趙玉清， 田 斌， 謝增亮， 李建強(qiáng)

（豫西工業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 南陽473000）

0 引言

導(dǎo)航與微電子技術(shù)的發(fā)展使GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備小型化程度不斷提高，加固技術(shù)也使GPS器件可承受高過載，以GPS 導(dǎo)航技術(shù)為基礎(chǔ)的彈道修正技術(shù)得到長足發(fā)展。美國裝有XM1156精確制導(dǎo)組件是一種二維彈道修正引信，配裝M795式155mm 榴彈和M549A1式155 mm 火箭增程榴彈［1］。一維修正引信對(duì)炮彈彈道的縱向修正；“二維修正”則是對(duì)炮彈彈道的縱向及橫向都進(jìn)行修正，以到達(dá)所要攻擊的目標(biāo)［2］。一維和二維修正引信均要依靠對(duì)GPS和慣性測量數(shù)據(jù)的處理，前者通過展開某種形狀的空氣動(dòng)力減速板，后者通過控制可操縱的鴨式舵來實(shí)現(xiàn)彈道修正效果［3］。彈道修正引信是以先進(jìn)的信息技術(shù)對(duì)常規(guī)彈藥進(jìn)行改造的產(chǎn)物，是一條低成本、高效益的炮兵彈藥精確化發(fā)展之路，對(duì)提高炮兵武器在未來戰(zhàn)爭中的適應(yīng)性和作戰(zhàn)效能具有重要意義。只需少量的彈藥即能夠摧毀目標(biāo)，且可將附帶毀傷降至最低［4］。

1 彈道修正引信與制導(dǎo)炮彈

常規(guī)炮彈精確化之路主要有兩種：一是為提高精度而專門設(shè)計(jì)的全新制導(dǎo)炮彈；二是由非制導(dǎo)炮彈通過加裝彈道修正組件得到的靈巧炮彈。前者有很高的精度，但成本較高，典型代表——采用GPS／INS 制導(dǎo)的炮彈，如美國“神劍”精確制導(dǎo)炮彈和遠(yuǎn)程對(duì)陸攻擊炮彈，圓概率誤差分別達(dá)到4m 和5m［5］。

目前，美、英、法、德、以、南非等國都正在研制基于彈道修正技術(shù)的彈道修正引信，可將現(xiàn)役常規(guī)炮彈轉(zhuǎn)化為“靈巧”炮彈，精度提高3倍以上，但單價(jià)約為精確制導(dǎo)彈藥的三分之一左右。美國精確制導(dǎo)組件是目前在研發(fā)進(jìn)度和技術(shù)水平上均居于領(lǐng)先地位的彈道修正引信。它的裝備與應(yīng)用對(duì)于其他尋求普通炮彈精確化的國家有著重要的指引和參考作用。精確制導(dǎo)組件有兩個(gè)重要優(yōu)勢［6］。

（1）研發(fā)、采辦費(fèi)用低，研制周期短

精確制導(dǎo)組件方案在研發(fā)成本與研制周期方面都有較為明顯的優(yōu)勢。從成本來看，彈道修正引信方案與其他項(xiàng)目相比也有著巨大的優(yōu)勢。精度高，性價(jià)比高。普通非制導(dǎo)炮彈安裝精確制導(dǎo)組件等彈道修正引信后，可以升級(jí)成制導(dǎo)彈藥，所需的炮彈量減少，節(jié)省了采辦經(jīng)費(fèi)，減輕了后勤負(fù)擔(dān)。

（2）實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)庫存炮彈升級(jí)方便

精確制導(dǎo)組件可以旋入北約標(biāo)準(zhǔn)化引信室中。安裝后利用改進(jìn)型便攜式感應(yīng)炮兵引信裝定器對(duì)其進(jìn)行裝定／編程，大約10s便可將所有任務(wù)必需的數(shù)據(jù)傳給精確制導(dǎo)組件［7］。

2 彈道修正引信發(fā)展現(xiàn)狀

彈道修正引信典型產(chǎn)品有美國的XM1156精確制導(dǎo)組件（Precision Guidance Kit，PGK），美國和英、法等國研制的“斯塔爾”，法國研制的“桑普拉斯”和“斯帕西多（SPACIDO）”，德國的“彈道修正引信（TCF）”以及瑞典的“布洛姆薩”等［8］。

2.1 法國斯帕西多彈道修正引信

法國“斯帕西多”是一種非GPS 方案，引信外形如圖1所示。

圖1 斯帕西多彈道修正引信外形

發(fā)射時(shí)，火炮向目標(biāo)點(diǎn)更遠(yuǎn)的位置射擊，利用炮口測速雷達(dá)沿著射彈飛行軌跡測量射彈的速度變化。雷達(dá)解算出阻力減速板展開的最佳時(shí)機(jī)，并向射彈發(fā)送信號(hào)。彈丸在特定時(shí)機(jī)張開阻力片以減小速度和射擊距離，從而使彈丸落在預(yù)定區(qū)域［9］。

這種方法與基于GPS的距離修正引信相比，精度較低但成本效益較好。

斯帕西多地面站由引信裝定器、炮口初速測定雷達(dá)、彈道計(jì)算機(jī)和發(fā)射機(jī)組成。炮口初速測定雷達(dá)可以測距炮口5km 的速度，彈道計(jì)算機(jī)進(jìn)行彈道修正計(jì)算，發(fā)射機(jī)給引信發(fā)射修正指令。

引信有殺爆彈和子母彈兩個(gè)版本。配用于殺爆彈的修正引信具有修正和不修正可調(diào)、近炸、瞬發(fā)、延期和定時(shí)功能。

引信利用FRAPPE引信的部件，采用新一代射頻接收機(jī)、信號(hào)處理機(jī)、電池、安全和解除保險(xiǎn)裝置和傳爆序列。如圖2所示。

圖2 斯帕西多引信結(jié)構(gòu)

引信的關(guān)鍵技術(shù)問題是確定阻力機(jī)構(gòu)的作用時(shí)間，驗(yàn)證強(qiáng)度和性能。此外，阻力片機(jī)構(gòu)、天線、電源、電路都要集成到標(biāo)準(zhǔn)引信空間里［10］。

2.2 美國155mm 精確制導(dǎo)組件

155mm 精確制導(dǎo)組件關(guān)鍵技術(shù)是抗高過載GPS制導(dǎo)技術(shù)和固定鴨式舵氣動(dòng)力控制技術(shù)。該項(xiàng)目分段實(shí)施、螺旋發(fā)展［11］。

精確制導(dǎo)組件可通過連接螺紋旋入北約制式引信室中，僅需用其替換炮彈原裝普通引信即可。精確制導(dǎo)組件由炸高探測器、固定鴨式舵、GPS天線和接收機(jī)、信號(hào)處理器、M762安全與解除保險(xiǎn)裝置以及傳爆管等部件構(gòu)成（由于成本和體積的限制，該組件中沒有集成慣性制導(dǎo)裝置），如圖3所示。

圖3 ATK 公司精確制導(dǎo)組件及其鴨式舵結(jié)構(gòu)圖

配套設(shè)備有改進(jìn)型便攜式感應(yīng)炮兵引信裝定器和平臺(tái)集成組件等［12］。

安全與解除保險(xiǎn)裝置由后座鎖塊、滑塊、滑塊鎖銷、活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離心塊、離心簧等組成，如圖4所示［13］。

平時(shí)，后座鎖塊和離心塊分別將滑塊鎖定在保險(xiǎn)位置。如圖5所示。

發(fā)射時(shí)，后座鎖塊在后坐力作用下克服扭力簧抗力向下轉(zhuǎn)動(dòng)釋放滑塊，解除一道保險(xiǎn)，離心塊在離心力作用下克服離心簧抗力解除第二道保險(xiǎn)，滑塊運(yùn)動(dòng)到解除保險(xiǎn)位置。

圖4 安全與解除保險(xiǎn)裝置

圖5 安全與解除保險(xiǎn)裝置保險(xiǎn)狀態(tài)

離心保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：沒有使用傳統(tǒng)的圓柱形離心子和柱形簧，而是用了離心塊和板簧，其優(yōu)點(diǎn)是減小了徑向空間。

后座保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是用后座鎖塊和扭力簧取代傳統(tǒng)的后座銷和柱形簧，其優(yōu)點(diǎn)是減小了軸向空間。

精確制導(dǎo)組件采用小型貼片GPS 天線和GPS接收機(jī)，反應(yīng)靈敏，可迅速捕獲GPS 信號(hào)。經(jīng)加固封裝后，GPS 天線、接收機(jī)以及信號(hào)處理器中的電子器件能抗火炮發(fā)射時(shí)的高過載（約20kg）。信號(hào)處理器根據(jù)實(shí)時(shí)接收的GPS 信號(hào)對(duì)彈道進(jìn)行解算，預(yù)測彈丸落點(diǎn)，然后將預(yù)測值與發(fā)射前通過裝定器輸入的目標(biāo)位置進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)二者的偏差產(chǎn)生修正控制指令，并傳遞給固定鴨式舵［14］。

固定鴨式舵接收到控制指令，電磁感應(yīng)線圈控制鴨式舵相對(duì)于彈體的滾轉(zhuǎn)速度和姿態(tài)。當(dāng)鴨式舵穩(wěn)定地保持在某個(gè)滾轉(zhuǎn)姿態(tài)時(shí)，舵面產(chǎn)生的升力將為彈丸提供向特定方向轉(zhuǎn)向的修正力，因而能夠調(diào)整彈丸飛行軌跡，修正其射擊距離和方位，提高命中精度［15］。

應(yīng)用精確制導(dǎo)組件技術(shù)的XM395式120mm制導(dǎo)迫擊炮彈已裝備美軍。

PGK配用M795式不敏感炮彈的設(shè)計(jì)方案，去除了PBXN-9傳爆藥以及位于PBXN-9傳爆藥和IMX-104傳爆藥之間的氈墊，共有兩級(jí)傳爆藥，即IMX-104傳爆藥和PGK底部的PBXN-5傳爆藥。

2.3 多口徑彈道修正引信設(shè)計(jì)

美國發(fā)明專利US8513581B2I提出了一種二維彈道修正引信組件設(shè)計(jì)，可用于不同口徑的彈丸。通常彈道修正引信組件利用其上安裝的鴨式舵產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力修正彈丸的運(yùn)動(dòng)方向和射程。但用于155mm 口徑彈丸的鴨式舵，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力對(duì)于口徑較小的（比如105 mm）彈丸來說，會(huì)有些偏大。該發(fā)明提出的彈道修正引信組件，其鴨式舵的尺寸和形狀能夠調(diào)整，從而克服上述問題，滿足不同口徑彈丸的需求［16］。

如圖6所示，在鴨式舵底部有一個(gè)銷釘，為鴨式舵提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，其前方是鎖定機(jī)構(gòu)。在鎖定機(jī)構(gòu)下方的引信殼體上，還有三個(gè)槽。當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)將鴨式舵鎖定在其中某個(gè)槽中時(shí)，則鴨式舵相應(yīng)地處于三種不同姿態(tài)。鎖定機(jī)構(gòu)可以用推鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［17］。

圖6 可以調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)角度的鴨式舵設(shè)計(jì)

2.4 BAE系統(tǒng)公司阻力片專利

平板式氣動(dòng)阻力片設(shè)計(jì)存在的一個(gè)重大問題：當(dāng)阻力片／彈翼展開后，會(huì)產(chǎn)生馬格努斯力，干擾彈丸的飛行和彈丸的減速動(dòng)作。將阻力片的前表面設(shè)計(jì)成與彈丸軸線成一定夾角，則可以抵消或減弱阻力片展開期間及展開后的馬格努斯效應(yīng)，從而消除或緩解馬格努斯力矩對(duì)彈丸飛行的干擾。阻力片前表面或前表面的一部分，其法線方向與彈丸軸線成一定夾角［18］，如圖7所示。

圖7 專利中的一維彈道修正引信

阻力片的激活與張開動(dòng)作可以通過機(jī)械、電子、化學(xué)方式或火工品觸發(fā)。在圖8中，展開機(jī)構(gòu)控制阻力片的展開動(dòng)作。阻力片上有一個(gè)孔，其內(nèi)插入鎖緊銷。整套展開機(jī)構(gòu)中，僅需要一根鎖緊銷即可使所有阻力片保持收縮狀態(tài)。機(jī)械臂控制設(shè)有插入鎖緊銷的阻力片處于收縮狀態(tài)，并確保所有的阻力片同時(shí)展開。

圖8 機(jī)械式阻力片展開機(jī)構(gòu)

氣動(dòng)阻力片的展開時(shí)機(jī)可以根據(jù)目標(biāo)的位置和彈丸的位置確定。阻力片可以在彈丸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向心力或彈簧的推力，或其他彈性元件的推力作用下張開［19］。

3 彈道修正引信發(fā)展趨勢

美國XM1156精確制導(dǎo)組件成為第一個(gè)在大口徑榴彈上裝備的二維彈道修正引信。精確制導(dǎo)組件研發(fā)項(xiàng)目的成功，如下經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。

（1）制導(dǎo)化改造

依托精確制導(dǎo)組件項(xiàng)目，逐步推進(jìn)普通榴彈炮、迫擊炮炮彈的制導(dǎo)化改造［20］。

通過PGKⅠ、PGKⅡ和PGKⅢ三個(gè)階段的螺旋式發(fā)展，精確制導(dǎo)組件能夠?qū)崿F(xiàn)的打擊精度逐步提高，配用彈種和裝備的平臺(tái)不斷拓展。除精確制導(dǎo)組件項(xiàng)目本身外，美國正在圍繞該技術(shù)實(shí)施多項(xiàng)裝備計(jì)劃，如美國陸軍XM395 精確制導(dǎo)迫擊炮彈項(xiàng)目以及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)120mm 精確增程迫擊炮彈（PERM）研發(fā)項(xiàng)目等，均以精確制導(dǎo)組件技術(shù)為基礎(chǔ)?？梢钥闯觯狸戃娤Ｍ跃_制導(dǎo)組件項(xiàng)目為依托，全面推進(jìn)普通榴彈炮、加農(nóng)炮和迫擊炮炮彈的制導(dǎo)化改造。

（2）平臺(tái)的推廣應(yīng)用

以通用化、模塊化多選擇引信為基礎(chǔ)，結(jié)合成熟GPS制導(dǎo)技術(shù)，在某一平臺(tái)上取得成功后，可迅速推廣應(yīng)用到其他平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)低成本戰(zhàn) 略［21］。

精確制導(dǎo)組件采用模塊化設(shè)計(jì)思路，以通用化程度很高的M782 炮兵多選擇引信為基礎(chǔ)研制，而且應(yīng)用了目前較為成熟的GPS制導(dǎo)技術(shù)，與激光半主動(dòng)等其他制導(dǎo)技術(shù)相比，既能獲得較為理想的精度，又有顯著的價(jià)格優(yōu)勢。這一研制路線確保了精確制導(dǎo)組件的良好通用性和平臺(tái)適應(yīng)能力［22］。

美國雷聲公司在發(fā)明專利US8513581B2I中提出了一種可根據(jù)配用彈丸的口徑調(diào)整鴨式舵尺寸、形狀和偏角的二維彈道修正引信設(shè)計(jì)，從而避免因鴨式舵尺寸過大，或者偏轉(zhuǎn)角過大導(dǎo)致過大的操控力，使得彈丸失速翻轉(zhuǎn)的可能性［23］。

歐洲BAE 公司博福斯分部為彈道修正引信阻力片設(shè)計(jì)申請(qǐng)了專利，通過將阻力片的前表面（即面向彈丸飛行方向的一面）設(shè)計(jì)成與彈丸軸線成一定夾角，則可以抵消或減弱阻力片展開期間及展開后的馬格努斯效應(yīng)，從而消除或緩解馬格努斯力矩對(duì)彈丸飛行的干擾［24］。

彈道修正引信的發(fā)展方向是采用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、鴨式舵和阻力片技術(shù)為支撐的二維彈道修正引信。

4 結(jié)束語

一維彈道修正引信可以借鑒“斯帕西多”（SPACIDO，即“采用多普勒測速儀提高精度的系統(tǒng)”），結(jié)構(gòu)較為簡單，火控雷達(dá)和火控計(jì)算機(jī)協(xié)同工作，技術(shù)成熟，故設(shè)計(jì)難度不是很大。

二維彈道修正引信可以借鑒美國XM1156精確制導(dǎo)組件（Precision Guidance Kit，PGK），側(cè)重于“北斗”導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、空氣阻力技術(shù)?？傊?，彈道修正引信成本較低，精度較高，符合彈藥發(fā)展精確性和經(jīng)濟(jì)性要求，是常規(guī)彈藥發(fā)展的方向。

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