主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)與EFP戰(zhàn)斗部對(duì)抗過程

郭希維，趙 昉，姚志敏

(軍械工程學(xué)院 a.導(dǎo)彈工程系;b.軍械技術(shù)研究所，石家莊 050000)

對(duì)于坦克和裝甲車輛來說，采用增加裝甲厚度的方法，會(huì)對(duì)戰(zhàn)車的機(jī)動(dòng)性以及戰(zhàn)略空運(yùn)能力等產(chǎn)生極大限制作用，且效果不佳;而在戰(zhàn)車上安裝爆炸反應(yīng)裝甲雖然可有效提高其防護(hù)能力，但對(duì)于輕型裝甲車輛還存在不少困難。在這樣的背景下，新型主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的研制成為了目前各裝甲大國(guó)的熱門研究領(lǐng)域。主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的出現(xiàn)，也給反坦克導(dǎo)彈提出了新的挑戰(zhàn)。如何突破主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的防御，確立戰(zhàn)場(chǎng)上的主動(dòng)地位成為反坦克導(dǎo)彈領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。

1 主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)防護(hù)機(jī)理的不同，主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)又分為軟殺傷系統(tǒng)和硬殺傷系統(tǒng)。軟殺傷系統(tǒng)主要采用干擾或欺騙的方法，使反坦克導(dǎo)彈迷失方向，不能準(zhǔn)確命中目標(biāo);硬殺傷系統(tǒng)則是在反坦克導(dǎo)彈命中目標(biāo)之前，就將其摧毀或減小其對(duì)坦克的威脅。本文討論的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)主要指硬殺傷系統(tǒng)。

1.1 主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)總體原理

通常情況下，主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)由3 部分構(gòu)成:能探測(cè)威脅的1 個(gè)或多個(gè)傳感器;能識(shí)別威脅并啟動(dòng)對(duì)抗措施的計(jì)算與數(shù)據(jù)處理裝置;能摧毀或以其他方式使威脅失效的對(duì)抗措施［1］。其構(gòu)成及工作過程如圖1 所示。

圖1 硬殺傷主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作過程

當(dāng)探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到有彈藥攻擊車輛目標(biāo)時(shí)，跟蹤獲取來襲彈藥的攻擊方向、速度等信息，并將此信息傳送到控制中心，控制中心發(fā)送信號(hào)使相應(yīng)的發(fā)射裝置進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)來襲彈藥進(jìn)入攔截范圍時(shí)，控制中心根據(jù)來襲彈的信息計(jì)算合適的發(fā)射時(shí)刻，并發(fā)送射擊控制信號(hào)，使發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射攔截彈。當(dāng)攔截彈和來襲彈藥交匯時(shí)，攔截彈(可采用時(shí)間引信或拉火引信)爆炸形成大量高速破片毀傷來襲彈藥。根據(jù)交匯情況的不同，攔截彈可對(duì)來襲彈藥造成不同程度的毀傷。當(dāng)距離較近，有大量高速破片命中來襲彈藥時(shí)，可導(dǎo)致其戰(zhàn)斗部?jī)?nèi)炸藥燃燒或爆炸、威力降低或者改變角度［2］。

1.2 探測(cè)與識(shí)別技術(shù)

主動(dòng)防護(hù)技術(shù)是在探測(cè)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，故探測(cè)技術(shù)的高低直接影響著主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的防護(hù)效能。就現(xiàn)有主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)來說，主要有雷達(dá)探測(cè)和多頻譜光學(xué)探測(cè)2 種技術(shù)手段。

對(duì)于采用雷達(dá)探測(cè)手段的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)來說，其探測(cè)系統(tǒng)的主要技術(shù)要求可概括為:能探測(cè)近距離目標(biāo)，發(fā)射信號(hào)具有大的速度容限以及具有較精確的目標(biāo)速度估計(jì)和測(cè)距能力。同時(shí)，從安全角度考慮，戰(zhàn)場(chǎng)上任何裝備都應(yīng)該具備良好的工作隱蔽性和低可探測(cè)性。偽隨機(jī)碼調(diào)相連續(xù)波雷達(dá)正好滿足這些要求。連續(xù)波雷達(dá)由于采用多普勒、隨機(jī)編碼等技術(shù)，工作不需要加高壓，因此其電磁輻射的功率密度非常低，不易被敵方探測(cè);而且連續(xù)波雷達(dá)由于其信號(hào)上的連續(xù)性，其峰值功率一般不會(huì)太大，所以具有良好的工作隱蔽性和低可探測(cè)性能，大大增加了其生存能力。

考慮到雷達(dá)探測(cè)有可能使自身暴露而遭到敵方攻擊，光學(xué)探測(cè)也逐漸成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。多頻譜光學(xué)探測(cè)器主要用來探測(cè)對(duì)裝甲車輛有威脅的光源。根據(jù)光的大氣傳播特性，對(duì)裝甲車輛有威脅的光譜為:可見光(0.3 ～0.8 μm)、近紅外、3 ～5 μm 中紅外及8 ～14 μm 遠(yuǎn)紅外。多頻譜光學(xué)探測(cè)技術(shù)就是在主要威脅存在的幾個(gè)大氣窗口分別設(shè)計(jì)光學(xué)敏感元件以便在不同頻域?qū)ν{進(jìn)行復(fù)合探測(cè)。表1 列出了幾種主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)所采用的探測(cè)手段。

表1 幾種主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的探測(cè)手段

1.3 攻擊與毀傷技術(shù)

在與反坦克導(dǎo)彈對(duì)抗過程中，主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)來襲導(dǎo)彈的位置及速度，適時(shí)控制反擊彈發(fā)射、起爆，利用反擊彈破片及超壓場(chǎng)擊毀或擊爆來襲導(dǎo)彈，從而使其失去攻擊能力，以此來達(dá)到保護(hù)自己的目的［3］。

從目前各國(guó)研制的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)來看，主要的對(duì)抗彈藥有3 種:破片式彈藥、爆炸式彈藥以及制導(dǎo)彈藥。

破片式對(duì)抗彈藥沿固定、預(yù)先設(shè)定好的彈道發(fā)射次口徑對(duì)抗彈，并在距車輛固定、預(yù)先設(shè)定好的距離上爆炸，而不需要根據(jù)威脅的性質(zhì)和交戰(zhàn)的順序刻意設(shè)定彈道或選擇爆炸點(diǎn)。未來采用的更復(fù)雜技術(shù)的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)則有可能在時(shí)間和空間上控制次口徑對(duì)抗彈的爆炸時(shí)機(jī)，以達(dá)到最佳的對(duì)抗效果。爆炸式攔截彈通過爆炸效應(yīng)摧毀攻擊目標(biāo)，或利用爆炸產(chǎn)生的沖擊波使反坦克導(dǎo)彈偏離攻擊方向。前述2 種對(duì)抗彈藥均屬于非制導(dǎo)彈藥，而美國(guó)最新研制的“快速殺傷”主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)則采用了半主動(dòng)尋的導(dǎo)彈在距離車輛200 m處摧毀威脅，成為新型的“反導(dǎo)系統(tǒng)”。

2 EFP 戰(zhàn)斗部的形成機(jī)理及特性分析

就現(xiàn)有的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)來說，其迎擊起爆距離都比較近，一般在20m 以內(nèi)。如果反坦克導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部在20 m 以外或更遠(yuǎn)的距離起爆，彈丸高速飛行，就可在主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)彈藥到達(dá)迎擊點(diǎn)之前對(duì)坦克實(shí)施攻擊，從而突破主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。對(duì)于現(xiàn)有的反坦克導(dǎo)彈來說，一般采用的是空心裝藥聚能破甲戰(zhàn)斗部，需要碰擊到目標(biāo)才能起爆，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)射。這樣就需要采用爆炸成型彈丸戰(zhàn)斗部(explosively formed penetrator，EFP)。

2.1 EFP 戰(zhàn)斗部的形成機(jī)理

EFP 也稱為自鍛破片、爆炸成型侵徹體、P 裝藥(projectile charge)等，是由大錐角藥型罩或球缺罩翻轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的。聚能裝藥藥形罩一般分為高速射流和1 個(gè)很大的低速運(yùn)動(dòng)杵體，最后相互分開。射流約占藥形罩質(zhì)量的15%，其余為杵體。隨著藥形罩半錐角的增大，向內(nèi)壓垮的猛烈程度變小，相應(yīng)地，射流與杵體間的速度差亦變小。當(dāng)藥形罩半錐角α 接近75°時(shí)，射流與杵體接近同樣的速度，且難以區(qū)分，所以就形成為EFP。EFP 將以2 000 m/s 左右的速度沖擊靶板，傳遞約10 億瓦的能量，使被攻擊對(duì)象失去工作效能［3］。

2.2 EFP 戰(zhàn)斗部特性分析

EFP 繼承了成型裝藥的特點(diǎn)，但是其形成過程又與之完全不同。他通過爆炸使藥型罩翻轉(zhuǎn)變形，結(jié)果形成類似彈丸但速度比彈丸更大的大質(zhì)量“破片”，也有人稱其為彈丸。由于著靶的速度高，EFP 在侵徹過程中表現(xiàn)出優(yōu)于彈丸的特性。與射流相比，他具有3 個(gè)主要特性:①對(duì)炸高不敏感，在1 000 倍的裝藥口徑炸高上仍能很好地發(fā)揮侵徹效力，克服射流侵徹過分依賴炸高的缺陷。以120 mm 口徑的EFP 戰(zhàn)斗部來說，可對(duì)100 m 左右的目標(biāo)實(shí)施攻擊。②金屬射流是質(zhì)量較小且細(xì)而長(zhǎng)的金屬流，其質(zhì)量?jī)H為藥型罩質(zhì)量的20%左右;而EFP 是大質(zhì)量、大直徑的侵徹體，因此，EFP 侵徹靶板所形成的大穿孔和顯著的后效是其優(yōu)于射流侵徹的另一特色。③EFP 作為類似“固體”彈丸的侵徹體，其抗旋性明顯優(yōu)于類似“流體”的射流。

3 對(duì)抗過程分析

3.1 反應(yīng)時(shí)間分析

根據(jù)目前雷達(dá)的探測(cè)水平，對(duì)于目標(biāo)速度的分辨率可達(dá)到1%。而一般導(dǎo)彈目標(biāo)速度為100 ～500 m/s，攔截彈速度為1 200 ～1 500 m/s，其目標(biāo)探測(cè)距離應(yīng)在18.5 ～58.6 m，加上迎擊彈藥本身的限制，起爆迎擊的距離應(yīng)該在10 m左右。表2 列出了幾種典型主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的起爆迎擊距離。

表2 典型主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的迎擊距離

從表2 可以看出，攔截距離最遠(yuǎn)的是德國(guó)的“阿威斯”和以色列的“鐵拳”，在20 m 左右。如果EFP 戰(zhàn)斗部在20 m 以外的距離起爆，那么防護(hù)系統(tǒng)能否對(duì)來襲武器產(chǎn)生毀傷，還依賴于主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)本身的反應(yīng)時(shí)間。反應(yīng)時(shí)間是指主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到發(fā)射第1 發(fā)攔截彈的時(shí)間間隔。反應(yīng)時(shí)間是一項(xiàng)非常重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)參數(shù)，他描述了裝甲車輛的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)對(duì)發(fā)現(xiàn)來襲情況迅速做出反應(yīng)的能力。表3列出了幾種典型主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。

表3 典型主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間

縱觀目前已有的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，其中德國(guó)研制的AMAP主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)具有最短的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，但其僅僅停留在樣品階段。就目前比較成熟的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)而言，俄羅斯生產(chǎn)的“競(jìng)技場(chǎng)”反應(yīng)時(shí)間最短，為70 ms，其余普遍在200 ～400 ms。而對(duì)于EFP 的2 000 m/s 左右的飛行速度來說，如果反坦克導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部在20 m 以外或更遠(yuǎn)的距離起爆，彈丸高速飛行，則從戰(zhàn)斗部起爆到EFP 擊中坦克裝甲的時(shí)間大約為10 ms(按20 m 起爆計(jì)算)，遠(yuǎn)小于絕大多數(shù)主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，即主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)無法對(duì)EFP 進(jìn)行跟蹤、火控諸元解算和裝訂、攔截，從而EFP 可成功突破主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。

3.2 戰(zhàn)斗部起爆距離計(jì)算

通過上面的分析，可得到這樣的結(jié)論:采用EFP 戰(zhàn)斗部的反坦克導(dǎo)彈突破主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是可能的。而這又引出一個(gè)新的問題，在什么樣的距離上起爆更合適，既能突破主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，又能對(duì)裝甲目標(biāo)產(chǎn)生更大的毀傷。下面將對(duì)遠(yuǎn)射戰(zhàn)斗部的起爆距離區(qū)間進(jìn)行計(jì)算。

首先，要想突破主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，反坦克導(dǎo)彈EFP 戰(zhàn)斗部的最遠(yuǎn)起爆距離要小于主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的最短摧毀距離MDD。而最短摧毀距離取決于3 個(gè)因素:系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間T、來襲威脅的飛行速度V、攔截點(diǎn)與平臺(tái)外部結(jié)構(gòu)之間的距離P。因此，某種威脅的最短摧毀距離可以按照式(1)計(jì)算

從式(1)中可以看出，對(duì)于某一特定主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)而言，最短摧毀距離僅取決于來襲威脅的速度。因此，可以得出結(jié)論:如果某威脅是從比最短摧毀距離還近的距離上發(fā)射的，主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)將無法對(duì)威脅作出反應(yīng)，因此也無法摧毀該威脅［6］。以俄羅斯的“競(jìng)技場(chǎng)”為例，其反應(yīng)時(shí)間T 為70 ms，攔截距離P 為3. 9 m，假設(shè)EFP 戰(zhàn)斗部的飛行速度為1 500 m/s，則其最短摧毀距離MDD 為108.9 m。也就是說，要想突破“競(jìng)技場(chǎng)”的攔截，那么EFP 戰(zhàn)斗部必須在距離車輛108.9 m 以內(nèi)起爆，從而確定了戰(zhàn)斗部的最遠(yuǎn)起爆距離。

EFP 戰(zhàn)斗部的最近起爆距離首先受主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)起爆迎擊距離的限制。也就是說，EFP 戰(zhàn)斗部的最近起爆距離要遠(yuǎn)于主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的迎擊起爆距離。下面將進(jìn)一步分析最近起爆距離與主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)攔截彈速度、反坦克導(dǎo)彈飛行速度、EFP 戰(zhàn)斗部速度的關(guān)系。本文采用常速度(CV)模型進(jìn)行分析，如圖2 所示。

圖2 EFP 戰(zhàn)斗部攻擊坦克示意

假設(shè)反坦克導(dǎo)彈、EFP 以及主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)攔截彈均做勻速直線運(yùn)動(dòng)，且飛行軌跡在同一直線上。O 為坦克所在點(diǎn)，C為主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)防御面與導(dǎo)彈飛行軌跡交匯點(diǎn)(即在原有導(dǎo)彈飛行狀態(tài)下攔截彈與目標(biāo)導(dǎo)彈的彈目交匯點(diǎn))，反坦克導(dǎo)彈飛行至A 點(diǎn)時(shí)遠(yuǎn)射戰(zhàn)斗部起爆并釋放EFP，此后母彈與EFP 同時(shí)飛向目標(biāo)(考慮到主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)無法跟蹤EFP 并對(duì)其進(jìn)行火控?cái)?shù)據(jù)的裝訂，所以假設(shè)攔截系統(tǒng)按原計(jì)劃發(fā)射，在此處忽略戰(zhàn)斗部爆炸對(duì)母彈飛行狀態(tài)的影響，認(rèn)為母彈飛行狀態(tài)不變)，反坦克導(dǎo)彈飛行至B 點(diǎn)時(shí)，主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)攔截彈發(fā)射，臨界狀態(tài)下此時(shí)EFP 應(yīng)恰好飛行至O 點(diǎn)擊中坦克。

其時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系為

其中:VL為攔截彈速度;VM為反坦克導(dǎo)彈母彈速度;VEFP為EFP 飛行速度。例如，當(dāng)SOC=4 m，VL=1 500 m/s，VM=300 m/s，VEFP=2 000 m/s 時(shí)，計(jì)算可得SAO≈5.65 m，因此，此時(shí)反坦克導(dǎo)彈遠(yuǎn)射戰(zhàn)斗部的最近起爆距離為5.65 m。同樣，當(dāng)SOC=6 m，VL=1 200 m/s，VM=300 m/s，VEFP=2 000 m/s 時(shí)，計(jì)算可得SAO≈8.82 m，此時(shí)反坦克導(dǎo)彈遠(yuǎn)射戰(zhàn)斗部的最近起爆距離為8.82 m。

通過用以上方法進(jìn)行分析，進(jìn)一步得到了EFP 戰(zhàn)斗部在攔截距離以外的最近起爆距離。

4 結(jié)束語

本文在總結(jié)主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了EFP 戰(zhàn)斗部的形成機(jī)理及主要特性。進(jìn)而深入研究了EFP戰(zhàn)斗部與主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的對(duì)抗過程，并得出結(jié)論:EFP 戰(zhàn)斗部突破主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是可能的。同時(shí)，對(duì)EFP 戰(zhàn)斗部的最近和最遠(yuǎn)起爆距離進(jìn)行了計(jì)算，可為EFP 戰(zhàn)斗部的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

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