裝備極限邊界條件試驗考核現狀及對策研究

鄭寧歌，何文卿，劉國亮，李旦

(中國兵器工業試驗測試研究院，陜西 華陰 714200)

0 引言

武器裝備極限條件是指在武器裝備在規定的性能指標不降低，其后仍可在正常的操作條件下使用的設計極限狀態或極端條件，也就是武器裝備允許使用的設計極限狀態或極端條件。邊界條件則是指使武器裝備能發揮基本作戰使用性能所處的邊緣條件，也就是裝備允許使用的界線條件[1]。影響武器極限邊界條件的因素很多，不但包括氣候、地理、水文等自然環境，還包括人工環境、電磁環境、對抗環境等因素。

武器裝備在復雜多變的戰場環境下使用，必然會涉及邊界與極限條件的問題，特別是在復雜電磁環境和惡劣氣候環境下的使用，因此試驗鑒定過程中，極限及邊界條件考核不全面、不到位，輕則影響武器裝備的作戰能力，重則可能造成安全性事故，甚至成為戰爭成敗的關鍵等。為此如何跟蹤武器裝備試驗的前沿技術，及時投入力量進行極限與邊界條件試驗考核相關技術的跟蹤和研究，盡快建立健全極限邊界條件試驗與鑒定體系，不斷適應新時期武器裝備作戰使用需求，已成為武器裝備試驗工作目前急需解決的緊迫難題。

1 國外武器裝備極限邊界條件試驗考核現狀

以美國為代表的國外先進靶場，在注重武器裝備性能指標考核的同時，十分重視武器裝備的極限與邊界條件的試驗考核，美軍武器裝備研制試驗與鑒定中有一類專門的試驗項目稱為設計極限試驗(design limit testing，DLT)。該試驗的目的是，鑒定武器裝備處于設計極限狀態或極端條件下運行時其各項性能的變化情況，評估其是否仍然能夠保持令人滿意的性能。試驗對象既可以是完整武器裝備樣機，也可以是武器裝備局部組成的子系統或構件。設計極限試驗的條件一般要求達到設計極限條件或者符合常見惡劣使用環境即可，不要求嚴重越超這些條件[2]。

為考核武器裝備的設計極限，美國建設有大量的極限邊界條件試驗設施，如火箭滑軌、風洞、激波管、坦克的全地形試驗跑道、懸崖場地、城區地形軍事作戰靶道、密集陣型靶道、爆炸高度試驗場地、自燃試驗場地等,如圖1所示的烤燃試驗裝置[3]。如在巴拿馬運河區的伊斯穆斯地區克雷頓堡建立了陸軍熱帶地區試驗中心，在阿拉斯加州的格瑞利堡建立了美國陸軍寒區試驗中心，在自然環境和人工模擬自然環境中測試兵器在各種惡劣自然環境中的使用性能[4]。在試驗考核條件方面，不但考慮了溫度、揚塵、鹽霧、淋雨、溫熱等常規環境試驗，還考慮到日照、高溫、冬季防寒、北極、沙漠等各種極端環境對武器系統的綜合作用[5]。

法國、俄羅斯也建有大量用于極限和邊界條件考核的試驗設施。法國慢速烤燃試驗裝置，用于考核彈體裝藥隨熱環境變化的極限能力；如圖2所示的俄羅斯爆炸試驗高爐，用于開展彈藥威力設計極限[6]的考核等。

2 國內武器裝備極限邊界條件試驗考核現狀

我國常規武器裝備試驗靶場通過長期持續的投資建設，積累了大量對武器裝備極限邊界條件考核試驗技術和經驗，形成了一定的極限邊界條件試驗考核能力。例如：國內建立了很多模擬環境試驗室，對武器裝備在高溫、低溫、低氣壓、空氣密度、太陽輻射、濕熱、鹽霧、砂塵等極端環境條件下的性能進行考核[7]；建立了實彈射擊靶道、風洞、爆炸坑道、高塔、火箭滑橇、車輛跑道等試驗設施，采取近似實戰條件下的實彈射擊、實驗室試驗、模擬試驗等形式，對武器裝備的設計極限和邊界條件進行考核，建設了慢烤箱、破片發生器、高塔等試驗設施，對產品安全性設計極限進行考核等[8]。

由于實驗室試驗、模擬試驗時模擬環境單一化、理想化，與武器裝備實戰條件下的戰場自然環境、聯合火力環境及惡劣的信息化戰場環境等有較大差距，加之試驗邊界極限條件考核基礎設施不完善，試驗驗證能力不足，不能為部隊提供令人滿意的邊界極限條件考核數據，嚴重制約了我國新型武器裝備的研制和發展。

近年來一些軍兵種已經意識開展邊界與極限條件考核的重要性，開始嘗試在武器裝備試驗鑒定過程中，設立極限試驗考核項目，進行裝備極限與邊界條件考核，取得了寶貴試驗成果和經驗。例如，海軍已經開始在艦載武器試驗中增加快烤、慢烤、撞擊、海水浸泡等試驗項目，考核武器裝備處于極限使用條件下的安全性。圖3，4為國內某靶場考核發動機裝藥隨熱環境變化的極限能力試驗時的圖像及所獲取溫度測試曲線。從圖4可以看出，該發動機裝藥可以耐受的火烤極限時間是336 s。

3 裝備極限邊界條件考核存在的問題

目前國內在常規武器裝備極限和邊界條件考核中，主要存在以下問題：

(1) 極限邊界條件考核管理機制不健全

美軍在武器裝備研制試驗與鑒定中，專門設計極限試驗項目，同時，有專職的管理機構進行試驗的組織與管理。

與美國不同的是，我國裝備在試驗鑒定過程中，一般不專門設置極限試驗項目，也沒有專職的管理機構。由于不設定專門的極限邊界條件試驗考核項目，導致武器裝備邊界與極限條件考核不全面或考核不到位，更談不上針對武器裝備處于惡劣使用環境條件下的設計極限狀態或極端使用條件下的效能進行考核與評估。另一方面，由于沒有專職管理機構，導致極限邊界條件考核工作缺乏政策、法規引導，相關要求零散、不成體系；技術研究基礎薄弱，系統性不夠，嚴重制約了我國裝備研制和作戰使用。

(2) 考核方法不合理，與國外存在較大差距

與國外不同的是，國內對武器裝備極限和邊界條件的考核，主要是結合日常性能試驗，采用在標準環境條件下進行，從試驗結果來看，這種考核方式主要存在以下薄弱環節：一是環境模擬單一化、理想化，不能完全考核武器裝備在各種不同環境、不同條件下的真實性能；二是重性能，輕效能，試驗過程中，往往注重的是武器裝備的性能試驗，即重點考核裝備戰術技術指標的達標度，確認其是否達到了設計要求，可否交付部隊使用，對于作戰、保障效能試驗，由于試驗結果極易受到操作者個人因素、裝備戰術戰法等影響，關注過少，有的甚至不予關注[9]；三是試驗時間有限，難以考核武器裝備在不同地理、氣候條件下長時間使用所帶來的機械結構及電氣環境的變化；四是針對一些大型的、體系化的武器裝備，只能在實驗室進行單項的環境試驗，無法進行整個武器系統環境適應性試驗，影響對武器系統環境適應性結果的評定。

(3) 試驗條件手段欠缺

目前，國內對武器裝備極限邊界條件的考核都是依托國內現有的試驗能力、水平、手段等進行的，因此對于同一項試驗項目，不同的產品研制單位往往會根據地理位置與試驗條件選擇對自己有利的試驗場所進行，造成試驗條件不統一、試驗方法不統一、測試項目不統一、結果評估方法不統一，試驗數據沒有縱向及橫向可比性，得不到充分利用。另外由于現有試驗條件的局限性，導致有些極限與邊界條件指標難以考核，例如某型戰斗部提出了抗過載能力應達到50 000g的要求，由于現有試驗條件的局限性，該指標根本無法考核。另外對于大型武器裝備的高低溫環境試驗，由于現有條件的局限，無法在真實的高低溫環境下進行試驗，只能采取對其彈藥進行保溫、在自然溫度條件下射擊的方法進行考核，試驗結果往往與武器裝備在真實高低溫環境下性能差距較大。

(4) 試驗標準滯后，難以滿足新型武器裝備極限邊界條件試驗考核的需求

由于歷史的原因和裝備發展階段的限制，國內極限邊界條件試驗標準的研究制定遠遠滯后于武器裝備技術發展，一是標準體系中單項標準較多，綜合指標較少，部分標準相互之問不配套，有重復、交義、前后不一致的地方；二是軍用標準修訂和補充不及時，與武器裝備的發展結合不緊密；三是在標準化文件實施過程中，標準化工作浮于表面，存在不同程度的“重規范、輕標準”現象[10-11]。由于極限邊界條件試驗標準的缺失，進行極限邊界條件試驗時，往往借鑒其他的試驗標準，給試驗的組織和管理帶來很大的困惑。如近幾年發展較快的制導火箭彈，目前一般都是采用無控火箭彈或地地戰術導彈的試驗與評估方法[12]，沒有相應的制導火箭彈試驗方法和標準，不能有效進行邊界極限條件試驗考核，難以滿足武器裝備鑒定試驗需求。

(5) 試驗考核彈性大

很多武器裝備都提出了極限邊界條件下的試驗考核要求，但卻沒有明確的考核指標，導致試驗數據無法參與到結果的評定中。例如很多型號武器裝備都提出了高、低、常溫環境下射擊精度試驗要求，但往往只給出常溫環境下的精度指標，所以高、低溫條件下精度試驗只能成為兼測項目，試驗數據無法參與到結果的評定中，造成對高低溫環境下的射擊精度指標考核不到位的現象。還有一些武器裝備雖然有極限與邊界條件考核指標，但因考核指標太模糊，試驗結果受操作者經驗或主觀判斷因素影響較大。如很多裝備都提出了高原試驗海拔高度為3 000～4 500 m的要求，試驗中往往只進行3 000 m海拔高度的試驗(即指標下限)，對于4 500 m 考核上限條件不予考核，造成對邊界條件考核不到位。

(6) 缺乏實戰化的復雜電磁環境試驗條件及考核標準

復雜電磁環境是未來戰場的典型特征之一，對武器裝備進行實戰條件下復雜的電磁環境考核是未來武器裝備試驗的重要方向[13]。然而目前我國在此方面仍存在2個根本性的欠缺:其一是現有靶場普遍缺乏實戰化的復雜電磁環境構建能力，例如，如何確定實際電磁威脅與虛擬電磁威脅所占的比例以及如何利用替代品和模擬器來有效與被試品交戰等問題，成為開展此類試驗的難點和重點；其二，目前尚無可行且得到廣泛認可的復雜電磁環境試驗標準，使得靶場在試驗考核中缺乏依據。

4 解決當前極限邊界條件試驗考核問題主要對策

提高武器裝備極限邊界條件試驗考核水平，已成為武器裝備試驗工作目前亟待加強改進的緊迫難題。

(1) 健全極限邊界條件試驗考核管理機制

借鑒美軍的作法，在武器裝備試驗鑒定中，專門設立極限試驗項目，全面考核武器裝備處于設計極限狀態或極端條件下的性能，摸清武器裝備在各種設計極限狀態和邊界條件下的真實能力，評估其在邊界和極限條件下是否仍然能夠保持令人滿意的性能，為發現武器裝備設計缺陷、改進提升裝備性能、確保裝備實戰適用性和有效性提供重要依據。同時，設立專職極限邊界條件試驗考核管理機構，負責極限邊界條件試驗考核政策、法規研究，負責極限邊界條件試驗考核領導和監管工作等。

(2) 開展極限邊界試驗條件建設研究，完善極限邊界條件考核條件和手段

考核武器裝備的極限與邊界條件試驗，需要大量的試驗數據作為支撐，由于現有試驗條件的局限，導致有些極限與邊界條件指標難以考核。因此，急需研究、建設，補充完善相關實戰化極限邊界條件考核設施和條件，急需對相應試驗測試手段與方法、試驗指揮通信等保障條件進行深入研究。例如研究并補充建設曲線火箭橇滑軌、大型激波管、沖擊波熱效應、毀傷三維立體評估等設施，為武器裝備的極限邊界條件提供條件保障。

(3) 開展裝備極限與邊界條件相應試驗方法與標準研究，完善極限邊界條件考核標準和規范

根據現有武器裝備自身特性及使用地區的地理條件、氣候環境特點等，應大力開展武器裝備實戰化極限和邊界條件試驗方法和標準的研究，補充完善極限邊界條件試驗考核標準和規范，如：熱區環境適應性試驗標準、高原環境適應性標準、沙漠地區環境適應性標準及寒區環境適應性標準等。建立基于實戰化考核的極限與邊界條件試驗標準，使武器裝備極限邊界條件試驗走向標準化軌道，解決我國武器裝備極限邊界條件試驗過程中標準不全面、標準水平滯后，跟不上新型武器裝備、體系化武器裝備試驗極限及邊界條件試驗考核需求等問題。

(4) 明確武器裝備極限邊界條件下戰術技術指標，解決實戰化極限邊界條件考核指標不明確等問題

在武器裝備的戰術技術指標論證時，應充分考核裝備可能處于的極限狀態或極端條件，系統分析、科學論證、合理確定極限邊界條件考核指標；在裝備研制過程中，研制單位應圍繞極限與邊界條件系統地開展研制工作，合理分解指標，從設計源頭上把好裝備的極限與邊界條件設計關；在進行武器裝備鑒定試驗時，應首先明確極限邊界條件試驗方法、試驗設施、試驗數據處理原則及試驗結果評定準則等，同時將武器裝備的極限邊界條件的試驗鑒定內容，納入到武器裝備指標評價體系中，保證指標考核的全面性。

(5) 開發、完善模擬電磁環境生成設備和方法

以具有通用特點的特定型號防空武器系統為研究對象，分析其作戰對象和使用背景，確定其防空復雜電磁環境的構成要素、信號密度及強度，調研學習國外先進的技術、經驗和標準，選擇典型條件，模擬敵方武器型號并逐步累加驗證其構成要素、功率密度、強度的邊界條件，逐步建立針對紅外、雷達、激光等的復雜干擾環境參數，具體包括：干擾樣式、信號內容、覆蓋范圍、強度、時頻等特性參數及相關規范[14]，在我國綜合性試驗靶場，營造接近于實戰條件下的背景和威脅電磁環境，形成外場試驗考核能力。

(6) 開展多武器平臺聯合作戰模式下武器系統極限邊界條件試驗方法研究

在靶場開展聯合作戰模式下武器系統極限邊界條件試驗方法的研究，建立聯合作戰模式下武器系統試驗方式，從目標信息的獲取、情報傳遞、分析決策到發射[15]，在接近于實際使用條件下，對整個武器系統的極限與邊界條件相關指標、性能進行考核，解決現有聯合作戰模式下武器裝備極限邊界條件考核的試驗方法無規范和標準可依的難題。

5 結束語

本文從目前陸軍武器裝備實戰化邊界條件考核現狀和差距出發，對目前國內外武器裝備實戰化極限邊界條件試驗考核現狀進行了認真分析，提出了開展聯合作戰模式下武器系統極限邊界條件試驗的思路和方法，為提升裝備綜合作戰性能，促進武器裝備極限邊界條件考核向規范化、標準化發展提供參考。當然，武器裝備邊界極限條件考核是一項十分復雜的工程，涉及到武器裝備從基礎研究到投入使用之前的各個過程和方方面面，還需要武器裝備研制和生產過程中的各個層面機構及人員綜合研究探討。