shí) ,還希望它能夠滿足現(xiàn)有的多種火炮系統(tǒng) ,這樣可以大大降低炮射巡邏彈的使用成本和使用范圍 ,大大增加了炮兵武器使用的靈活性。例如美國(guó)現(xiàn)在投入很大財(cái)力研制的 設(shè)計(jì)了很多種類 ,使其能夠匹配 81 155 各類火炮。 所謂低成本化 ,是指巡邏彈的出現(xiàn)在一定意義上是因?yàn)樗瑫r(shí)擁有了常規(guī)武器 和偵察無(wú)人機(jī)的能力 ,降低了武器系統(tǒng)的研制和使用成本 ,但盡管如此 ,現(xiàn)在各國(guó)在研制炮射巡邏彈的過(guò)程中都尋求采用各種新型低成本材料。從現(xiàn)有報(bào)道資料能夠總結(jié)出 ,降低炮射巡邏彈成本的主要工作都集中在使用新型材料、小型低推力發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和彈上傳感器等方面。 3 關(guān)鍵技術(shù)研究 炮射巡邏彈是建立在制導(dǎo)技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)、飛行力學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)、機(jī)械制造工程、火炮發(fā)射技術(shù)、減速回收技術(shù)以及隱身技術(shù)上的一門(mén)綜合的工程技術(shù) ,涉及到的領(lǐng)域廣 ,關(guān)鍵技術(shù)多 ,本文僅簡(jiǎn)要介紹炮射巡邏彈在總體設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域內(nèi)的一些關(guān)鍵技術(shù)。 1)總體多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù) 由于巡邏彈的設(shè)計(jì)需要綜合考慮彈體外形結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) ,彈體功能模塊的優(yōu)化匹配 ,有效載荷質(zhì)量與燃料達(dá)到最佳配比 ,空氣動(dòng)力學(xué)和隱身性能等一系列問(wèn)題 ,所以這是一個(gè)涉及很多學(xué)科之間的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。學(xué)科之間的交叉耦合和相互影響 ,決定了巡邏彈的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)科學(xué)問(wèn)題。 目前 ,國(guó)外越來(lái)越多的科技人員將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化 (術(shù)應(yīng)用于飛行器設(shè)計(jì)之中 ,多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在提供變量、約束、性能間交互作用和耦合信息的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了同時(shí)滿足各學(xué)科和系統(tǒng)約束的要求 ,具有對(duì)各種設(shè)計(jì)方案迅速進(jìn)行分析的能力 ,還可以大大縮短研發(fā)周期。 2)小型低推力長(zhǎng)航時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī) 巡邏彈的主要工作任務(wù)就是在敵方陣地上進(jìn)行巡弋飛行 ,對(duì)陣地進(jìn)行偵察 ,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和打擊 ,這就需要它擁有一個(gè)能提供長(zhǎng)航時(shí)小推力的發(fā)動(dòng)機(jī)。目前國(guó)內(nèi)外主要采用的是活塞式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和鋰電發(fā)動(dòng)機(jī) ,微小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)是目前研究的熱點(diǎn) ,勢(shì)必成為下一代巡邏彈發(fā)動(dòng)機(jī)的主流。 由于炮射巡邏彈的初始段是炮射彈道 ,利用炮射將它在較短的時(shí)間內(nèi)送到所要求的射程 ,然后才轉(zhuǎn)入自主飛行的巡飛段。進(jìn)入巡飛段后才啟動(dòng)巡航發(fā)動(dòng)機(jī) ,發(fā)動(dòng)機(jī)的空中 自啟動(dòng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要特殊考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。 3)航跡規(guī)劃、協(xié)同編隊(duì)作戰(zhàn) 在前面的發(fā)展趨勢(shì)中提到過(guò) ,巡邏彈的設(shè)計(jì)正朝著智能化方向發(fā)展 ,這就需要對(duì)它的巡飛航跡進(jìn)行規(guī)劃 ;同時(shí)能夠做到多枚巡邏彈之間的相互通信 ,保證協(xié)同作戰(zhàn) ,避免重復(fù)偵察和攻擊。另外還要求巡邏彈本身能根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)情況作出實(shí)時(shí)的規(guī)劃 ,有效地躲避威脅 ,增強(qiáng)巡邏彈的生存能力。 4)雙向遠(yuǎn)距離抗干擾信息數(shù)據(jù)鏈路 炮射巡邏彈的射程可達(dá)幾十公里 ,而彈體長(zhǎng)度一般在 1 m 左右 ,這對(duì)信息傳輸裝置提出了相當(dāng)高的要求。為了獲得遠(yuǎn)距離、高數(shù)據(jù)率、高質(zhì)量的 通信 ,必須采用高功率的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī) ,利用圖像壓縮技術(shù)以降低對(duì)帶寬的要求 ,要在信號(hào)處理過(guò)程中進(jìn)行加密 ,以實(shí)施保密通信。同時(shí) ,實(shí)現(xiàn)巡邏彈與其它武器之間的配合使用、巡邏彈之間的配合使用 ,需要建立它們之間的信息交換。采用雙路通信鏈路傳遞和接收信息 ,必要時(shí)建立通信中繼站已成為解決炮射巡邏彈信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵問(wèn)題。 以上四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是所有巡邏彈在發(fā)展過(guò)程中都要面對(duì)的 ,而對(duì)于炮射巡邏彈 ,它除了具有上述四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之外還有其自身的特殊性。 5)抗高過(guò)載技術(shù) 巡邏彈上的制導(dǎo)控制組件、發(fā)動(dòng)機(jī)、彈翼折疊裝置、偵察設(shè)備等要抗 住炮彈發(fā)射時(shí)的高過(guò)載是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前一般都將彈上電子器件塑封固定 ,并通過(guò)一些軸套等機(jī)械構(gòu)件將重點(diǎn)器件上的過(guò)載轉(zhuǎn)移 ,從而解決抗過(guò)載問(wèn)題。近年來(lái)飛速發(fā)展的 術(shù) ,不僅成本低、體積小 ,而且具有抗高過(guò)載的特點(diǎn) ,是解決抗高過(guò)載問(wèn)題的一個(gè)途徑。對(duì)于電子器件抗高過(guò)載這類問(wèn)題已在制導(dǎo)炮彈中解決了 ,針對(duì)炮射巡邏彈 ,抗高過(guò)載問(wèn)題還會(huì)給小型發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。 6)彈翼制造技術(shù) 為了減輕質(zhì)量 ,彈翼材料一般都采用復(fù)合材料 ,這對(duì)彈翼的制造提出了新的工藝要求。同時(shí) ,為了能夠兼容炮彈發(fā)射平臺(tái) ,從目前 的資料可以看出 ,炮射巡邏彈的彈翼一般都采用折疊、充氣和收縮等技術(shù)。彈翼折疊機(jī)構(gòu)、充氣機(jī)構(gòu)和收縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及新型彈翼的強(qiáng)度剛度等結(jié)構(gòu)問(wèn)題的解決都是炮射巡邏彈設(shè)計(jì)所面臨的一項(xiàng)重大難題。 另外 ,由于采用了折疊、充氣和收縮等方式 ,在安排彈翼的副翼上存在問(wèn)題。目前炮射巡邏彈開(kāi)始考慮采用復(fù)合材料、記憶合金等材料 ,利用翹曲彈翼進(jìn)行控制 ,這給控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。 7)彈道減速減旋技術(shù) 正是因?yàn)椴捎没鹋谙到y(tǒng)作為發(fā)射平臺(tái)后 ,能給巡邏彈提供一個(gè)很高的初速 ,使得巡邏彈能在較短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)較遠(yuǎn)的射程 ,為 巡邏彈快速進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)域提供了保證。但是 ,巡邏彈在巡飛過(guò)程中為了便于偵察 ,飛行速度都很低 ,所以炮射巡邏彈面臨著一個(gè)彈道減速問(wèn)題。 另外 ,為了保證彈丸的穩(wěn)定性 ,一般都采取旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定 ,如果在彈丸出炮后迅速減旋 ,則必須展開(kāi)尾翼進(jìn)行穩(wěn)定 ,這樣必然增加射彈的阻力 ,彈道的射程遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)彈 ,所以為了提高炮射巡邏彈的射程 ,一般在彈