导弹武器全天候自然环境实验室研究

李 飞，汝 枫，赵军贵，崔琳琳，刘 珺



导弹武器全天候自然环境实验室研究

李 飞，汝 枫，赵军贵，崔琳琳，刘 珺

（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

由于使用环境复杂多样，对导弹武器的研制需要开展多种气候条件下的自然环境试验。受自然条件限制，室外自然环境试验效率低、周期长，无法适应现代武器装备研制需求。全天候自然环境实验室可在实验室条件下模拟各种自然环境，试验条件可精准控制，试验效率高、周期短、成本低。全天候自然环境实验室是未来导弹武器自然环境试验的发展方向。

导弹武器；全天候；自然环境试验；研制效率

0 引 言

导弹武器系统由导弹和地面（舰面）配套设备组成，包含着各项子系统，如导弹系统、瞄准、探测跟踪系统和指挥通信系统等；包含各类大型产品，如导弹、弹箱、发射车、测试车、指挥车等。在实战条件下，导弹武器系统可能会经受严酷的自然环境，如高低温[1]、湿热[2]、淋雨、盐雾、砂尘、高原等，这对武器装备的环境适应性提出较高的要求，且随着导弹武器系统实战化要求的提高和训练强度的增加，实战情况下往往不具备及时的战场维修条件，若武器装备因环境适应性差发生故障，将严重影响导弹武器系统的作战效能。因此，在导弹武器系统研制过程中，环境适应性考核成为研制过程的重要组成部分。

导弹武器系统在研制过程中开展大量的环境适应性试验工作[3]，这些试验覆盖了导弹的单机、子系统和整装备系统。其中，大型子系统和导弹武器整装备系统的环境适应性试验是将参试产品在不同的季节运往特定的地点，利用当地的自然环境对武器系统的环境适应性进行考核。外场自然环境试验虽然真实，但是其试验条件由自然环境决定，存在着如试验条件和试验时间等不确定性因素；武器系统需要经历长距离机动才能到达试验地点，产品技术状态不确定；外场试验需要组织庞大的试验队，车辆、设备维护和保障费用高，试验周期长，无法满足现代武器装备研制需求，急需建设全天候自然环境实验室开展试验验证工作。

1 导弹武器全天候自然环境实验室发展现状

1.1 国外自然环境实验室发展现状

自20世纪40年代以来，为了适应航空、航天、兵器及其它产品的发展，在认识到单纯外场自然环境试验的局限性后，国外先后建立了各种类型和不同规模的自然环境模拟设备[4]。其中，典型的地面环境模拟设备包括：美国麦金利（Mckinley）环境试验中心，美国阿伯丁试验场兵器环境试验设备，英国皇家陆军科学研究院车辆环境试验室，维也纳国际车辆研究试验中心的机车和车辆静、动态环境试验设备等。其中，美国麦金利环境试验中心能够模拟地球上几乎所有的自然环境条件。其主模拟室容积为93 000 m3（中心长76 m、宽61 m、高21 m）。此外，韩国也建立了国防科学研究所（Agency for Defense Development，ADD）环境试验中心，可模拟雨、雪、冻雨、高温、日照等单因素或多因素气候环境[5]。

1.2 国外自然环境试验情况及发展趋势

为提高导弹武器系统的可靠性，国外对元器件及仪器整机的环境及可靠性试验十分重视，一般都配有完善的小型自然环境试验箱和试验室。虽然单独的部件和分系统在研制过程中都要经受严格的环境试验，但并不能保证由部件和分系统组成的导弹武器系统在各种自然环境条件下都能够正常工作。因此，全系统的环境试验也是必不可少的，进行全系统试验的大型自然环境试验室的建设受到越来越多的重视。

随着导弹技术的发展，国外进行了各种类型导弹的人工自然环境试验。战术导弹如诚实的约翰、长矛、霍克、警犬、潘兴等都进行了全弹人工自然环境试验。中远程导弹如海神的Ⅰ、Ⅱ发动机，民兵的Ⅱ、Ⅲ级发动机也都进行了人工自然环境试验。美国麦金利环境试验中心已经进行了70多个导弹武器系统的环境条件适应性试验，为不断设计和提高武器装备的各种性能提供了大量实用的环境数据。

1.3 中国自然环境实验室发展现状

中国自20世纪60年代以来，为满足兵器、火车和汽车等研制和生产的需要，建设了相当数量的各类不同规模的自然环境模拟设备，由于这些设备主要是为常规兵器、汽车、发动机等行业服务，还不能完全满足航天产品的特殊需要，如导弹在模拟环境下的起竖、发射瞄准等。

环境模拟设备及环境试验技术经历了由单参数模拟到多参数模拟、从静态模拟到动态模拟、从产品环境试验到人机系统环境试验的发展道路。当前的发展方向是建立多参数综合动态环境模拟设备，进行多参数综合动态试验及人机系统环境试验。

2 自然环境实验室建设必要性分析

中国尚没有配套齐全的全系统、全地域、全天候级自然环境试验室，导弹武器系统进行自然环境试验模拟时，只能进行单一环境应力或简单的综合应力环境模拟，不能进行复杂自然环境的模拟[6]，一些大型导弹武器系统自然环境试验只能在外场进行，部分特殊自然环境模拟试验还没有条件开展。

导弹武器系统提出了全地域、全天候作战能力的需求，需要提高导弹武器系统环境适应性和可靠性水平[7]，缩短导弹武器型号研制周期，开展导弹自然环境试验室模拟技术研究，因此必须建立能够精确模拟导弹武器系统复杂自然环境的大型试验系统。

2.1 国家军用标准要求

国家军用标准中规定导弹武器系统在定型交付使用前必须通过相应的地面自然环境试验。导弹武器系统通过地面自然环境考核是战略战术导弹定型的必要过程，能够证明导弹武器系统符合战术技术要求，在保证机动性的前提下适用于各种复杂工作和发射环境，并能保证在恶劣环境下的导弹瞄准和打击精度。GJB150-1986中提出了多种环境试验项目，包括：高温、低温、温度冲击、湿热、低气压、温度高度、温度湿度高度、太阳辐射、淋雨、霉菌、盐雾、砂尘、爆炸性大气、浸渍、加速度、振动、冲击、噪声、飞机炮振等。其中，涉及到自然环境的占绝大部分，充分表明自然环境试验在型号研制中的重要性。

2009年GJB150A-2009正式颁布实施，其中的通用规则明确规定，试验过程中参试产品的安装状态应尽可能模拟实际使用状况，并按需要进行试件连接和测试仪器连接。整机整弹典型的备服役期状态，通过对其单一、连续或混合施加自然环境应力，所获取的环境适应性信息具有代表性。

GJB806.9-90战略导弹定型与试验要求规定，试验目的是鉴定和评定战术技术指标是否满足研制要求，并检查导弹各分系统之间以及导弹与地面设备、指挥监控系统之间的协调性能。定型试验项目包括飞行试验、日照高温试验、低温试验、高海拔（低气压）试验、淋雨试验、雾天雪天适应性试验、防雷暴试验（主要是火工品）、风荷试验、野战条件待机试验、机动性试验、运输试验、贮存试验、可靠性试验以及特别的核环境等特殊环境适应性试验，其中多数定型试验涉及导弹发射系统、地面测发控系统、地面指挥系统以及战术武器的导弹运输车、导弹转载、装填车等分系统在各种环境条件下的战术技术指标及适应性。武器发射系统需要在各种环境下完成导弹起竖、瞄准、发射准备时间检定、导弹转载、装填等动作，涉及到导弹系统的打击精度、机动性、发射准备等多个方面，同时导弹武器的工作温度范围狭窄，这些都是不同于常规武器和飞机的方面，相应的试验项目繁多、类型复杂、各类监测手段要求更高。

2.2 全球化作战要求

与试验室自然环境试验相比，外场自然环境试验需要等待合适的季节，还需长途运输到合适的试验地点。如美国C-5A飞机的试验室试验和外场自然环境试验整整延续了1年，主要由于有些自然环境试验需要等待季节和寻找特定试验地点，外场自然环境很难重复和稳定。此外，组织外场自然环境试验工作复杂、保障困难、费用大。而试验室自然环境试验易于控制试验条件，可得到重复的试验结果，并且可以提供经济有效的连续研究和分析故障机理的机会，易于更好地鉴别因果关系，从而提高产品的可靠性。

武器装备全球化作战需要经受的典型自然环境如表1所示。

表1 武器装备全球化作战典型自然环境

2.3 自然环境条件试验的缺陷

新一代导弹武器系统要求具备高机动化、小型化、高可靠性、快速机动、高效发射、高精度瞄准、远距离奔袭、全天候作战等优点，同时缩短研制周期，依靠原有的野外环境试验会遇到研制进度与天气情况冲突、自然环境达不到作战要求的情况，严重影响研制进度，例如在进行某导弹低温定型试验时，试验当天天气情况达不到作战要求，不得不在第二年重新进行试验。

导弹武器系统由弹头、弹体和地面设备组成，在发射前要经过贮存、运输和发射准备等阶段，这些阶段要经受高温、低温、高湿、日照、淋雨、砂尘和盐雾等各种地面自然环境的考验。对于战术导弹和机动战略导弹来说，遇到的地面自然环境可能更加恶劣，由于作战的要求，在发射前遇到的地面自然环境是不可控的。在各种环境应力的单独或综合作用下，必然会为导弹武器系统的成败带来一定的不确定性，其中包含材料和结构可能受到的腐蚀和破坏，电子元器件、零部件甚至全系统的性能失常，最终影响其效能。

为提高导弹武器系统产品可靠性，从外场自然环境试验到各种大规模的自然环境试验室试验是一个必然的发展趋势。

3 自然环境实验室建设方案

自然环境实验室的应用对象是导弹武器装备整系统和分系统，包括导弹、发射车、雷达车、装载车、指挥车等车辆和设备（发射装置、武控系统、火控系统等舰面装置）。对导弹武器系统开展自然环境适应性试验，试验应力包括高温、低温、湿热、低气压、砂尘、淋雨、盐雾、太阳辐射、积冰、降雪、冻雨等，目的是考核导弹武器系统在上述各种单项应力环境和复合应力环境下待机、开展发射流程、进行发射准备等各项动作的环境适应性和可靠性。

全天候试验系统是大型的人造地球气候模拟单元。根据试验需求，在现有试验模拟制造技术允许的条件下，在需要空间内尽可能地模拟全球的复杂气候条件。主要建设有主模拟实验室、待机实验室、淋雨系统、太阳辐射系统、低气压试验系统、盐雾实验室、温湿度加载系统等，试验室总布局如图1所示。

图1 导弹武器全天候自然环境试验室示意布局

实验室主要试验工况如表2所示。

表2 全天候自然环境实验室主要试验工况

全天候自然环境实验室将建成航天系统内战术、战略导弹武器装备系统性自然环境试验室模拟技术平台：

a）满足航天武器装备系统（全弹、地面设备、整车、产品大部段和单机设备）自然环境定型试验要求；

b）具备自然环境模拟（高温、日照、低温、淋雨、高低温待机、使用流程鉴定、盐雾、沙尘等）单一及多应力施加的功能；

c）提高全天候自然环境试验研究手段，促进航天领域自然环境试验标准的研究和改进。

4 结束语

通过对导弹武器系统全天候自然环境试验设备的分析研究，立足导弹武器系统研制试验任务需求，提出一种全天候自然环境实验室设想方案，将满足新一代航天武器装备和重点导弹武器型号全天候作战能力的需求，解决航天领域武器系统自然环境试验面临的问题。建成后可以具备基础研究及装备研制一体化的试验能力，能够真实模拟复杂的自然环境，满足全弹、地面设备、整车等大系统待机或者发射状态下的环境试验需求，具备复杂大系统综合应力环境试验的保障能力，同时也将大大提高中国航天环境试验的水平及实力，使航天导弹武器装备的环境试验技术更接近国际先进水平，对中国航天武器装备系统试验验证技术发展将产生深远的影响和强大的推动作用。

[1] 黄本诚. KM6载人航天器空间环境试验设备[J]. 中国空间科学技术, 2002, 6(03): 22-26.

[2] 庞贺伟, 黄本诚, 钱北行, 等. 大型航天器的真空热试验技术[J]. 中国空间科学技术, 2002, 6(3): 81-84.

[3] 金恂叔. 航天器环境试验和航天产品的质量与可靠性保证[J]. 中国空间科学技术, 2004, 12(6): 26-29.

[4] 金恂叔. 航天器研制中的环境试验及其发展趋势[J]. 环境技术，2001, 6(5): 16-18.

[5] 金恂叔. 美国的航天器环境试验标准评述[J]. 环境技术, 1999, (3): 5-8 .

[6] 陈谋义. 环境试验的重要性及环境试验设备的有关问题[J]. 环境技术, 1999, (2): 7-12.

[7] 金恂叔. 论航天器的环境试验和可靠性[J]. 中国空间科学技术, 1997, (5): 33-40.

[8] 黄本诚, 等. 特大型空间环境试验设备的超高真空获得技术[J]. 真空科学与技术, 2001, 21(1): 1-4.

Research of Missile Weapon’s Full-WeatherNatural Environment Laboratory

Li Fei, Ru Feng, Zhao Jun-gui, Cui Lin-lin, Liu Jun

(Beijing Institute of Aerospace System Engineering, Beijing, 100076)

The using environment of missile was complex and various, the development of missile needs multiple natural environmental tests under different weather conditions. The full-weather natural environment laboratory could simulate various natural environments, test conditions could be control accurately, with high efficiency, shot term and low cost. The missle full-weather natural environment laboratory had bright future.

Missile weapon; Full-weather; Natural environmental test; Development efficiency

1004-7182(2016)03-0040-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20160310

TJ760.6

A

2015-04-02；

2015-08-02

李 飞（1985-），男，工程师，主要研究方向为国防军工能力建设