美国12.7毫米制导枪弹即将面世

卫锦萍

制导枪弹的研究开始于20世纪90年代初，2014年2月和4月，美国国防高级研究计划局对12.7毫米制导枪弹进行了实弹射击试验，并命中已偏离瞄准位置的目标。2015年2月，国防高级研究计划局再次进行实弹射击试验，制导枪弹又命中运动靶标。这标志着制导技术在小口径弹药上的应用取得新突破，也意味着子弹将具有“发射后不管”的能力，人们常说的“子弹不长眼”的说法在它面前得改一改了。

让子弹长眼飞

与智能化步枪采用数字瞄具控制扳机力来提高射击精度的方式不同，制导枪弹通过修正弹丸飞行轨迹来提高射击精度。制导枪弹与简易制导炮弹相似，在弹丸飞行过程中，依据传感器信号由弹上计算机生成控制指令传给执行机构，执行机构反复修正弹道（每秒可修正弹道30次）直至命中目标。制导枪弹的命中精度不受目标运动和风速等因素影响。

美国现正在研发两种12.7毫米制导枪弹，即桑迪亚国家实验室的激光制导枪弹和特里蒂尼科学与成像公司的光学制导枪弹。

桑迪亚国家实验室2007年开始研制利用激光信号修正弹道的12.7毫米激光制导枪弹，以满足狙击手对提高射击精度的需求。12.7毫米激光制导枪弹采用滑膛步枪发射（飞行中不旋转），弹长138毫米，弹重55克（12.7×99毫米机枪弹弹丸重约46克），枪弹出膛后弹头上的传感器接收编码激光信号，在飞行过程中根据激光信号的脉冲重复率，尾部电磁致动尾舵修正弹道（每秒可自动调节方向30次），以提高射击精度。桑迪亚国家实验室在研制过程中重点攻克了气动稳定设计、“砰-砰”控制（“bang-bang”）等关键技术，消除了横向过载，简化了控制系统。仿真结果表明，这种制导枪弹能精确命中2 000米距离内的运动和静止目标，1 000米距离上的精度可控制在0.2米以内，而传统12.7毫米枪弹在1 000米距离上的精度约为9米。

美国国防高级研究计划局2008财年启动超精确战术武器系统项目（EX？ ACTO），目的是提高特种作战部队和狙击手的远距离精确打击能力。在该项目中，特里蒂尼科学与成像公司负责研制12.7毫米光学制导枪弹，其性能要求是比现有最先进的狙击步枪的射程和精度提高1倍以上。光学制导枪弹采用光学实时制导系统，弹长100毫米，利用传统12.7毫米步枪发射，有效射程2 500米。从试验结果看，该弹能在飞行中修正弹道（每秒可修正弹道30次），通过制导命中已偏离瞄准位置的目标。该项目下一阶段的工作重点是开展系统级实弹射击试验，以改善其性能。

与激光制导枪弹相比，光学制导枪弹性能更可靠，并克服了前者可能存在的激光束易被干扰、射手易暴露等缺陷。

突破传统

桑迪亚国家实验室的激光制导枪弹采用非旋转稳定设计，只能用滑膛枪发射。实验型制导枪弹采用传统商用发射药时的弹丸初速为732米/秒，如使用专用发射药可达到12.7×99毫米机枪弹的水平。它的主要结构和性能特点如下。

采用激光半主动制导技术，能够精确命中2 000米距离内的运动和静止目标，1 000米距离上的精度控制在0.2米内桑迪亚国家实验室研制的制导枪弹采用激光半主动制导技术，弹丸出膛后，利用弹头上的传感器接收编码激光信号，在飞行过程中根据激光信号的脉冲重复率修正弹道（每秒可修正30次），以便提高射击精度。

制导弹丸的关键部件包括：光学传感器、配有8位中央处理器（CPU）的制导和控制电子元件、电磁致动器和尾舵。射击时，利用激光指示器照射目标，位于弹头头锥的光学传感器跟踪目标反射的编码激光信号，由此信号解算出目标的视线角和视线角速度，再由弹上计算机（制导和控制电子元件）综合弹体姿态信号并按照给定的制导规律生成制导控制指令，传输给电磁致动器，电磁致动器利用“砰-砰”控制技术，控制尾舵快速转动，调整弹丸飞行过程的俯仰和偏转，从而修正弹丸飞行方向。

由于制导枪弹弹径小，理论上传感器窗口直径范围只能在2.5～10毫米之间，因此激光指示器的照射能量需要足够大，传感器才能够从远距离接收反射回来的编码激光信号。桑迪亚国家实验室的计算机模拟结果显示，激光指示器至少需要20纳秒、40毫焦的单脉冲能量，其脉冲重复率需要大于或等于弹丸的控制频率（约30赫兹）。

采用气动稳定设计代替传统的旋转稳定，消除横向加速度过载传统轻武器弹药采用旋转稳定结构，如军用步枪射击时，弹丸在356～1 143毫米长的枪管内加速到762～945米/秒，需要承受40～100kG的横向加速度和80～120kG的轴向加速度。弹丸在射击过程中的高过载环境下一直制约着轻武器弹药的制导化发展。

桑迪亚国家实验室研制的制导枪弹采用非旋转稳定结构，弹头前部采用重金属铝合金材料，使弹丸重心（Cg）前移；弹丸尾部有4片固定式肋板与尾舵紧密连接，使得弹丸压力中心（Cp）后移，这种结构设计将弹丸重心移至压力中心前方，实现弹丸飞行过程的飞行稳定。制导枪弹使用滑膛枪械发射，消除了传统步/机枪弹采用的旋转稳定产生的横向发射过载，发射时仅需要承受轴向过载。

采用“砰-砰”控制技术，简化控制系统尽管采用非旋转稳定设计消除了横向加速度过载，但制导枪弹发射时弹丸仍需要承受高达100kG的过载，弹丸及其电子器件的设计仍需面临巨大挑战。

为了减小控制系统的尺寸和降低复杂度以适应轻武器弹药射击时的高过载环境，制导枪弹采用了已经在“宝石路”系列激光制导炸弹中得到应用的“砰-砰”控制技术，弹丸尾舵在电磁致动器控制下快速转动，从中心迅速转到最大偏转角（3°）。制导弹丸弹尾有两组正交尾舵，分别控制弹丸的俯仰和偏转。

“砰-砰”控制是一种最常见的综合控制形式，其原理是把最优控制问题归结为：将状态空间划分为两个区域，一个区域对应于控制变量取正最大值，另一个区域对应于控制变量取负最大值。决定“砰-砰”控制具体形式的关键是开关面。根据系统的运动状况，“砰-砰”控制的控制变量在整个过程中分段地取为控制范围的正最大值或负最大值。正常情况，“砰-砰”控制的控制变量由正最大值跃变到负最大值的次数是有限的，只有在跃变瞬时控制变量可取值于限制范围的任何值。它不同于相对平缓的比例导引控制，不需要复杂的机械部件，易于实现小型化和抗高过载设计。虽然其控制精度有所欠缺，但是由于弹丸在飞行过程中每秒可修正30次，足以确保精确命中目标。试验表明，弹用电池和电子器件完全能够承受枪弹发射时的高过载环境。

应用前景

制导枪弹赋予普通士兵远距离精确打击能力。制导枪弹的试验成功标志着制导技术在小口径弹药上的应用取得了新突破，意味着普通士兵发射制导枪弹、无需精确瞄准也能远距离精确射杀目标；使用制导枪弹还可使狙击手从更多的位置进行射击，并且更容易跟踪和打击运动目标。同时，使用制导枪弹还可大幅降低狙击手的训练难度和训练成本，减轻士兵弹药负荷和后勤负担，从而大幅度提高士兵的作战能力。