一種中大口徑艦炮彈幕反導技術探索?

謝保軍 胡 江 錢 佳 趙亞東

（海軍大連艦艇學院導彈與艦炮系 大連 116018）

1 引言

在艦艇反導作戰中，艦炮作為一種末端防御武器，按照口徑可分為兩種：小口徑艦炮和中大口徑艦炮，其中，小口徑艦炮具有射速高、反應快的特點，在末端反導作戰中起著非常重要的作用。目前國內針對小口徑艦炮防空反導問題的研究較多［1～4］，如現在廣泛裝備在艦艇上的轉管炮，射速能達到每分鐘幾千甚至上萬發。而針對中大口徑艦炮的研究往往聚焦在對海或者對岸射擊問題上［5～8］，對中大口徑艦炮防空反導問題的研究還比較匱乏。中大口徑艦炮的射速一般都不超過每分鐘兩百發，雖然也具備一定的反導能力，但是由于反應速度慢、射速低等原因，其反導能力相比小口徑艦炮而言要明顯弱一些。

目前，艦炮對空中目標射擊普遍采用的是一種所謂的追蹤射擊法［9］，如圖1所示。其原理是每次發射的射擊諸元（包括表尺距離、表尺方向和引信裝定量等）實時由儀器計算或從事先計算好的戰斗射表中查得，使炸點（彈著點）不斷追隨目標的運動而相應移動，以期每次發射的彈丸均在相應的提前點與目標“相遇”而殺傷目標。射擊過程中需要不斷保持對目標的瞄準跟蹤，并根據目標現在坐標連續不斷地計算每次發射的射擊諸元。

圖1 追蹤射擊法

目前，世界各大國都在爭相研發和裝備新型超音速反艦導彈，如我軍某型反艦導彈攻擊速度可達2Ma～3.3Ma，“布拉莫斯”攻擊速度可達2Ma～3Ma，“鋯石”攻擊速度可達4Ma～6Ma。目前在服役的中大口徑艦炮反導的有效射程通常不超過10000m。也就是說，這些反艦導彈在艦炮有效射程內的飛行時間只有不到15s。艦炮在如此短的時間內能夠發射的彈丸數量也十分有限。如某型單130mm艦炮按照最高射速25rds/min使用追蹤射擊法射擊，能夠發射的彈丸也不超過7發。發射彈丸的數量直接決定了毀傷概率的高低，數量越少，毀傷概率越低。因此，中大口徑艦炮按照現有的射擊方法已經難以滿足對超音速反艦導彈的防御要求。

針對中大口徑艦炮反導存在的問題，探索提出一種基于彈幕構建的中大口徑艦炮反導方法，根據反艦導彈具有的典型攻擊路徑，設法在其攻擊路徑前方構建彈幕。利用這種射擊方法，一方面可以使艦炮反導射擊時間提前，發射的彈丸數量更多，另一方面可以降低射擊誤差，提高艦炮對反艦導彈的毀傷概率。

2 彈幕反導機理

2.1 典型反艦導彈攻擊特征

反艦導彈典型的攻擊過程大致都有四個階段：發射階段、巡航階段、超低空掠海飛行階段和末端攻擊階段［10］。其中，超低空掠海飛行階段的彈道高度通常在幾米到十幾米不等，進入超低空掠海飛行階段時與目標的距離通常在幾公里到十幾公里不等。這個數值的大小由反艦導彈的具體型號決定，也就是說，一旦確定了反艦導彈的型號，其彈道特征也基本可以確定，而且反艦導彈的超低空掠海飛行階段所處的區域也正好是艦炮的反導區域。

2.2 反導彈幕的構建

當艦艇確定了來襲反艦導彈的型號，就可以根據其彈道特征設法在其攻擊路徑前方提前構建一個彈幕，實現對反艦導彈的攔截。

彈幕的構建方法如圖3所示，當火控雷達在較遠的距離（通常是2倍～3倍的艦炮射程）探測到反艦導彈向我方艦艇接近時，艦炮通過火控系統計算出射擊諸元，并向反艦導彈攻擊路徑方向持續地發射多發彈丸，當彈丸到達一定空間位置打開減速傘開始減速下降。在射擊過程中，艦炮需要不斷地調整射擊諸元，使先后發射的彈丸在到達既定射擊距離時的彈道高度呈遞減的狀態，如圖4所示。打開減速傘的彈丸就會以一個近乎相同的勻速下降，按照事先計算好的射擊諸元，最終能夠使不同時間發射的彈丸都能夠同時下降至某一空間位置，并在反艦導彈攻擊路徑的前方聚集形成彈幕，如圖5所示，再通過遙控引爆或者自爆的方式實現對反艦導彈的攔截。

圖2 典型反艦導彈攻擊彈道

圖3 彈幕構建流程

圖4 彈幕射擊法

圖5 彈幕示意圖

需要指出的是，彈幕射擊法需要使用具備減速功能的預制破片彈，可以通過在傳統彈丸的基礎上加裝減速傘的方式實現。這種在彈丸上加裝減速傘的技術在懸浮電視偵查彈［11］以及末敏彈［12］等彈種上已經得到應用，從技術上而言，完全可以實現。

3 射擊效力與誤差分析

下面對彈幕射擊法與傳統的追蹤射擊法在反導中的毀傷概率進行對比分析。

假設不考慮射擊諸元誤差和引信延時誤差的影響，那么彈丸的散布概率符合正態分布，其概率密度函數為

式中，z為彈丸在方向上的散布，h為彈丸在高度上的散布，σz為彈丸在方向上的散布均方差，σh為彈丸在高度上的散布均方差，那么單發彈丸對反艦導彈的毀傷概率為

式中，S為單發彈丸在方向和高度上的毀傷域。

假設艦炮發射n發彈丸對反艦導彈進行攔截，可以將每一發彈丸看作是相互獨立的，那么n發彈丸的毀傷概率為［13］

從上式可以看出，艦炮對反艦導彈的毀傷概率取決于彈丸的毀傷域、彈丸在方向和高度上的散布均方差以及發射彈丸的數量這三個因素。其中，彈丸的毀傷域不管采用哪一種射擊法都可以認為是相同的，那么毀傷概率就可以認為主要由彈丸的散布概率誤差和發射的彈丸數量這兩個因素決定。其中彈丸的散布概率誤差大小與射擊距離有直接的關系，以某型艦炮為例，其方向和高度上的散布誤差與射擊距離可以認為近似存在比例關系，如圖6所示。

圖6 彈丸散布概率誤差與射擊距離的關系

在射擊誤差大小方面，從圖6可以看出，彈丸散布概率誤差的均方差大小隨著射擊距離的增大而增大，傳統的追蹤射擊法從目標進入遠界開始持續射擊到目標接近到近界，其射擊的彈道散布概率誤差也因此呈現由大到小的一個變化過程。如果采用彈幕射擊法，那么彈幕構建的距離可以選擇在一個相對較近的固定距離上，從而可使其總體彈道散布概率誤差處在一個較低的水平。

在發射的彈丸數量方面，傳統追蹤射擊一次反導可發射的彈丸數量由反艦導彈從射擊遠界到射擊近界的飛行時間決定。而彈幕射擊可以在射擊遠界之前開始射擊，提前構建彈幕，持續射擊時間更長，一次反導能夠發射的彈丸數量也越多。

4 結語

以上在只考慮彈道散布概率誤差以及一次反導可發射彈丸數量兩個因素情況下，對彈幕射擊法與傳統的追蹤射擊法進行了比較分析。經分析可知，彈幕射擊法相比傳統的追蹤射擊法具有總體彈道散布誤差小和一次反導可發射彈丸多的優點，通過提前在反艦導彈攻擊路徑前方構建彈幕，實現“炮彈等導彈”的目的。另外，在復雜電磁環境下，彈幕射擊在反艦導彈攻擊過程中可以不實時跟蹤其飛行軌跡，而是根據導彈典型攻擊路徑提前計算射擊諸元，因此對探測設備的要求更低，抗干擾能力更強。