昆明地區(qū)火箭人工增雨防雹安全射界圖制作技術探討

摘要 安全射界圖是人工影響天氣開展地面火箭安全作業(yè)的重要圖文資料。昆明地區(qū)人口密集，空域繁忙，增雨防雹作業(yè)次數(shù)多，對安全射界圖的制作和應用提出了更高要求。分析了火箭發(fā)射過程潛在的致危因素，對火箭自毀不完全或傘降殘骸的落區(qū)進行了分析，對現(xiàn)行標準下繪制人工增雨防雹安全射界圖進行了補充，旨在為現(xiàn)場作業(yè)人員提供幫助，為安全作業(yè)奠定基礎。

關鍵詞 火箭；安全射界；殘骸

中圖分類號：P481 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）05–0115-03

Discussion on Production Technology of Safe Range Map for Rocket Artificial Rain Enhancement and Hail Prevention Kunming Area

Hu Wei-fen et al（Meteorological Bureau of Xundian Hui and Yi Autonomous County， Yunnan Province， Xundian， Yunnan 655200）

Key words The safety range map is an important graphic and textual data for conducting ground rocket safety operations under artificial weather conditions. The densely populated Kunming area has a busy airspace， and there are many operations to increase rainfall and prevent hail， which puts forward higher requirements for the production and application of safety shooting range maps. Analyzed the potential risk factors during rocket launch， analyzed the falling area of incomplete rocket self destruction or parachute debris， and supplemented the drawing of artificial rain and hail prevention safety shooting boundary map under current standards， aiming to provide assistance for on-site operators and lay a foundation for safe operation.

Key words Rocket; Safe Firing Area; Debris

目前，昆明市共設70余個固定人工增雨防雹作業(yè)點開展地面人工影響天氣作業(yè)，配備火箭增雨防雹發(fā)射架100余具，作業(yè)人員300余人，年均增雨防雹1 200余次。因火箭催化成核率高、催化面積大、作業(yè)安全性能較高等，已成為昆明地區(qū)常用的人工增雨防雹作業(yè)手段。人工增雨防雹使用的火箭彈為火工類產(chǎn)品，在其發(fā)射和作業(yè)過程中，一定程度上可能對地面人員、設備物資和航空器飛行安全等構成一定威脅[1]。《人工影響天氣火箭作業(yè)點安全射界圖繪制規(guī)范》（GB/T 37274—2018）雖然已就火箭作業(yè)點安全射界選取、安全射界圖標繪與審核作出了規(guī)定，但未充分考慮箭體自毀不完全或傘降殘骸等致危因素，實際作業(yè)過程中存在重大安全隱患。

1 火箭彈的主要構造和工作原理

火箭彈是自帶動力裝置的火工品。其動力裝置為火箭發(fā)動機，它自身攜帶由燃燒劑和氧化劑組成的推進劑，依靠自身噴出高速氣體射流，直接產(chǎn)生反作用推力，推動火箭飛行。因此，火箭發(fā)射時無后坐力，其飛行是逐漸加速的過程，最大速度為發(fā)動機工作終了時間，發(fā)動機工作時間遠大于火箭在發(fā)射裝置（發(fā)射架）的滑行時間。火箭在發(fā)射架中以離架速度（0～90 m/s）飛行，直至推進劑燃燒完畢才達到最大速度。昆明地區(qū)現(xiàn)采用BL-1A、JFJ-1A和JFJ-3等3種型號的火箭彈，發(fā)射仰角為50°～75°，以下引用發(fā)射數(shù)據(jù)時均以此界定[2]。

1.1 BL-1A型火箭彈

BL-1A型火箭彈（圖1）在點火升空后，發(fā)動機工作，同時戰(zhàn)斗部延期點火具工作，按預定時間15 s點燃催化劑，使之在3 000～7 000 m的云層中，以線播方式形成一條催化帶，經(jīng)過14～16 s的播撒后，自毀裝置的延期管點燃煙火劑，使彈體在不低于3 000 m的高度自毀，殘骸呈不大于100 g的絮狀碎片自由飄落。

1.2 JFJ-A型火箭彈

JFJ-A型火箭彈（圖2）點火后發(fā)動機工作并產(chǎn)生推力，火箭彈沿發(fā)射架軌道升空飛行，飛行一定時間（16±2 s）達到預定的高度后，戰(zhàn)斗部工作，雷管引爆TNT，將催化劑（碘化銀）均勻散落在云層，彈體一并自毀，殘骸呈不大于100 g的絮狀碎片自由飄落。

1.3 JFJ-3型火箭彈

JFJ-3型火箭彈（圖3）點火后發(fā)動機工作并產(chǎn)生推力，火箭彈沿發(fā)射架軌道升空飛行，飛行一定時間（22.5±3.0 s）達到預定的高度后，傘降機構工作，打開降落傘，發(fā)動機殘骸隨降落傘緩慢降落至地面。在開傘的同時，戰(zhàn)斗部與傘降機構分離，延遲0.8～1.1 s后雷管引爆TNT，將催化劑（碘化銀）均勻散落在云層，促使云層加速降雨、降雪或阻止冰雹的形成[3]。

2 火箭彈落區(qū)

《人工影響天氣火箭作業(yè)點安全射界圖繪制規(guī)范》（GB/T 37274—2018）對火箭安全射界的定義為“為避免因自毀或傘降裝置失效導致的故障火箭彈落入人口密集區(qū)或重要設施所預設的安全區(qū)域”。這個定義主要是對全彈道火箭彈的落區(qū)設定的，即火箭彈發(fā)射升空后，戰(zhàn)斗部未正常工作，整個火箭彈在發(fā)動機工作后以近拋物線的軌跡落到地面上。以JFJ-1A型火箭彈為例，發(fā)射仰角設定為55°（海拔高度2 000 m），全彈道火箭彈運行軌跡如圖4所示。根據(jù)廠家的生產(chǎn)標準，火箭彈有3/1 000～5/1 000的故障率，即火箭彈發(fā)射后1 000枚中有3～5枚自毀或傘降裝置失效。實際作業(yè)中，絕大部分火箭彈是正常工作的，要探討的就是正常工作的火箭彈自毀不完全或傘降殘骸過大情況下安全射界圖的制作和應用。

以昆明市尋甸縣功山綱紀作業(yè)點（海拔2 076 m）為例，發(fā)射JFJ-1A型火箭彈時，若選擇方位角60°，仰角65°，根據(jù)表1可知，火箭彈全彈道理論落區(qū)距離作業(yè)點5.28 km（圖5），落區(qū)為圖6紅色區(qū)域所示。

如果火箭彈自毀不完全，其殘骸應墜落在其自毀點正下方一定范圍內(nèi)。根據(jù)《人工影響天氣火箭作業(yè)點安全射界圖繪制規(guī)范》“安全射界邊界與周邊人口密集區(qū)和重要設施的距離應大于200 m”之規(guī)定，以及地面風速影響等實際工作中得出的經(jīng)驗總結，火箭彈殘骸墜落區(qū)域可定義為火箭彈自毀點正下方地面r=500 m半徑范圍內(nèi)的圓形區(qū)域（圖7），落區(qū)為圖8黃色區(qū)域所示。

因此，在繪制火箭作業(yè)點安全射界圖時，要充分考慮火箭彈自毀不完全或傘降殘骸過大落區(qū)安全問題，確保殘骸或傘降后落在安全區(qū)域范圍。以JFJ-1A型火箭彈為例，如圖9所示，編號1是昆明市尋甸縣甸沙牛頭山作業(yè)點（海拔2 186 m）按照《人工影響天氣火箭作業(yè)點安全射界圖繪制規(guī)范》繪制的安全射界圖，方位角315°～340°，仰角65°～75°。如果火箭作業(yè)方位320°，仰角65°，其殘骸落區(qū)如圖10所示，以黃點為圓心的藍圈范圍內(nèi)。紅色區(qū)域為村莊密集區(qū)，大部分在藍圈范圍內(nèi)，火箭殘骸致危隱患大，故而編號1安全射界圖不宜采用。

3 火箭彈的彈道數(shù)據(jù)

在繪制火箭作業(yè)點安全射界圖時，除嚴格遵照增雨防雹火箭彈理論最大射程數(shù)據(jù)表外，還要充分了解和掌握火箭彈的彈道數(shù)據(jù)（表2、表3），尤其是其自毀點數(shù)據(jù)對火箭彈殘骸避開人口密集區(qū)或重要設施具有重要參考價值和實際運用意義。因資料限制，其他類型火箭彈可參考JFJ-1A型、JFJ-3型、BL-1A型的處理與應用。現(xiàn)用增雨防雹火箭均為無控火箭，容易受風向風速影響產(chǎn)生彈道偏移。《人工影響天氣火箭作業(yè)點安全射界圖繪制規(guī)范》進一步指出，安全射界范圍表給出的是靜風條件下火箭發(fā)射的方位角、仰角參考范圍，實施火箭增雨防雹作業(yè)時，通常要根據(jù)實際風向風速對火箭發(fā)射方位、仰角進行修正。順風可使火箭彈“抬頭”，“逆風”可使火箭彈“低頭”；橫向風可使可使火箭彈向來風方向偏移。因資料限制，以WR型火箭為例，進行增雨防雹作業(yè)時要將風向風速對火箭彈道引起的偏移[4]考慮進去（表4）。JFJ-1A型、JFJ-3型和BL-1A型火箭參照WR型火箭風向風速修正時應從嚴掌握。

4 結語

火箭作業(yè)點安全射界圖是實施人工影響天氣作業(yè)時的重要技術規(guī)范，為進一步提高人工影響天氣安全作業(yè)水平，在繪制火箭作業(yè)點安全射界圖時，務必考慮火箭彈自毀不完全或傘降殘骸落區(qū)，以最大限度地減少安全隱患。

參考文獻

[1] 國家市場監(jiān)督管理總局.人工影響天氣火箭作業(yè)點安全射界圖繪制規(guī)范：GB/T 37274—2018[S].

[2] 中國氣象局.人工影響天氣安全 增雨防雹火箭作業(yè)系統(tǒng)安全操作要求：QX/T 99—2019[S].

[3] 中國氣象局.增雨防雹火箭系統(tǒng)技術要求：QX/T 359—2016[S].

[4] 云南銳達民爆有限責任公司.JFJ增雨防雹火箭作業(yè)培訓材料[Z].2017.

[5] 江西新余國科科技股份有限公司.BL系列防雹增雨火箭安全操作培訓材料[Z]. 2017.

[6] 孫建東，盧培玉，周茂山.人影安全射界圖的設計原理及制作應用[J].山東氣象，2010，30（3）：37-41.

責任編輯：黃艷飛