一种炮射封控弹药及其关键技术＊

2014-11-23张运兵

舰船电子工程 2014年3期

陈栋张运兵刘闯

（1．陆军军官学院炮兵弹药技术研究所合肥 230031）（2．陆军军官学院研究生管理大队三队合肥 230031）（3．陆军军官学院五系系部合肥 230031）

1 引言

封控弹药是基于近年来自组网技术、传感器探测技术、无源定位技术、自寻的技术等技术的发展而研发的一种集信息获取、传输、接收并显示和攻击为一体的新型弹药武器系统，主要利用大口径火炮或布撒器布撒，本文主要研究基于大口径火炮的封控弹药。布撒后子弹可具有反装甲车辆、卫星定位、组网通讯、目标探测、信息回传和远程控制等功能［1］。主要用于封锁敌方机场、港口、洞库、交通枢纽等，打击敌装甲集群、高技术装备（导弹、雷达、炮兵等）阵地等，直接攻击进入子弹群内的坦克、装甲车辆及人员等目标，达成封锁特定目标，延误敌方的战机，掌握战时主动的目的，具有较好的军事应用前景。

2 系统组成与工作过程

2．1 系统组成

1）母弹体结构

图1 封控母弹结构示意图

封控弹药采用每发母弹装配两发或三发子弹，母弹外形及特征参数与制式子母弹基本一致，以满足武器系统自动装填要求。其结构如图1所示。

2）子弹组成及功能

在每发母弹装配的子弹中，可加装红外传感器和破片杀伤战斗部，主要用于消除人为破坏，用于防排；也可加装卫星定位单元（GPS／BD）、磁探测器、环形EFP战斗部等功能拓展组件，以实现落地子弹之间的无线组网，探测、攻击轮式和履带等车辆目标，以及目标信息回传。

3）地面接收站

地面接收站由接收天线、接收机和信息处理机三部分组成，主要用于接收目标区子弹群通过卫星回传的目标信息和子弹起爆等信息［1］。

2．2 工作过程

大口径火炮将弹丸发射至预定布撒区域上空，引信作用，点燃抛射药，将装载的子弹依次抛出，子弹在减速伞的作用下稳落于地面，着地稳定后切伞，再由扶正机构将子弹扶正。各子弹独立向后方报告自身编码及坐标，并完成无线网络构建［2］。之后，带有磁探测器的子弹进行无线发射休眠状态下的值守，当具有铁磁性质的车辆等金属目标出现并进入磁传感器探测范围后，子弹可根据目标信息进行自主攻击，也可将相关信息发送至网络中的其它单元及后方接收系统，网络中各单元即将检测到的目标信息按预定网络通信协议再次传送至后方阵地并在显示终端上显示。我方在接收到传回的信号后，指挥员可据此迅速决策是否对该区域进行火力打击。

对于组网后的子弹群，当最先探测到目标的子弹在感知目标最接近时（依据磁场强度的变化），子弹战斗部引爆对目标实施攻击，其他子弹仍旧处于侦测状态；若其他子弹探测到的磁场强度不再发生变化，说明目标已被击毁或停止运动；若磁场强度继续改变，由最近的一枚子弹在感知目标最接近时战斗部引爆。其余子弹作用方式同上。当带有红外传感器的子弹探测到人员时，战斗部自动引爆攻击。此时，带有磁探测器的子弹仍处于休眠状态。当目标在已设定的较长时间内未出现时，所有落地的子弹均按照预先程序设置实施自毁。

3 国内外研究现状

国外从二十世纪六七十年代开始投入大量的人力物力进行智能雷（最初的封控子弹）的研究，它结合了传感器探测技术、无源定位技术、自寻的技术，通过传感器采集的信号区分目标类型，并对目标进行精确定位后主动实施攻击，即能够主动、准确地探测跟踪目标并实施攻击［3］。如美国M-93“大黄蜂”反装甲广域地雷、AHM 反直升机地雷、ERAM 空投远距离反装甲地雷、MW-1系列机场地雷、ADS区域地雷及相关系列、英国HB876 多用途雷、法国的Mazac声控反坦克地雷、保加利亚制AHM-200反直升机地雷、英国“阿杰克斯”反侧甲地雷和俄罗斯TEMP-20／30反直升机地雷等［4］。

雷场网络化技术的研究在美国起步比较早，并得到迅速的发展，目前已经着手开展以网络化为特征的自修复雷场、“猛禽”智能作战前哨等智能雷场系统的演示验证和型号研究［4］。

1）自修复雷场

2000年～2003年，美国国防高级研究计划局提出了“自修复雷场”计划，这是网络化区域封锁概念的体现，系统采用智能化的移动反坦克雷阵来针对敌人的破坏和突破。这些雷均有无线通信与自组织的联网单元，能够迅速构成无线自组网络，雷之间、雷与其他军事子系统之间都可以进行数据通信，共享战术情报。自修复雷场中各个封锁雷不但具有自主移动能力，而且具有目标识别、定位和通信能力，一旦雷场因作战消耗或敌方扫雷出现缺口，雷场能判断缺口并根据相应的修复策略自主移动子雷填补缺口，组成新的雷场，重新恢复对作战区域的封锁。为了配合“自修复雷场”计划，美国Sandia国家实验室研制了一种智能机动封锁雷（IMLM）系统，改进了反坦克雷，使之具有了智能化和移动能力。用这样的雷集中布撒，就构成了自修复雷场。IMLM 系统可以自动检测到雷场中是否有被开辟的通路，并且决定哪些雷需要移动，以堵塞通路，然后重新配置雷场，将通路封闭［3～4］。

2）“猛禽”智能作战前哨

2001年，美国陆军坦克车辆和装备司令部启动“猛禽”系统的开发，系统主要由战斗部、传感器网络、通信组件和地面控制站构成。地面控制站与现场的战场网关进行远程通信，既可以获得战场的信息，又可以对战场进行远程控制。战斗部主要由“大黄蜂”广域弹药构成，可以搜集战场情报，引导远程火力对目标实施打击，还可以在作战区域自主处理信息并对敌人的装备和车辆实施攻击［3～4］。

4 主要关键技术

4．1 子弹群无线组网技术

自组网（Ad hoc networks）是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，整个网络没有固定的基础设施，可以在不能利用或不便利用现有网络基础设施的情况下由大量传感器节点通过无线通信的方式形成一个多跳的自组织网络系统，可以在独立的环境下运行，也可以通过网关连接到现有的网络基础设施上［5～8］。

子弹在由火炮发射并布撒至预定目标区域后，由不同炮弹抛撒出来的多发子弹可在区域范围内完成简易无线网络构建，组网后子弹群具有值班组织功能，平时处于休眠状态，可根据目标的特征信息自动唤醒子弹，攻击进入子弹群的目标。各子弹均携带卫星通信装置并都可作为中心控制单元，该控制单元可接收网络区间内每枚子弹的坐标、编号等信息，其组网原理示意图如图2所示。无线组网技术应用于系统，可将原本单体工作的节点按照一定的协议方法组合成实用的无线网络，以更大程度地发挥单个子弹的功能，当某一节点失效或新节点加入时网络能够重新组建，以调整全局的探测可靠性，充分发挥资源优势［9］。

图2 简易无线网络构建后的子弹群值守状态示意图

系统子弹药间的无线通信应具有短距离、自组织、低功耗、低数据率、低成本的特点。子弹组网模块框图如图3所示。

图3 子弹组网模块框图

4．2 抗高过载技术

该系统中的封控弹药是通过常规火炮发射布撒的，其发射时的高过载主要体现在弹体发射时所承受的轴向加速度，这种发射过载可达到10000个G 以上。为使装载于母弹体中的封控子弹，特别是子弹中的电子器件、机械结构及各类传感器能够承受火炮发射时产生的巨大过载，需合理采用抗过载措施，如采用高强度材料制作零件，增设缓冲隔振装置，改善结构分布，消除应力集中，对电子元气件进行封装固化等，确保子弹整体结构、性能在高过载下不受影响，尤其是确保传感器各项探测性能指标的稳定可靠［1，10］。

4．3 精确布撒技术

由于每发封控子弹对战场目标侦察的范围有限，只有预定区域内合理布设子弹，才能达到预期的目的。因此，实施精确布撒是该系统顺利完成作战任务的前提。子弹在布撒过程中，首先随母弹飞至目标区，在一定高度从母弹弹体中抛出，悬挂于减速伞下缓慢降落于目标区，抛射点的选择、子弹从母弹抛射时的反抛速度及下落过程中受风的影响都会影响到落点精度。因此，需深入分析子弹弹道的特点和规律，了解影响精确布撒的主要原因，合理选择开仓方式和抛射点，对下落过程中的子弹实施合理的减旋减速设计，有效减小落弹散布误差，提高布撒精度［1］。

4．4 落地姿态控制技术

子弹的落地姿态正确与否决定了其能否有效获取战场信息和数据传送。一方面，只有子弹保持直立状态才能保证其探测到的目标的方位、速度等信息可靠；另一方面，子弹上的天线需要保持直立的状态，以使子弹内部网络间及与后方地面接收系统保持畅通的通信。因此，需要子弹落地后能够保持直立的工作姿态。子弹落地后姿态控制是本系统要重点解决的难题，对系统工作的可靠性起到至关重要的影响。为此，增设了扭簧扶正和反跳机构，使子弹落地后自动扶正，稳定直立于地面［1］。

4．5 目标探测与识别技术

由于战场目标种类较多，且信号特征不确定性较多，同时还有各种无法预知的干扰信号源存在，战场目标的探测与识别问题是当前高技术战争亟待解决的军事技术难题之一，也是本系统需要解决的主要问题。对战场运动目标信号的探测与识别是子弹担任的主要作战任务，能否快速地探测到目标，并对目标性质实施准确、可靠的判别，是检验本系统性能的重要指标［2］。本系统中采用了红外传感器和磁传感器组成的复合传感器，红外传感器的作用主要是防止敌方在发现落地的子弹时进行人为破坏。其基本原理是：在人员靠近子弹时，子弹感受到人体的红外辐射温度，当该温度达到一定的阈值范围时，子弹战斗部即起爆对人员进行杀伤。磁探测是利用金属或半导体中流过的电流和在外磁场同时作用下所产生的电场效应来测量磁场，可以检测磁场的存在、测量磁场的强度大小、确定磁场的方向或测定磁场的大小或方向是否有改变。磁传感器尤其适用于检测轮式或履带式车辆等运动的铁磁物体。

4．6 远距离通信技术

子弹侦察信息的顺利传送与接收是保证我方及时发现敌方目标并对封控子弹群实时控制的前提和保证，而子弹的工作环境一般比较复杂，遮蔽物较多，如何实现在目标区和指挥所间远距离、多遮蔽、非通视条件下的信息传输也是系统的关键技术之一。为此，采用了优化结构设计，增大发射功率等手段增大通信可靠性。另外，子弹与后方通信采用北斗1 代通过卫星进行通信，以克服无线通信易受遮挡的不足，并且可以实现远距离通信［1］。