BL-1型增雨防雹火箭作業系統設計及作業方法探究

顧春濤 鄒春根 羅喜平 朱科平

（江西新余國科科技股份有限公司，新余 338034）

火箭進行人工增雨防雹作業始于20世紀50年代，南斯拉夫和蘇聯分別于1953-1959年使用了最初型號的防雹火箭彈進行防雹試驗。到80年代，在這些國家防雹火箭作業系統已發展成為主要的作業工具。我國在人工增雨和防雹作業中所使用的增雨防雹火箭作業系統，大多始于20世紀80年代。火箭作業系統的代表產品主要是WR系列中的WR-1D型和BL系列中的BL-1型增雨防雹火箭作業系統。和其他人工增雨防雹作業裝備相比，增雨防雹火箭作業系統具有裝載催化劑量大、播撒路徑長、成核率高、射程遠、操作方便、可移動作業等優點，因而迅速在全國得到了推廣應用[1]。

1 BL-1型增雨防雹火箭作業系統設計

冰雹的降落常常砸毀大片農作物、果園、損壞建筑群，威脅人類安全，是一種嚴重的自然災害。但是，在干旱季節，冰雹伴隨的降水是十分有利的。因此，增加降水、抑制冰雹是增雨防雹火箭作業系統設計的關鍵技術。

1.1 系統組成及作用過程

BL-1型增雨防雹火箭作業系統主要由火箭發射控制系統和火箭彈兩部分組成，系統組成結構及實物如圖1所示。

圖1 BL-1型增雨防雹火箭作業系統組成結構及實物

作用過程：火箭彈點火升空后，發動機工作，同時戰斗部延期點火具工作，按預定時間15s點燃催化劑，使之在3000～7000m的云層中以線播方式形成一條催化帶，經過14～16s的播撒后，自毀裝置的延期管點燃煙火劑，使彈體在不低于3000m高度自毀，殘骸成不大于100g的絮狀碎片自由飄落。BL-1型增雨防雹火箭彈的播撒軌跡取決于火箭彈的發射角度，不同射角的彈道軌跡數據如表1所示。

表1 BL-1型防雹增雨火箭彈彈射數據

1.2 火箭發射控制系統組成及性能

火箭發射控制系統由火箭發射架和發射控制器組成。

1.2.1 火箭發射架

火箭發射架分為固定式、車載式和牽引式三種。其基本組成結構主要包括定向器、高低機、方位機和載體四部分，具體組成如圖2所示。

定向器：發射時賦予火箭彈正確的飛行方向，以保證發射的準確性；高低機：用于發射架的高低瞄準；方位機：用于發射架的方向瞄準；載體：用于承托發射架，作業時是發射架的穩定基礎。

發射架性能指標：發射軌道長：1500mm；發射管數：3管、4管、6管；仰射角調整范圍：22°～85°；仰射角調整速度：≥8mm/s；方位角調整速度：（8±1）°/s；供電電源：DC12V。

驅動方式為電動或手動，重量為（230±30）kg（固定式）、（230±30）kg（車載式）和（300±30）kg（牽引式）。

1.2.2 發射控制器

發射控制器是基于Atmega64a系統型MCU芯片研發的，具有以下特點：低能耗，內置高容量鋰電，體積小，重量輕，操作簡便；可以檢測外線路通斷，讀數準確；電阻數字表采用數碼管制作技術，大屏顯示，便于夜間讀數；選用直流供電方式，升壓式輸出利于野外作業；采用一鍵式電阻檢測，自動識別火箭所處的發射狀態。它具有四通道、八通道兩種型號供用戶選配。

圖2 火箭發射架組成

1.3 火箭彈組成及性能

火箭彈由發動機、戰斗部、自毀體和整體尾翼等組成，結構如圖3所示。

1.3.1 組成簡介

發動機是指利用自帶推進劑，由反作用噴射流而獲得推力的噴氣推進系統。其通常采用固體火箭發動機，主要由燃燒室、復合藥固體推進劑藥柱、噴管、點火裝置等組成。戰斗部是用來將AgI等催化劑通過燃燒分解成小顆粒播撒進云層的結構，戰斗部由殼體、擋板、噴嘴、焰劑藥塊和延時點火具等組成；自毀體是將火箭彈自毀，形成較小非金屬碎片安全回落的自毀裝置，主要由點火具、延期管等組成。尾翼采用整體注塑尾翼，作為穩定裝置，其目的是穩定火箭飛行姿態。

圖3 火箭彈結構

1.3.2 性能特點

表2給出了國內常用火箭彈技術參數，表3給出了BL-1型火箭彈與“37”高炮的相關參數對比。

表2 目前國內常用火箭彈技術參數

表3 BL-1型火箭彈與“37”高炮的相關參數對比

由表1和表2分析可知，BL-1型火箭彈具有以下特點：一是L-1型火箭彈在彈徑、彈長、質量都較小的情況下，與國內其他火箭彈相比，AgI含量高，最大射程遠，性價比突出；二是催化劑成核率高[2]。BL-1型火箭彈采用中國氣象科學院和北京理工大學聯合研制的BR-91-Y型高效AgI焰劑，在-7.5～-20℃范圍內成核率可達1015個/g級別，在相同溫度下，可產生的冰核數目比“37”高炮高5～6個數量級（100萬倍）。BR-91-Y型高效AgI焰劑成核性能檢測結果如表4所示。

2 BL-1型增雨防雹火箭作業系統作業方法

BL-1型增雨防雹火箭作業系統已在江西、河南、湖南、福建和山東等省份得到廣泛應用并取得了顯著的效果。現結合各地作業研究工作，筆者提出如下作業方法。

2.1 結合各地具體情況制定合理試驗方案規定

設計方案時，人們主要考慮作業點的選取、氣象資料的獲取與分析、作業時機的選擇把握、作業工具的合理運用等。

2.2 作業地點的選取

指揮作業人員應根據各種氣象資料，確定云體的位置情況，利用火箭作業機動性強的特點，將作業點選取在云體移動前方路徑上。火箭發射方向、安全區和禁區如圖4所示[1]。

表4 BR-91-Y型高效AgI焰劑成核性能檢測結果

圖4 火箭發射方向、安全區及禁區

2.3 作業時機的選擇

人們應結合各種氣象觀測資料，確定云體的可播性，綜合分析各種技術指標后，針對不同云系的特征來確定作業時機。對于外部入侵且已發展成熟的降水云系應進行過量催化作業，而對夏季新生的積狀云單體應進行早期催化作業。

2.4 作業部位和作業頻率的選擇

BL-1型火箭所用催化劑的成核率在-7.5～-20℃時為1015個/g，-5℃時大于1013個/g。因此，作業云層的溫度應選擇在-5～-20℃，作業部位盡可能選在-7.5～-15.4℃范圍內，以保證最佳的播云效果。火箭做弧線進行飛行播撒，這就要求云層厚度至少達到3km，選擇發射仰角時，彈道最高點應低于云頂高1～1.5km。發射角一般取45°～70°，以滿足火箭在作業云層中有盡可能長的播撒軌跡。作業頻率一般為一次發射1～2枚，發射時間間隔5～30min。

2.5 兩種作業用彈量的估算方法。

正確地估算用彈量關系到增雨作業效果。根據不同的模型數據，人們建立的數值計算模型也不一樣[3-4]。

根據國內外作業試驗經驗，人們可用式（1）估算用彈量：

式中：M為火箭用彈量（枚）；C為人工引晶濃度，一般取104個；V為播撒區體積；Q為絕熱含水量；N為每枚火箭的AgI含量；F為每克AgI的成核率；系數1.2是按作業云層的60%進行催化，催化劑活化率按50%折算所得。現欲對1500km2厚3km的云層進行催化作業，取Q=3～4g/m3、N=10.5g、F=1.8×1015，按式（1）進行計算。

為有效地使冰晶消耗過冷卻水而迅速形成雨滴，一般要求冰晶數濃度達到10～100L-1。1枚火箭彈可影響云體面積的理論計算公式為：

式（2）中，z為1枚火箭彈成核總數，k為單位體積增加人工冰核數，h為催化云層高度。

z 取 10.5×1.8×1015個，k 取 50L-1（5×1013km-3），h取3km，按式（2）可計算出S=126km2。即1枚火箭彈可使長寬約為11km、高為3km的云體每升增加50個人工冰核。考慮播撒層不夠高，人工冰核擴散速度不夠快、部分人工冰核流失等因素，1次作業以發射2枚火箭彈為最佳，且2枚火箭彈應射擊云體不同部位，若云體較大，則應分時、分批、分部位作業。

3 結語

BL-1型增雨防雹火箭作業系統與國內同類產品相比，性價比突出，已在全國許多省市應用且效果顯著。目前，產品集成功能較多，導致產品整體重量較大，不便于搬運操作。后續需慢慢疏解應用功能，改進產品材質，以達到減輕產品重量的目的。

[1]郭學良.大氣物理與人工影響天氣[M].北京：氣象出版社，2010：264-383.

[2]羅秉和，崔云山.高效碘化銀焰火劑及其成冰性能的研究[J].氣象學報，1995，53（1）：82-90.

[3]陳光學.增雨防雹火箭作業系統設計及試驗[J].固體火箭技術，1997，（3）：1-2.

[4]蔡定軍，洪霞，陳建萍.江西省BL-1型火箭增雨作業技術方法研究[J].氣象與減災研究，2004，27（2）：35-38.