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    適應(yīng)遠海訓(xùn)練的操雷技術(shù)需求及可行性方法

    2016-09-12 10:04:20劉海光王桂芹
    水下無人系統(tǒng)學(xué)報 2016年4期
    關(guān)鍵詞:遠海航程魚雷

    劉海光, 李 偉, 王桂芹

    (1. 海軍航空工程學(xué)院 青島分院, 山東 青島, 266045; 2. 海軍潛艇學(xué)院, 山東 青島, 266199)

    適應(yīng)遠海訓(xùn)練的操雷技術(shù)需求及可行性方法

    劉海光1,2, 李 偉2, 王桂芹2

    (1. 海軍航空工程學(xué)院 青島分院, 山東 青島, 266045; 2. 海軍潛艇學(xué)院, 山東 青島, 266199)

    針對目前魚雷遠海訓(xùn)練的實際需求, 依據(jù)操雷技術(shù)現(xiàn)狀及遠海海洋環(huán)境特點, 分析了遠海操雷實射訓(xùn)練中可能存在的問題及技術(shù)需求, 從魚雷技術(shù)層面探索了解決問題的主要方法, 提出了滿足操雷遠海訓(xùn)練需求的動力適配性、免回收自沉、數(shù)據(jù)回傳及信息自毀等可行性技術(shù)設(shè)想。文中研究的內(nèi)容可為魚雷裝備研制提供參考, 也可促進部隊合理使用武器以提升訓(xùn)練水平。

    操雷; 遠海; 免回收; 數(shù)據(jù)回傳; 信息自毀

    0 引言

    新的海軍戰(zhàn)略實施后, 潛艇部隊須前出遠海展開訓(xùn)練, 作為潛艇主戰(zhàn)武器的魚雷, 在遠海中的射擊訓(xùn)練將呈常態(tài)化。遠海的海區(qū)水深、水聲環(huán)境及海浪等海洋環(huán)境與近海有著顯著區(qū)別[1], 在遠海中開展操雷訓(xùn)練將呈現(xiàn)與近海不同的特點和規(guī)律[2-3]。適應(yīng)近海射擊訓(xùn)練環(huán)境的操雷在遠海訓(xùn)練中將面臨更多的魚雷技術(shù)及適應(yīng)性問題。

    目前針對遠海訓(xùn)練的研究大都圍繞魚雷遠海訓(xùn)練及作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)問題展開[4-6], 鮮有針對魚雷技術(shù)層面的遠海訓(xùn)練適應(yīng)性問題研究。文中從遠海中魚雷武器訓(xùn)練的實際情況出發(fā), 結(jié)合操雷技術(shù)現(xiàn)狀, 分析遠海中操雷訓(xùn)練所需技術(shù)需求,并立足實際, 分析滿足需求的可行方法, 以期為魚雷武器裝備研制、合理使用操雷以提升訓(xùn)練效果等方面提供參考。

    1 操雷遠海訓(xùn)練的技術(shù)需求及特點

    1.1 航程需求高

    日常使用操雷的技術(shù)特點與近海訓(xùn)練環(huán)境相適應(yīng), 航程一般較小, 多用于中小射距的攻擊訓(xùn)練。遠海訓(xùn)練時, 隨著水聲環(huán)境的改善, 潛艇聲吶探測距離的增加, 魚雷射距必將會隨之增加,這將對操雷的航程指標提出更高的要求[7]。

    1.2 撈雷技術(shù)標準高

    從撈雷設(shè)備來看, 現(xiàn)有撈雷船噸位較小, 自身續(xù)航力有限, 前出到遠海保障訓(xùn)練較為困難,且為便于撈雷, 撈雷船船舷較低, 抗風(fēng)浪能力較弱, 在適應(yīng)遠海海洋環(huán)境方面也存在很多困難。

    從操雷航程結(jié)束后的定位來看, 進行遠海魚雷實射訓(xùn)練時, 由于魚雷航程的增加, 且遠海中一般風(fēng)浪較大, 魚雷上浮點散布范圍變大, 及時準確發(fā)現(xiàn)操雷上浮點比近海訓(xùn)練時難度加大。從撈雷過程來看, 由于風(fēng)浪的加大, 打撈比近海明顯困難, 碰損概率增大, 很容易造成較大損失。從撈雷失敗的風(fēng)險來看, 一旦操雷無法回收, 被其他國家打撈的可能性比近海要大的多。從撈雷的成本來看, 遠海組織撈雷成本顯著增加, 甚至超出其所撈魚雷的經(jīng)濟成本。

    1.3 信息保密難度大

    武器戰(zhàn)技術(shù)特點及使用方法作為重要信息,一般不宜公開。遠海訓(xùn)練一般在公海進行, 即便具備遠海打撈能力, 但魚雷上浮定位及海面打撈過程往往處于外軍嚴密監(jiān)視之下, 魚雷使用情況及戰(zhàn)術(shù)特點容易暴露, 信息保密的難度比近海加大。

    2 適應(yīng)遠海訓(xùn)練的操雷技術(shù)方案

    由上述分析可知, 操雷適應(yīng)遠海訓(xùn)練有增程、回收等技術(shù)層面的需求。在增程方面, 考慮到戰(zhàn)雷航程相對操雷一般大很多, 可參照戰(zhàn)雷的能源供應(yīng)方案配置操雷的能源供應(yīng)。在回收方式方面, 考慮到遠海撈雷的諸多困難, 遠海海底魚雷被打撈的可能性極小, 目前遠海魚雷實射訓(xùn)練一般操雷射后不回收, 魚雷航行結(jié)束后, 在完成訓(xùn)練數(shù)據(jù)回傳及信息消除處理情況下自沉海底。

    2.1 增加航程

    2.1.1 電動力操雷增程

    對于電動力訓(xùn)練用操雷, 在考慮增大航程的同時還需考慮操雷動力電池的荷電態(tài)儲存時間加長。遠海訓(xùn)練持續(xù)時間比近海明顯要長, 艇上荷電態(tài)魚雷的儲存時間一般應(yīng)大于30 d。目前操雷使用的二次電池, 航程指標和荷電態(tài)儲存時間都不能滿足此要求。

    可選擇的方案有2種, 一是采用戰(zhàn)雷使用的長儲型免維護的一次電池作為遠海訓(xùn)練用操雷能源; 二是進行技術(shù)改造以提高二次電池的比能量和荷電態(tài)儲存時間以滿足航程和儲存時間要求。具體應(yīng)綜合考慮這2種情況的使用便利性、費效比等因素再進行選擇, 考慮到目前改造二次電池需重新研發(fā)設(shè)計, 周期長, 所需經(jīng)費高, 建議采用戰(zhàn)雷用一次電池作為操雷的能源。

    2.1.2 熱動力操雷增程

    綜合分析可知, 針對熱動力操雷有3種選擇方案: 1) 直接改造使用全航程操雷頭, 使其具備遠海訓(xùn)練要求; 2) 改造現(xiàn)有正浮力操雷, 對操雷頭進行模擬戰(zhàn)雷頭的配重和重心配置, 依據(jù)戰(zhàn)雷的燃料裝填量進行操雷燃料裝填, 調(diào)整提高操雷燃料加注量, 并解決由此帶來的魚雷靜平衡問題;3) 調(diào)整設(shè)計, 重新生產(chǎn)適應(yīng)遠海使用的操雷頭,并使用戰(zhàn)雷的動力系統(tǒng)配置。

    2.2 訓(xùn)練數(shù)據(jù)回傳

    目前操雷實射訓(xùn)練結(jié)束后, 需要將雷上數(shù)據(jù)下載到地面設(shè)備以便分析魚雷實航工作情況。而免回收的遠海訓(xùn)練操雷實射后會沉入海底, 數(shù)據(jù)無法直接下載, 必須在魚雷沉沒前將所需數(shù)據(jù)回傳, 數(shù)據(jù)回傳方式如圖1所示。

    圖1 數(shù)據(jù)回傳方法Fig.1 Back transmission of data

    2.2.1 基于線導(dǎo)導(dǎo)線的數(shù)據(jù)回傳

    魚雷的線導(dǎo)導(dǎo)線為魚雷訓(xùn)練數(shù)據(jù)的回傳提供了實際可用的通道, 魚雷工作中可通過線導(dǎo)導(dǎo)線將關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時回傳。

    目前魚雷給發(fā)射平臺回傳的數(shù)據(jù)還僅僅限于魚雷的遙測信息, 不能滿足魚雷訓(xùn)練數(shù)據(jù)記錄的要求。對于銅質(zhì)線導(dǎo)導(dǎo)線, 其數(shù)據(jù)通信能力有限, 需將數(shù)據(jù)進行分檢, 只將關(guān)鍵數(shù)據(jù)回傳; 而光纖線導(dǎo)導(dǎo)線的通信能力強大, 可滿足大量數(shù)據(jù)回傳需求[8]。但無論哪種導(dǎo)線應(yīng)用于平臺指揮儀和魚雷控制系統(tǒng)上都必須進行相應(yīng)的功能設(shè)計。由于魚雷線導(dǎo)系統(tǒng)與負責(zé)記錄訓(xùn)練信息的內(nèi)測系統(tǒng)間沒有獨立的通信通道, 必須經(jīng)由魚雷控制系統(tǒng)傳輸, 這種信息回傳方式受通道的制約性強,除通信期間線導(dǎo)導(dǎo)線不能斷線外, 魚雷還應(yīng)具備以下功能。

    1) 內(nèi)測與控制系統(tǒng)間的通信

    魚雷內(nèi)測系統(tǒng)負責(zé)記錄操雷的實航數(shù)據(jù), 如航深、航向、姿態(tài)角等模擬量以及自導(dǎo)開機、引信動作等開關(guān)量信號, 并進行系統(tǒng)內(nèi)部存儲。目前魚雷內(nèi)測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間只有控制系統(tǒng)向內(nèi)測系統(tǒng)發(fā)出的控制信號, 內(nèi)測系統(tǒng)不向控制系統(tǒng)傳遞訓(xùn)練信息。

    實現(xiàn)基于線導(dǎo)導(dǎo)線在線回傳, 內(nèi)測系統(tǒng)需將記錄數(shù)據(jù)實時回傳給控制系統(tǒng)。魚雷內(nèi)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都已實現(xiàn)微機控制, 實現(xiàn)相互的通信技術(shù)比較成熟。因此, 實現(xiàn)內(nèi)測與控制系統(tǒng)高速通信是完全可行的。

    2) 控制系統(tǒng)與線導(dǎo)系統(tǒng)間的通信

    目前, 控制系統(tǒng)與線導(dǎo)系統(tǒng)的電子裝置之間采用的是串口通信方式, 訓(xùn)練數(shù)據(jù)總量不大, 一般為兆比特級, 從通信能力上來看, 這種通信方式可滿足實時訓(xùn)練數(shù)據(jù)傳遞需求。

    在線導(dǎo)導(dǎo)線具備高速通信能力的情況下, 可利用線導(dǎo)系統(tǒng)將訓(xùn)練數(shù)據(jù)實時回傳給魚雷發(fā)射平臺, 如果線導(dǎo)導(dǎo)線通信能力有限, 需在線導(dǎo)電子裝置上設(shè)置存儲器, 以方便數(shù)據(jù)的暫存。

    3) 艦艇武器系統(tǒng)數(shù)據(jù)的記錄

    在線導(dǎo)將操雷訓(xùn)練數(shù)據(jù)回傳給魚雷發(fā)射平臺后, 平臺武器系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)接收及存儲功能。平臺武器系統(tǒng)硬件具備較強的數(shù)據(jù)處理能力,只需配合魚雷訓(xùn)練數(shù)據(jù)在線回傳要求, 進行艦艇武器系統(tǒng)軟件的配套升級改造。

    2.2.2 基于衛(wèi)星的數(shù)據(jù)回傳

    1) 基于專用通信衛(wèi)星的數(shù)據(jù)回傳

    專用通信衛(wèi)星通信能力強, 可完全滿足魚雷訓(xùn)練數(shù)據(jù)的回傳需求, 在訓(xùn)練雷上安裝衛(wèi)星通信模塊, 魚雷訓(xùn)練結(jié)束后啟動通信功能將數(shù)據(jù)通過專用通信衛(wèi)星回傳到業(yè)務(wù)部門。這種方式通信量大, 必須調(diào)用專門的通信衛(wèi)星保障, 不利于遠海訓(xùn)練的前期組織協(xié)調(diào)。

    2) 基于北斗短信功能的數(shù)據(jù)回傳

    我國的北斗系統(tǒng)已經(jīng)建成覆蓋全亞太地區(qū)的導(dǎo)航定位功能。其特有的短消息通信功能為解決魚雷訓(xùn)練數(shù)據(jù)回傳問題開辟了 1條嶄新的途徑[9]。北斗終端具有信息接口, 用于同外設(shè)進行信息交換, 它同時具備短信功能, 用于終端與終端間的短信通信。

    目前的遠海訓(xùn)練中, 魚雷的訓(xùn)練數(shù)據(jù)需回傳到岸基業(yè)務(wù)部門, 方法是在訓(xùn)練用雷上安裝北斗用戶機和配套通信控制系統(tǒng), 魚雷訓(xùn)練結(jié)束停車上浮后, 用戶機利用短信功能將訓(xùn)練數(shù)據(jù)回傳給岸基業(yè)務(wù)部門, 如圖 2所示。這種方式由于受到北斗短信通信能力的限制, 通信信息量有限, 需對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行精簡。而其優(yōu)勢是, 只涉及技術(shù)問題不涉及組織協(xié)調(diào), 可操作性較強。

    圖2 北斗短信通信系統(tǒng)組成及流程Fig. 2 Composition and flow chart of short message communication system via Beidou navigation satellite system(BDS)

    2.2.3 基于中繼平臺的數(shù)據(jù)回傳

    海上中繼平臺是配合魚雷射擊訓(xùn)練的水面艦艇、飛機等保障平臺, 目前常用的通信方式主要有: 數(shù)傳電臺、全球移動通信系統(tǒng)(global system for mobile communications, GSM)及無線網(wǎng)絡(luò)等通信方式。這些通信方式技術(shù)比較成熟, 通信可靠性較強, 但也存在作用距離較短、安全性不高,需配備專門的保障兵力等技術(shù)及戰(zhàn)術(shù)問題, 需要在戰(zhàn)術(shù)及技術(shù)2個方面采取措施彌補其不足。

    2.3 操雷免回收自沉

    2.3.1 全航程操雷免回收自沉

    為全模擬戰(zhàn)雷的工作過程, 目前全航程操雷在航行階段是負浮力, 航程結(jié)束后借助于充氣浮囊將魚雷浮于水面。此種魚雷的免回收方案應(yīng)根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的回傳方式不同而不同, 對于具備實時訓(xùn)練數(shù)據(jù)在線回傳的魚雷, 魚雷航程結(jié)束即完成數(shù)據(jù)的回傳, 此時可將浮囊去功能化; 訓(xùn)練用全航程操雷無需上浮直接利用其負浮力下沉; 對于訓(xùn)練結(jié)束后需一次性回傳數(shù)據(jù)的操雷, 航程結(jié)束后應(yīng)借助浮囊浮起, 待數(shù)據(jù)回傳結(jié)束, 再消除浮囊浮力的影響, 方法是氣囊放氣以消除其浮力使魚雷下沉。

    2.3.2 正浮力操雷免回收自沉

    根據(jù)操雷的自沉需求, 適應(yīng)遠海訓(xùn)練的操雷需安裝程控式沉沒閥, 沒有沉沒閥或程控沉沒閥的操雷, 需安裝程控式沉沒閥。具備實時訓(xùn)練數(shù)據(jù)在線回傳的正浮力操雷, 操雷航行結(jié)束后即啟動沉沒閥, 魚雷進水自沉。對于訓(xùn)練結(jié)束后需一次性回傳數(shù)據(jù)的訓(xùn)練雷, 待數(shù)據(jù)回傳結(jié)束后再啟動沉沒閥。

    2.4 信息自毀

    為防止魚雷丟失后被其他國家打撈, 提升信息安全性, 遠海訓(xùn)練操雷需具備全系統(tǒng)信息自毀能力, 即數(shù)據(jù)自毀、硬件自毀及產(chǎn)品級自毀能力。此外操雷小量裝藥自毀也具備較高的可行性。

    2.4.1 數(shù)據(jù)自毀

    為保證魚雷訓(xùn)練結(jié)束及沉沒后的安全問題,需對訓(xùn)練雷內(nèi)的數(shù)據(jù)進行自毀設(shè)計, 其中數(shù)據(jù)宜擦除后進行自毀?;痉椒ㄊ怯枚M制數(shù)據(jù)反復(fù)覆蓋存儲設(shè)備上原先存儲的數(shù)據(jù), 達到清除數(shù)據(jù)的目的。對于電路級軟件自毀, 可采用施加脈沖高壓擊毀電路邏輯的方法對重要及關(guān)鍵電路進行銷毀, 脈沖高壓可通過大電容放電產(chǎn)生。

    2.4.2 硬件電路自毀

    電路的硬件自毀就是破壞電路的硬件結(jié)構(gòu),目前應(yīng)用較多的是鋁熱劑自毀法[10], 即將化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬粉末鎂和能與該金屬粉末一起反應(yīng)的金屬氧化物氧化鋁混制, 并將粉末混合均勻壓制成塊, 附著在電路板絕緣層底側(cè), 使其與電路板充分接觸。鋁熱劑性能穩(wěn)定, 平時不會對電路造成任何影響, 待需要自毀時, 點火劑將高熱劑引燃, 溫度范圍為 2 000℃~4 000℃, 附著在彈載電路板上, 可徹底地銷毀電路板上各類電子元器件及芯片。

    2.4.3 產(chǎn)品級自毀

    對于產(chǎn)品級損毀, 根據(jù)魚雷耐壓試驗數(shù)據(jù),魚雷的設(shè)計耐壓水深一般不超過 500 m, 有案例表明, 當魚雷下沉水深比其設(shè)計使用水深大很多時, 魚雷密封性會被損壞。從目前掌握的資料來看, 水深達到1 000 m時, 魚雷密封性將嚴重損壞, 進而殼體進水造成產(chǎn)品級損壞。

    對于產(chǎn)品級自毀應(yīng)分以下 2種情況: 一是訓(xùn)練海區(qū)深度達 1 000 m以上時, 除正浮力操雷頭外可不設(shè)計沉沒閥, 魚雷靠水壓對產(chǎn)品進行自毀; 二是當海區(qū)深度小于1 000 m時, 需在魚雷殼體上設(shè)計專門的程控式進水裝置, 魚雷訓(xùn)練結(jié)束后通過控制進水裝置動作, 打開進水孔, 實現(xiàn)殼體內(nèi)進水, 腐蝕雷內(nèi)部件, 并增大雷體負浮力。

    另外, 還可考慮采用非防腐材料的魚雷殼體, 以加速水下魚雷的銹蝕損壞速度。

    2.4.4 小量裝藥自毀

    所謂操雷的小量裝藥方案是指在魚雷的操雷頭上關(guān)鍵部位裝填少量炸藥, 裝藥量應(yīng)能引起魚雷內(nèi)部電路及雷體結(jié)構(gòu)破壞, 但對周圍環(huán)境及靶船不產(chǎn)生損壞性影響。從操雷的免回收性及信息自毀方面考慮, 操雷頭的小量裝藥設(shè)計可以實現(xiàn)一舉多得的目的。

    1) 可實現(xiàn)免回收及信息自毀。爆炸破壞魚雷自身結(jié)構(gòu), 造成魚雷進水自沉, 而免于回收, 同時由于電路的破壞而達到信息自毀。

    2) 保證了訓(xùn)練的安全性。由于裝藥量小, 僅能引起魚雷自身結(jié)構(gòu)破壞, 對周圍環(huán)境及發(fā)射平臺安全性不造成影響, 對操作人員的心理沖擊也沒有戰(zhàn)雷大, 安全性有保障。

    3) 實戰(zhàn)性較強。操雷頭內(nèi)裝藥, 可實現(xiàn)戰(zhàn)雷使用及工作過程的全模擬, 提升訓(xùn)練過程的實戰(zhàn)性。爆炸對靶船及靶標沒有破壞性影響, 便于訓(xùn)練效果的分析和評估??梢娺@種方案可在保證安全性的前提下提升訓(xùn)練的實戰(zhàn)性。

    3 結(jié)束語

    針對遠海海洋環(huán)境及操雷遠海實射訓(xùn)練的特點和規(guī)律, 提出了操雷的增加航程、免回收自沉、數(shù)據(jù)回傳、信息自毀等技術(shù)方案, 以滿足操雷適應(yīng)遠海訓(xùn)練的技術(shù)需求。這些方案具有較強的可操作性。而要使魚雷真正滿足遠海訓(xùn)練作戰(zhàn)需求, 從根本上說還需從研究遠海海洋環(huán)境出發(fā),從系統(tǒng)的角度探索適應(yīng)遠海作戰(zhàn)需求的魚雷技術(shù)問題, 特別是對動力技術(shù)、魚雷回收、配套訓(xùn)法及訓(xùn)練評估方法等方面的研究還有待進一步深入。

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    (責(zé)任編輯: 楊力軍)

    Technical Requirements and Feasible Implementation Method for Exercise Torpedo Training in the Open Sea

    LIU Hai-guang1,2, LI Wei2, WANG Gui-qin2
    (1. Qingdao Branch, Naval Aeronautical Engineering Academy, Qingdao 266045, China; 2. Navy Submarine Academy, Qingdao 266199, China)

    For torpedo training in the open sea, potential problems and technical requirements of exercise torpedo in actual training in the open sea are analyzed according to the current exercise torpedo technology and the features of marine environment in the open sea. Principal method for solving those problems is discussed from technical aspect of torpedo. The ideas about the feasible techniques for meeting the requirements of exercise torpedo training in the open sea are presented, such as power adaptability, recycle-free self-sinking, back transmission of data, and information self-destruction. This research may provide a reference for development of torpedo equipment, and for promoting reasonable application of weapons to raise training level.

    exercise torpedo; open sea; recycle free; data back-transmission; information self-destruction

    TJ630.6; E925.23

    A

    1673-1948(2016)04-0294-05

    10.11993/j.issn.1673-1948.2016.04.0010

    2016-05-02;

    2016-05-20.

    劉海光(1975-), 男, 碩士, 講師, 主要研究方向為武器保障和使用研究.

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