陆军精确打击火力发展研究*

张延风,张士峰,周 建,汤江河,刘建书

(1 国防科技大学, 长沙 410073； 2 西安现代控制技术研究所, 西安 710065)

0 引言

随着世界科学技术、经济和社会形态的发展变化,未来陆战总体上由对抗、争夺、占领、控制,拓展到经济社会的安全维护与管理领域；作战方式将从物理摧毁、夺控占领向认知对抗、意识征服、共建共享转变；作战行动将从军种联合、信火一体向全域作战、跨域攻防和非军事战争行动常态化转变；作战进程将从平战分割向平战交叉、突发离散转变；战斗力将从以人为主、人装结合向人机融合、协同认知转变。未来陆战形态的新变化,需要加快推进机械化、信息化、智能化发展。

陆军精确打击火力技术将重点围绕我军精确打击装备体系发展建设的突出矛盾和长远需求,紧密跟踪世界精确打击与智能弹药技术领域的前沿技术和新兴技术,为我国装备发展进言献策。

1 精确打击火力技术发展情况

1.1 弹药总体设计技术向柔性可定制的模块化开放式系统设计方向发展

美军和欧洲导弹公司近几年公布了能够针对具体需求进行柔性定制的弹药概念,以解决传统弹药研发模式中日益严重的“设计复杂性灾难”,这种弹药概念将模块化开放式系统设计方法用于弹药研发领域,将弹药系统拆分为几个耦合度低的功能模块,通过更换模块类型或组装顺序可以组装成不同的弹药类型。模块化开放式系统设计方法可广泛应用于各种口径、类型、射程的弹药研发,改变传统的弹药研发模式,研制满足多平台作战要求的弹药族,在模块化开放式系统架构的基础上实现弹药能力的持续提升。

1.2 弹药制导与控制技术向高精度、低成本、高可靠性、自主化方向发展

国外,尤其是美国陆军,特别强调在未来强电磁对抗的多域作战环境中保证精确打击能力,为此,正在通过多个技术领域来发展弹药制导技术：GPS抗干扰技术、能够替代GPS的导航系统、高精度惯性制导系统、计算机视觉制导技术等。

1.3 弹药毁伤技术向高效可控方向发展

弹药毁伤技术包含了依靠爆炸能与动能杀伤目标的各种战斗部,以及依靠声、光、电、电磁和化学制剂等技术直接毁伤有生力量或作战设备。目前毁伤领域的研究热点有：效应可调战斗部、高能/超高能含能材料、活性材料战斗部、电磁脉冲战斗部、多模战斗部等。活性材料和电磁脉冲战斗部技术已进入工程化研制；全氮材料处于实验室合成阶段,成功获得了N5+离子化合物；金属氢理论研究趋于成熟,开始转入实验室制备探索阶段。

1.4 弹药动力技术向远程、可控推进方向发展

远程、可控推进技术是指基于发动机推力系统结构设计、燃速可控推进剂等技术实现发动机推力可控的先进弹药动力技术,可使弹药根据任务需要远程推进与自主控制。远程、可控推进技术具有推力大、推力精确可控、不敏感性能好等优点,有助于提高智能增程弹药的灵活机动推进、远程精确打击能力以及全寿命周期安全性。可变推力冲压发动机、燃速可控推进剂、固体发动机姿轨控系统技术能满足智能弹药、转向与姿态控制系统对于发动机多次熄火和再起动等要求。

1.5 网络化协同技术向自主智能化、集群仿生化方向发展

巡飞与网络化协同技术是智能弹药领域的核心和共性技术,其涉及的关键技术有小型化长航时动力推进技术、抗干扰数据链技术、弹间协同组网技术以及自动避障技术等。巡飞与网络化协同技术将引领巡飞集群类、多弹协同攻击类以及父子/母子协同攻击类产品的发展。

1.6 精确火力打击指挥控制向网络化、智能化方向发展

国外已逐渐建立起互联互通的战场环境,有效连接战场上的侦察单元和火力打击单元。为了缩短从发现到打击的时间间隔,指挥控制向网络化、智能化方向发展，提升了对时敏目标的打击效果。

2 精确打击火力技术

陆军精确打击火力与发射技术是以提升精确打击武器综合作战能力为目标,发展具有态势感知、目标识别、精确制导、毁伤可控等能力。

2.1 近程精确火力打击技术

2.1.1 微小型智能弹药技术

通过突破微小型、高分辨目标探测、识别与跟踪技术,导航、制导与控制一体化飞控技术,微特征发射技术等,发展微小型低成本制导弹药,实现对视距内的目标进行定点清除和精准打击,最终发展成为人(无人平台)与装备感控一体、虚实空间有机融合的高度系统化智能化弹药。

2.1.2 抗拦截导弹技术

通过突破大推重比高质量比动力、快速光电跟踪制导、快速响应离散控制、高超飞行载体气动结构与布局、抗拦截智能突防等关键技术,针对导弹拦截所受到的条件限制,发展飞行速度高、机动性能强、具备智能突防能力的高速飞行导弹,实现对新型反应装甲、主动防护拦截弹药的有效规避。

2.1.3 柔性化可定制导弹技术

通过突破可重构的柔性导弹技术、导弹多物理参数匹配技术、快速对接技术、非接触通信/功率总线技术等,发展即插即用、智能化、打击形式多样化的模块化导弹,实现多平台、多任务使用,满足未来遂行多样化作战任务的需求。

2.1.4 自主识别导弹技术

通过突破多模探测与信息融合技术、多光谱探测技术、基于大数据的图像识别技术,基于深度学习的自动跟踪技术等,发展具备复杂背景下自主搜索识别目标和抗主动/被动干扰的能力的制导弹药,实现对灰色区域内未知目标的概略射击,提高弹药智能化水平。

2.1.5 巡飞仿生弹药技术

通过突破微特征发射技术、仿生自适应变形结构技术、仿生制导控制技术、仿生传感器智能化技术、生物特征自主识别技术、智能组网与任务协同规划技术等,实现对近距、室内目标的侦察与精确打击。

2.2 中程精确火力打击技术

2.2.1 垂直发射高机动武器系统技术

通过突破垂直发射导弹技术、高强度轻量化结构技术、认知和自主网络通信技术、平台环境智能感知技术、多运动模式自适应转换技术、智能伪装与隐身控制技术等,发展具有扁平化指挥、可提供及时火力支援的轻量化高机动武器系统,实现满足全域机动作战需求、反应迅速、精准火力的智能化武器系统。

2.2.2 雁群式攻击技术

通过突破复合目标探测技术、弹药实时组网协同控制技术、协同感知和多源数据融合技术、协同航路/弹道规划技术、高速远程数据链技术、单模末制导火箭技术、智能化目标探测识别技术、基于大数据的智能决策和制导控制技术等,发展雁群式攻击弹药,形成快速火力突击、实时火力打击、实时打击评估能力,最终实现智能火力分配、智能突防打击与侦指打评一体化。

2.2.3 网络化巡飞弹药技术

通过突破箱式发射技术、智能组网技术、任务协同规划技术、多模战斗部技术、长航时巡飞动力技术等,发展具有智能网络、长时间巡飞压制、精确攻击及快速效果评估的网络化巡飞弹药,实现中距离对时敏目标、遮蔽目标的精确攻击和广域控制。

2.2.4 智能化反集群末敏弹技术

通过突破末敏弹组网协同与自主机动技术、多模敏感器技术、空中微小目标精确探测技术、智能目标识别技术、多模/多效战斗部技术,发展具有大范围搜索、自动目标分类并实施最佳毁伤、自主选择目标特定区域进行精确攻击的智能化反集群末敏弹,实现对中远程有人(无人)战车/无人机蜂群等不同类集群/编队目标的点面最佳毁伤。

2.2.5 陆战火力协同打击技术

陆战火力协同打击技术可将陆战场范围内的各类火力打击装备融入网络信息体系,实现火力打击装备资源解耦,在统一的指挥控制下构建虚拟的分布式作战体系,可以有效提升作战能力。

2.3 远程精确火力打击技术

2.3.1 高超声速助推-跃滑远程制导弹药技术

通过突破高超声速助推-跃滑远程制导弹药总体技术、助推-跃滑弹道规划与突防技术、高动态飞行控制技术、高精度末制导技术、先进气动布局设计及空气动力学技术、大口径高性能固体火箭动力、高速飞行气动热及热防护技术、智能可变气动外形技术等,逐步发展远程制导弹药,提高远程制导弹药的综合突防能力,实现对战役纵深精确火力打击。

2.3.2 高超声速冲压巡航远程制导弹药技术

通过突破高动态飞行控制技术、高精度末制导技术、先进气动布局设计及空气动力学技术、高速飞行热防护技术、智能可变气动外形技术等共性关键技术,最终实现具有强大机动性与攻击性冲压巡航弹药,形成持久可重复使用的冲压巡航弹药投送手段。

2.3.3 远程巡飞蜂群系统技术

通过突破远程快速突防技术、集群装填与快速释放技术、高动态自组网与远程抗干扰数据链技术、任务自主决策与协同控制技术、低附带可控毁伤技术、特征自主识别技术、编队自主导航技术、智能战场自主推演与仿真评估技术等,发展具有快速突防、智能集群、分布式协同作战的远程巡飞蜂群作战系统,构建侦指打评一体化智能战场,实现智能作战。

2.3.4 反技术装备末敏弹技术

通过突破高机动飞行器技术、远程突防技术、新型光电探测技术、智能目标识别技术、活性材料战斗部技术,发展弹道末端可自主高机动飞行、精确打击、命中后燃爆效应显著的智能末敏弹,实现对敌目标进行高效毁伤。

2.3.5 弹道导弹的突防技术

通过助推段突防技术、诱饵突防技术、隐身突防技术、多弹头突防技术、机动弹头突防技术、变弹道突防技术、跳跃式地地导弹突防新技术和其他突防技术,实现弹道导弹的突防。

3 精确打击火力技术发展展望

未来作战的体系对抗强度、深度和广度不断发展,战场维度也将由“以陆制陆”向“以陆制海陆空天电网磁”等多域拓展,作战行动将从军种联合、信火一体向全域作战、跨域攻防和非军事行动转变,作战方式将从传统的规模化线性对抗向离散部署、整体联动、网络聚能、精确释能的全新陆战行动转变,未来战场将呈现透明化、智能化、无人化和多维化的典型特征。建立基于网络信息的陆战场火力协同打击系统概念,将智能化弹药融入网络信息系统,实现作战指控、武器平台火控与弹药飞控深度交联,各类智能化弹药及其配属的指挥、侦察和发射平台既可独立作战,又可动态重聚,提升协同感知、智能决策、高效打击的协同作战能力,实现体系作战效能倍增。

3.1 发展趋势

通过构建陆战场火力协同打击系统,发展的趋势有：

a)构建分布式作战系统,增强体系对抗能力。

在新一代智能弹药和任务控制中心的协同指挥下,实现包含搜索、决策、突防、攻击、评估等作战全流程,在体系对抗环境中获取更大的火力规模和更快的反应速度。火力规模方面,不同平台、射程、类型的制导弹药在统一指挥下进行协同攻击,可有效突防敌方防御体系；反应速度方面,通过火力打击装备及弹药之间协同,实现包含侦察-打击-评估的完整作战流程。

b)提高态势感知能力,增强作战任务灵活性。

借助于实时组网通信,战场上地理分散、功能各异的侦察节点和弹药都能够将自身获得的信息传送至任务控制中心进行作战任务决策,实现对目标运动趋势预判和引导攻击。通过战场大范围的通信组网,操作人员即使相隔遥远距离也能获取弹药信息、控制弹药飞行,使与原本由程序控制的弹药具备“人在回路”、有人/无人协同等新作战模式,提升作战任务的灵活性。

c)创新作战模式,提高作战效费比。

在信息网络环境下协同作战,弹药集群可以实现编队搜索、协同突防、协同攻击等作战任务,还可通过“高看低打”等作战方式提高作战效费比。协同作战丰富了战术选择,提高了超视距打击能力,降低了作战人员暴露在敌方火力下的概率,确保在各类复杂作战环境中占据战术优势。针对智慧战场根据作战任务动态组织资源的特点,陆战场火力协同打击系统将多种侦察、毁伤载荷有机分配给各类制导弹药,满足作战任务的同时实现效费比最优。

3.2 关键技术及其技术途径

1)体系结构设计

火力打击体系实体包含众多武器系统、常规弹药和智能化弹药,功能包含监视、侦察、情报处理、指挥控制、火力、网电对抗、保障,需要应用体系工程方法,研究火力打击要素解耦方法和信息交互关系,贯穿到作战使命、体系结构设计、具体装备接口与任务剖面之间的诸多环节。

2)体系协同作战模式研究和任务规划技术

战场内的各类武器平台、传感器和弹药利用信息技术进行互联互通和动态整合,实现“你看我打”、领弹-从弹编队、蜂群攻击等多样化作战运用。由于陆战场火力协同打击系统是个复杂的开放性体系,协同作战模式具备涌现性和不确定性,根据不同的态势、环境和任务目标,其火力协同的实现模式可能有较大差异,不能在战前完全确定。需要开展复杂体系的作战模式梳理和任务规划方法研究,建立智能化的动态任务规划模型,根据具体任务动态构建特定作战要素,完成任务后随即解耦。

3)异构弹药组网通信和协同作战技术

火力协同打击体系将多种异构的制导弹药进行资源解耦和动态整合,根据动态任务规划完成火力计划和弹药自适应组网通信,实现搜索、决策、突防、攻击、评估等作战全流程,从而在体系对抗环境中获取更大的火力规模和更快的反应速度,实现大范围搜索、高效突防、饱和攻击等常规单类弹药难以实现的作战任务,通过弹药的高低搭配降低作战成本。协同作战过程中涉及弹药编队管理、区域协同搜索、引导攻击、一致性攻击等协同作战技术,并需要建立虚实结合的作战推演仿真环境,实现协同作战技术试验验证。

3.3 演示案例

以在城市环境下遂行区域封控任务为例。根据城市环境和敌方情报信息,明确封控区域边界,动态整合火箭布雷车、反坦克导弹发射车和迫榴炮等装备。在关键要地布设智能雷,并将智能雷、巡飞攻击弹药、精确攻击弹药和制导迫弹等弹药组网通信,纳入统一的信息交联和指控调度,构建一个覆盖一定范围的区域封控火力打击系统,见图1。

图1 区域风控火力打击系统

各类异构弹药具备独立作战能力,协同作战时更能发挥“1+1>2”的作用。当敌方进入封控区域时,智能雷可以迟滞敌方快速机动能力,巡飞弹进行目标指示与毁伤评估,分别由精确攻击弹药和制导迫弹攻击突击车辆和伴随步兵,以精确打击实现战场遮断。在清除封控区域内部重点目标时,面对敌方由多层防空、末端防护、软硬杀伤组成的综合防护系统,可采用多发精确攻击弹药和制导迫弹组网协同,以“不同角度方位、不同攻击效应、不同制导模式、相同攻击时间”进行一致性攻击,确保突防能力、毁伤威力和抗干扰性能。

4 结束语

对陆军精确打击火力技术进行了研究。介绍了弹药总体设计技术、弹药制导与控制技术、弹药毁伤技术、弹药动力技术、网络化协同技术和精确火力打击指挥控制等技术领域的发展方向,分析了近、中和远程精确火力打击技术发展,最后对精确打击火力技术的性能特点、关键技术及其技术途径进行了研究,并以在城市环境下遂行区域封控任务的示例进行了精确打击火力技术运用演示。