智能雷發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)*

李翰朋，宣兆龍

(陸軍工程大學(xué) 彈藥工程系，河北 石家莊 050003)

0 引言

智能雷是新概念彈藥，在20世紀(jì)60年代開始出現(xiàn)[1]。首先是出現(xiàn)了利用聲、振動(dòng)、紅外等技術(shù)探測(cè)目標(biāo)的地雷。到了20世紀(jì)90年代，傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能與自動(dòng)化技術(shù)蓬勃發(fā)展，復(fù)合型傳感器在地雷中的應(yīng)用得到實(shí)現(xiàn)，這使其不僅能探測(cè)目標(biāo)，而且還能識(shí)別、跟蹤目標(biāo)[2]。隨著EFP(explosively-formed projectile)戰(zhàn)斗部的應(yīng)用，使得地雷有了摧毀各類裝甲目標(biāo)的能力。

當(dāng)今，世界各軍事強(qiáng)國(guó)均把智能雷作為工程兵主站裝備加以重點(diǎn)發(fā)展，著力提高其智能化與信息化水平，根據(jù)用途可分為反坦克裝甲車輛智能雷和反武裝直升機(jī)智能雷。

1 智能雷作用原理

反坦克智能雷與反直升機(jī)智能雷作戰(zhàn)流程不同，但基本原理相似。一般主要由中央控制系統(tǒng)、發(fā)射裝置與子彈藥系統(tǒng)組成。

作用流程如下：當(dāng)有目標(biāo)在智能雷有效范圍內(nèi)出現(xiàn)時(shí)，控制系統(tǒng)內(nèi)的敏感器系統(tǒng)就會(huì)感受到目標(biāo)的噪聲和振動(dòng)識(shí)別目標(biāo)，并為微波定位探測(cè)器供電，使其進(jìn)入工作狀態(tài)；微波定位探測(cè)器開始工作后，它會(huì)定位、跟蹤目標(biāo)，并計(jì)算攻擊參數(shù)，向發(fā)射裝置發(fā)出信號(hào)。發(fā)射裝置接收控制系統(tǒng)發(fā)出的攻擊方位角，激活發(fā)射熱電池，解除伺服機(jī)構(gòu)；在發(fā)射器轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，點(diǎn)燃藥盒，發(fā)射末敏子彈藥。很多智能雷產(chǎn)品的末敏子彈藥都是裝備的末敏子彈，這里就以末敏子彈為例介紹。末敏子彈被發(fā)射后，激活彈上熱電池，彈載計(jì)算機(jī)上電，延時(shí)解除安全起爆裝置的電保險(xiǎn)，起爆爆炸螺栓；打開降落傘，解除安全起爆裝置的機(jī)械保險(xiǎn)；末敏子彈在降落傘的帶動(dòng)下，過渡到穩(wěn)態(tài)掃描狀態(tài)，開始對(duì)地面進(jìn)行螺旋掃描；在掃描過程中，復(fù)合敏感器對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、定位，一旦識(shí)別目標(biāo)就引爆EFP戰(zhàn)斗部，從頂部攻擊目標(biāo)[3]；若下落到一定高度仍未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，或者彈上熱電池電壓低于一定值后末敏子彈自毀。

由此可以看出智能雷已經(jīng)不再是靜止、被動(dòng)防御武器，而成為攻防兼?zhèn)涞淖鲬?zhàn)武器。

2 反坦克智能雷

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，坦克裝甲車輛仍是地面戰(zhàn)場(chǎng)上的主戰(zhàn)裝備[4-5]。隨著坦克防護(hù)能力的提高、進(jìn)攻能力的加強(qiáng)、行進(jìn)速度的加快，如何對(duì)付大規(guī)模坦克裝甲車輛的進(jìn)攻仍是能否取得地面戰(zhàn)場(chǎng)勝利的關(guān)鍵，基于此反坦克智能雷成為各國(guó)重要研究課題。

在反坦克智能雷的發(fā)展中，美國(guó)處于領(lǐng)先地位，其知名產(chǎn)品便是“大黃蜂”(XM-93)廣域地雷(如圖1所示)。美國(guó)陸軍在1986年開始論證“廣域彈藥”的概念，1990年進(jìn)行工程與設(shè)計(jì)生產(chǎn)，1999年曾因可靠性問題而暫停生產(chǎn)，最終在耗費(fèi)了8億美元并經(jīng)過15年的研制時(shí)間后，于2001年1月29日美軍第18空降軍第20工兵旅接收了110個(gè)“大黃蜂”反坦克智能雷[6]。該雷呈圓柱形，直徑188 mm，高度為330 mm，質(zhì)量為35 lb(15.855 kg)。該雷采用聲-震動(dòng)-紅外復(fù)合傳感器，能在600 m遠(yuǎn)的距離內(nèi)探測(cè)、識(shí)別和跟蹤目標(biāo)，當(dāng)目標(biāo)行進(jìn)至100 m的范圍內(nèi)時(shí)，雷體頭部對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，并向其上方發(fā)射帶有降落傘的子彈，子彈通過內(nèi)裝的傳感器計(jì)算攻擊目標(biāo)的最佳高度和位置，并用EFP戰(zhàn)斗部主動(dòng)攻擊和摧毀目標(biāo)。該雷可由人工、火炮、多用途布雷車輛系統(tǒng)布設(shè)，目前已裝備美軍。

德國(guó)ADW智能雷于2002年7月在法國(guó)國(guó)際防務(wù)展上展出了樣機(jī)，外觀和結(jié)構(gòu)上與美國(guó)的XM-93式廣域地雷類似，最大特點(diǎn)是其采用的SMArt末敏子彈藥。該雷拋出子彈后，子彈藥在旋轉(zhuǎn)傘導(dǎo)引下，對(duì)地面以阿基米德螺旋線形式掃描[7]，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，即引爆EFP戰(zhàn)斗部，攻擊坦克頂甲。

俄羅斯研制并生產(chǎn)了一種TM-83反坦克側(cè)甲雷(如圖2所示)。該雷呈圓柱形，直徑為250 mm，高為440 mm，質(zhì)量為20.4 kg，如圖2所示。其殺傷半徑為50 m，戰(zhàn)斗部能夠侵徹100 mm的鋼板。它可以通過一個(gè)可調(diào)整的框架，將其固定在指定的位置。該雷使用紅外-震動(dòng)傳感系統(tǒng)，當(dāng)有坦克行駛到附近時(shí)，由于產(chǎn)生震動(dòng)，震動(dòng)傳感器開始識(shí)別、探測(cè)、跟蹤目標(biāo)，然后紅外傳感器尋找最佳機(jī)會(huì)來發(fā)出信號(hào)，引爆智能雷戰(zhàn)斗部，形成EFP戰(zhàn)斗部攻擊目標(biāo)，該雷使用壽命為30 d。

波蘭制造商BZE Belma公司于2010年9月在波蘭凱爾采舉行的第18屆國(guó)際防務(wù)工業(yè)展覽會(huì)期間，展出最新研制的“尤卡”(MPBK-ZN)反坦克側(cè)甲雷[8]，其具有聲響和熱傳感器，可導(dǎo)引定向并使其爆炸成形彈丸戰(zhàn)斗部攻擊目標(biāo)。另外，“尤卡”反坦克側(cè)甲雷也可以一直處于休眠狀態(tài)，直到接收到信號(hào)遙控起爆。

美國(guó)阿連特技術(shù)公司2011年6月開始為美國(guó)陸軍研制代號(hào)為M4A1的多用途輕型攻擊地雷(selectable lightweight attack munitions，SLAM)。它是一種小型多用途智能雷，采用了被動(dòng)紅外傳感器和磁感應(yīng)傳感器，該智能雷主要用于攻擊裝甲車輛、飛機(jī)、輕型坦克和彈藥庫(kù)等。

目前，隨著網(wǎng)絡(luò)化概念與技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)正在探索、研究一種未來型智能彈藥系統(tǒng)IMS或稱XM1100“蝎子”[9]。智能彈藥系統(tǒng)主要由聲-震-磁地面預(yù)警探測(cè)器、精確定位脈沖雷達(dá)、反裝甲子彈藥、反步兵子彈藥和GPS定位/通信模塊等組成，可以多種方式布設(shè)，能夠自行組網(wǎng)、自動(dòng)報(bào)告位置，自動(dòng)接受作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的控制，是一種無人值守的具有網(wǎng)絡(luò)化控制功能的智能區(qū)域障礙武器[10]。2006年10月9～11日，在華盛頓會(huì)議中心舉辦的美國(guó)陸軍協(xié)會(huì)(ASUA)年會(huì)暨展示會(huì)上，展示了IMS原理樣機(jī)。2010年1月19日，德克斯特朗防御系統(tǒng)公司宣布該公司XM1100“蝎子”網(wǎng)絡(luò)傳感器與智能雷體系在新墨西哥州白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)成功完成一系列嚴(yán)酷苛刻試驗(yàn)。

3 典型反直升機(jī)智能雷

武裝直升機(jī)可以在目前防空系統(tǒng)雷達(dá)盲區(qū)機(jī)動(dòng)，因?yàn)樗梢赃M(jìn)行超低空甚至貼地飛行，這對(duì)地面防御作戰(zhàn)造成了極大威脅[11]。為保障坦克和裝甲車輛的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，各國(guó)一直在尋找攻擊武裝直升機(jī)的有效手段，反直升機(jī)智能雷便是在這種背景下誕生的。為了保證己方直升機(jī)的安全，反直升機(jī)智能雷裝有敵我識(shí)別系統(tǒng)，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)頻率判斷敵我雙方，讓友方直升機(jī)順利通過。目前俄羅斯和保加利亞在這方面的研究發(fā)展較為領(lǐng)先。

1996年5月28日在保加利亞的普羅迪夫舉辦的“海穆斯” 96裝備展覽會(huì)上，由保加利亞科學(xué)院研究制造的AHM-200型反直升機(jī)智能雷首次亮相，亮相后不久就裝備保加利亞陸軍。AHM-200智能雷殼體呈平行的凸圓形，寬700 mm，高400 mm，厚150 mm，全重35 kg，由三腳架支撐固定。有AHM-200-1和AHM-200-2 2種型號(hào)，均采用人工方式布設(shè)。每種型號(hào)戰(zhàn)斗部均有2種方案，其中AHM-200-1型為單EFP和球形鋼珠，AHM-200-2型為MEFP和方形鋼塊。前者攻擊高度為100 m，后者攻擊高度為200 m，它們的火力覆蓋寬度為5 m，破片散射角為20°，采用聲-壓力敏感器系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo)。

當(dāng)直升機(jī)飛至距其500 m以內(nèi)時(shí)，聲傳感器就能夠探測(cè)到其發(fā)出的特定聲音。當(dāng)聲音信號(hào)強(qiáng)到一個(gè)特定值時(shí)，多普勒雷達(dá)啟動(dòng)并開始測(cè)量，同時(shí)壓力傳感器開始工作，其保險(xiǎn)解除，處于待發(fā)狀態(tài)，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)2種情況：第1，如果聲音信號(hào)減弱消逝，則表明直升機(jī)距其距離變遠(yuǎn)，智能雷恢復(fù)保險(xiǎn)，重新開始監(jiān)聽；第2，壓力傳感器達(dá)到其預(yù)定值的壓力變化值時(shí)，說明直升機(jī)已離智能雷很近并達(dá)到其有效攻擊范圍，此時(shí)智能雷立即起爆破片戰(zhàn)斗部攻擊目標(biāo)。AHM-200型反直升機(jī)智能雷取得了很好反響，保加利亞先后又研制出如AHM-100，PMN-150，PMN-250等多種型號(hào)的反直升機(jī)智能雷。

俄羅斯研制的“旋律”(TEMP-20)反直升機(jī)智能雷(如圖3所示)于2003年首次展出，是世界上第一個(gè)能在實(shí)戰(zhàn)中攻擊直升機(jī)的地雷。它的質(zhì)量為12 kg，采用的是聲-紅外敏感器系統(tǒng)。當(dāng)直升機(jī)與其距離在3 200 m內(nèi)時(shí)，聲音傳感器能夠從坦克裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)、爆炸等復(fù)雜聲響條件下識(shí)別出其發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的聲音。當(dāng)直升機(jī)距其1 000 m時(shí)，智能雷啟動(dòng)紅外敏感器來跟蹤、鎖定目標(biāo)，同時(shí)將發(fā)射裝置轉(zhuǎn)向目標(biāo)方向，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入其毀傷范圍內(nèi)，發(fā)射裝置射出2 500 m/s的EFP戰(zhàn)斗部，可將飛行高度200 m的直升機(jī)擊毀。如果目標(biāo)沒有進(jìn)入其殺傷范圍，并飛行到與其距離超過1000m的范圍，紅外傳感器關(guān)閉，智能雷重新進(jìn)入等待目標(biāo)的階段。當(dāng)超過3個(gè)月的使用期或電源電壓降到工作電壓以下時(shí)，智能雷自毀?！靶伞狈粗鄙龣C(jī)智能雷主要用于保護(hù)軍用設(shè)施、封鎖敵野戰(zhàn)機(jī)場(chǎng)跑道以及阻止敵直升機(jī)開展掃雷作業(yè)等，它可以由人工或車輛布設(shè)。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 傳感器技術(shù)

現(xiàn)役智能雷武器系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)地雷被動(dòng)的作戰(zhàn)模式，能夠探測(cè)識(shí)別目標(biāo)、主動(dòng)跟蹤并自尋的的擊毀目標(biāo)。智能雷被動(dòng)與主動(dòng)探測(cè)技術(shù)是其有效發(fā)揮作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵[12]，它的實(shí)現(xiàn)離不開各種傳感器的應(yīng)用，目前主要型號(hào)的智能雷系統(tǒng)及特性，如表1所示。由表1可見目前預(yù)警、探測(cè)搜索系統(tǒng)主要由聲或聲-震復(fù)合敏感器組成，二次尋的敏感器大多是紅外敏感器。

目前戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，各種電磁環(huán)境、煙霧環(huán)境都極有可能出現(xiàn)，并且目標(biāo)種類較多，戰(zhàn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引起的地震動(dòng)信號(hào)特征與地質(zhì)特征、各種聲音交織，還有各種無法預(yù)知的干擾信號(hào)源存在，這對(duì)敏感器系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo)是極大的挑戰(zhàn)，所以單一的敏感器已經(jīng)無法很好的滿足目前的復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。如紅外探測(cè)器受煙塵影響較大，毫米波雷達(dá)探測(cè)器受大氣和雨水影響較大，毫米波輻射計(jì)探測(cè)器則無法進(jìn)行測(cè)距、測(cè)速，且受溫度影響大[13]。復(fù)合探測(cè)體制可避免上述單一探測(cè)體制的弊端，因此如何將各種敏感器很好地復(fù)合在一起使用是未來智能雷實(shí)現(xiàn)全天候、多環(huán)境作戰(zhàn)的主要發(fā)展方向。此外，隨著各種隱身等偽裝技術(shù)的出現(xiàn)，未來還需進(jìn)一步研發(fā)新的高性能探測(cè)器件，探索新的更易于準(zhǔn)確獲取不同類型目標(biāo)特征的傳感器。在提高現(xiàn)有毫米波器件、紅外器件、激光器件等性能并降低成本的同時(shí)，加強(qiáng)其他傳感器器件的開發(fā)，提高探測(cè)器的抗干擾能力。

4.2 戰(zhàn)斗部技術(shù)

為了能適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)的多樣化和目標(biāo)防護(hù)能力的不斷增強(qiáng)，必須要不斷改進(jìn)現(xiàn)有彈藥的戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)和探索發(fā)展新型戰(zhàn)斗部，這樣才能提高彈藥對(duì)目標(biāo)毀傷能力。由表1可見，當(dāng)前大多智能雷使用的是EFP戰(zhàn)斗部，對(duì)此提高其威力最直接的方法就是從戰(zhàn)斗部的設(shè)計(jì)上著手[14]。

對(duì)于反坦克智能雷，設(shè)計(jì)戰(zhàn)斗部時(shí)可以增大裝藥直徑及采用新的藥型罩材料。要增大戰(zhàn)斗部裝藥直徑，只有減薄彈體壁厚，并且對(duì)于智能雷沒有較長(zhǎng)的發(fā)射身管武器來說，這是極大的挑戰(zhàn)，因此必須研制能夠滿足彈丸在高過載下發(fā)射強(qiáng)度的彈體材料與身管材料。隨著新材料的研究，必定會(huì)出現(xiàn)滿足這些要求的材料。

對(duì)于反直升智能雷戰(zhàn)斗部，目前多數(shù)使用鋼珠、預(yù)制破片等，較少使用MEFP。相比于鋼珠，EFP威力更大、速度更快，對(duì)于目前更加靈活機(jī)動(dòng)的直升機(jī)威脅更大，但是單枚EFP終點(diǎn)毀傷率不高，所以MEFP是反直升智能雷戰(zhàn)斗部的新寵，并且隨著新材料的出現(xiàn)，由于形成多枚EFP戰(zhàn)斗部而導(dǎo)致的威力損失能夠得到彌補(bǔ)。

表1 各國(guó)典型智能雷武器特性

4.3 布雷技術(shù)

對(duì)于智能雷來說，目前大多數(shù)采用人工方式布設(shè)，這很難滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)瞬息萬(wàn)變的態(tài)勢(shì)，并且也會(huì)消耗大量的人力資源。并且隨著各種偵查手段的提升，預(yù)先布設(shè)的雷場(chǎng)很可能被發(fā)現(xiàn)并清除，這也降低了智能雷的作用效果。為了適應(yīng)未來戰(zhàn)場(chǎng)需要，智能雷應(yīng)設(shè)計(jì)成能夠通過車輛、火箭彈、飛機(jī)等途徑布設(shè)[15]。

目前研究方向主要在以下幾方面:一是提高智能雷的機(jī)動(dòng)布設(shè)能力，目前很多智能雷仍是通過人工布設(shè)，在這方面，反直升機(jī)智能雷的機(jī)動(dòng)布設(shè)技術(shù)是研究重點(diǎn)。二是加大遠(yuǎn)距離精確布雷技術(shù)的研究，由飛機(jī)、火炮布撒地雷，布雷距離很遠(yuǎn)也很迅速，但是布設(shè)精度較差，且受到天氣等影響較大，所以如何保證能在各種天氣、地形和作戰(zhàn)時(shí)機(jī)將智能雷布撒在正確位置是研究重點(diǎn)。

4.4 智能雷場(chǎng)技術(shù)

目前大多數(shù)智能雷還處于單一作戰(zhàn)的模式，雖然其防御范圍、作戰(zhàn)效能與戰(zhàn)場(chǎng)生存能力較傳統(tǒng)地雷有了極大提高，但它們相互之間沒有通信聯(lián)系，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與無線通信技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，智能雷也會(huì)發(fā)展為由單獨(dú)作用向多功能化、網(wǎng)絡(luò)化與自修復(fù)化方向發(fā)展[16]，這樣會(huì)使其作戰(zhàn)效能、攻防范圍和效果更進(jìn)一步提高。

未來雷場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)智能雷能夠互相聯(lián)絡(luò)，使整個(gè)雷場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)，彼此能夠互相提供收集到的情報(bào)、戰(zhàn)場(chǎng)信息，并協(xié)調(diào)攻擊時(shí)機(jī)，經(jīng)過計(jì)算智能優(yōu)化處理，選擇最佳作戰(zhàn)方案，指揮智能雷作戰(zhàn)，達(dá)到最大障礙、毀傷效能。并且未來智能雷場(chǎng)內(nèi)的智能雷能夠自動(dòng)移動(dòng)位置，可以根據(jù)相互之間交流的信息，使其移動(dòng)到最合適的的位置，從而使雷場(chǎng)得到一個(gè)最合理的防御布局。智能雷場(chǎng)是未來智能雷的發(fā)展趨勢(shì)，但有很多技術(shù)需要解決，比如無線傳輸可靠性與實(shí)時(shí)性、軟硬件的可靠性、互相之間通信的可靠性等。

5 發(fā)展趨勢(shì)

5.1 感應(yīng)單元多功能化

隨著傳感器、信息處理等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展及其在智能雷中的應(yīng)用，未來智能雷感應(yīng)單元對(duì)于目標(biāo)的識(shí)別能力會(huì)越來越強(qiáng)，能夠通過聲、震動(dòng)、紅外、磁等多種特性信息確認(rèn)不同種類目標(biāo)，從而達(dá)到敵我識(shí)別與精確攻擊的目的。并且除了具備識(shí)別目標(biāo)之外，通過復(fù)合傳感技術(shù)及信息處理技術(shù)，其感知單元還能夠感知戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)智能雷向戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知等多領(lǐng)域發(fā)展。

5.2 戰(zhàn)斗部多模式化

未來隨著戰(zhàn)斗部技術(shù)的發(fā)展，智能雷應(yīng)能夠?qū)Ω抖喾N目標(biāo)。比如反直升機(jī)智能雷，其能夠根據(jù)探測(cè)到的目標(biāo)，采用不同的戰(zhàn)斗部模塊，使之達(dá)到對(duì)超低空飛行目標(biāo)均有障礙、封鎖和攻擊能力。再比如反坦克智能雷，其戰(zhàn)斗部可采用殺傷人員彈藥和摧毀裝甲目標(biāo)裝藥組合使用，則其既可以對(duì)付人員目標(biāo)，也可對(duì)付裝甲目標(biāo)。

5.3 服役時(shí)間可控化

隨著自毀自失能、遙控等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與在智能雷中的廣泛應(yīng)用，未來智能雷服役時(shí)間可控制與調(diào)整，這樣隨時(shí)可以根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)需求改變工作狀態(tài)或者自毀自失效，使其能夠更好的適應(yīng)未來瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)，迅速轉(zhuǎn)變攻防角色，既能警戒、阻礙、殺傷敵軍，又能保護(hù)己方部隊(duì)的安全，且不影響己方的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)。這也解決了戰(zhàn)后雷場(chǎng)清理困難與誤傷平民的問題。

6 結(jié)束語(yǔ)

介紹了智能雷的作用原理和具有代表性的典型產(chǎn)品，并總結(jié)了智能雷今后的發(fā)展方向。智能雷集各種高新技術(shù)于一身，克服了傳統(tǒng)地雷的各種弊端，已經(jīng)從防御性武器變?yōu)榫哂凶灾鞴裟芰Φ奈淦?，廣泛用于戰(zhàn)場(chǎng)偵察、封鎖和攻擊。在未來的戰(zhàn)爭(zhēng)中，智能雷必將扮演重要角色，以積極主動(dòng)的進(jìn)攻態(tài)勢(shì)控制有利地形和地域，殺傷有生力量，給坦克等裝甲車輛以及直升機(jī)以巨大威脅。

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