战术导弹雷电防护试验方法研究∗

朱宇光

（92941部队42分队 葫芦岛 125001）

1 引言

雷电是自然界一种较为常见的大气现象，在地球大气环境中，每年能产生超过800万次的雷电。当雷电出现时，经常会伴随着闪光、高电压、高电流等现象，电压可达亿伏以上量级，电流幅值可高达200kA，雷电等离子体通道可长达数千米以上［1～2］。雷电给战术导弹的作战运用带来了重大影响，当战术导弹在飞行中遭遇雷电时，轻则造成弹体结构损坏、传感器失灵，重则造成导弹解体、飞行失控、危及发射操作人员安全等致命性后果，如1966年8月，日本的马特反坦克导弹发射后遭遇雷击，导致导弹坠毁，雷电强大的电流通过电线传导至发射架，造成5名操作手死亡的重大事故［3］。在飞行器雷电防护方面，飞机类目标雷电防护与试验研究较为充分，针对战术导弹类雷达防护研究不足，能够查到的文献较少。

为了提高战术导弹的雷电防护能力，提高对雷电环境的适应性，对战术导弹雷电效应进行分析，找出其雷电防护薄弱环节。针对雷电的直接效应和间接效应，研究了提出雷电防护方法。对战术导弹雷电防护试验技术进行研究，提出试验结构组成、试验波形、试验步骤等内容。为了提高战术导弹在雷电环境下的使用成功率，提出雷电环境使用对策建议。研究结果能够为战术导弹的雷电防护设计、试验提供支撑，能够提高战术导弹雷电防护能力和雷电环境下的作战运用能力，具有重要的军事价值和意义。

2 雷电对战术导弹的影响效应分析

雷电对战术导弹的影响效应可分为直接效应和间接效应。当战术导弹飞行穿越带电云层时，其与带电云层的电磁场态势如图1所示。

图1 导弹在带电云层中的电磁场态势

当导弹某个尖端点处的电场强度超过空气电离电压30kV/cm时，空气将被电离，带电云层将对导弹进行放电，形成电流通路，雷电将直接作用在导弹上，形成对导弹的直接毁伤效应［3～5］。雷电直接效应包括电弧附着弹体表面所造成的燃烧、溶蚀、爆炸和结构变形、穿孔，以及由大电流引起的高压冲击波和电磁力破坏，直接效应可造成导弹弹体结构穿孔、扭曲、折断等，破坏导弹的气动外形，还可造成发动机熄火，造成导弹飞行坠落和任务失败。

导弹在穿越带电云层时，导弹感应带电云层形成的电磁场，内部产生感应电压，当电磁感应电压超过弹上电子元器件的耐受电压后，会造成电子元器件失效，形成对导弹的间接毁伤效应［4～8］。雷电对导弹的间接毁伤效应能够影响弹上设备的性能，容易造成设备死机、重启、数据错误、通信中断等故障现象，给导弹作战使用造成重大威胁。

3 战术导弹雷电防护措施

以美国鱼叉反舰导弹外形为例，导弹弹体结构包括天线罩、设备舱、战斗部舱、发动机舱和舵机舱、弹翼、舵面等。为了提高透波性，天线罩一般为非金属材料，如石英晶体、玻璃钢、碳纤维复合材料等，不具备电磁屏蔽作用。其他舱体结构外壁一般为金属材料，具有较好的电磁屏蔽作用。

3.1 雷电直接效应防护

雷电直接效应对战术导弹的影响是通过附着在弹体上形成的，对导弹的损伤机理主要包括热效应和力学效应，表现在弹体结构的变形、穿孔、烧蚀等。根据电场尖端放电原理，雷电在导弹上的重点附着区域包括天线罩、弹翼和舵面。战术导弹雷电直接效应防护应该重点考虑雷电附着区域。

天线罩位于导弹的前端，在导弹飞行过程中会在表面积累大量的电荷，并处于雷电电场尖端放电的位置，是雷电附着放电的重点区域之一。当雷电附着在天线罩上，释放的热量会使天线罩发生变形，冲击波和高电压会在天线罩上形成穿孔。为了增强天线罩的雷电效应直接防护能力，可采取在天线罩上敷设金属条带，并将金属条带与弹体结构金属外壁进行连接，可以有效减小雷电直接效应对天线罩的影响，见图2。在进行天线罩导电条敷设时，应保证不影响导弹气动外形和天线的透波性能。

图2 加装金属条带的天线罩

弹翼、舵面和弹体其他部分一般为金属结构，且连接在一起，其雷电直接效应防护主要是保证雷电电流通路的低阻抗特性，保证各个部分的可靠金属连接，弹体机构强度要满足要求。

3.2 雷电间接效应防护

雷电在导弹弹体结构上附着形成直接效应的同时，也会对导弹弹上电子设备形成间接效应，尤其是对非金属材料包裹的部分和存在缝隙的舱体部分。根据导弹结构组成，只有天线罩是非金属材料，在天线罩包裹中的电子探测设备最容易受到雷电间接效应的影响。因此，战术导弹电子舱探测设备是雷电间接效应的防护重点。

可以采用几种方法减小雷电间接效应对电子舱探测设备的影响，一是在天线罩上敷设一定密度的金属条带，形成一定的电磁屏蔽效应，减小天线罩内的电磁场强度，可以减小电子舱内部元器件电磁感应电压；二是对探测设备中的感应器件采取电磁屏蔽措施，如线缆、电容电感、驱动电机等部件；三是对电子设备舱体缝隙进行电磁屏蔽处理，减小舱内电磁感应强度；四是条件允许的情况下，尽量采用非电子类天线驱动器件，如液压式驱动，避免雷电间接效应影响。

4 战术导弹雷电防护试验方法

战术导弹雷电防护试验是检验其是否满足使用要求的最直接、最有效的方法。目前，没有针对战术导弹雷电防护设计试验的试验规程，可以参考其他飞行器雷电防护试验方法。飞机在雷电防护方面制定了较为全面的标准规程，如国家军用标准GJB2639-96《军用飞机雷电防护》、GJB3567-99《军用飞机雷电防护鉴定试验方法》、航空工业标准HB6129.87《飞机雷电防护要求及试验方法》以及中国民用航空规章中第25部有关雷电的防护规定等。参考飞机雷电防护试验规程，对战术导弹雷电防护试验进行设计，主要包括直接效应试验和间接效应试验。

4.1 雷电直接效应试验方法

战术导弹雷电防护直接效应试验装备布置见图3，将导弹通过绝缘支撑放置在绝缘地板上，利用导弹测试控制设备控制导弹的工作状态；利用雷达波形发生器模拟产生雷电，并通过球形电极作用于导弹上，利用波形测量装备记录模拟雷电的波形；雷电控制计算机用于控制雷电波形发射器，输出雷电产生指令、波形等参数。

图3 战术导弹雷电直接效应试验结构图

进行战术导弹雷电直接效应试验时，天线罩、弹翼、舵机舱为1A区（较高概率附着点，附着时间较短），其他部位为1B区（较高概率附着点，附着时间较长），1A区施加雷电电流分量A、B，1B区域时间电流分量为A、B、C、D。雷电波形见图4，其中电流分量A（初始高峰电流）：峰值200±20kA，持续时间 ≤ 500μs；电流分量B（中间电流）：平均幅值2±0.2kA，最大持续时间5ms；电流分量C（持续电流）：幅值200A～800A，持续时间0.25s～1s之间；电流分量D（重复放电电流）：峰值100±10kA，持续时间 ≤500μs［9-10］。

图4 战术导弹雷电直接效应试验波形图

导弹雷电直接效应试验方法为：首先，对雷电波形发生器进行检查，确保放电波形、时间和幅度满足要求；其次，将球形电极移动到天线罩区域，利用导弹测控设备对导弹进行加电，模拟导弹飞行工作状态；第三，控制波形发生器产生雷电，通过球形电极对导弹放电，至少进行3次试验；第四，放电结束后，利用导弹测控设备对导弹技术状态进行检查；第五，改变雷电放电位置，重复上述动作，直至所有位置试验完毕。导弹经过雷电直接效应试验后，弹体结构完整，无变形弯曲，弹上设备工作正常，测试结果合格时，导弹雷电直接效应试验结果合格。

4.2 雷电间接效应试验方法［11～13］

战术导弹雷电间接效应试验装备布置见图5，与图3不同的是，将球形电极换成了电极板，其他组成和功能基本相同，这里不再赘述。

图5 战术导弹雷电间接效应试验波形图

为了减少试验次数，雷电波形采用最为严酷的雷电波形，见图6，T1为电压上升到峰值的时间，T2为电压峰值衰退到一半的时间，T1、T2可调。

图6 战术导弹雷电间接效应试验波形图

导弹雷电间接效应试验方法为：首先，对雷电波形进行校准，确保各项参数满足要求；其次，将电极板放在天线罩和电子设备舱上面；第三，利用导弹测控设备控制导弹处于模拟飞行状态；第四，控制雷电波形发生器产生雷电，通过电极板对导弹施加电磁感应作用；第五，利用导弹测控设备检查导弹工作状态；第六，将电极板移动其他部位，重复以上步骤。导弹经过雷电间接效应试验后，导弹及弹上设备应工作正常，测试结果合格，导弹雷电间接效应试验结果合格。

5 战术导弹雷电环境使用对策

战术导弹在作战使用时，不可避免地遭遇阴雨雷电天气，尽管进行雷电防护设计可以减少使用影响，但仍不能完全避免雷电的破坏作用。为了最大程度减小雷电影响，提高作战使用成功率，提出以下几条雷达环境下战术导弹使用对策。一是加强气象监测。在战术导弹作战使用时，需要重点关注导弹飞行航路上的气象，尤其阴雨天气时，对云层高度、厚度和类型进行判别，对带电云层进行监测判别，为战术导弹使用提供依据。二是利用火箭/激光进行提前引雷。通过气象监测和判别，在近距离作战航路上存在大量带电云层和雷电环境时，可考虑使用火箭或激光进行引雷，扫除导弹发射区域内的雷电隐患。三是利用导弹的技术能力进行规避。根据气象监测结果和火箭/激光引雷结果，合理利用战术导弹的技术能力对雷电进行规避，比如利用航路规划功能可以绕开雷电区域，结合引雷区域和导弹弹道使用规划也可合理躲避雷电，在条件允许的情况下，也可改变平台发射位置，减小导弹遭遇雷电的概率。

6 结语

对战术导弹雷电效应进行了分析，研究提出了雷电防护措施，针对战术导弹雷电防护性能试验进行了研究，提出了雷电直接效应和间接效应试验组成、试验方法和结果评价方法，针对雷电环境下战术导弹使用提出了对策。研究结果能够为战术导弹雷电防护设计、试验和使用提供支撑，具有重要的理论和实际使用价值。