|
接上篇《盾和蛋之间的那点事（八十六）——特别篇：舰炮也疯狂（二）》（原文链接：http://blog.sina.com.cn/tlflaomao），继续就制导炮弹的相关话题展开探讨，闲话少说，进入正题——
我们先来看弹道修正弹技术，弹道修正弹作为一种低成本的简易制导弹药，其性能虽然比不上“正宗”的制导炮弹，但是它的存在仍然是有着积极意义的。制导炮弹的性能虽然更优秀，但研发难度和装备成本也更大，这也是为什么我们可以看到很多制导炮弹的研制方案都胎死腹中的重要原因。炮射制导弹药归根结底是一种一次性使用的消耗性装备，而且消耗量较大，因此在研发、生产过程中对于经济性的要求是非常高的，一些成本较高的材料、工艺和器件都不宜采用，其结构应当具有简单、可靠，通用性强、工艺性好、生产成本低等特点。然而低成本与高性能之间往往是一个不可调和的矛盾，制导炮弹的研发既要满足战术、技术要求，又要将生产和使用成本控制在一个较低的水平上，同时各种元器件还要能集成在炮弹较小的弹体内，并且能适应舰炮发射时的恶劣环境条件。这一切都使得制导炮弹在研发过程中会存在各种困难和矛盾，制导炮弹的研发难度丝毫不比导弹类武器要低，甚至还要更甚一筹。而弹道修正弹则是通过在性能和研发难度、使用成本之间取得了一个平衡，从而在舰炮制导弹药中开创出了一个独特的领域，它在研发难度和使用成本提高不大的情况下，便能大幅提高舰炮的作战效能。而且弹道修正弹在某些方面也有着制导炮弹所没有独特优势，比如在用于打击小范围的“面”目标时，这种情况下弹道修正弹的攻击效果就比制导炮弹要好用，制导炮弹更适合用于对远距离外的“点”目标实施精确打击，但并不太适合用于打击大范围的“面”状目标，因为制导炮弹多发齐射的成本太高，效费比偏低。可见，弹道修正弹和制导炮弹两者各有各的优势所在，制导炮弹的技术水准虽然更高，但并不意味着它就可以取代弹道修正弹的作用和地位，弹道修正弹可以对现役的制导炮弹起到很好的补充作用。
所谓的弹道修正弹，就是指炮弹在发射之前，根据探测到的炮位坐标（即己方舰炮所处的位置）、目标所处的位置坐标等信息预先为炮弹装定初始弹道信息，炮弹在发射之后，舰炮系统通过传感器探测弹丸在空中的飞行姿态（包括方位、高度和速度矢量信息），获取弹丸的实时飞行弹道，将此弹道与预先装定的理想弹道进行比较（所谓的理想弹道就是指当弹丸沿此弹道飞行时即可准确命中目标，理想弹道可通过火控系统计算后获得），然后根据两者的偏差大小，发出指令使弹上的修正机构进行距离或方向的修正，使弹丸可以沿着理想弹道进行控制飞行。为了简化修正难度，这种弹道修正在炮弹的全飞行弹道上可以只进行数次的修正，这一点与导弹和制导炮弹等其它制导武器弹药存在着较大的区别，因为它们在各个制导段一般都是可以实现连续控制的，对弹体飞行姿态和飞行弹道的实时掌控能力更强，也就是说它们都可以实现持续不断的“弹道修正”能力。那么弹道修正弹的这种特性将导致它和其它精确制导弹药之间存在什么区别呢？由于弹道修正弹只是对飞行中的弹丸起到有限的弹道修正能力，因此它不像导弹一样能实现对目标的“百发百中”，尤其是在攻击目标前的一瞬间不能通过末制导与飞行控制能力实现对目标的“一击必杀”，因而弹道修正弹的主要作用是通过有限次数的弹道修正，以减小弹道的散布，从而使连射的多发炮弹能够落在以目标为中心的一个较小的区域范围内。因此弹道修正弹的攻击对象仍然是“面”目标，并且它仍然需要同时发射多枚炮弹以实现对目标区域的覆盖性打击，只不过因为具备了一定的“简易”制导能力，所以相比传统的常规炮弹而言，弹道修正弹可以以更少的射弹数量实现对“面”目标的覆盖攻击。当然了，弹道修正弹必要时也可以多发连射，通过覆盖式攻击的方式实现对“点”目标的摧毁，以数量来换精度，因此其战场适用范围是比较广泛的。而导弹和制导炮弹则一般都是用于对“点”目标的精确攻击，用于“面”目标的攻击时效费比不高，除非是采取子母弹之类的设计。虽然这两种精确制导弹药有时也会通过齐射多枚弹药的方式以提高对“点”目标的命中概率，但它们的攻击精度仍然远远要高于弹道修正弹，攻击同样的目标时需要的弹药数量要少的多，而且即使是对攻击难度更高的机动目标也能实现很高的命中概率，更不要说对地面固定目标的命中率了。正是这些基本差别决定了弹道修正弹和导弹、制导炮弹属于两种不同种类的精确打击弹药范畴，也使得它们之间的造价相差非常悬殊。
美国陆军研制的基于105mm和155mm弹药的精确制导组件采用装有低成本、耐高过载、小型化GPS组件的引信对炮弹进行简易的二维弹道修正，制导精度达到10米-50米，虽然这个精度在各种精确制导弹药中属于较低的水平，但与常规炮弹相比已经有了明显的进步。美国的“低成本强力弹药”（LCCM）计划在进行试验中，通过对常规炮弹改装一维弹道修正引信，在射程为50千米或更远的距离时，弹道修正弹能将普通炮弹的误差减少为原来的1/3—1/6。弹道修正弹由于技术难度相对较低，对于各国军队来说，无疑可以作为在制导炮弹技术成熟之前的过渡产品。弹道修正弹的概念早在上世纪70年代就已经提出，随着微电子技术和导航器件的发展，特别是GPS装置的小型化和成本降低，在上世纪90年代起，国外掀起了低成本弹道修正弹的研究热潮，包括美国、俄罗斯、英国、法国、德国、意大利、以色列等诸多军事强国均对弹道修正弹的发展给予了足够的重视。现有常规制式炮弹可以很容易的进行改造，引入弹道修正技术而成为一种简单可靠的制导弹药，弹道修正装置能完全装在原炮弹的引信腔内，原有的普通炮弹只需要将引信拆下，换上弹道修正模块即可摇身一变成为弹道修正弹，这种弹道修正模块也被称为“弹道修正引信”（其原理与普通炸弹通过增加制导组件而成为精确制导炸弹的方法非常相似）。由于这种对常规制式炮弹进行的技术改造不但十分容易实现，可以以较低的代价使炮弹的命中精度得到大幅提高，与专门进行研制的制导炮弹相比，无论是出于成本还是后勤保障难度的考虑，无疑都是一种非常具有吸引力的方案。
弹道修正弹又可分为一维弹道修正弹和二维弹道修正弹，其中一维弹道修正技术只能对炮弹进行纵向距离的修正，而二维弹道修正技术则既能进行距离向的修正，又能进行方位向的修正。通俗点来解释就是，一维弹道修正只能对炮弹的射程远近进行修正，但不能改变炮弹的飞行方向；而二维弹道修正则既能改变炮弹的射程远近，又能改变炮弹的飞行方向，在纵向和横向二维弹道上都能进行修正。很显然，一维弹道修正的技术层次要低于二维弹道修正，一般来说都是先发展一维弹道修正技术，之后再发展难度更高的二维弹道修正技术。有人可能要问了，一维弹道修正弹仅仅凭借距离向的修正（也就是对炮弹的射程进行修正）就能提高对目标的命中率吗？这主要是因为炮弹与其它制导弹药不同，一般来说，炮弹在距离上的散布误差要远大于方向上的散布误差，因为炮弹在飞行过程中是不断旋转的，通过自身的旋转可使弹丸保持稳定性从而减少方位向的散布误差。正是因为炮弹具备的这一特点，使得一维弹道修正弹仅仅凭借距离向的修正就可以提高舰炮的射击精度。一维弹道修正技术是弹道修正弹的初级发展阶段，它的工作原理是“打远修近”，即将舰炮瞄准离目标更远的一个点，炮弹在发射后，当需要进行弹道修正时，通过改变弹丸的飞行阻力从而对纵向弹道进行调节，使炮弹的落点也随之改变，修正弹道后的炮弹落点比最初设定的瞄准点更接近目标。可见，一维弹道修正弹是通过牺牲一定的射程来实现对炮弹的纵向弹道进行修正的，即射击瞄准点需要超出目标一定的距离，此时炮弹是无法发挥出最大射程的，因为被打击目标的距离或多或少的都要小于实际的瞄准点。而这个瞄准点的选择也是有讲究的，如果选择的瞄准点距离目标过远的话，则不但炮弹的射程损失更大，而且需要修正的量也过大，对控制执行机构的要求更高；而如果瞄准点距离目标过近的话，则可供炮弹进行距离修正的余量就更小，可能会使修正精度下降甚至完全无法进行修正。因此选择合理的前出瞄准点的距离，对于提高一维弹道修正弹的修正效果和打击密度是至关重要的。
一维弹道修正弹的关键气动部件就是阻力器，阻力器可以有多种外观形式，包括环形阻力器、桨形阻力器、伞形阻力器、花瓣式阻力器等等，阻力器的优点是机构简单、易于实现、加工容易，但缺点在于只能进行一维弹道修正，对炮弹的修正能力有限。在炮弹发射和飞行的初期阶段，此时不需要进行弹道修正，炮弹弹丸的飞行弹道也与常规炮弹无异，因此这个时候阻力器被锁定机构锁住，处于未展开的状态，炮弹弹丸的气动外形也与常规炮弹一致。弹丸在飞行过程中需要对飞行弹道进行修正时，控制机构发出指令，释放并展开阻力器，使弹丸的飞行阻力瞬间增大，从而使炮弹可以由远往近进行射程上的修正，使炮弹弹丸能够从距离向上提高对目标的命中精度。需要注意的一点是，阻力器展开的时机是非常关键的，这将直接影响到弹道修正的效果和精度，因为阻力器在展开后是无法再收回去的，所以一旦展开就会一直对飞行中的弹丸产生阻力效应，这种阻力效应一直伴随着炮弹弹丸的后半程全程飞行过程，直到弹丸落地为止。因此只有当阻力器在一个最合适的时机展开时，才能保证弹道的修正能够达到最高的精度。假如阻力器在炮弹弹丸飞行过程中提前展开的话，则弹丸阻力增大的时间增加，弹丸会在距离目标较近的一个射程上落地；而阻力器展开的时间过晚的话，那么弹丸就会在离目标更远的射程上落地，无论是哪种情况都会导致一维弹道修正的效果受到极大的影响，炮弹的打击精度将会变得很差。可见，通过在合适的时间展开阻力器，使飞行中弹丸的阻力系数增大，射程减小，从而实现“打远修近”的弹道修正效果，即一维弹道修正弹的基本作用原理。而且对于阻力器来说，其展开的时间越晚，则炮弹的射程越远，射程损失也就越小，但阻力器产生的修正量较小；而当阻力器展开的时间越早，其产生的修正量就越大，同时也会造成炮弹更大的射程损失。需要强调的是，阻力器展开的时间与最初设定的瞄准点距离目标的远近是有着密切关系的，因为瞄准点远近的设定直接决定了炮弹弹丸需要修正的射程量，也就决定了阻力器的展开时间和工作时间。
那么问题来了，既然一维弹道修正技术对于阻力器的展开时机要求较高，那么应当如何准确的确定阻力器的展开时间呢？我们知道，不管是一维还是二维弹道修正技术，都是通过实时测量炮弹弹丸在空中飞行的实际弹道，然后与预先装定的理想弹道进行比较，根据实际弹道与理想弹道之间的偏差大小，命令弹上的修正机构进行距离或方向上的修正（其中方向上的修正能力只有二维弹道修正弹具有）。理想弹道也被称为标准弹道，它是指当炮弹弹丸沿着此弹道进行飞行时，能保证弹丸的着弹点处于一个较为理想的散布范围内，也就是说在理想弹道上炮弹可以实现较高的打击精度。要生成理想弹道其实并不困难，关键在于对目标具体位置、坐标的精确探测和测量，而这主要是通过其它的各种外部作战平台或设备实现的，比如侦察机、无人机、侦察卫星，或前线作战人员实施的目标定位侦察等等，这与舰炮系统本身的关系不大，通常情况下舰炮系统只需要具备接收外部信息的能力即可。只要获得了目标的具体位置信息，舰炮的火控系统就可以根据各种已知参量进行计算，进而生成理想弹道，但是对于炮弹弹丸的实际飞行弹道进行实时测量就不那么简单了。这通常需要依靠发射舰艇平台上的传感器和火控设备来实现，由舰上跟踪雷达将对发射后的炮弹弹丸进行实时跟踪和数据处理，测出炮弹弹丸的实际飞行弹道。在对弹丸的实际弹道进行实时测量后，舰上火控系统根据弹丸的实际弹道参数与预定的理论弹道参数进行比较，从而计算出相应的修正指令，并通过指令发射装置将修正指令发送给飞行中的炮弹弹丸，从而使炮弹弹丸在一个最合适的时机展开阻力器，改变弹丸的飞行阻力，对纵向弹道进行修正。为了使舰炮系统在炮弹的连发射击时，也能对空中飞行的多枚炮弹同时发送指令，并且多个指令之间不会被其它炮弹所误接收，还需要对发射的不同指令信号进行编码，并确定连射时的指令识别方案。
当然了，对炮弹弹丸的实际飞行弹道的测量也可以通过弹上设备来完成，比如通过弹上配备的GPS/INS装置来对飞行弹道进行实时测量，但这么做的意义不大。首先，这会丧失了一维弹道修正弹的弹体结构简单的优势，造成不必要的成本代价；其次，现代海军舰艇上通常配备了各种功能齐全的探测装置和火控设备，性能也有足够的保证。因此，由舰艇平台来进行弹道测量，显然比由发射炮弹自身来测量是一个更为合理的选择方案，它等同于将弹上结构的复杂程度转移给舰艇平台了，从而使整个系统的设计难度大幅降低。此外，舰上跟踪雷达往往还具备了同时跟踪、测量多发炮弹弹丸的飞行弹道的能力，并可同时对多发弹丸发送修正指令，其在持续测量时间、弹道参数测量误差、弹道跟踪距离等指标上都可以有非常出色的表现，而且雷达的测量时间越长，对炮弹弹道以及弹丸落点的测量精度就越高，进而影响到炮弹的弹道修正效果。
|
|
|
