超高速制导弹丸研究综述

鲁军勇， 冯军红， 李开， 李湘平

(海军工程大学 舰船综合电力技术国防科技重点实验室，湖北 武汉 430033)

超高速弹丸是指发射初速大于5Ma、通用化、低成本化和多任务作战能力的制导弹丸。近年来，随着电磁技术的发展，弹丸的射程越来越大。而大射程带来的主要问题是如何保证射击精度。由于发射起始扰动以及大气环境的影响，在大射程下，常规弹丸已经远远不能满足打击精度的要求，制导弹丸便应运而生。相对于常规弹丸而言，制导弹丸具有首发命中率高、精度高、附带损伤小以及效费比高等优势，是后续弹丸发展的主要方向。

新型发射技术(比如电磁发射技术)的发展极大了提高了弹丸的射程，传感器技术的发展促进了末敏弹、远程制导弹和末制导弹丸的诞生。尤其是微电子技术的发展，使得制导弹丸逐渐小型化和低成本化。引信技术的发展使得制导弹丸毁伤模式多样化，具备了多种作战用途的能力。在信息技术的孕育下，具备多种杀伤模式、超高速的制导弹丸将不断涌现。尤其是2016年后美国更是积极推进超高速制导弹丸(hypervelocity projectile，HVP)的研制[1-2]。

本文从发射方式、总体技术、制导技术以及毁伤模式4个方面回顾了目前制导弹丸的研究现状，通过分析现阶段制导弹丸的技术特点，提出了超高速弹丸的关键技术和发展趋势。

1 制导弹丸的研究现状

1.1 弹丸发射方式

制导弹丸发射方式主要是指以某种平台进行发射达到预定的射程和作战目标，发射方式的更迭都是为了提高弹丸的射程。传统上，提高弹丸的射程主要是增大发射药和身管倍径。早期，采用中大口径火炮发射是提高弹丸射程的重要举措，例如美国“铜斑蛇”制导弹丸和前苏联的“红土地”制导弹丸采用155 mm和152 mm火炮进行发射[3-4]。提高身管倍径也是增加射程的措施，美国先进舰炮系统(advanced gun system，AGS)舰炮的身管倍径提高至62倍。

随后，为实现远距离的打击，各国均启动了火炮平台+发动机助推的复合发射方式。美国海军主持研发的远程滑翔增程制导弹丸(extended range guided munition，ERGM)虽采用127 mm舰炮发射，但采用了火箭发动机实现增程，最大射程可达到117 km[5]。DDG1000装备的远程对陆攻击制导弹(long range land attack projectile，LRLAP)制导弹采用了155 mm AGS舰炮+火箭发动机发射方式，射程达到180 km[6]。法国的“鹈鹕”制导炮弹也采用了火箭发动机助推方式。英国最新研制的制导炮弹同样采用155 mm火炮+火箭发动机助推方式[7]。

20世纪后，电磁发射技术受到了各军事强国的关注，相对于传统发射方式，电磁轨道发射的弹丸初速更高，出口马赫数达到7以上，不用发动机助推射程可达200 km以上，而且综合毁伤能力强[8-9]。因此，这种发射方式近些年来发展较快，具备了工程化的条件[10-12]。2001年，美国率先开展电磁轨道炮工程样机研制。2005年实现了32 MJ能级的发射试验，初速达到2.5 km/s。2012年，美国完成了32 MJ电磁轨道炮工程样机测试，随后2017年完成了连发试验。图1给出了美国最新公布的电磁轨道炮工程样机实物图。2018年后，由于身管寿命、弹炮匹配以及制导器件抗高过载等问题，美国在这一方面进展缓慢，鲜有报道。

图1 美国最新公布的电磁轨道炮试验样机Fig.1 The latest test prototype of electromagnetic railgun in the United States

相对于传统的火炮发射方式，采用电磁发射技术的应用前景更为广阔，这也使国内外研究者积极推进电磁发射技术的研究，力求占领这一科技制高点。近些年来，我国在这一方面取得了重要的进展[10-13]。但现阶段电磁发射方式仍存在电能储能密度低以及身管寿命低等技术难题，有待进一步解决。

1.2 弹丸总体技术

弹丸总体技术是指弹丸各个分系统的技术综合，将各部分进行有机整合，达到最佳作战效能。其核心是气动布局和弹道规划，而气动布局最终服务于弹丸飞行弹道。这里重点从气动布局和弹道规划2方面分析目前制导弹丸的总体技术。

制导弹丸的气动布局以气动阻力小、机动性强为设计目的。早期美国的“铜斑蛇”制导炮弹采用正常式布局，如图2所示。头部是圆锥构型，身部和尾部均是圆柱型。稳定翼采用20°后掠角，尾舵实现弹体姿态控制。

图2 美国“铜斑蛇”155 mm制导弹丸Fig.2 155 mm copperhead guided projectile

弹丸头部是导引头和电子器件舱，中间是战斗部舱，尾部是稳定控制舱段。出膛后，该弹首先按照无控惯性弹道飞行，然后在弹道最高点后开始滑翔，弹翼弹开，进行姿态控制，在接近目标时，弹丸根据导引头获得的导航信息实现对目标的攻击[14]。

鸭式布局也是制导炮弹最为常见的一种气动布局。前苏联研发的红土地152 mm制导弹丸采用这种布局，随后美国制导弹丸普遍采用鸭式布局。这里着重介绍美国著名的XM982“神剑”制导弹丸的气动布局[15]。图3显示了“神剑”制导弹丸外形图，可看出，弹丸头部是锥形，内含高炸或近炸引信和电子器件，弹身和弹尾是圆柱型，4片鸭舵安装于过渡段。尾部安装6片自由旋转尾翼。弹底采用排气技术来实现增程。

图3 美国XM982“神剑”制导弹丸Fig.3 XM982 Excalibur guided projectile

在整个弹道规划上，“神剑”制导弹丸也独具一格，在弹道初始段，弹丸按照无控惯性弹道飞行，在接近弹道最高点时，4片鸭舵展开，卫星接收机开始收星，完成定位。弹丸开始滑翔，在更新坐标数据后，并于目标数据进行对比，计算偏差然后控制鸭舵飞向目标，值得说明的是，在末端弹道规划方面，“神剑”制导弹丸采用非弹道式飞行路线，而是在弹道终点进行近乎垂直的俯冲打击，以保障最佳毁伤效果[16]。

美国海军研发的127 mm增程制导弹丸(extended range guided munitions，ERGM)同样采用鸭式布局，结构布局如图4所示。弹头为卡门曲线，中间段为圆柱段，尾部采用船尾形。头部鸭翼布局和尾部稳定翼布局与“神剑”相同，但由于该弹采用了火箭助推增程，射程可达110 km以上。内部结构布局方面，头部仍是近炸引信和导航电子器件、过渡段是控制系统，圆柱段包含战斗部和安保机构，尾部是火箭发动机。

图4 美国ERGM制导弹丸结构Fig.4 Structural diagram of ERGM

在弹道规划方面，ERGM与神剑基本相同，如图5所示。弹丸出膛后，尾翼张开，保持稳定飞行，在弹道上升段，火箭发动机助推弹丸爬高增程。在弹道最高点处，全球定位系统(global position system，GPS)开始搜星定位，输出导航信息。同时鸭式舵展开，弹上控制系统控制舵片偏转，弹丸开始滑翔飞行。弹丸在弹道末段飞临目标以后，以与地面近乎垂直的姿态俯冲冲击目标。

图5 ERGM制导弹丸的作战流程Fig.5 The fight flow chart of ERGM

随后，美国针对DDX 1000驱逐舰155 mm AGS开发的远程对地攻击制导弹LRLAP同样采用鸭式布局，火箭助推，射程可达185 km，布局结构见图6[17]。

图6 装备于DDG 1000 AGS的LRLAP外形Fig.6 Outline of LRLAP equipped in DDG 1000 AGS

采用这种气动布局还有法国“鹈鹕”制导弹丸、意大利“火山”制导弹丸以及英国LCGM制导弹丸等[18]。

近年来，在电磁轨道技术催化下，超高速弹丸被美国海军视为下一代通用化、大射程以及多任务的制导弹丸，适用于当前的火炮发射平台和未来的电磁轨道炮发射平台,可完成海军远程火力支援和防空反导的任务[19]。这种弹丸从发射方式以及总体技术等方面与先前的弹丸有较大的区别，首先，采用次口径发射方式，可适用于127、155 mm火炮以及电磁轨道炮等各种发射平台，其次，弹丸初速较高，火炮发射初速可达到1 300 m/s，电磁炮发射可达2 000 m/s。最后，整个弹丸的气动布局完全不同，采用了一种无翼式布局，如图7所示。

图7 超高速弹丸发射组件及弹丸外形Fig.7 Outlines of the ILP and HVP

表1总结了当前主要制导弹丸的总体性能指标，从气动布局上来看，早期采用正常式布局，随后，鸭式布局称为制导弹丸的主流布局。这显然是由于鸭式布局适应于弹丸滑翔增程。而近年来研发的HVP则采用了无翼式布局，这种布局方式可有效降低气动阻力。从整个制导弹丸的发展趋势来看，无论是采用大口径火炮发射，还是采用火箭助推+滑翔增程，其最终目标都是为了提高弹丸的射程。采用电磁轨道炮发射，射程可达200 km以上，但弹丸在大气中飞行，由于高初速导致气动阻力较大。因此，弹丸减阻设计尤为重要。这也是HVP无翼式布局的设计初衷。

表1 当前主要制导弹丸的总体性能指标Table 1 Ensemble indexes of current guided projectiles

1.3 弹丸制导技术

目前，常见的制导弹丸的制导控制方式包括末制导技术、弹道修正技术和INS/GPS复合制导技术等。

1.3.1 末制导技术

早期的“铜斑蛇”和“红土地”制导弹丸采用激光半主动末制导技术，这种制导方式通过激光对目标进行照射，弹上激光导引头依靠目标反射的激光波束进行导引。制导精度可达2 m以内，但这种制导方式缺点也很明显。首先，激光容易受到天气、烟雾等环境影响；其次，需要人员和设备将目标指示器抵进目标5 km处，持续照射目标20 s以上，直至弹丸击中目标。非常容易暴露己方，在现代激烈的战场环境下使用受到限制。

末敏弹也是属于末制导技术应用的一种形式[20]。随着红外和毫米波复合传感器技术的发展，一种在弹道末端自动识别目标的末敏弹诞生。这种末敏弹采用155 mm火炮完成发射，射程范围为27～35 km。20世纪90年代开始在美国、法国等陆军服役。

1.3.2 弹道修正技术

弹道修正技术是对现役常规炮弹的引信单元进行改进，利用逐渐小型化的GPS接收机和数据传输设备进行数据融合处理，制导控制，提高现役弹丸的精度，从整个方案上来看，弹道修正技术是一条低成本的弹丸精准化发展之路。

弹道修正技术分为一维和二维修正，一维修正技术主要是对炮弹弹道的纵向修正，二维修正则是对炮弹弹道的纵向和横向进行修正，以到达所要攻击的目标[21]。一维和二维修正技术均依靠对GPS和惯性测量数据的处理，前者通过展开某种形状的空气动力减速板，后者通过控制可操纵的鸭式舵来实现弹道修正效果。

一维修正弹的关键技术是确定阻力机构的作用时间，研制强度和性能。此外，阻力片机构、天线、电源、电路都要集成到标准引信空间里。典型产品有美国的XM1156精确制导组件(precision guidance kit，PGK)，美国和英、法等国研制的“斯塔尔”，法国研制的“桑普拉斯”和SPACIDO，德国的“弹道修正引信”等[21]。

二维修正弹则是在传统引信部位改装了由炸高探测器、固定鸭式舵、GPS天线和接收机、信号处理器、安保装置以及传爆管等部件，改进后的组件称为精确制导组件，可见图8。信号处理器根据实时接收的GPS信号对弹道进行解算，预测弹丸落点，然后将预测值于发射前通过装定器输入的目标位置进行对比，根据二者的偏差产生修正控制指令，并传递给鸭式舵。控制弹丸实现精确制导。美国ATK公司是最早开展二维修正弹的研制，并将其成功列装美国陆军。据称该弹能将常规155 mm弹丸在最远圆概率误差CEP 267 m提升至30 m[22]，在制导精度方面，圆概率误差越小越好。

图8 美国ATK公司精确制导组件结构Fig.8 Structure of ATK precision guidance components

1.3.3 INS/GPS复合制导技术

20世纪90年代，随着美国全球定位系统和基于微纳制造技术的微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)传感技术的发展，基于惯性导航系统INS(inertial navigation system)/GPS制导技术被迅速应用于制导弹丸上，可相对于20世纪80年代的激光半主动制导技术，这种制导技术优势非常明显：具备发射后不管的特点，可实现大射程、全天候的作战，而且成本低廉。是目前制导弹丸最为常见的制导方式[23]，如表1所示。INS自主性高、保密性强，具备抗干扰能力，但是需要初始对准信息，导航精度差，而且精度随着时间而漂移。GPS定位精度高，可达5 m。缺点是易受干扰，高动态下可靠性低以及数据输出频率低等。将GPS与INS复合可以使2种制导方式取长补短，构成有机的整体，在制导初始段，GPS可为INS辅助校准精度，减小INS零偏误差。在弹道末端，当GPS受到干扰后，INS可根据最后得到的数据为基准，单独控制弹丸飞行[24-26]。

采用这种制导方式存在不能打击移动目标的缺陷。为此，美国将GPS/INS+激光半主动末制导进行组合，可实现对移动目标的打击。2020年初，美国雷神公司公布的改进“神剑-S”制导弹丸采用了GPS/INS+激光半主动末制导组合制导方式，并实现了对移动靶的打击，制导精度从5 m提高至0.9 m。

1.4 弹丸毁伤模式

相对于导弹，制导弹丸的装填空间有限，需要对引战系统进行精细化设计，确保达到最佳毁伤效能。提高弹丸的杀伤威力一般有2种措施：一是采用新型毁伤材料，改变装药形式和工艺；二是设计更有效的引战系统，比如将传统的均匀杀伤改为定向杀伤，或改变弹丸攻击角度。

早期制导弹丸主要用于打击装甲类目标，常采用聚能穿甲战斗部，比如“铜斑蛇”制导弹丸。但随着反应装甲的应用，极大地降低了破甲战斗部的威力。为此，许多聚能破甲战斗部升级为串联战斗部，即采用前置战斗部引爆反应装甲，然后延时起爆的柱战斗部完成破甲任务[27-28]。随着高爆/破片战斗部的发展，“红土地”、“神剑”、ERGM、LRLAP、“鹈鹕”、“火山”等制导弹丸均采用这种战斗部。这种战斗部优势非常明显，有效杀伤面积大，战斗部爆破产生的破片可对轻型装甲造成破坏，而爆炸所产生的强冲击波对人员、工事和装备造成严重杀伤。此外，云爆弹和子母弹是制导弹丸较为常见的战斗部形式[29]。

近些年来，制导弹丸逐渐向多功能、多任务型方向发展，不同的作战任务需要配备不同的战斗部类型，比如“神剑”制导弹丸可配备多种类型战斗部。HVP兼具远程对地和防空反导的需求，更需要多种类型的战斗部，目前已发展成型的战斗部有高爆和动能2类。

为了提高弹丸毁伤效率，破片材料一直是战斗部机理研究的重点。目前，含能毁伤元作为一种新兴的战斗部毁伤元成为当前战斗部研究热点，其兼具动能和化学能叠加的双重毁伤效应，可以大幅度的提高战斗部的毁伤性能。破片毁伤作用机理如图9所示。通过破片中包覆含能材料，使得破片在侵彻贯穿靶板后，能在靶板后形成爆轰反应，同时形成高压冲击波和绕高温破裂碎片等毁伤因素毁伤目标。2002年，美国“国防先进技术项目”将含能毁伤元技术列入其中，开展了相关技术的研究[30-31]。王海福[32]、曹兵[33]、赵鹏铎[34]和刘燕等[35]相继开展了含能材料的研究，研究表明含能毁伤元的毁伤效能是传统金属杆的5倍多，代表了破片战斗部的发展方向。

图9 含能毁伤元侵彻作用机理Fig.9 Penetration mechanism of energetic damage fragment

2 制导弹丸的关键技术

2.1 制导器件发射环境适应性技术

制导器件发射环境适应性技术主要包含2大部分：一是制导器件抗高过载技术；二是制导器件抗强磁场技术，后者主要针对电磁轨道炮发射环境。下面针对两方面开展说明。

2.1.1 制导器件抗高过载技术

作为炮射制导弹丸，成功应用的前提是所有结构及器件承受住膛内发射过载。而作为制导器件，选型首先考虑的是器件是否适用于膛内发射过载，即经过膛内发射后，器件存活且性能不发生改变。至今，制导器件抗高过载技术仍然是制约制导弹丸技术发展的瓶颈。

解决这一关键技术仍需从材料、结构和工艺3方面着手。在材料选型上，首先考虑抗过载能力强和可靠性高的元器件。但目前一些元器件主要材料是石英晶体和硅，属于典型的脆性材料，尤其是一些测量敏感器件，包括悬臂梁、梳齿等薄弱结构，很容易在大过载下产生永久变形和折断[36]。其次，在器件结构设计上尽量减小应力峰值，比如国外提出了在MEMS器件上增加止挡限位结构，限制敏感结构的变形[37]。值得说明的是，元器件材料和结构仍受制于其他性能指标要求的限制，针对高过载方面的设计有限，因此，在制导器件抗高过载方面，最为常用的方法是隔振缓冲和灌封防护设计，其中灌封防护是最流行也是效果最好的方法[38]。

灌封材料主要是利用其自身的塑性和粘性吸收冲击能量，如图10所示。若材料无阻尼特性，冲击能量只会以高频振动形式在材料的弹性势能和动能间相互转化，若材料阻尼特性较强，则部分动能会耗散成内能，从而迅速降低振动的幅值[39-41]。因此，灌封材料一般选取弹塑性或粘弹性材料，利用材料的变形和阻尼特性尽可能的吸收冲击能量，若材料的屈服阶段越长，材料的缓冲吸能效果越好[42]。同时由于灌封材料具有粘弹效应和横向惯性效应，使得应力波在传播过程中会发生幅值衰减和波形弥散作用。目前常见的灌封材料主要有3类：环氧树脂、聚氨酯和有机硅，其中聚氨酯材料以其硬度低、弹性好、粘结力强和电性能好等特点，目前成为弹载电子系统灌封的主要材料。

图10 灌封材料能量转化过程Fig.10 Energy conversion process of potting materials

早期制导弹丸的发射过载较小，“铜斑蛇”制导弹发射过载只有9 000 g，随着制导弹丸发射初速的提高，尤其是电磁发射超高速弹丸，膛内峰值过载达到2.5×104g以上，而且持续时间较长，是传统炮射弹药过载的1.5～2倍，如图11所示。使得制导器件的抗高过载设计不断面临新的挑战，仍需要深入研究，进一步提高器件的抗高过载能力。

图11 制导弹丸发射过载曲线对比Fig.11 Comparison of launching shock curve of projectile

2.1.2 制导器件抗强磁场技术

对于电磁发射超高速制导弹丸，其还需承受膛内峰值近7 T的低频磁场环境(见图12)，现有国军标中电子器件的电磁兼容性设计未针对低频强磁场环境制定相应标准，而低频强磁场可能会对弹上舵机、传感器、战斗部装药等器部件的性能造成影响，引起制导控制系统失灵或早炸现象[43]。

图12 电磁发射超高速弹丸磁感应强度曲线Fig.12 Magnetic induction intensity curve of HVP

为解决制导器件的抗强磁场关键技术，需要从器件工作原理、材料和布局3方面着手。首先尽量选用不受磁场影响的制导器件，如采用感应式舵机、或气动舵取代永磁式舵机，采用机械过载开关取代电子开关等；其次，优选非导磁材料或抗磁饱和能力强的材料，如选用不锈钢或其他高强非导磁材料作为其外壳材料，可避免地磁传感器等器件在强磁场环境下出现充磁现象;最后根据弹丸内部磁场的分布规律对制导器件进行合理布局，如将对磁敏感的电源板、引信、战斗部等尽量原理电枢端布置，减少磁场的影响[44]。

2.2 弹丸起始扰动抑制及飞行稳定技术

弹丸起始扰动是影响制导弹丸飞行稳定性以及能量衰减的重要因素。若弹丸起始扰动过大，不仅使弹丸持续振荡，姿态难以收敛，引起弹丸的静态和动态失稳。而且对制导器件的初始空中对准增添了困难。

弹丸的起始扰动主要来源于膛内的发射过程，弹丸的膛内运动过程非常复杂，是典型的非线性过程，易受初始和边界条件的影响，比如身管状态、弹丸状态、初始装填状态等因素。而弹丸起始扰动的随机性主要来源于这些状态难以唯一描述。因此，弹丸的起始扰动抑制主要是从结构和工艺上进行优化设计，减小制造偏差，对弹丸进行约束。芮筱亭等[45]针对传统火炮发射的弹丸起始扰动开展了系统性的研究，指导了工程实践。电磁发射弹丸同样受其发射装置结构以及弹丸受力特性的影响，由于装置结构复杂，发射原理不同，存在多种物理场强耦合(见图13)，使得弹丸起始扰动机理仍不明确。同时，弹丸初速越高，马赫数越大，弹丸的静稳定裕度越小，即在一定起始扰动下，超高速弹丸姿态收敛更为漫长。因此，需要对电磁发射的内弹道进行深入研究。但从工程角度考虑，应严格控制装置和弹丸结构加工和装配偏差。

图13 电磁发射超高速弹丸内弹道Fig.13 Interior ballistic diagram of HVP

此外，对于次口径的超高速制导弹丸，弹托分离过程也是影响弹丸起始扰动的重要因素[46]。存在气动与机械干扰，如图14所示。弹托分离机制以及炮口非定常流场机理分析需要重点分析，才能确定气动干扰和机械干扰带来的偏差。在近期研究中发现，相对于弹托分离引起的扰动，炮口扰动是起始扰动的主要因素[47]。

图14 弹托分离干扰Fig.14 Schematic diagram of interference caused by separation of sabot

弹丸起始扰动只能抑制，不能消除，因此，弹丸的稳定性设计也非常重要，静稳定裕度的设计准则、弹丸初始转速的设计和分析是制导弹丸初始稳定性分析需要重点考虑。

2.3 大空域、宽速域的弹丸气动设计技术

制导弹丸逐渐向远射程、高精度和高机动方向发展。在大射程和宽速域工况下，弹丸的气动特性以及对应的设计技术非常重要。首先，要求弹丸在整个飞行过程中具有较高的升阻比，尤其是弹道下降段，升阻比越大，滑翔增程效果越好；其次，要考虑弹道高度对弹丸飞行稳定性、舵效的影响。弹道高不仅影响大气密度，而且影响流经弹丸表面的边界层特性，从而影响气动力系数；最后，需要考虑弹丸的滚转运动对飞行稳定的影响[48-49]。弹丸在3个方向的姿态变化具有明显的三维特性，机理比较复杂，需要深入分析。

此外，气动热问题也是制约弹丸技术发展的重要因素。尤其是超高速弹丸，在气动加热下，弹丸表面最大温度达到2 000 K左右[48]，如图15所示。如此高的温度极大地影响弹丸的飞行和制导性能，需要予以重点关注。根据前面的分析，气动热问题主要体现在3个方面：1)气动热对弹翼和舵表面的影响。为减小气动阻力，弹翼和舵一般较薄，则翼和舵前缘面积小，导致气动加热比较明显，影响舵面效率；2)气动热影响制导器件，弹丸在飞行过程中，热量持续向弹体内部传递，这会影响制导器件的存活性；3)气动热影响天线罩，制导弹丸存在非金属材料的天线罩，导热性能差，使得天线罩表面温度较高，较高温度下，表面会发生碳化，影响透波性能。气动热对弹丸3个方面的影响需予以重点关注。

图15 超高速弹丸表面驻点温度变化曲线[48]Fig.15 Temperature curves of stagnation point of HVP[48]

2.4 制导控制技术

弹丸的闭环控制系统如图16所示。弹丸运动模型是典型的非线性时变模型，在传统弹丸控制方面，均采用“系数冻结法”和“小扰动”的假设进行线性化处理，忽略了非线性项和耦合项的影响，使得弹丸的实际控制过程中容易出现稳定性差和精度差等问题。随着非线性控制理论的发展，一些新的控制算法，比如最优控制、滑模控制、神经网络控制和模糊控制等现代控制理论逐渐应用在制导弹丸控制系统中，增强了算法的鲁棒性，减小了弹丸的脱靶量。此外，考虑弹丸终点姿态对毁伤的影响，带有末端姿态控制的算法也逐渐发展成型。

图16 制导弹丸制导与控制Fig.16 Guidance and control diagram of guided projectile

在导航算法方面，首先解决制导弹丸的空中对准问题，在发射工况下，由于INS系统难以适应过载要求而选择不启动，需要在出膛后进行初始姿态校准，现阶段通过卫导辅助校准技术解决这一技术难题[50]。其次，为提高导航精度，在原基础上考虑数据融合技术，考虑状态方程的时变性，采用自适应卡尔曼滤波技术，提高导航系统的抗干扰能力[51]。目前，在干扰环境下的导航硬件和软件设计仍是技术难点。

高超声速制导炮弹射程远，弹道高度大，因而气动力参数变化范围较大，飞行过程中各通道间还存在非线性耦合，这对制导和控制系统提出了更高要求。

3 制导弹丸的发展态势

3.1 弹丸增程技术的发展和应用

弹丸追求的总目标是远射程、高精度和大威力。射程一直是制导弹丸追求的第一目标。为了提高射程，各种制导弹丸采取了各种各样的增程技术。目前的增程技术主要是从发射平台和弹丸2个方面来考虑，如表2所示。从发射平台方面实现增程的方法主要是指研究新型发射技术(电磁发射技术)、发射药和火炮结构；从弹丸方面实现增程的方法主要有弹型减阻增程、底部排气增程、架设发动机增程等。这些增程技术已经成功应用于现有的制导弹丸中。可以预见，未来的制导弹丸继续采用以下增程技术，甚至是各种增程技术的组合。

表2 目前常见的制导弹丸增程技术Table 2 Technology of increased range for guided projectiles

3.2 模块化、集成化的设计思路成为趋势

相对于导弹，制导弹丸最大的优势是成本低、携弹量大等。控制弹丸成本最好的办法是将弹丸内部各个部分进行集成化、模块化设计，使得弹丸生产更加标准化和系列化。因此，模块化和集成化是制导弹丸的未来发展方向。

目前，这种设计思想已经成功应用于制导弹丸中，比如，美国Honeywell公司已将GPS和INS集成设计，形成体积更小的导航模块，“神剑”制导弹丸将战斗部模块化设计，可根据不同作战任务实现战斗部的更换。HVP制导也同样采用了模块化和集成化的设计思路，以满足不同的作战需求。

3.3 高效毁伤技术依然是研究热点

弹丸的毁伤效能一直是研究的热点问题，随着弹丸小型化和低成本化发展。对毁伤的要求也越来越大，对于超高速弹丸，目前战斗部的设计主要有2种：一是动能战斗部，仅依靠弹体的动能进行毁伤；二是杀爆战斗部，通过引信引爆装药战斗部，起爆装药，形成破片，对目标进行毁伤。在追求最大毁伤效能下，可将这2种战斗部结合使用，同时引入新的高效毁伤元，比如含能毁伤元完成战斗部设计。

此外，在电磁攻防体系下，软杀伤模式也成为一种重要的发展方向。软杀伤战斗部主要是通过电磁、烟雾或微波等技术破坏敌方系统作战能力，使武器装备失效和敌人丧失战斗力。例如电磁干扰弹、电磁脉冲弹。20世纪90年便开始了这类杀伤模式的研究，但由于技术受限，迟迟未能实现工程化，但这种发展趋势仍然明显。近年来，出现了携带导电复合碳纤维、燃料空气炸药、温压炸药等装填物的软/硬毁伤战斗部。并研发电磁脉冲、高功率微波、强光致盲、复合干扰等新概念战斗部。

4 结论

超高速制导弹丸是下一代通用化、模块化、低成本以及多任务作战的弹药，被美国视为落实第3次“抵消战略”的重要举措，兼具远程对地和防空反导等多种作战使命，具有广阔的应用前景。但其对应的关键技术尚未完全突破，本文回顾了制导弹丸的发展现状，系统梳理了当前制约超高速制导弹丸发展的关键技术，指出了制导弹丸的发展趋势，旨在为后续弹丸研究提供借鉴和参考。