飞网弹主动防护拦截系统初探 *

熊自明， 王明洋， 杜忠华， 王 健， 刘一鸣， 卢 浩

(1.陆军工程大学 爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏 南京210007；2.南京理工大学，江苏 南京210094)

现代战争对地面军事设施的毁伤呈现准定位、高速度、深侵彻、强破坏等特点，以干扰、引偏、拦截等手段的综合防护技术是未来工程防护的发展方向.而当前我军军事设施作战防护领域，超近程防护器材难以满足实战需求，大多数拦截武器为点对点的硬拦截.为实现对高价值目标的有效防护，布设最后一道超近程防护系统，丰富末端拦截手段十分必要.超近程主动防护系统是现代战争条件下的工程综合防护重要组成部分，发展飞网弹主动防护拦截系统是传统土木防护向信息化综合防护转型发展的必然需求，军事意义重大.

世界各国历来重视地面防空系统的研制和发展，尤其是研制反导、反中低空和超低空目标的防空系统，美国、俄罗斯以及欧洲发达国家都形成了型号各异、规格不同的地面防空系统，如美国的“复仇者”防空系统、俄罗斯的“铠甲”防空系统、德国的“空中盾牌”防空系统等.我国紧密关注世界军事技术的迅速发展，结合我军武器装备发展的实际情况，研制和列装了多种轻型便携式防空导弹，并以此为基础改装出了近程防空系统，如“倚天”近程防空系统、FV-2000(V)轻型防空导弹武器系统等，近年来，国内针对防空反导[1-2]、反装甲目标[3-4]、主动防护[5-12]以及如何提高拦截防护效能[13-14]等近程拦截课题开展了大量的研究，取得了一定的成果，但均未将空间飞网应用到近程防空体系中.

针对空间柔性飞网开展的研究中，国外主要集中在飞网组成系绳的动力学特征以及系绳组网捕捉在外太空的仿真与建模[15-19]；国内对空间飞网的研究则主要是以轻质绳索编制的网状结构为研究对象，研究分析其在空间在轨服务、飞行器回收、非合作目标捕获以及空间拦截等领域的数值模型与试验[20-26]，并未考虑将其应用到近程防御拦截中.

基于上述研究和分析，可以看出将空间飞网应用于近程防空体系，研发一套拦截效率高、使用范围广、勤务性好、防护距离远、抗干扰能力强和成本低的信息化近程主动防护拦截系统是十分必要的.

1 飞网弹拦截系统的提出及组成

飞网弹近程主动防护拦截系统是一种新概念近程主动防护系统，该系统通过探测1 km范围内的来袭弹药，根据来袭弹药的速度和方位，随动发射拦截网弹，在距离防护目标20～50 m范围内实现击爆，使防护目标直接命中变为防破片和空气冲击波.为大型地面或半地下固定目标(岛礁工程、单机掩蔽库、雷达阵地等极重要经济目标)防精确打击提供实用、简单、可靠、经济的全新技术手段.

飞网弹近程主动防护拦截系统主要由雷达探测系统、飞网弹拦截单元、随动发射系统、控制系统四部分组成，如图1所示.其中，拦截网弹单元是核心对抗方式，主要由牵引体、柔性网绳、EFP、多路起爆器、近炸引信组成，飞网弹拦截单元结构示意图如图2所示.随动发射系统包括多管发射系统和二维转台，其结构示意图如图3所示。

系统开机后全自动工作，探测雷达探测、跟踪进入防护区域内的来袭弹药，并将获取的来袭目标的速度、距离和方位信息实时传输给控制系统；控制系统根据探测系统测得的来袭目标弹道信息解算目标的威胁程度和威胁位置，同时根据战场的适时温度、风速风向、海拔高度等环境信息，快速解算出随动系统所需转动角度、发射时间；随动发射系统在控制指令下快速转向来袭目标的发射方向，并适时发射飞网弹拦截单元；飞网拦截单元与来袭目标相互作用，可以有效进行拦截，从而降低或解除来袭目标威胁.

2 飞网弹拦截系统的工作原理

飞网弹主动防护拦截系统采用“诱爆”的作用原理，将实现全向立体拦截主动防护，是一种全新的拦截理念.这种拦截理念是在来袭弹药易损性分析的基础上提出的，目前常用的攻坚弹药一般使用的引信主要是机电碰炸或延期引信，这种已经解除保险状态的弹丸在与目标相遇的条件下很容易发生作用.大量试验证明，这种飞网弹拦截系统可以有效诱爆来袭反装甲破甲弹、榴弹等目标，可以满足地面近程防护高效拦截的需求.

飞网弹近程主动防护拦截系统主要用于实现目标探测、拦截网弹发射、展开、EFP战斗部起爆、毁伤等任务.其各部分的主要工作原理如下：

雷达探测系统：根据预警信号，在目标飞行轨迹末端一定空域范围内，探测来袭目标，给出目标距离、速度、方位信息，实时传送给控制系统.

控制系统：根据接收的目标信息，预测目标运动轨迹、解算最佳交会位置，并给出转台控制指令和发射系统发射指令.

二维转台：根据控制指令，快速、精确调整转台方位角和高低角，使搭载的发射系统转到合适拦截位置.

随动发射系统：发射系统包括6个发射管，折叠收纳好的拦截网弹和相应的6个牵引体.在发射信号作用下，将6个牵引体以一定初速度同步发射出去，提供初始动能.

飞网弹拦截单元：在6个牵引体的牵引下，拦截网弹飞行、展开，同时网上携带的近炸引信开始工作.近距离敏感目标，在合适距离上给出起爆信号，由多路起爆器通过导爆管传爆，引爆网上携带的多个分布式放置的EFP战斗部进行协同毁伤，最终击爆目标，实现成功拦截.

飞网弹主动防护拦截系统各分系统衔接配合，其工作原理示意图如图4所示.

3 飞网弹拦截系统的可行性论证

主动防护系统拦截概率的研究方法通常有三种，即实弹射击法、统计仿真法和解析积分法.

实弹射击法是根据系统靶场实弹射击时的测量数据，通过数理统计方法来评定系统的拦截能力.对于新式武器研制，缺乏相应数据，不具备采用此方法的基本条件.解析积分法通过构造出准确完善的数学模型，运用武器系统射击效率学，采用积分方法求得其解析解.此方法适用于武器预研论证初期，其计算结果存在较大误差.统计仿真法以计算机为工具，构造符合系统射击物理和事理特征且具有高分辨率的数学模型，在已知各种非确定性变量(随机和模糊)分布形态、密度和函数等条件下，运用Monte-Carlo法(随机模拟方法)模拟系统实际拦截过程，然后用统计法获得系统拦截效力.此方法更适应于武器型号论证阶段系统性能分析，可为各分系统指标的精度分配提供依据.

飞网主动防护拦截系统主要由雷达探测系统、随动发射系统、飞网拦截单元和火控系统等部分组成，为解决飞网拦截单元与空中来袭目标的命中问题，需要采用计算机统计仿真法进行系统命中概率分析.

Monte-Carlo法是一种随机模拟方法，即统计试验方法.它是20世纪40年代中期由于科学技术的发展和电子计算机的发明而被提出的一种以概率统计理论为指导的一类非常重要的数值计算方法.该方法在金融工程学、宏观经济学、计算物理学等领域应用广泛.借助计算机技术，蒙特卡洛方法具有明显的两大优点：一是简单，省去了繁复的数学推导和计算过程，容易理解和掌握；二是快速.

用Monte-Carlo法对飞网弹拦截系统的拦截过程进行数学模拟仿真，统计得到命中概率，可以减少复杂、昂贵的实弹射击试验，为武器系统论证、研制提供依据.飞网拦截弹元命中及毁伤概率仿真分析计算流程如图5所示.

应用Monte-Carlo法进行计算机模拟打靶的基本步骤如下：

(1) 确定飞网弹飞行过程中的各种随机扰动因素及其分布律；

(2) 根据各随机扰动变量的分布律，构造相应的数学概率模型，以产生各随机扰动变量的抽样值；

(3) 建立比较精确的飞网弹系统运动数学模型；

(4) 将随机变量的抽样值输入飞网弹系统动力学模型，用计算机解算弹道，也就是进行计算机模拟拦截，即可得到随机扰动弹道参数；

(5) 重复(4)，进行多次模拟拦截，可获得随机弹道参数子样；

(6) 对模拟拦截结果进行处理，得到弹道参数的统计特征值.

建立的模型以典型的美制“战斧”多用途巡航导弹(TMCM)为假定来袭目标，其特征参数如表1所列.

表1 目标特征参数值

根据拦截系统作战使用背景、拦截目标特性以及战技指标要求，防御点、探测雷达、飞网弹拦截单元中心发射管、EFP单元中心点及目标位等各分系统配置如图6和图7所示.经计算分析，分别从以下两个方面考虑飞网弹主动防护拦截系统的系统命中毁伤概率.

3.1 不同俯冲角及不同航路捷径下系统命中毁伤概率

按照建立的系统命中毁伤模型，单发目标TMCM以正常巡航速度(0.85 Ma)在相同航路捷径(10 m)下不同俯冲角来袭并进入飞网拦截空域时，飞网系统拦截毁歼概率如表2所示.

表2 目标TMCM不同俯冲角时的毁歼概率

注：飞网单元数1，航路捷径10 m.

表3 目标TMCM不同航路捷径时的毁歼概率

注：飞网单元数1，目标俯冲角45°.

同理，单发目标TMCM以正常巡航速度(0.85 Ma)在相同俯冲角(45°)下不同航路捷径来袭并进入飞网拦截空域时，飞网系统拦截毁歼概率如表3所示.

从上述计算结果可以看出：

(a) 在其他条件不变的情况下，目标俯冲角越大，其受弹面积越大，航路角越接近于90°，系统毁歼概率增大.

(b) 在其他条件不变的情况下，随航路捷径的增大，系统毁歼概率先增大后减小，在目标俯冲角65°、飞网拦截距离20～50 m区间内，其较佳拦截的航路捷径约20 m.

3.2 已有战技指标条件下系统命中毁伤概率

按照建立的飞网弹拦截系统命中及毁伤概率仿真计算模型、方法、参数，在已有战技指标条件下，单发来袭目标360°随机进入系统防护空域，飞网拦截距离20～50 m区间，仿真拦截目标1 000次，目标计算得到系统的毁歼效能如表4所示.

表4 现有指标下系统对TMCM的毁歼概率

注：多单元配置仅1单元作用，未考虑二次拦截.

从上述计算结果可以看出：在飞网武器系统现有战技指标条件下，多火力单元组合，其拦截毁歼概率得到有效提高，对典型来袭TMCM导弹的毁歼概率高于70%，可以达到系统指标要求，故可初步判定，采用飞网弹主动防护拦截系统进行近程防护的方案可行.

4 总结与展望

基于我国近程防护装备技术不足的现状，根据国内外导弹拦截技术及空间飞网的研究，提出了飞网弹主动防护拦截系统，该系统以实现地面固定目标(如岛礁设施、单机掩蔽库等)主动防护为任务目标，实现对空中来袭目标(如“战斧”巡航导弹)的拦截，具有拦截概率大、拦截时空窗口大、可连续多次拦截、安全可靠、勤务方便、适用范围广等优点.

利用飞网弹“诱爆”拦截核心技术，以及探测、发射、随动、控制等装备优化集成的方式，研制飞网弹主动防护拦截系统，可实现对大型固定目标、战场军事目标、重要经济目标等高价值目标的有效防护，具有高效的拦截效率，良好的安全性，并且整个系统的自动化程度极高，适合我军部队士兵操作，系统体积小，重量轻，成本低，适装性好，是我军主动防御器材切实可行的方案.

目前已初步完成武器论证阶段的系统性能分析，对各分系统指标进行了精确分配，并在此基础上，开展了相关的地面试验，以此验证飞网弹主动防护拦截系统的可行性和可靠性，但在分析过程中，建立的计算模型、方法和参数，作了相应简化，未能完全真实描述系统特性，主要表现为飞网动力学模型简化为质点弹道模型与实际飞网差异较大，部分参数如飞网气动参数不准确，因此仿真计算存在一定误差，后续研究将进一步改进完善和优化，并尽快研制出装备样机，及时开展装备性能试验，形成实质战斗力.