引信的三大基礎(chǔ)技術(shù)與發(fā)展要求

施坤林，黃 崢，牛蘭杰，鄒金龍，劉忙龍，梁 軻

(西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

引信是武器彈藥的起爆控制系統(tǒng)，它既要保證彈藥的使用安全，又要在最佳炸點(diǎn)可靠起爆彈藥，以實(shí)現(xiàn)對敵目標(biāo)的高效毀傷[1-2]。武器裝備毀傷效能取決于戰(zhàn)斗部的自身威力和引信的最佳毀傷控制能力，因而，引信是武器系統(tǒng)有效發(fā)揮毀傷效能的核心控制系統(tǒng)，其性能優(yōu)劣對陸、海、空和火箭軍武器裝備的實(shí)戰(zhàn)效能具有極其重要的影響。

現(xiàn)代先進(jìn)引信要在嚴(yán)酷力學(xué)、復(fù)雜電磁以及強(qiáng)光電對抗等實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下確保安全，致力于大幅度提升炸點(diǎn)控制能力，實(shí)現(xiàn)彈藥爆炸及能量釋放過程可控，從而大幅度提升武器裝備毀傷效能[3]。因此，從重要特性看現(xiàn)代引信的三大基礎(chǔ)技術(shù)是引信高安全性技術(shù)、引信抗干擾技術(shù)、毀傷控制技術(shù)。從目前要求的迫切性看，引信的抗干擾技術(shù)應(yīng)排在首位。

1 國外引信三大基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展情況

20世紀(jì)90年代美國就將引信技術(shù)列為國防七大關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。經(jīng)過數(shù)十年的持續(xù)重視和發(fā)展，美國等發(fā)達(dá)國家的引信已經(jīng)從實(shí)現(xiàn)簡單起爆功能的機(jī)械引信、精確炸點(diǎn)控制的光電近炸引信[4]，向自適應(yīng)炸點(diǎn)控制引信和最佳毀傷控制引信不斷進(jìn)行升級換代，其抗干擾能力、毀傷控制能力、安全控制能力得到大幅度地跨越提升。

近年來，國外先進(jìn)引信技術(shù)在三大基礎(chǔ)問題的發(fā)展中具有以下突出特點(diǎn)。

1.1 強(qiáng)電子對抗能力成為引信的強(qiáng)制要求

美軍已經(jīng)把引信的電磁防護(hù)能力和電子對抗能力提到了一個(gè)非常高的高度，從上世紀(jì)90年代的“強(qiáng)電子對抗能力”定性要求發(fā)展到21世紀(jì)初的“抗干擾能力提高100倍”量化要求，進(jìn)入21世紀(jì)又提出了“絕對的電子對抗安全”的電磁防護(hù)能力和電子對抗能力的極高要求。同時(shí)，美國在研究和發(fā)展強(qiáng)電磁能量武器時(shí),十分重視武器裝備電磁環(huán)境效應(yīng)，從20世紀(jì)60年代的防射頻危害已經(jīng)發(fā)展到明確提出“對電磁干擾和電磁脈沖的安全性”要求，已形成檢驗(yàn)引信系統(tǒng)抗強(qiáng)電磁脈沖能力的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 美軍引信電磁防護(hù)要求發(fā)展脈絡(luò)

1.2 最佳毀傷控制能力成為引信的發(fā)展方向

美軍已經(jīng)從精確起爆范圍控制發(fā)展到最佳炸點(diǎn)控制，如美陸軍加榴炮多選擇引信對地炸點(diǎn)高度能控制在9～10 m范圍內(nèi)，使彈藥實(shí)戰(zhàn)毀傷效能提高5～10倍[5]。同時(shí)，美軍利用微慣性測量單元和全球定位系統(tǒng)(GPS)組合導(dǎo)航測量引信空間運(yùn)動并進(jìn)行彈道一維或二維修正[6]，提高了傳統(tǒng)無控彈藥的命中點(diǎn)和炸點(diǎn)精度，目前集成了彈道控制、起爆控制和作用方式控制的二維彈道修正引信已經(jīng)正式列裝，作用可靠性達(dá)到97%。美軍正在加速向自適應(yīng)炸點(diǎn)控制、最佳毀傷控制方向發(fā)展，提出了基于彈藥終點(diǎn)殺傷概率最優(yōu)計(jì)算系統(tǒng)，在判別目標(biāo)類型的基礎(chǔ)上，確定易損部位，從而動態(tài)計(jì)算出最優(yōu)起爆點(diǎn)所對應(yīng)的位置、姿態(tài)、速度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)命中點(diǎn)調(diào)整和精確起爆控制相結(jié)合的毀傷元素投送與釋放。

1.3 全彈道、全壽命周期、不敏感安全控制能力成為引信的新標(biāo)準(zhǔn)

此外，美國在2001年即制定了《不敏感彈藥大綱》，并在2007年啟動了聯(lián)合不敏感彈藥技術(shù)項(xiàng)目(JIMTP)，制定了《不敏感彈藥戰(zhàn)略規(guī)劃》，其中明確了對不敏感引信技術(shù)的需求和重點(diǎn)[7]。目前，美國在海、空武器彈藥的不敏感引信技術(shù)方面進(jìn)展很快，已經(jīng)完成大量型號的研制、生產(chǎn)和庫存改造。主要?dú)W盟國家在新型彈藥引信方面也已完成了不敏感技術(shù)的開發(fā)，而英國更是從2014年開始規(guī)定其生產(chǎn)的彈藥(引信)應(yīng)全部具有不敏感特性。

2 國內(nèi)引信三大基礎(chǔ)技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 引信抗干擾技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國引信采用的抗干擾策略與方法，主要從體制選擇和信號選擇、能量選擇、時(shí)間選擇、頻域選擇、極化選擇、距離選擇、空間選擇等方面尋求解決辦法，達(dá)到抑制干擾信號，增大有益信號的目的，從而提高引信的抗干擾能力。與國外同類引信相比，國內(nèi)現(xiàn)有引信在抗干擾策略方面與國外引信大體相當(dāng)，但在抗干擾方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面與國外還有很大差距，許多抗干擾措施只是針對干擾采取的適應(yīng)性改進(jìn)?？傮w來說，我國引信的抗干擾能力普遍欠缺，尚未形成統(tǒng)一的抗干擾能力評定方法，設(shè)計(jì)定型中的量化考核不全面，致使我國的引信在抗干擾能力測試和規(guī)范方面已與美國形成不對稱的格局。

此外，我國引信在研制當(dāng)中并沒有專門考慮對高功率電磁能量的防護(hù)，強(qiáng)電磁防護(hù)技術(shù)才開始研究，試驗(yàn)與考核手段欠缺。多次強(qiáng)電磁能量武器對引信干擾實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)前的高功率微波武器能夠有效干擾我國幾種型號的引信，干擾有效率達(dá)50%以上。與美國對比分析可知，我國在引信對高功率電磁脈沖的防護(hù)要求和能力上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國，而美國的高功率微波武器水平又高于我國?？梢姡覈耪媾R美國強(qiáng)電磁能量武器的嚴(yán)重威脅。

2.2 引信毀傷控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)引信毀傷控制技術(shù)水平多數(shù)處于第一代引信和第二代引信階段，少量處于第三代引信階段。對地殺爆彈藥引信主要以連續(xù)波多普勒引信為主，抗干擾能力和毀傷效能低；雖然裝備了少量調(diào)頻引信，但在探測頻段上采用特定波段，定高精度差。對空攔截導(dǎo)彈引信主要采用無線電或激光探測，通過引信制導(dǎo)一體化提高了引戰(zhàn)配合效率，但引信抗干擾能力和方位識別能力差。反地下深/多層硬目標(biāo)侵徹引信實(shí)現(xiàn)了定時(shí)、計(jì)層起爆功能，但適應(yīng)著靶速度不高，引信存在高速侵徹下抗沖擊過載能力不夠、無法精確識別混疊信號導(dǎo)致計(jì)層不準(zhǔn)等問題。此外，與引信毀傷控制技術(shù)密切關(guān)聯(lián)的目標(biāo)精細(xì)成像、易損部位識別、引信與指控平臺信息交聯(lián)、引信自組網(wǎng)協(xié)同攻擊等技術(shù)還處于跟蹤研究階段。

此外，國內(nèi)引信毀傷控制技術(shù)在具體設(shè)計(jì)和技術(shù)指標(biāo)要求上與國外始終存在較大差距，如國內(nèi)近炸引信炸點(diǎn)控制精度的技術(shù)指標(biāo)僅提到±幾米的散布范圍，且在有利炸高范圍內(nèi)的正常作用率指標(biāo)偏低，而國外主要裝備的性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到±0.5 m，正常作用率可達(dá)95%以上。

2.3 引信高安全性技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)引信高安全性技術(shù)已經(jīng)能夠滿足勤務(wù)處理安全和發(fā)射周期內(nèi)的安全要求，但是與國外已經(jīng)推行的全彈道安全和全壽命周期安全方面的要求還存在較大差距。同時(shí)，國內(nèi)對不敏感彈藥(引信)的研究尚處在起步階段，在某些高價(jià)值武器上已經(jīng)提出不敏感彈藥的試驗(yàn)要求，但目前僅是參照國外相關(guān)要求對不敏感引信的基本原理進(jìn)行了探索研究。

對于不同類型的引信安全系統(tǒng)：機(jī)械式安全系統(tǒng)在陸軍彈藥的機(jī)械引信、機(jī)電引信和第二代無線電引信中大量應(yīng)用，通過強(qiáng)制執(zhí)行GJB373-1997《引信安全性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》后，炮口安全距離內(nèi)的安全性得到了有效提高，但安全系統(tǒng)的抗復(fù)合增程彈藥的彈道干擾能力還有待提高。機(jī)電式安全系統(tǒng)在導(dǎo)彈和高價(jià)值彈藥中大量應(yīng)用，基本上靠彈藥控制系統(tǒng)直接給出解保信號驅(qū)動安全狀態(tài)轉(zhuǎn)換，其解保激勵信息的可信度有待提高。全電子安全系統(tǒng)已經(jīng)開始在多種型號中獲得應(yīng)用，在導(dǎo)彈中的全面推廣應(yīng)用還未形成；同時(shí)，全電子安全系統(tǒng)抗高過載技術(shù)、高壓電容/高壓開關(guān)等核心元器件的國產(chǎn)化、小型化技術(shù)還沒有完全突破，其成本和小型化尚不能完全滿足炮彈等彈藥大規(guī)模裝備的需求。

3 現(xiàn)代引信三大基礎(chǔ)技術(shù)的要求和發(fā)展方向

引信技術(shù)始終被世界各國作為軍事核心技術(shù)，不可能通過技術(shù)引進(jìn)獲得，只有通過不斷地自主科技創(chuàng)新，借鑒國外發(fā)達(dá)國家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，不斷將最先進(jìn)的科學(xué)和技術(shù)與引信技術(shù)融合，加速在引信抗干擾技術(shù)、毀傷控制技術(shù)、高安全性技術(shù)等核心基礎(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域取得重大創(chuàng)新性突破，才能確保在未來發(fā)展中獲得領(lǐng)先優(yōu)勢，占領(lǐng)世界引信技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)。

優(yōu)良的社會管理環(huán)境，安定團(tuán)結(jié)的政治局面是開展一切社會管理活動的前提，因?yàn)椤皼]有穩(wěn)定的環(huán)境，什么都搞不成，已經(jīng)取得的成果也會失掉”［1］284。

3.1 引信抗干擾技術(shù)

對引信的干擾主要分為信息型干擾和能量型干擾兩大類：信息型干擾主要是當(dāng)前對無線電引信戰(zhàn)場生存能力威脅較大的引信干擾機(jī)，干擾方式包括由偵察機(jī)引導(dǎo)的窄帶掃頻式干擾，以及基于數(shù)字射頻存儲技術(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)式干擾；能量型干擾主要包括窄帶高功率微波和超寬譜高功率微波武器，大功率雷達(dá)和通信設(shè)備等干擾。

在抗干擾技術(shù)中，要求引信能夠在遭受中等或強(qiáng)電磁干擾環(huán)境(連續(xù)波干擾平均場強(qiáng)400～700 V/m，窄帶高功率微波峰值場強(qiáng)5～10 kV/m，寬譜高功率微波峰值場強(qiáng)50～100 kV/m)時(shí)，在到達(dá)預(yù)定炸點(diǎn)前不早炸、不損壞，干擾區(qū)外仍能正常工作；在遭受各種極惡劣電磁干擾環(huán)境(連續(xù)波干擾平均場強(qiáng)1000 V/m，窄帶高功率微波峰值場強(qiáng)20 kV/m，寬譜高功率微波峰值場強(qiáng)200 kV/m)時(shí)，引信不早炸。

未來發(fā)展中，引信抗干擾技術(shù)可以根據(jù)彈目交會物理過程給引信探測回波信號帶來的固有信號特征和規(guī)律，充分利用干擾信號無法完全模擬具有特定引信天線波束形狀、特定落速、落角等彈目交會條件下的真實(shí)目標(biāo)回波信號變化規(guī)律，特別是真實(shí)目標(biāo)回波譜分布特征等弱點(diǎn)，以及射頻存儲轉(zhuǎn)發(fā)式干擾技術(shù)難以干擾非周期編碼工作的近程探測器的弱點(diǎn)，采用天線空間濾波技術(shù)，減小偵察捕獲概率和被干擾強(qiáng)度；采用時(shí)頻分析數(shù)字信號處理技術(shù)，對干擾信號和真實(shí)目標(biāo)回波信號進(jìn)行辨識，有效提高引信的抗電磁干擾能力。在引信探測器與信息裝定接口電路中強(qiáng)制采取強(qiáng)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)。

3.2 引信毀傷控制技術(shù)

引信的核心使命是實(shí)現(xiàn)彈藥毀傷效應(yīng)的最佳控制，最大程度地實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的高效毀傷，并降低附帶毀傷。

在毀傷控制技術(shù)中，要求引信提高毀傷控制能力，可以根據(jù)作戰(zhàn)使命實(shí)時(shí)裝定或自適應(yīng)確定炸點(diǎn)控制要求，實(shí)現(xiàn)最佳毀傷控制；可根據(jù)彈目交會條件自適應(yīng)控制炸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在各種情況下的最佳引戰(zhàn)配合；可實(shí)現(xiàn)引信對戰(zhàn)斗部的二維起爆控制，具備三種功能：其一，對定向戰(zhàn)斗部，引信能實(shí)現(xiàn)炸點(diǎn)控制和起爆方位控制；其二，對多模戰(zhàn)斗部或效應(yīng)可調(diào)戰(zhàn)斗部能實(shí)現(xiàn)炸點(diǎn)控制和起爆模式控制；其三，對對地彈藥，通過彈道修正引信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)彈藥落點(diǎn)和起爆點(diǎn)控制。引信炸點(diǎn)落入最佳毀傷區(qū)的概率優(yōu)于95%。

未來發(fā)展中，引信可以利用隨機(jī)脈位脈沖調(diào)頻定高或測高、擴(kuò)譜或超寬帶沖激雷達(dá)探測實(shí)現(xiàn)對地精確定高，利用窄波束無線電或激光引信實(shí)現(xiàn)對空精確定位，利用引信和武器系統(tǒng)的信息交聯(lián)實(shí)現(xiàn)炸點(diǎn)分檔裝定。對地引信通過多波束復(fù)合探測器的信號融合處理，獲取彈丸落角、落速信息，根據(jù)引戰(zhàn)配合模型實(shí)時(shí)計(jì)算最佳起爆高度，并控制引信在該高度準(zhǔn)確起爆，實(shí)現(xiàn)對地面目標(biāo)的最佳毀傷。對空引信通過引信自身或?qū)б到y(tǒng)獲取彈目交會信息，實(shí)時(shí)計(jì)算最佳起爆延時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對空中目標(biāo)的最佳毀傷。對彈道修正引信，通過低成本衛(wèi)星定位模塊及簡易舵機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對彈藥的一維或二維修正，并依靠近炸引信實(shí)現(xiàn)最佳炸點(diǎn)控制。對定向戰(zhàn)斗部，通過多分圓激光或無線電探測技術(shù)，完成對目標(biāo)軸向位置和徑向方位的識別，實(shí)現(xiàn)最佳起爆時(shí)機(jī)與起爆方位控制。對多模或效應(yīng)可調(diào)戰(zhàn)斗部，通過引信成像探測器完成目標(biāo)類型及位置的識別，實(shí)現(xiàn)最佳炸點(diǎn)和起爆模式控制。

3.3 引信高安全性技術(shù)

目前引信已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了勤務(wù)處理、發(fā)射周期和安全分離距離內(nèi)的安全，要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步向全彈道安全和全壽命周期推進(jìn)。

在高安全性技術(shù)中，要求在現(xiàn)役引信已經(jīng)基本解決勤務(wù)處理、發(fā)射直至解除保險(xiǎn)距離內(nèi)的安全性的基礎(chǔ)上，使未來引信在快烤、慢烤、子彈撞擊等極端環(huán)境下滿足不敏感彈藥要求；解決引信在強(qiáng)電磁環(huán)境下的安全性問題。為滿足一體化聯(lián)合作戰(zhàn)模式，要求引信在飛行彈道直至遇目標(biāo)前的安全性，并且具有任務(wù)中止恢復(fù)保險(xiǎn)的功能。為應(yīng)對國際輿論對戰(zhàn)后平民安全的關(guān)注以及集束彈藥國際公約的限制，要求引信具有自失能、自失效功能，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)后未爆彈藥的“鈍感化”；要求引信實(shí)現(xiàn)全壽命周期安全狀態(tài)監(jiān)控和安全授權(quán)管理，大幅降低彈藥意外丟失造成的安全隱患。

未來發(fā)展中，可以通過研究熱、沖擊應(yīng)力作用下引信的失效機(jī)理，通過隔熱、緩沖、泄壓等能量緩解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)引信的不敏感特性；通過多點(diǎn)起爆、爆轟波增強(qiáng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)不敏感彈藥的可靠起爆技術(shù)；通過電磁加固技術(shù)實(shí)現(xiàn)引信安全系統(tǒng)在強(qiáng)電磁環(huán)境下的適應(yīng)性?？梢酝ㄟ^研究引信在全彈道復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下的失效機(jī)理，進(jìn)一步提升機(jī)械式安全系統(tǒng)在全彈道的安全性能，通過采用具有感應(yīng)裝定功能的機(jī)電式安全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近目標(biāo)解除保險(xiǎn)，廣泛采用電子安全系統(tǒng)并結(jié)合嵌入式數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)任務(wù)中止恢復(fù)保險(xiǎn)的功能?？梢圆捎没诟邏浩鸨图す馄鸨闹绷惺揭拧峒皼_擊不敏感的傳爆序列等技術(shù)，降低戰(zhàn)后平民未爆彈藥可能造成的安全風(fēng)險(xiǎn)；可采用基于RFID技術(shù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)引信全壽命周期的安全監(jiān)控；可采用基于MEMS安全密碼鎖引信安全系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)特殊授權(quán)安全管理，防止彈藥的非授權(quán)使用。

4 結(jié)束語

引信技術(shù)是集成多學(xué)科、多領(lǐng)域中最先進(jìn)科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng)新和結(jié)晶，作為國防科技關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，引信在充分發(fā)揮武器彈藥終端毀傷效能方面的關(guān)鍵作用和重要地位已得到國內(nèi)外軍事領(lǐng)域的普遍認(rèn)同和肯定。世界兵器科技發(fā)展的實(shí)踐證明，引信技術(shù)的歷次重大突破都給武器裝備發(fā)展帶來重大變革。因此，可以預(yù)見，引信技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，將使彈藥的毀傷效能發(fā)生革命性的飛躍，大幅提升武器裝備的作戰(zhàn)能力和毀傷效能。

面對未來作戰(zhàn)模式、多樣化武器系統(tǒng)平臺、新威脅目標(biāo)和復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境等對引信的新需求，迫切需要加速引信抗干擾技術(shù)、毀傷控制技術(shù)、高安全性與可靠性技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，努力在引信復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下目標(biāo)多維信息精細(xì)探測識別、全彈道安全狀態(tài)可逆控制、最佳毀傷控制與毀傷效應(yīng)可調(diào)等前沿領(lǐng)域取得重大創(chuàng)新性突破，并驅(qū)動我國引信行業(yè)在設(shè)計(jì)理論、試驗(yàn)方法、測試技術(shù)、評估準(zhǔn)則和工程化驗(yàn)證等方面取得突破性成果，實(shí)現(xiàn)引信技術(shù)與裝備的跨越式發(fā)展。

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