一種炮射封控彈藥及其關鍵技術＊

陳 棟 張運兵 劉 闖

（1．陸軍軍官學院炮兵彈藥技術研究所 合肥 230031）（2．陸軍軍官學院研究生管理大隊三隊 合肥 230031）（3．陸軍軍官學院五系系部 合肥 230031）

1 引言

封控彈藥是基于近年來自組網技術、傳感器探測技術、無源定位技術、自尋的技術等技術的發展而研發的一種集信息獲取、傳輸、接收并顯示和攻擊為一體的新型彈藥武器系統，主要利用大口徑火炮或布撒器布撒，本文主要研究基于大口徑火炮的封控彈藥。布撒后子彈可具有反裝甲車輛、衛星定位、組網通訊、目標探測、信息回傳和遠程控制等功能［1］。主要用于封鎖敵方機場、港口、洞庫、交通樞紐等，打擊敵裝甲集群、高技術裝備（導彈、雷達、炮兵等）陣地等，直接攻擊進入子彈群內的坦克、裝甲車輛及人員等目標，達成封鎖特定目標，延誤敵方的戰機，掌握戰時主動的目的，具有較好的軍事應用前景。

2 系統組成與工作過程

2．1 系統組成

1）母彈體結構

圖1 封控母彈結構示意圖

封控彈藥采用每發母彈裝配兩發或三發子彈，母彈外形及特征參數與制式子母彈基本一致，以滿足武器系統自動裝填要求。其結構如圖1所示。

2）子彈組成及功能

在每發母彈裝配的子彈中，可加裝紅外傳感器和破片殺傷戰斗部，主要用于消除人為破壞，用于防排；也可加裝衛星定位單元（GPS／BD）、磁探測器、環形EFP戰斗部等功能拓展組件，以實現落地子彈之間的無線組網，探測、攻擊輪式和履帶等車輛目標，以及目標信息回傳。

3）地面接收站

地面接收站由接收天線、接收機和信息處理機三部分組成，主要用于接收目標區子彈群通過衛星回傳的目標信息和子彈起爆等信息［1］。

2．2 工作過程

大口徑火炮將彈丸發射至預定布撒區域上空，引信作用，點燃拋射藥，將裝載的子彈依次拋出，子彈在減速傘的作用下穩落于地面，著地穩定后切傘，再由扶正機構將子彈扶正。各子彈獨立向后方報告自身編碼及坐標，并完成無線網絡構建［2］。之后，帶有磁探測器的子彈進行無線發射休眠狀態下的值守，當具有鐵磁性質的車輛等金屬目標出現并進入磁傳感器探測范圍后，子彈可根據目標信息進行自主攻擊，也可將相關信息發送至網絡中的其它單元及后方接收系統，網絡中各單元即將檢測到的目標信息按預定網絡通信協議再次傳送至后方陣地并在顯示終端上顯示。我方在接收到傳回的信號后，指揮員可據此迅速決策是否對該區域進行火力打擊。

對于組網后的子彈群，當最先探測到目標的子彈在感知目標最接近時（依據磁場強度的變化），子彈戰斗部引爆對目標實施攻擊，其他子彈仍舊處于偵測狀態；若其他子彈探測到的磁場強度不再發生變化，說明目標已被擊毀或停止運動；若磁場強度繼續改變，由最近的一枚子彈在感知目標最接近時戰斗部引爆。其余子彈作用方式同上。當帶有紅外傳感器的子彈探測到人員時，戰斗部自動引爆攻擊。此時，帶有磁探測器的子彈仍處于休眠狀態。當目標在已設定的較長時間內未出現時，所有落地的子彈均按照預先程序設置實施自毀。

3 國內外研究現狀

國外從二十世紀六七十年代開始投入大量的人力物力進行智能雷（最初的封控子彈）的研究，它結合了傳感器探測技術、無源定位技術、自尋的技術，通過傳感器采集的信號區分目標類型，并對目標進行精確定位后主動實施攻擊，即能夠主動、準確地探測跟蹤目標并實施攻擊［3］。如美國M-93“大黃蜂”反裝甲廣域地雷、AHM 反直升機地雷、ERAM 空投遠距離反裝甲地雷、MW-1系列機場地雷、ADS區域地雷及相關系列、英國HB876 多用途雷、法國的Mazac聲控反坦克地雷、保加利亞制AHM-200反直升機地雷、英國“阿杰克斯”反側甲地雷和俄羅斯TEMP-20／30反直升機地雷等［4］。

雷場網絡化技術的研究在美國起步比較早，并得到迅速的發展，目前已經著手開展以網絡化為特征的自修復雷場、“猛禽”智能作戰前哨等智能雷場系統的演示驗證和型號研究［4］。

1）自修復雷場

2000年～2003年，美國國防高級研究計劃局提出了“自修復雷場”計劃，這是網絡化區域封鎖概念的體現，系統采用智能化的移動反坦克雷陣來針對敵人的破壞和突破。這些雷均有無線通信與自組織的聯網單元，能夠迅速構成無線自組網絡，雷之間、雷與其他軍事子系統之間都可以進行數據通信，共享戰術情報。自修復雷場中各個封鎖雷不但具有自主移動能力，而且具有目標識別、定位和通信能力，一旦雷場因作戰消耗或敵方掃雷出現缺口，雷場能判斷缺口并根據相應的修復策略自主移動子雷填補缺口，組成新的雷場，重新恢復對作戰區域的封鎖。為了配合“自修復雷場”計劃，美國Sandia國家實驗室研制了一種智能機動封鎖雷（IMLM）系統，改進了反坦克雷，使之具有了智能化和移動能力。用這樣的雷集中布撒，就構成了自修復雷場。IMLM 系統可以自動檢測到雷場中是否有被開辟的通路，并且決定哪些雷需要移動，以堵塞通路，然后重新配置雷場，將通路封閉［3～4］。

2）“猛禽”智能作戰前哨

2001年，美國陸軍坦克車輛和裝備司令部啟動“猛禽”系統的開發，系統主要由戰斗部、傳感器網絡、通信組件和地面控制站構成。地面控制站與現場的戰場網關進行遠程通信，既可以獲得戰場的信息，又可以對戰場進行遠程控制。戰斗部主要由“大黃蜂”廣域彈藥構成，可以搜集戰場情報，引導遠程火力對目標實施打擊，還可以在作戰區域自主處理信息并對敵人的裝備和車輛實施攻擊［3～4］。

4 主要關鍵技術

4．1 子彈群無線組網技術

自組網（Ad hoc networks）是一種移動通信和計算機網絡相結合的網絡，整個網絡沒有固定的基礎設施，可以在不能利用或不便利用現有網絡基礎設施的情況下由大量傳感器節點通過無線通信的方式形成一個多跳的自組織網絡系統，可以在獨立的環境下運行，也可以通過網關連接到現有的網絡基礎設施上［5～8］。

子彈在由火炮發射并布撒至預定目標區域后，由不同炮彈拋撒出來的多發子彈可在區域范圍內完成簡易無線網絡構建，組網后子彈群具有值班組織功能，平時處于休眠狀態，可根據目標的特征信息自動喚醒子彈，攻擊進入子彈群的目標。各子彈均攜帶衛星通信裝置并都可作為中心控制單元，該控制單元可接收網絡區間內每枚子彈的坐標、編號等信息，其組網原理示意圖如圖2所示。無線組網技術應用于系統，可將原本單體工作的節點按照一定的協議方法組合成實用的無線網絡，以更大程度地發揮單個子彈的功能，當某一節點失效或新節點加入時網絡能夠重新組建，以調整全局的探測可靠性，充分發揮資源優勢［9］。

圖2 簡易無線網絡構建后的子彈群值守狀態示意圖

系統子彈藥間的無線通信應具有短距離、自組織、低功耗、低數據率、低成本的特點。子彈組網模塊框圖如圖3所示。

圖3 子彈組網模塊框圖

4．2 抗高過載技術

該系統中的封控彈藥是通過常規火炮發射布撒的，其發射時的高過載主要體現在彈體發射時所承受的軸向加速度，這種發射過載可達到10000個G 以上。為使裝載于母彈體中的封控子彈，特別是子彈中的電子器件、機械結構及各類傳感器能夠承受火炮發射時產生的巨大過載，需合理采用抗過載措施，如采用高強度材料制作零件，增設緩沖隔振裝置，改善結構分布，消除應力集中，對電子元氣件進行封裝固化等，確保子彈整體結構、性能在高過載下不受影響，尤其是確保傳感器各項探測性能指標的穩定可靠［1，10］。

4．3 精確布撒技術

由于每發封控子彈對戰場目標偵察的范圍有限，只有預定區域內合理布設子彈，才能達到預期的目的。因此，實施精確布撒是該系統順利完成作戰任務的前提。子彈在布撒過程中，首先隨母彈飛至目標區，在一定高度從母彈彈體中拋出，懸掛于減速傘下緩慢降落于目標區，拋射點的選擇、子彈從母彈拋射時的反拋速度及下落過程中受風的影響都會影響到落點精度。因此，需深入分析子彈彈道的特點和規律，了解影響精確布撒的主要原因，合理選擇開倉方式和拋射點，對下落過程中的子彈實施合理的減旋減速設計，有效減小落彈散布誤差，提高布撒精度［1］。

4．4 落地姿態控制技術

子彈的落地姿態正確與否決定了其能否有效獲取戰場信息和數據傳送。一方面，只有子彈保持直立狀態才能保證其探測到的目標的方位、速度等信息可靠；另一方面，子彈上的天線需要保持直立的狀態，以使子彈內部網絡間及與后方地面接收系統保持暢通的通信。因此，需要子彈落地后能夠保持直立的工作姿態。子彈落地后姿態控制是本系統要重點解決的難題，對系統工作的可靠性起到至關重要的影響。為此，增設了扭簧扶正和反跳機構，使子彈落地后自動扶正，穩定直立于地面［1］。

4．5 目標探測與識別技術

由于戰場目標種類較多，且信號特征不確定性較多，同時還有各種無法預知的干擾信號源存在，戰場目標的探測與識別問題是當前高技術戰爭亟待解決的軍事技術難題之一，也是本系統需要解決的主要問題。對戰場運動目標信號的探測與識別是子彈擔任的主要作戰任務，能否快速地探測到目標，并對目標性質實施準確、可靠的判別，是檢驗本系統性能的重要指標［2］。本系統中采用了紅外傳感器和磁傳感器組成的復合傳感器，紅外傳感器的作用主要是防止敵方在發現落地的子彈時進行人為破壞。其基本原理是：在人員靠近子彈時，子彈感受到人體的紅外輻射溫度，當該溫度達到一定的閾值范圍時，子彈戰斗部即起爆對人員進行殺傷。磁探測是利用金屬或半導體中流過的電流和在外磁場同時作用下所產生的電場效應來測量磁場，可以檢測磁場的存在、測量磁場的強度大小、確定磁場的方向或測定磁場的大小或方向是否有改變。磁傳感器尤其適用于檢測輪式或履帶式車輛等運動的鐵磁物體。

4．6 遠距離通信技術

子彈偵察信息的順利傳送與接收是保證我方及時發現敵方目標并對封控子彈群實時控制的前提和保證，而子彈的工作環境一般比較復雜，遮蔽物較多，如何實現在目標區和指揮所間遠距離、多遮蔽、非通視條件下的信息傳輸也是系統的關鍵技術之一。為此，采用了優化結構設計，增大發射功率等手段增大通信可靠性。另外，子彈與后方通信采用北斗1 代通過衛星進行通信，以克服無線通信易受遮擋的不足，并且可以實現遠距離通信［1］。

5 結語

基于大口徑火炮發射的封控子彈是一種新型區域封鎖彈藥，具有機動性強、效費比高、精確度好、受天候條件影響小、操作簡單、使用方便、適應性強等優點，可以適應突發多變的戰場環境，對于進一步提高炮兵的運用范圍和打擊能力具有十分重要的意義。

［1］王曙光．敏感炮彈武器系統關鍵技術研究［D］．合肥：陸軍軍官學院博士學位論文，2009．

［2］張楠，焦國太，張瑞剛，等．智能封鎖雷定位問題研究［J］．彈箭與制導學報，2008（1）．

［3］于紀言．封鎖雷彈總體及探測系統研究［D］．南京：南京理工大學碩士學位論文，2003，12．

［4］朱明霞．小型便攜式地震動目標探測識別系統的實現［D］．南京：南京理工大學碩士學位論文，2001．

［5］彭書輝．基于智能雷場Ad-hoc無線網絡通信協議的設計及仿真分析［D］．上海：上海交通大學碩士學位論文，2011，12．

［6］焦國太，曲新譜，趙美香．智能封鎖雷的封鎖過程及其通信技術研究［J］．彈箭與制導學報，2006（7）．

［7］秦棟澤，聶宏斌，陸世杰，等．自修復雷場自修復能力分析［J］．中北大學學報，2009．

［8］梁聰聰，焦國太，張可，等．基于智能代理的雷場自修復策略［J］．探測與控制學報，2011（12）．

［9］袁平，程翔，張河，等．智能雷場無線通信網絡的研究［J］．彈箭與制導學報，2003（2）．

［10］錢立志．信息化炮彈技術［M］．北京：解放軍出版社，2006．