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制导炮弹 欧美海军的新宠

作者:jnscsh   时间:2021-06-30 09:09:52   浏览次数:

往往组合使用不同的增程技术,以实现最佳的增程效果。

增程制导弹药

1994年,美国海军与得克萨斯仪器公司签订合同,开始为MK-45 Mod4型127毫米舰炮研制远程制导炮弹,即EX-171“增程制导弹药”(ERGM)。

ERGM长1.55米,重50千克,外形就像一枚导弹。其基本设计实际源于“死眼”半主动激光制导炮弹,但采用了GPSANS复合制导和火箭助推—滑翔增程技术,据称最大射程可达111千米,精度为10-20米。制导系统是Draper实验室研制的“低成本制导电子单元”(LCGEU),主要由GPS接收机、惯性传感器、信号处理器、电源、环境装置等部件组成,采用模块化设计,因此必要时可以方便地更换部件。为了降低成本,LCGEU大量使用了廉价的民用元件,如每轴价格仅为30美元的加速度计,使得ERGM的单价基本可以实现5万美元的预定目标。

ERGM发射后沿弹道飞行,火箭发动机随后点燃。到达弹道最高点时,制导系统控制弹头前端的鸭式舵展开,并捕捉GPS信号。下落到合适位置时,以亚音速向目标滑翔飞行。到达目标上方后垂直落下,以最大限度地发挥战斗部的效能。ERGM最初选用的是子母式战斗部,内装72枚EX-1子弹药,后来改用18千克的单一式战斗部。

由于比普通的海军炮弹长,ERGM发射时需要两次装填,因此射速从最初设想的20发/分减为10发/分,但它具有所谓“多弹同时弹着”能力,即先后发射的多发炮弹通过不同的弹道和飞行时间,可在同一时间抵达目标,使一门舰炮实现多门舰炮齐射才能达成的效果。就ERGM而言,每分钟发射的10发炮弹可在同一时间命中55千米处的目标,这意味着首次命中就能置目标于死地,不给目标留下任何逃生的机会。如果ERGM采用10发齐射方式,可以完全覆盖450米x100米的区域。

由于射程和重量因素,ERGM发射时的炮口动能高达18兆焦(普通炮弹仅为10兆焦),因此对火炮身管提出很高要求。为此,美国海军特地为Mk-45Mod4舰炮加固了身管。即便如此,发射ERGM仍然会大大降低身管的寿命。例如,Mk-45 Mod4舰炮身管能够发射超过8 000发普通炮弹,但只能发射不到3 000枚ERGM』匝便说明的是,Mk-45Mod4型舰炮目前已列装部分“阿利.伯克”级驱逐舰,该级舰的大型弹药库可容纳232枚ERGM和232枚普通炮弹。

1996年7月,ERGM进入工程研制阶段,此时得克萨斯仪器公司刚被雷锡恩公司兼并,后者顺手接过了其研制工作。从2002年开始,ERGM开始了一系列发射试验。2002年5月在尤马靶场,该弹在发射试验中验证了一些关键功能,如适时启动火箭发动机、展开鸭式舵、准确接收GPS数据以及验证攻击精度等。2003年10月,1枚ERGM从127毫米身管发射后,被制导至82千米外,落在距离目标10米处。2005年2月,雷锡恩公司又在白沙靶场发射了2枚ERGM,其中1枚准确命中74千米外的目标并引爆战斗部,但另1枚由于制导系统的原因未能命中目标。

尽管ERGM的研制和试验工作取得了可观的进展,但也存在工程延误和经费攀升的问题,导致其服役时间从原计划的2002年不断后延。2004年3月,美国国家审计局指出,ERGM的一些关键技术还没有成熟,建议海军同时评估其它方案。6个月后,GAO在另一份报告中指出,ERGM的服役时间将推迟到2011年。这些都为ERGM的前景蒙上了一层阴影。

弹道增程弹药

在ERGM受到国会质疑的情况下,美国海军启动了一项名为“增程弹药”(ERM)的竞争计划,将阿连特技术系统公司的“弹道增程弹药”(BTERM)纳入考察范围。2004年5月,阿连特技术系统公司获得一份价值3 000万美元的合同,任务是在16个月内对BTERM-Ⅱ方案进行验证。美国海军打算在2006年中期对ERGM和BTERM—Ⅱ方案“二选一”,获胜的承包商将在2008-2009年提供60枚样弹用于系统开发论证,2011年实现初始作战能力。

BTERM-Ⅱ由先前的“海军自主支援炮弹”(ANSR)发展而来,后者也是一种远程制导炮弹,采用GPS/INS复合制导和火箭增程技术。在2002年1月进行的无制导试验中,ANSR由传统的Mk—45 Mod2型和Mod4型舰炮发射,射程分别达到94千米和100千米。2003年9月,在白沙靶场的第一次制导试验中,ANSR在3分钟内飞行了87千米,圆概率误差为20米。与ANSR相比,BTERM-Ⅱ在火箭发动机、制导系统等方面进行了改进。

BTERM-Ⅱ与ERGM有不少相似之处,例如同为127毫米口径和1.55米长,同样采用Draper实验室的LCGEU制导系统和火箭增程技术,并在弹体前端设有鸭式舵,射程预计同为111千米。不同的是,BTERM-II的重量稍轻(46.5千克),结构相对简单,价格更为低廉;沿弹道轨迹飞行,弹体呈旋转状态;不需要特制的发射药,可由现有的Mk-45Mod2型舰炮发射;战斗部为预置破片钨质壳体,由“哈姆”反辐射导弹战斗部演变而来,重量仅11千克,杀伤性能出色。相对欠缺的是,BTERM-Ⅱ的射速较低,仅为5—10发/分,但这一问题可通过为舰炮增加自主弹药识别系统来缓解。

2006年1月21日,阿连特技术系统公司成功地对BTERM-Ⅱ进行了一次无助推近程制导飞行试验,炮弹飞行了13千米,落在距目标2米处。据称,此次试验达成了全部试验目标,包括炮弹的高过载生存力、炮口飞出情况、制导精度和下落角度等。2006年春季BTERM-Ⅱ还将进行一系列工程试验,以便为未来的制导与助推飞行试验做准备。

远程对地攻击弹

除了实施“增程弹药”计划外,美国海军目前还在为DD(X)驱逐舰研制“远程对地攻击弹”(LRLAP)。研制工作由洛克希德·马丁公司承担。作为一种火箭助推的GPS制导炮弹,LRLAP弹长2.45米,重118千克,携有12千克重的破片杀伤战斗部,预计最大射程可达154千米,从而成为美军历史上射程最远的制导炮弹。在DD(X)驱逐舰上,该弹将由155毫米62倍口径的“先进舰炮系统”(AGS)发射,射速定为12发/分。

在2005年6月的一次发射试验中,一枚LRLAP成功地达到了制导炮弹有史以来的最远射程——111千米。在此之前,洛克希德·马丁公司已先后完成了制导系统的坚固性(是否能经受火炮发射时的巨大加速度)、火箭发动机性能、鸭式舵展开、GPS信号捕获等测试,并完

成了GPS制导下的稳定飞行和机动飞行试验。2005年底,LRLAP结束工程研制阶段,进入为期三年的系统开发阶段。预定到2010年,该弹将大批量投产。

尽管LRLAP计划进展顺利,相关的“先进舰炮系统”和自动装填系统也都通过了试验,但由于受DD(X)驱逐舰计划的牵连,其前景并不乐观。目前,DD(x)的研制成本不断增加,令美国国会忧心忡忡,甚至有传言这种驱逐舰可能仅建造2-3艘。如果传言成为现实,无论是“先进舰炮系统”还是LRLAP都难免受到影响。

法国“鹈鹕”

法国地面武器工业集团公司正在研制的“鹈鹕”制导炮弹,能供陆军和海军的155毫米火炮使用,有望在2015年投入装备。

与美国的ERGM和BTERM类似,“鹈鹕”也采用GPS/INS复合制导,圆概率误差在10米左右。该弹有远程和超远程两种型号。远程型“鹈鹕”长0.9米,重47千克,采用滑翔设计,射程超过60千米,可携载3枚“博纳斯”攻顶子弹药或63枚多用途子炸弹。超远程型“鹈鹕”加装了火箭发动机,射程可达85千米,弹长1.4米,重61千克,可以发射4枚“泥鸽”子弹药或77枚多用途子炸弹。其前部为飞行控制模块,中部为有效载荷,尾部设置尾翼和火箭发动机。发射前,火控系统将目标信息输入炮弹;从炮管射出后,火箭发动机启动;在飞行过程中炮弹靠尾翼保持稳定,60秒后达到大约14千米高度,此时鸭式舵开始发挥作用;在之后的飞行过程中,炮弹在GPSANS的控制下飞向目标。

意大利“火山”

2003年,奥托·梅莱拉公司开始为意大利海军的127毫米舰炮和陆军的155毫米火炮研制“火山”系列远程炮弹。其中,127毫米的制导型由意大利与荷兰联合投资。

从结构上看,“火山”炮弹由2个独立部分组成:一个可自由旋转的尾部(包括战斗部)和一个固定的头部,头部设有4个鸭式舵,用于控制弹药的飞行轨迹。由于未采用火箭增程技术,而是选择了次口径+尾翼稳定的设计,“火山”外形相对紧凑,可以像普通海军弹药一样一次装填发射,从而实现35发/分的全射速,同时实现了射程要求的1200米/秒炮口初速。高射速使得该弹以“多弹同时弹着”方式发射时,可在20-80千米距离内让5~10发炮弹同时命中目标。其预置破片战斗部重15千克,内含2.5千克的高性能炸药,杀伤半径20-40米。该弹可由传统的54倍口径舰炮发射,也可由新研制的64倍口径舰炮发射,后一种条件下可使射程额外增加20千米。“火山”系列远程炮弹有3种型号。

“火山”-A为无制导增程型,预计2008年交付部队。该弹长950毫米,重29千克,脱壳后重18千克,射程为70千米,采用多用途引信,除打击水面舰艇和实施对陆火力支援外,还具备一定的防空作战能力,但前提条件是射速需要提高到45发/分。

“火山”-B为精确制导型,预计2011年投产。其射程为90千米,装有专为反舰作战设计的红外引信,配用半穿甲战斗部。在2 500米高度、距目标约6 000米时,该弹启动寻的系统搜索目标,单发命中率约80%。

“火山”-C为远程型,射程达到100-120千米,主要用于对陆攻击,预计2011年投产。该弹采用GPS/INS复合制导,滑翔阶段以超音速飞行,飞抵目标上空后进行垂直攻击。据称,即便在弹道末段接收GPS信号受到干扰时,其精度预计也可达到20米,甚至更高。如果加装半主动激光导引头,精度可进一步提高到3米。“火山”-C还可能衍生两种变型:采用半主动激光寻的、可攻击机动目标的C1型;装有上行数据链、可更新目标位置数据的C2型。

意大利“飞镖”

以上介绍的几种制导炮弹无一例外是针对对岸攻击任务的,但奥托·梅莱拉公司的另一种制导炮弹——“飞镖”(DART),却将注意力集中在舰艇的反导自卫上。

奥托·梅莱拉公司的76毫米/72倍口径舰炮被认为是迄今最成功的多用途舰炮,可以执行多种作战任务,如今意大利海军又赋予了它最新使命——反导自卫。众所周知,对于76毫米这类中口径舰炮来说,无法以高密度弹幕实施反导自卫,用无制导炮弹拦截高速机动的反舰导弹时会遇到很多问题,最主要的就是难以确定拦截点的位置。假设最佳拦截距离是一定的,那么对于诸如“飞鱼”等亚音速导弹,就必须在它距舰6~7千米时开火;对于超音速导弹,开火时间还要更早。炮弹飞抵预定拦截点至少要几秒钟,而预测导弹几秒后的位置无疑相当困难。意大利海军经过评估,将希望寄托在高射速精确制导炮弹上,并认为这种反导措施与导弹反导方式相比,具有单次作战成本低、全寿命周期费用低、作战反应时间短、可靠性高等优点,而且随着各种新技术的使用,单次作战发射的炮弹数量将大大减少,可从10~12发降低到3~4发。正是基于这些考虑,意大利海军启动了“大卫—斯特莱斯”(Davide-Strales)反导系统计划,“飞镖”则是该系统的核心。

与“火山”炮弹类似,“飞镖”采用次口径+尾翼稳定设计,炮口初速达1 200米/秒,在5秒内可飞行5千米。其理论最大射程为35千米,但考虑到精度等因素,有效射程一般为8-10千米。不过,按照1 200米/re)"的炮口初速,火炮发射时将产生高达3 000g的加速度,因此,如何提高弹内电子元件的抗冲击性成为研制人员最头疼的问题之一。“飞镖”在滚转翼稳式弹体上有四个部件:控制滚转和偏航的鸭式舵,3A+近炸引信,预制破片战斗部,用于连续接收舰炮指令的无线电接收机。所谓3A+,是指这种引信具有近炸、碰炸、延迟爆炸以及时间控制空爆四种预编工作模式。执行反导任务时,主要使用近炸模式,引爆距离为10米,最低可在海平面上2米的高度工作。预制破片战斗部重2.5千克,由高爆炸药、钨制弹丸、钢制壳体组成,对导弹的有效杀伤距离超过10米。制导系统采用瞄准线指令制导技术,Ka波段连续波制导雷达可同时引导多枚“飞镖”实施拦截。

到目前为止,奥托·梅莱拉公司已先后对多个独立部件进行了地面试验和弹载试验,包括鸭式舵、热电池、无刷微电机、微机电系统等。从2003年1月开始,“飞镖”进行了多次无制导飞行试验。2005年1月、4月和6月又进行了受控飞行试验,成功验证了在无线电指令控制下的机动飞行能力。按照目前计划,该弹将于2007年开始大批量生产。

综上所述,目前西方国家海军发展制导炮弹已渐成气候,尽管有的研制计划可能因技术或其它原因而影响了进展,但制导炮弹上舰使用已经是必然趋势,只是它们未来在实战中究竟能起多大作用还不得而知。从陆军的经验看,制导炮弹的意义似乎更多体现在多了一种选择,从海湾战争到伊拉克战争,炮兵作战一直是普通炮弹在唱主角。不过,这并没有影响海军对制导炮弹的兴趣,因为就对陆攻击任务而言,制导炮弹确实艇飞是一种不错的选择。

[编辑/严晓峰]

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