舰炮制导炮弹发展趋势研究

由于制导炮弹的技术复杂性以及海军舰炮与陆军 火炮在使用条件和环境上的差异， 使得在大口径舰炮 弹药上移植制导炮弹技术并不是简单的引用， 必须对 相关技术进行适当改进、调整、适配设计。 3.2.1 小型化
由于“红土地”用于陆军152 mm火炮，其主要部分 及总体结构均是为152 mm火炮设计的，相对于130 mm 舰炮，其总体尺寸偏大，如果在130 mm 舰炮上移植制 导炮弹技术，其中引导头、自动驾驶仪、战斗部、尾翼、 助推发动机以及药筒均要进行适应性设计、改进，以满 足大口径舰炮系统的要求。 我国在制导控制组件的小 型化领域技术储备并不十分充足， 这将成为一个关键 问题。 3.2.2 抗高过载技术
从制导炮弹的技术发展途径和我国的技术发展水 平看，舰炮制导炮弹的发展也应遵循由简单到复杂的原 则，首先解决有无问题，短期内在大口径舰炮上移植激 光半主动末制导炮弹及相关技术，使大口径舰炮具备一 定距离内的精确打击能力，利用便携式 ／ 机载 ／ 舰载激光 照射器完成目标引导、照射，实现对点目标的精确打击， 解决作战的急需；在新的制导技术(双色红外 ／ 主动毫米 波或电视图像制导)成熟后，再采用新制导体制，利用增 程技术，增大舰炮射程，实现远距离精确打击。 3.2 关键技术分析
在早期设计中，EX - 171 增程制导炮弹 ( ERGM) ,每发ERGM 的战斗部装载72 枚EX -1子弹药，即陆军 的M-80子弹药，目前选用的是18 kg的单一战斗部，后
收 稿 日 期 ：2009-07-27 作 者 简 介 ：曾 国 强 （1979-），男 ，湖 南 衡 阳 人 ，助 理 工 程 师 ，硕 士 ，主 要 从 事 舰 炮 武 器 系 统 的 研 究 工 作 。
>20 000
>20 000
<75
<20
<1
<9
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<1
<131 cm3
<65. 5 cm3
<32. 8 cm3
—
—
<＄1 200
系的上方位作为测量基准。 一般导弹上的滚转姿态陀
螺，在发射前定位启动，其零位指向地球坐标系的上方
位，发射后依靠陀螺的定轴性，可以自始至终标定出地
球坐标系的上方位。但对于制导炮弹，由于火炮发射时
第 24 卷第 6 期(总第 112 期) Vol.24 No．6 (SUM No．112)
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
2009 年 12 月 Dec ． 2009
舰炮制导炮弹发展趋势研究
曾国强
（郑州机电工程研究所，河南 郑州 450015） 【摘 要】 以舰炮制导炮弹为研究对象，简要介绍了国外海军舰炮制导炮弹的发展过程，总结出舰炮制导炮弹的发 展趋势；结合国内海军舰炮制导炮弹的发展现状，提出对发展我国舰炮制导炮弹的一些建议；并结合舰炮武器系统 的使用特点和使用环境，简要分析在我国大口径舰炮移植制导炮弹技术的关键问题。 【关键词】 制导炮弹；舰炮；发展趋势；关键技术 【中图分类号】 E924.91 【文献标识码】 A 【文章编号】 1003-773X（2009）06-0044-03
为了测量飞行器的姿态角， 必须标定出地球坐标
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机械管理开发
2009 年 12 月
表1
各项指标 抗 过 载 /g 陀 螺 漂 移 /(°)/h 加 速 度 误 差 /mg
体积 成本
美 国 MEMS－IMU三 阶 段 的 指 标
阶段1
ห้องสมุดไป่ตู้阶段2
阶段3
>10 000
0引言 高技术条件下的局部战争中， 大口径舰炮使命任
务已经主要由对舰、 对空兼顾对岸作战改变为主要承 担对岸火力支援兼顾反舰防空。 大口径舰炮作为海上 水面火力支援的重要武器，在登陆部队登岸以后，在扩 大滩头阵地及向纵深挺进的同时， 能够提供持续的火 力支援， 以使登陆部队避免或减少损失； 在对海作战 中，大口径舰炮是打击小型导弹艇的理想武器；另外， 舰炮还是海上巡逻中必须的武力威慑与警告手段。
高新技术条件下的局部战争， 要求弹药在更远的 距离上歼灭敌人， 因此增大弹药的射程成为各国弹药 发展的首要目标。国外舰炮制导炮弹基本都是增程弹。 美国127mm舰炮使用传统弹药的射程仅为24 km，而远 程 精 确 制 导 炮 弹 的 最 大 射 程 可 达111 km （60海 里 ）。 111 km 的 射 程 在 战 术 上 意 味 着 “44.5 +22.5 +41” — 44.5 km（24海里）是作战舰艇离岸的通常距离，22.5 km （14海 里 ）是 海 岸 向 内 陆 延 伸 受 盟 军 部 队 保 护 区 域 的 宽 度，而41 km（22海里）是敌军陆地火炮的最大射程。 也 就是说， 舰炮制导弹药能够使海军舰艇在安全的离岸 距离上， 有效打击陆上对友军登陆部队构成威胁的敌 军支援火力。EX-171增程制导炮弹( ERGM)和ATK公司 的BTERM均采用火箭助推并滑翔增程； 意大利的127 mm“火山”采用了“次口径+尾翼稳定”的增程技术，最大 射程也达到100 km；此外，底部排气、气动升力面及冲 压喷气发动机等增程技术也得到了广泛应用。 1.4 借用为陆军研制的制导弹药
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曾 国 强 ，等机：舰械炮管制 导理炮开弹 发发展 趋 势 研 究
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者在对付有一定防护能力的高价值目标时更高效； BTERM-Ⅱ的 战 斗 部 为 预 制 破 片 钨 质 壳 体 ， 重 量 11kg， 不仅保留了炮弹原始的对战场上软目标的杀伤功能, 也可以实现对装甲等硬目标进行精确杀伤；意大利“火 山 －B” 型 精 确 制 导 弹 药 配 用 专 为 反 舰 设 计 的 半 穿 甲 战 斗部。 1.3 不断提高射程
陆用制导炮弹最大发射初速在550 m/s左右，其最大 抗过载为10 000 g，而大口径舰炮初速是850～950 m/s，发 射制导弹时的最大过载可达12 000 g。 弹上制导控制 组件要承受住发射时的高过载,是一项关键技术。 近年 来 飞 速 发 展 的 MEMS （ 微 机 电 ） 技 术 , 不 仅 成 本 低 、 体 积 小,而且具有抗高过载的特点,是解决抗高过载问题的 一个途径。表1为美国发展MEMS－IMU三个阶段的各项 指 标 [2]。 3.2.3 空间定向技术
目前， 国外在研的陆军增程制导弹药研制项目有 雷 声 与 博 福 斯 公 司 联 合 研 制 的 155 mm “ 神 剑 ”GPS/ IMU增程制导弹药，法国GIAT公司“鹈鹕”155 mm末制 导弹药等。 随着德国率先试验将陆军155 mm自行榴弹 炮安装在护卫舰上， 包括英国在内的多个国家制定有 155 mm舰炮发展计划。 借用为陆军研制的增程制导弹 作为海军炮射远程制导弹药， 为海军发展舰炮制导弹 提供了一个高效、低成本的新思路。 2 发展趋势
可以看出,舰炮制导炮弹的从无到有,不断发展和 改进, 都与其相关技术的发展密不可分。 正是制导技 术、 战斗部技术以及发动机技术等相关成果在炮弹上 的应用,才使得制导炮弹逐渐发展和完善。 在制导炮弹 发展和完善的过程中,对“远（射程）、准（精度）、狠（威 力）”的追求是永恒的主题[1]。 提高射程是发展舰炮制 导弹药的前提， 只有大幅度提高射程才能有效利用制 导技术提高命中精度； 命中精度是实现远距离精确打 击的关键；在追求射程和精度的同时，一定程度上势必 影响威力，所以研究新型高效毁伤技术成为必然。从经 济性、作战使用和可靠性角度考虑,低成本、模块化、
“发射后不管”、灵巧化、多用途将是舰炮制导炮弹遵循 的发展方向。 3 在我国大口径舰炮上移植制导炮弹技术的分析
我国海军舰艇尚未装备制导炮弹， 舰炮制导炮弹 的发展研究也正处于起步阶段， 对舰炮制导炮弹的战 术、技术需求研究已经展开。 随着对俄罗斯陆军“红土 地”激光半主动制导炮弹的仿制生产成功，正着力研制 技术性能更高、 更加优越的新型制导炮弹。 这为在我 国大口径舰炮上移植制导炮弹技术奠定了基础。 3.1 发展思路
式，具有“发射后不管”的能力。 1.1 制导系统的改进
1994年， 美国德州仪器公司以127 mm EX-171式 火箭 助 推 增 程 制 导 炮 弹 （ERGM）项 目 率 先 登 场 ，1996 年开始进行小型化全球定位系统/惯性导航系统(GPS ／ INS) 的 研 究 与 试 验 ， 为 这 类 超 远 程 炮 弹 的 研 制 奠 定 了 技术基础。 1999年12月， 该制导弹药项目转至雷锡恩 系统公司亚利桑那州的塔克森工厂进行生产， 并在尤 玛靶场成功地进行了关键性的系列发射试验， 型号定 为EX-171。在此基础上，美国又开展了155mmERGM的 研制工作。 二者采用的主要技术均相同： 利用全球定 位/惯性导航系统（GPS/INS）制导控制技术，GPS接收机 在炮弹出炮口6 s内即可扑捉到GPS信号，依靠4颗GPS 卫星进行稳定测量， 确定炮弹的位置和速度；INS可以 测出弹体的角速率和角加速度。 利用这些信息， 可以 控制炮弹飞向目标。 在预筹产品的改进型中该弹还将 采用红外成像导引头， 进一步提高命中率。 2004年， ATK公 司 的 火 箭 助 推 远 程 制 导 弹 药 （BTERM）加 入 了 竞争，获美国 海 军 资 助 研 发 关 键 的 微 机 电 （MEMS）系 统 ，如 微 机 电 系 统 环 形 旋 转 传 感 器 （MARS）， 导 弹 /炮 弹 加 固 精 度 传 感 器 （HPSFMP）， 以 得 到 超 低 成 本 、 高 性 能 的制导和控制单元。
然而，大口径舰炮对抗的岸基残存高威胁火力点、 观察通讯所、 小型水面舰艇以及岸上机动目标等点目 标时， 采用普通弹药时需发射大量的炮弹来命中点目 标，不仅效率低，耗弹量大，并且用时较长。而制导炮弹 具有射程远、精度高、反应速度快等特点。 为填补舰炮 武器系统对岸、对海攻击能力不足的弱点，并使水面舰 艇拥有对岸上部队进行精确火力支援和精确打击水面 目标的能力， 发展舰炮制导炮弹是舰炮实现精确打击 的最终手段。 1 国外舰炮制导炮弹的发展过程
的高过载，陀螺不能在发射前启动，只能发射后在弹道
上某点解锁启动，因此定向问题成为一项关键技术。通
常利用陀螺内外环摆角与炮弹上方标志及重力方向间
的关系，来确定重力上方基准；对于采用捷联惯导系统
(SINS) 的制导炮弹, 可利用两个横向角速率陀螺的测
量值来计算初始滚转角,从而确定出重力上方基准[3]。
3.2.4 增程技术
英国155 mm弹道修正尾翼稳 定 增 程 制 导 弹 药 项 目是在155 mm/52倍口径的线膛火炮系统下，以945m/s 的最大速度来发射长为1 620 mm、 质量为45 kg的炮 弹，也采用GPS/INS末制导方式。 意大利127 mm舰炮增 程制导炮弹，采用次口径尾翼稳定和定装式结构，以及 GPS/INS末制导方式，还考虑采用红外成像或其他类型 的末制导导引头，用于反舰任务。 1.2 战斗部的多用途和高效化
自 20 世纪 70 年代起，欧美已经开始研制用于舰 炮的制导炮弹。 到 80 年代中期，美海军首先研制出了 “DEADEYE”127 mm激光半主动末制导炮弹， 该炮弹 由火箭增程，射程为 36 km，首发命中率为83 %。
舰炮所执行的任务和作战环境与陆炮有较大的差 别，而采用激光半主动末制导方式的炮弹，由于激光目 标指示器的作用距离有限， 且光束在海面环境中易散 发；在末制导阶段,激光指示器必须连续不断地照射目 标, 致使前方照射人员或无人驾驶机长时间暴露在敌 方阵地前沿,易受敌方的反击和烟雾干扰。 因此在欧美 各国大力发展射程超过100 km的超远程火炮的同时， 也开始了与其匹配的第二代制导炮弹的研制。 第二代 制导炮弹综合采用各种增程手段，采用毫米波、红外成 像以及全球定位/惯性导航系统 （GPS/INS） 等制导方
舰炮在对岸火力支援中, 特别是要在射程上满足
应召射击的要求， 要充分发挥舰炮制导炮弹精确打击
的威力,必须提高舰炮制导炮弹的射程。 制导炮弹提高