智能弹药发展趋势分析

2022-10-14霍永清张国伟姜伟兵

兵器装备工程学报 2022年9期

霍永清，张国伟,2，姜伟兵

(1.重庆嘉陵特种装备有限公司，重庆 400000； 2.中北大学，太原 030051； 3.陆军装备部驻重庆地区军事代表局第七军事代表室，重庆 400000)

1 引言

人类在发展历程中，无时无刻不充斥着战争。人类有史以来的战争经历了冷兵器、热兵器、兵器机械化、兵器信息化四大阶段，目前，正朝着兵器智能化方向发展。弹药的功能从传统弹药的单一打击毁伤功能，朝着探测、识别、智能决策、精准毁伤等多功能方向发展。同时，通信、大数据、云计算以及人工智能(AI)等技术的发展，为弹药的智能化发展提供了强有力的技术支撑。

以历次典型战争为切入点，对各次战争所使用弹药及其特点加以分析，探究其功能演变历程，分析了智能弹药的发展趋势，对开展智能弹药的研发具有借鉴意义。

2 历次典型战争使用的武器弹药及其特点

2.1 世界大战

第一次世界大战发生在1914年7月至1918年11月，持续4年多时间。在第一次世界大战中，各种飞机、毒气、坦克、大炮相继投入战争，是武器发展的重要阶段。

各参战国在第一次世界大战中所使用的弹药主要是地面火炮发射的炮弹，其口径都相对较大。例如：德国使用的“Ehrardt”型24.5 cm重型堑壕迫击炮，如图1，于1914年投入使用，弹药口径245 mm，炮弹重有3种型号(20/30/40 kg)，最大射程仅1 225 m。

图1 “Ehrardt”型24.5 cm重型堑壕迫击炮Fig.1 “Ehrardt” 24.5 cm heavy trench mortar

第二次世界大战发生在1939年9月至1945年9月，持续6年时间之久，在此期间，各种飞机、坦克、重炮以及导弹相继诞生并在战场上使用，同时首次使用了原子弹。

同样，第二次世界大战在客观上推动了科学技术的发展，带动了航空技术、原子能、重炮等领域的发展与进步。到了第二次世界大战时期，参战各国使用的弹药虽然在性能方面有了一定提高，但大部分仍以一战时期弹药特点为主。此时比较突出的变化是导弹的出现，其典型代表是第一款弹道导弹，德国的V2导弹，如图2。V2导弹虽然早在纳粹德国入侵波兰之前就已经立项研制，但一直到1944年才正式列装德国部队，其部分性能参数如表1所示。

图2 V2导弹Fig.2 V2 missile

表1 德国V-2导弹性能参数Table 1 Performance of german V-2 missile

虽然V2导弹射程达到了320 km，而且实现了有控功能。但受当时的技术水平以及所采用的控制原理的限制，使得其精度仍然很低，一般在几千米甚至几十千米，无法做到精准毁伤。由此而言，当时的V2导弹基本不具备成熟的军事打击能力，只能作为一种恐吓手段来吓唬同盟国军民。尽管V2导弹无法挽回德国法西斯必败的命运，但作为一款全新的武器，弹道导弹在随后的冷战中却得到了巨大的发展与进步。

2.2 海湾战争

海湾战争发生于1990年8月至1991年2月，持续时间仅半年。但美军真正开始动手是在1991年1月。海湾战争是冷战结束后的第一场大规模武装冲突。投入作战的武器有F-117隐形战斗机、F-15E战斗轰炸机、F-15C/D战斗机、F-111战斗轰炸机、F-4C反雷达攻击机、B-52C战略轰炸机，幻影-2000、“旋风”等战斗机，电子战飞机则包括了E-3D空中预警机、EF-111A电子干扰机、E-8A联合监视与目标攻击系统飞机、TR-19战略侦察机、RF-4C战术侦察机等当时世界上最先进的信息化、电子战机群。航母战斗群以及爱国者导弹等精确制导弹药等等。

其中弹药的典型代表是美国的“爱国者”导弹(见图3)和伊拉克的“飞毛腿”导弹。

图3 美国爱国者导弹Fig.3.Patriot missile defense system

“爱国者”地空导弹1980年服役，海湾战争中首次实战应用。“爱国者”导弹以38°倾角升空，并按预置程序改变飞行弹道。同时，地面相控阵雷达继续追踪飞行中的“爱国者”，并据实飞状况适时发出指令，修正飞行轨迹。当“爱国者”进入末段飞行时，其弹上半主动“自动寻的头”开始工作，并实时将它所捕捉到的“飞毛腿”弹道参数反馈给地面指控中心。指控中心根据接收到的相对角偏差数据，经精确计算后，速将修正指令反馈给“爱国者”。“爱国者”按照精确计算的拦截弹道接近“飞毛腿”，当“飞毛腿”闯入“爱国者”20 m杀伤半径之内时，弹上的无线电近炸引信即引爆破片杀伤式战斗部，依靠爆炸形成的破片群实现对“飞毛腿”导弹的拦截。

海湾战争对冷战后国际新秩序的建立产生了深刻的影响，同时，它所展示的现代高科技条件下作战的新情况和新特点，对军事战略、战役战术和军队建设等问题带来了众多启示。

2.3 科索沃战争

科索沃战争发生于1999年3月至1999年6月，持续时间不到3个月。科索沃战争是20世纪末的一场重要的高技术局部战争。投入作战的武器有隐身战斗机、电子干扰机、无人机[捕食者(如图4)、猎人、全球鹰等]、巡航导弹、激光制导炸弹、联合直接攻击弹药(见图5)以及各种卫星等等。

图4 MQ-1捕食者无人机Fig.4 MQ-1 predator UAV

图5 联合制导直接攻击弹药Fig.5 Joint guided direct attack weapon

相比海湾战争，科索沃战争中使用的制导弹药种类更多，所占使用弹药总量的比例更大。北约使用的精确制导武器型号有：战斧(BGM-109C/D)，AGM-86B/C，AIM-120AIM-7F/M，AIM-9L/P，MICA，马特拉R550，超530D，AIM-65，AGM-130C，AGM-142，电磁脉冲弹，AGM-154A，宝石路，AGM-88A，马特拉BGL，CBU-97集束炸弹，“石墨炸弹”GBU-29，JDAM，AGM-88A(哈姆)，ARMAT，ALARM等等。另外，科索沃战争中所使用的精确制导弹药较海湾战争中的制导弹药而言，其功能更多，精度更高，协同性更强。

激光制导炸弹是指利用激光技术获得导引信息自动导向目标的滑翔式航空炸弹，具有命中精度高、抗电磁干扰能力强等特点。最早由美国于1965年开始研制，研制的各代“宝石路”激光制导炸弹的主要型号如表2所示。

表2 美制“宝石路”激光制导炸弹的主要型号Tab.2 Main types of American “Gemstone Road” laser-guided bombs

同第一、二、三代激光制导炸弹一样，JDAM制导炸弹也是在现役航空炸弹上加装相制导控制装置而成。JDAM制导炸弹由于采用自主式的卫星定位/惯性导航组合制导，因而使飞机具有昼夜、全天候、防区外、投放后不管、多目标攻击能力等优点，这是第4代制导炸弹区别于现役第3代激光制导炸弹的显著特点。

在1999年的科索沃战争中，由于JDAM制导炸弹库存量有限，仅由B-2A隐身战略轰炸机用于对南联盟重要军事目标进行轰炸。1999年3月24日晚，2架B-2A各携带16颗908 kg重的JDAM炸弹，从美国本土的怀特曼空军基地出发，经过15 h飞行和空中加油，到达南联盟预定空域，从12 200 m高空同时投放所携带的32颗JDAM炸弹，准确命中预定攻击的各种目标。这是B-2A隐身战略轰炸机首次投入作战使用，也是JDAM制导炸弹首次投入作战使用。

科索沃战争让世界看到了高科技武器的应用以及各军种的协同作战，海陆空立体作战的作战策略。在作战过程中，北约主要采用3种战法：一是在距离战场上千公里处发射巡航导弹进行攻击;二是从美国本土或盟军基地出动隐形轰炸机，在电子干扰机的伴随支援下，深入战区，投射精确制导炸弹;三是在掌握战区制空权的前提下，使用有人驾驶作战飞机从防区外发射精确制导武器，攻击预定目标。

依托现代信息技术的支持，北约指挥机构向一线部队下达命令只需3 min，越级向导弹部队下达命令仅需1 min，配合由GPS制导的巡航导弹、激光制导炸弹和联合直接攻击弹药，实现了信息与火力一体化，基本做到了“发现即摧毁”。

科索沃战争是以美国为首的西方国家利用绝对空中优势，对弱势的南联盟进行打击，武力迫使其就范。其作战样式是一种典型的非接触式交战，交战双方从始至终都没有在战场上近距离交战，这在当时世界战史上是极为少见的。科索沃战争对世纪之交的国际战略格局和军事理论均产生了重要的影响。

2.4 刺杀苏莱曼尼

2020年开年以来，中东局势骤然紧张，1月3日，伊朗革命卫队下属的“圣城旅”指挥官苏莱曼尼被美国空袭斩首。

美军在刺杀苏莱曼尼行动中，首先而且最重要的是获取情报。情报人员、电子监听系统、侦察机和其他监视系统的机密信息等多方信息支援了此次打击任务。

执行此次“斩首”任务的武器是美军的察打一体“MQ-9”死神无人机(见图6)，而使用的弹药则是广为人知的AGM-114“地狱火”空地导弹,如图7。

图6 MQ-9死神无人机(a)及其光电探头(b)Fig.6 MQ-9 Death Drone

图7 “地狱火”空地导弹Fig.7 Hellfire air-to-ground missile

MQ-9死神无人机在机头下方装备一具性能先进的AN/AAS-52 MTS-B多光谱瞄准系统，能够对地面目标实现远程监视、高空目标捕获、跟踪和测距，同时为AGM-114“地狱火”空地导弹提供激光照射指示。该系统既可以进行大视场的对地侦察和监视，还可以实现小视场高倍变焦，以便对地面人员进行身份识别。

2020年初美军使用MQ-9死神无人机确定苏莱曼尼少将的身份并将其刺杀，此次行动的关键之一，就在于攻击所使用的精确制导弹药的选择。MQ-9死神无人机一般是采用2枚GBU-12“宝石路”Ⅱ型激光制导炸弹以及4枚AGM-114“地狱火”空地导弹。由于MQ-9死神无人机需要长时间进行巡航飞行，为了增加续航力，只挂载了4枚AGM-114“地狱火”空地导弹。而且，为有效打击快速移动的目标，就要求其使用AGM-114“地狱火”空地导弹。

“地狱火”空地导弹的诞生比死神无人机要早得多。其共有两代，第一代1970年就开始研制了，1982年投产，第二代则在1990年研制，1993年投产。第一代是典型的冷战产品，第二代则诞生于冷战结束、美国全球称霸的初期。

地狱火导弹的战斗部为串联式聚能破甲战斗部，装6.8 kg高能混合炸药，配触发引信，以固体火箭发动机作为动力。作战时，导弹射出的同时，发射平台用激光照射目标，而导弹头部的激光装置捕捉目标反射的激光，对目标进行追踪摧毁，其破甲能力为1 400 mm。

第一代地狱火导弹的发射最大高度为600 m，即超过这个高度就无法捕捉目标。这个高度只适应直升机的中低空巡弋发射，对于更高的飞行平台就不适用了。而90年代以后美国大打“不对称战争”，无人机居高临下发射导弹成为常规战法。因此第二代地狱火导弹的发射最大高度提升到到4 500 m。

虽然这仅仅是一次暗杀行动而并非战争。但其使用的作战武器、弹药及行动方案却对当今战争模式产生了深远的影响。

3 演变历程

3.1 从无控到有控

早期一战使用的弹药是无控的，发射后依靠自身惯性飞行，受诸多因素的影响，弹药的精度差、射程近。到二战期间，出现的V2导弹，实现了有控，但由于当时技术水平的限制，虽然达到了320 km的最大航程，但其精度仍然很低，因此，无法对敌方目标进行精准打击。

之后，随着制导控制技术的发展，弹药的打击精度不断提升。例如：美国M982“神剑”155 mm制导炮弹的打击精度可以达到2 m，而且射程可达70 km，如图8所示。

图8 美国“神剑”制导炮弹Fig.8 American excalibur guided projectile

需要特别提到的一种弹药是“弹道修正弹”。弹道修正弹主要是将无控弹的引信改装改装为弹道修正模块，借助卫星制导，通过不连续、有限次的控制修正弹运动来修正弹道，以达到提高精度的目的。弹道修正弹没有导弹复杂，因此其成本远低于导弹，是20世纪80年代中期发展起来的低成本、高精度的炮兵常规弹药之一。

随着科学技术的迅猛发展，弹载器件发展迅速，使得制导炮弹的成本越来越低，精度越来越高。此时，弹道修正弹的低成本优势也逐渐不复存在。

弹药的控制角度来看，弹药主要分为无控弹药和有控弹药，而随着控制技术的发展，有控弹药由早期的修正弹逐渐向制导弹药和精确制导弹药转变，精度越来越高。制导弹药有自身的动力推进系统，可以在防区外发射，射程远。精确制导弹药没有自身的动力推进系统，只靠弹翼滑翔或者弹体尾翼改变方向，并根据制导装置的指引攻击目标。精确制导弹药一般不能在防区外发射，但可以实现高空投弹，利用空气的滑翔，最远者也可以漂到二三十公里远的地方。

另外，由于有控弹药的优异性能，使得精确制导弹药的使用比例不断提升。

例如：在海湾战争时期，美军领导的盟军军队投入的精确制导武器弹药占比提升到了7.6%，但其毁伤效果显著，60%以上的毁伤是由精确制导武器弹药完成的。到了科索沃战争，其比例则提升到了35%，等到了利比亚战争时则几乎全部使用制导弹药。表2列举了典型战争使用制导弹药的比例。

表3 典型战争使用制导弹药比例Table 3 Comparison of the proportion of guided munitions used in typical wars

纵观世界各国弹药发展及趋势，其中一个明显的发展趋势就是弹药正在朝着由无控到全面有控的方向发展。

3.2 从单一功能到多功能

早期无控弹药一般内装炸药，依靠炸药爆炸后形成的冲击波、破片等对目标进行毁伤，其功能相对单一。

目前的网络化智能攻击弹药，其任务则包括：对目标的搜索、识别、毁伤及毁伤效能评估等多功能。多个子弹药自组成网，子弹药之间信息互通，当目标来临时，具有自主决策功能，以判断哪一个或那几个子弹药对目标实施打击。

因此，弹药的功能正在从单一的功能向多功能演变。

3.3 从单一平台到多平台协同

早期的无控弹药发射仅需要火炮、发射架、发射筒等功能单一的发射平台发射后，弹药依靠惯性飞行。而今，则不仅仅需要发射平台，还需要多平台协同进行。由目标探测平台，弹药发射平台、网络指挥控制中心以及弹药武器系统等多平台构成一个分布式作战体系，多弹协同打击是整个体系化作战任务中不可分割的一部分。网络化弹药则是多弹协同打击的典型代表。

3.4 从无信息传输到海量信息传输

无控弹药发射后依靠惯性飞抵到目标附近，没有任何的信息传输。

弹道修正弹是低成本、简易制导有控弹药，传输的信息主要为弹体速度、坐标等弹道诸元信息和修正指令处理器发出的修正命令等少量信息。

制导弹药传输的信息量较弹道修正弹要更多，主要有：目标的信息，弹药自身的信息，同时还有信息的解算并获取动态控制指令信息来控制弹药自主导向目标以实现对目标的毁伤，。

在信息传输方面，需要特别提及的是在历次典型战争中未提及的一种弹药——网络化子弹药。网络化子弹药不仅仅是向弹药传输指令，子弹之间还需要进行大量的信息传输，包括各子弹自身的信息，各子弹相对关联信息以及多子弹协同对目标打击效能的预判信息等。因此，网络化智能弹药较制导弹药传输的信息量更多、更复杂。

为了满足弹药精度，弹药制导系统所承担的任务日趋复杂，控制系统内部的信息传输以及控制系统与地面测发系统之间传输信息的数量和实时性要求日趋提高[20]。第五代移动通信技术(5G)是具有高速率、低时延特点的新一代宽带移动通信技术，带宽高达273.5 GHz，是未来弹药实现海量信息及实时信息传输的有效手段[20-22]。运用5G技术后，弹药可传输的信息还包括与卫星、预警机、无人机及与后方控制平台进行双向信息传输，实时接收战场的实际情况以及控制平台的新目标指令与数据，对新目标实施打击，并能够快速进行二次目标打击任务的规划。5G技术使得弹药系统可以将战场环境、目标情况、控制命令等海量信息在弹体与后方控制平台之间进行快速传输，大幅提升弹药在态势感知、目标识别和信息融合的能力。

随着AI技术的发展，依托5G技术的支撑，多弹协同、多平台协同的作战模式不断完善并使用。使得智能弹药的信息传输量逐渐由原来的单一指令信息传输，逐渐发展到大量的信息传输，直至将来海量的信息传输。

3.5 从有人平台到无人平台

在一战、二战期间，所有的弹药均采用有人操作平台，诸如火炮、飞机等平台。而今，随着科学技术的发展，各种无人平台逐步应用于军事。例如：无人机，作为无人平台的代表，从参与科索沃战争的MQ-1到刺杀苏莱曼尼的MQ-9，其参数有了全方位的提高。MQ-1虽然也具备了发射导弹的打击能力，但因载弹量有限，主要执行侦查巡逻任务。而MQ-9的载弹量增加了1倍以上，速度也接近翻倍，因此具有更强的攻击力。从MQ-1到MQ-9，可以看出，无人平台的性能不断提升，弹药使用无人平台的趋势凸显。

无人平台打击系统是智能弹药发展的方向之一。且随着AI技术的不断发展及技术不断成熟，智能弹药的信息识别、信息攻防、任务规划、决策等功能将不断完善和提升。

刺杀苏莱曼尼事件，是智能弹药投送平台向无人化发展的有力证明。而今，各军事强国正在发展各种无人弹药系统，诸如陆海空系统各自发展的狼群、鲨群、蜂群等无人弹药系统。

4 发展趋势

纵观弹药发展，其历程经历了机械化→信息化→网络化→智能化的演变。随着弹药的发展，其功能越来越多，数据传输越来越大，依托平台越来越广，智能化程度越来越高，自主性越来越强。

另外，随着智能弹药的发展，其交叉的学科及领域也越来越宽。且随着AI、大数据、云计算、生物交叉、无人系统、平行训练等智能科技的迅速发展及其与传统技术的深度融合，带来了智能弹药的迅猛发展。在目前阶段，智能弹药实际上是早期精确制导弹药的高级形态。反过来讲，也就是精确制导弹药是智能弹药的初级形态。在以后的发展过程中智能弹药的内涵也将不断拓展。

因此，随着智能弹药内涵的不断拓展，其发展方向也将朝着多平台、多学科交叉、自主性更强的方向发展。