美國12.7毫米制導槍彈即將面世

衛錦萍

制導槍彈的研究開始于20世紀90年代初，2014年2月和4月，美國國防高級研究計劃局對12.7毫米制導槍彈進行了實彈射擊試驗，并命中已偏離瞄準位置的目標。2015年2月，國防高級研究計劃局再次進行實彈射擊試驗，制導槍彈又命中運動靶標。這標志著制導技術在小口徑彈藥上的應用取得新突破，也意味著子彈將具有“發射后不管”的能力，人們常說的“子彈不長眼”的說法在它面前得改一改了。

讓子彈長眼飛

與智能化步槍采用數字瞄具控制扳機力來提高射擊精度的方式不同，制導槍彈通過修正彈丸飛行軌跡來提高射擊精度。制導槍彈與簡易制導炮彈相似，在彈丸飛行過程中，依據傳感器信號由彈上計算機生成控制指令傳給執行機構，執行機構反復修正彈道（每秒可修正彈道30次）直至命中目標。制導槍彈的命中精度不受目標運動和風速等因素影響。

美國現正在研發兩種12.7毫米制導槍彈，即桑迪亞國家實驗室的激光制導槍彈和特里蒂尼科學與成像公司的光學制導槍彈。

桑迪亞國家實驗室2007年開始研制利用激光信號修正彈道的12.7毫米激光制導槍彈，以滿足狙擊手對提高射擊精度的需求。12.7毫米激光制導槍彈采用滑膛步槍發射（飛行中不旋轉），彈長138毫米，彈重55克（12.7×99毫米機槍彈彈丸重約46克），槍彈出膛后彈頭上的傳感器接收編碼激光信號，在飛行過程中根據激光信號的脈沖重復率，尾部電磁致動尾舵修正彈道（每秒可自動調節方向30次），以提高射擊精度。桑迪亞國家實驗室在研制過程中重點攻克了氣動穩定設計、“砰-砰”控制（“bang-bang”）等關鍵技術，消除了橫向過載，簡化了控制系統。仿真結果表明，這種制導槍彈能精確命中2 000米距離內的運動和靜止目標，1 000米距離上的精度可控制在0.2米以內，而傳統12.7毫米槍彈在1 000米距離上的精度約為9米。

美國國防高級研究計劃局2008財年啟動超精確戰術武器系統項目（EX？ ACTO），目的是提高特種作戰部隊和狙擊手的遠距離精確打擊能力。在該項目中，特里蒂尼科學與成像公司負責研制12.7毫米光學制導槍彈，其性能要求是比現有最先進的狙擊步槍的射程和精度提高1倍以上。光學制導槍彈采用光學實時制導系統，彈長100毫米，利用傳統12.7毫米步槍發射，有效射程2 500米。從試驗結果看，該彈能在飛行中修正彈道（每秒可修正彈道30次），通過制導命中已偏離瞄準位置的目標。該項目下一階段的工作重點是開展系統級實彈射擊試驗，以改善其性能。

與激光制導槍彈相比，光學制導槍彈性能更可靠，并克服了前者可能存在的激光束易被干擾、射手易暴露等缺陷。

突破傳統

桑迪亞國家實驗室的激光制導槍彈采用非旋轉穩定設計，只能用滑膛槍發射。實驗型制導槍彈采用傳統商用發射藥時的彈丸初速為732米/秒，如使用專用發射藥可達到12.7×99毫米機槍彈的水平。它的主要結構和性能特點如下。

采用激光半主動制導技術，能夠精確命中2 000米距離內的運動和靜止目標，1 000米距離上的精度控制在0.2米內桑迪亞國家實驗室研制的制導槍彈采用激光半主動制導技術，彈丸出膛后，利用彈頭上的傳感器接收編碼激光信號，在飛行過程中根據激光信號的脈沖重復率修正彈道（每秒可修正30次），以便提高射擊精度。

制導彈丸的關鍵部件包括：光學傳感器、配有8位中央處理器（CPU）的制導和控制電子元件、電磁致動器和尾舵。射擊時，利用激光指示器照射目標，位于彈頭頭錐的光學傳感器跟蹤目標反射的編碼激光信號，由此信號解算出目標的視線角和視線角速度，再由彈上計算機（制導和控制電子元件）綜合彈體姿態信號并按照給定的制導規律生成制導控制指令，傳輸給電磁致動器，電磁致動器利用“砰-砰”控制技術，控制尾舵快速轉動，調整彈丸飛行過程的俯仰和偏轉，從而修正彈丸飛行方向。

由于制導槍彈彈徑小，理論上傳感器窗口直徑范圍只能在2.5～10毫米之間，因此激光指示器的照射能量需要足夠大，傳感器才能夠從遠距離接收反射回來的編碼激光信號。桑迪亞國家實驗室的計算機模擬結果顯示，激光指示器至少需要20納秒、40毫焦的單脈沖能量，其脈沖重復率需要大于或等于彈丸的控制頻率（約30赫茲）。

采用氣動穩定設計代替傳統的旋轉穩定，消除橫向加速度過載傳統輕武器彈藥采用旋轉穩定結構，如軍用步槍射擊時，彈丸在356～1 143毫米長的槍管內加速到762～945米/秒，需要承受40～100kG的橫向加速度和80～120kG的軸向加速度。彈丸在射擊過程中的高過載環境下一直制約著輕武器彈藥的制導化發展。

桑迪亞國家實驗室研制的制導槍彈采用非旋轉穩定結構，彈頭前部采用重金屬鋁合金材料，使彈丸重心（Cg）前移；彈丸尾部有4片固定式肋板與尾舵緊密連接，使得彈丸壓力中心（Cp）后移，這種結構設計將彈丸重心移至壓力中心前方，實現彈丸飛行過程的飛行穩定。制導槍彈使用滑膛槍械發射，消除了傳統步/機槍彈采用的旋轉穩定產生的橫向發射過載，發射時僅需要承受軸向過載。

采用“砰-砰”控制技術，簡化控制系統盡管采用非旋轉穩定設計消除了橫向加速度過載，但制導槍彈發射時彈丸仍需要承受高達100kG的過載，彈丸及其電子器件的設計仍需面臨巨大挑戰。

為了減小控制系統的尺寸和降低復雜度以適應輕武器彈藥射擊時的高過載環境，制導槍彈采用了已經在“寶石路”系列激光制導炸彈中得到應用的“砰-砰”控制技術，彈丸尾舵在電磁致動器控制下快速轉動，從中心迅速轉到最大偏轉角（3°）。制導彈丸彈尾有兩組正交尾舵，分別控制彈丸的俯仰和偏轉。

“砰-砰”控制是一種最常見的綜合控制形式，其原理是把最優控制問題歸結為：將狀態空間劃分為兩個區域，一個區域對應于控制變量取正最大值，另一個區域對應于控制變量取負最大值。決定“砰-砰”控制具體形式的關鍵是開關面。根據系統的運動狀況，“砰-砰”控制的控制變量在整個過程中分段地取為控制范圍的正最大值或負最大值。正常情況，“砰-砰”控制的控制變量由正最大值躍變到負最大值的次數是有限的，只有在躍變瞬時控制變量可取值于限制范圍的任何值。它不同于相對平緩的比例導引控制，不需要復雜的機械部件，易于實現小型化和抗高過載設計。雖然其控制精度有所欠缺，但是由于彈丸在飛行過程中每秒可修正30次，足以確保精確命中目標。試驗表明，彈用電池和電子器件完全能夠承受槍彈發射時的高過載環境。

應用前景

制導槍彈賦予普通士兵遠距離精確打擊能力。制導槍彈的試驗成功標志著制導技術在小口徑彈藥上的應用取得了新突破，意味著普通士兵發射制導槍彈、無需精確瞄準也能遠距離精確射殺目標；使用制導槍彈還可使狙擊手從更多的位置進行射擊，并且更容易跟蹤和打擊運動目標。同時，使用制導槍彈還可大幅降低狙擊手的訓練難度和訓練成本，減輕士兵彈藥負荷和后勤負擔，從而大幅度提高士兵的作戰能力。