戰術導彈雷電防護試驗方法研究?

朱宇光

（92941部隊42分隊 葫蘆島 125001）

1 引言

雷電是自然界一種較為常見的大氣現象，在地球大氣環境中，每年能產生超過800萬次的雷電。當雷電出現時，經常會伴隨著閃光、高電壓、高電流等現象，電壓可達億伏以上量級，電流幅值可高達200kA，雷電等離子體通道可長達數千米以上［1～2］。雷電給戰術導彈的作戰運用帶來了重大影響，當戰術導彈在飛行中遭遇雷電時，輕則造成彈體結構損壞、傳感器失靈，重則造成導彈解體、飛行失控、危及發射操作人員安全等致命性后果，如1966年8月，日本的馬特反坦克導彈發射后遭遇雷擊，導致導彈墜毀，雷電強大的電流通過電線傳導至發射架，造成5名操作手死亡的重大事故［3］。在飛行器雷電防護方面，飛機類目標雷電防護與試驗研究較為充分，針對戰術導彈類雷達防護研究不足，能夠查到的文獻較少。

為了提高戰術導彈的雷電防護能力，提高對雷電環境的適應性，對戰術導彈雷電效應進行分析，找出其雷電防護薄弱環節。針對雷電的直接效應和間接效應，研究了提出雷電防護方法。對戰術導彈雷電防護試驗技術進行研究，提出試驗結構組成、試驗波形、試驗步驟等內容。為了提高戰術導彈在雷電環境下的使用成功率，提出雷電環境使用對策建議。研究結果能夠為戰術導彈的雷電防護設計、試驗提供支撐，能夠提高戰術導彈雷電防護能力和雷電環境下的作戰運用能力，具有重要的軍事價值和意義。

2 雷電對戰術導彈的影響效應分析

雷電對戰術導彈的影響效應可分為直接效應和間接效應。當戰術導彈飛行穿越帶電云層時，其與帶電云層的電磁場態勢如圖1所示。

圖1 導彈在帶電云層中的電磁場態勢

當導彈某個尖端點處的電場強度超過空氣電離電壓30kV/cm時，空氣將被電離，帶電云層將對導彈進行放電，形成電流通路，雷電將直接作用在導彈上，形成對導彈的直接毀傷效應［3～5］。雷電直接效應包括電弧附著彈體表面所造成的燃燒、溶蝕、爆炸和結構變形、穿孔，以及由大電流引起的高壓沖擊波和電磁力破壞，直接效應可造成導彈彈體結構穿孔、扭曲、折斷等，破壞導彈的氣動外形，還可造成發動機熄火，造成導彈飛行墜落和任務失敗。

導彈在穿越帶電云層時，導彈感應帶電云層形成的電磁場，內部產生感應電壓，當電磁感應電壓超過彈上電子元器件的耐受電壓后，會造成電子元器件失效，形成對導彈的間接毀傷效應［4～8］。雷電對導彈的間接毀傷效應能夠影響彈上設備的性能，容易造成設備死機、重啟、數據錯誤、通信中斷等故障現象，給導彈作戰使用造成重大威脅。

3 戰術導彈雷電防護措施

以美國魚叉反艦導彈外形為例，導彈彈體結構包括天線罩、設備艙、戰斗部艙、發動機艙和舵機艙、彈翼、舵面等。為了提高透波性，天線罩一般為非金屬材料，如石英晶體、玻璃鋼、碳纖維復合材料等，不具備電磁屏蔽作用。其他艙體結構外壁一般為金屬材料，具有較好的電磁屏蔽作用。

3.1 雷電直接效應防護

雷電直接效應對戰術導彈的影響是通過附著在彈體上形成的，對導彈的損傷機理主要包括熱效應和力學效應，表現在彈體結構的變形、穿孔、燒蝕等。根據電場尖端放電原理，雷電在導彈上的重點附著區域包括天線罩、彈翼和舵面。戰術導彈雷電直接效應防護應該重點考慮雷電附著區域。

天線罩位于導彈的前端，在導彈飛行過程中會在表面積累大量的電荷，并處于雷電電場尖端放電的位置，是雷電附著放電的重點區域之一。當雷電附著在天線罩上，釋放的熱量會使天線罩發生變形，沖擊波和高電壓會在天線罩上形成穿孔。為了增強天線罩的雷電效應直接防護能力，可采取在天線罩上敷設金屬條帶，并將金屬條帶與彈體結構金屬外壁進行連接，可以有效減小雷電直接效應對天線罩的影響，見圖2。在進行天線罩導電條敷設時，應保證不影響導彈氣動外形和天線的透波性能。

圖2 加裝金屬條帶的天線罩

彈翼、舵面和彈體其他部分一般為金屬結構，且連接在一起，其雷電直接效應防護主要是保證雷電電流通路的低阻抗特性，保證各個部分的可靠金屬連接，彈體機構強度要滿足要求。

3.2 雷電間接效應防護

雷電在導彈彈體結構上附著形成直接效應的同時，也會對導彈彈上電子設備形成間接效應，尤其是對非金屬材料包裹的部分和存在縫隙的艙體部分。根據導彈結構組成，只有天線罩是非金屬材料，在天線罩包裹中的電子探測設備最容易受到雷電間接效應的影響。因此，戰術導彈電子艙探測設備是雷電間接效應的防護重點。

可以采用幾種方法減小雷電間接效應對電子艙探測設備的影響，一是在天線罩上敷設一定密度的金屬條帶，形成一定的電磁屏蔽效應，減小天線罩內的電磁場強度，可以減小電子艙內部元器件電磁感應電壓；二是對探測設備中的感應器件采取電磁屏蔽措施，如線纜、電容電感、驅動電機等部件；三是對電子設備艙體縫隙進行電磁屏蔽處理，減小艙內電磁感應強度；四是條件允許的情況下，盡量采用非電子類天線驅動器件，如液壓式驅動，避免雷電間接效應影響。

4 戰術導彈雷電防護試驗方法

戰術導彈雷電防護試驗是檢驗其是否滿足使用要求的最直接、最有效的方法。目前，沒有針對戰術導彈雷電防護設計試驗的試驗規程，可以參考其他飛行器雷電防護試驗方法。飛機在雷電防護方面制定了較為全面的標準規程，如國家軍用標準GJB2639-96《軍用飛機雷電防護》、GJB3567-99《軍用飛機雷電防護鑒定試驗方法》、航空工業標準HB6129.87《飛機雷電防護要求及試驗方法》以及中國民用航空規章中第25部有關雷電的防護規定等。參考飛機雷電防護試驗規程，對戰術導彈雷電防護試驗進行設計，主要包括直接效應試驗和間接效應試驗。

4.1 雷電直接效應試驗方法

戰術導彈雷電防護直接效應試驗裝備布置見圖3，將導彈通過絕緣支撐放置在絕緣地板上，利用導彈測試控制設備控制導彈的工作狀態；利用雷達波形發生器模擬產生雷電，并通過球形電極作用于導彈上，利用波形測量裝備記錄模擬雷電的波形；雷電控制計算機用于控制雷電波形發射器，輸出雷電產生指令、波形等參數。

圖3 戰術導彈雷電直接效應試驗結構圖

進行戰術導彈雷電直接效應試驗時，天線罩、彈翼、舵機艙為1A區（較高概率附著點，附著時間較短），其他部位為1B區（較高概率附著點，附著時間較長），1A區施加雷電電流分量A、B，1B區域時間電流分量為A、B、C、D。雷電波形見圖4，其中電流分量A（初始高峰電流）：峰值200±20kA，持續時間 ≤ 500μs；電流分量B（中間電流）：平均幅值2±0.2kA，最大持續時間5ms；電流分量C（持續電流）：幅值200A～800A，持續時間0.25s～1s之間；電流分量D（重復放電電流）：峰值100±10kA，持續時間 ≤500μs［9-10］。

圖4 戰術導彈雷電直接效應試驗波形圖

導彈雷電直接效應試驗方法為：首先，對雷電波形發生器進行檢查，確保放電波形、時間和幅度滿足要求；其次，將球形電極移動到天線罩區域，利用導彈測控設備對導彈進行加電，模擬導彈飛行工作狀態；第三，控制波形發生器產生雷電，通過球形電極對導彈放電，至少進行3次試驗；第四，放電結束后，利用導彈測控設備對導彈技術狀態進行檢查；第五，改變雷電放電位置，重復上述動作，直至所有位置試驗完畢。導彈經過雷電直接效應試驗后，彈體結構完整，無變形彎曲，彈上設備工作正常，測試結果合格時，導彈雷電直接效應試驗結果合格。

4.2 雷電間接效應試驗方法［11～13］

戰術導彈雷電間接效應試驗裝備布置見圖5，與圖3不同的是，將球形電極換成了電極板，其他組成和功能基本相同，這里不再贅述。

圖5 戰術導彈雷電間接效應試驗波形圖

為了減少試驗次數，雷電波形采用最為嚴酷的雷電波形，見圖6，T1為電壓上升到峰值的時間，T2為電壓峰值衰退到一半的時間，T1、T2可調。

圖6 戰術導彈雷電間接效應試驗波形圖

導彈雷電間接效應試驗方法為：首先，對雷電波形進行校準，確保各項參數滿足要求；其次，將電極板放在天線罩和電子設備艙上面；第三，利用導彈測控設備控制導彈處于模擬飛行狀態；第四，控制雷電波形發生器產生雷電，通過電極板對導彈施加電磁感應作用；第五，利用導彈測控設備檢查導彈工作狀態；第六，將電極板移動其他部位，重復以上步驟。導彈經過雷電間接效應試驗后，導彈及彈上設備應工作正常，測試結果合格，導彈雷電間接效應試驗結果合格。

5 戰術導彈雷電環境使用對策

戰術導彈在作戰使用時，不可避免地遭遇陰雨雷電天氣，盡管進行雷電防護設計可以減少使用影響，但仍不能完全避免雷電的破壞作用。為了最大程度減小雷電影響，提高作戰使用成功率，提出以下幾條雷達環境下戰術導彈使用對策。一是加強氣象監測。在戰術導彈作戰使用時，需要重點關注導彈飛行航路上的氣象，尤其陰雨天氣時，對云層高度、厚度和類型進行判別，對帶電云層進行監測判別，為戰術導彈使用提供依據。二是利用火箭/激光進行提前引雷。通過氣象監測和判別，在近距離作戰航路上存在大量帶電云層和雷電環境時，可考慮使用火箭或激光進行引雷，掃除導彈發射區域內的雷電隱患。三是利用導彈的技術能力進行規避。根據氣象監測結果和火箭/激光引雷結果，合理利用戰術導彈的技術能力對雷電進行規避，比如利用航路規劃功能可以繞開雷電區域，結合引雷區域和導彈彈道使用規劃也可合理躲避雷電，在條件允許的情況下，也可改變平臺發射位置，減小導彈遭遇雷電的概率。

6 結語

對戰術導彈雷電效應進行了分析，研究提出了雷電防護措施，針對戰術導彈雷電防護性能試驗進行了研究，提出了雷電直接效應和間接效應試驗組成、試驗方法和結果評價方法，針對雷電環境下戰術導彈使用提出了對策。研究結果能夠為戰術導彈雷電防護設計、試驗和使用提供支撐，具有重要的理論和實際使用價值。