某型火箭炮效力射諸元精度閾值研究*

胡光宇,胡隆基,徐 寧,李 楠,施錦丹

(63961部隊,北京 100000)

0 引言

火箭炮具有發(fā)射成本低、射程覆蓋范圍寬、瞬間火力密度大、彈藥精度可控性好等優(yōu)勢,在陸軍壓制武器領域有著異常突出的地位。隨著箱式發(fā)射技術的突破,以及定位導航、制導、自動化火控等技術的不斷發(fā)展,火箭炮武器系統(tǒng)日臻完善,射程不斷擴大,射擊精度不斷提高,發(fā)射平臺信息化不斷增強,作戰(zhàn)使命任務由過去單一的針對面積目標打擊,逐步拓展為具備面積目標、小幅員目標、點目標等多目標打擊能力。

總體上看,雖然陸軍炮兵打擊目標類型眾多,但是面積目標仍是中遠程火力打擊目標的主體。由于無控火箭彈成本低,部隊裝備量大,通常采用營齊射或連齊射的方式打擊面積目標,利用無控彈自然散布大的特點,實現(xiàn)覆蓋式殺傷,特別適合打擊敵第二梯隊、攔阻射擊、側翼安全防護等射擊任務。但是,火箭彈初速低,受低空風影響大,火箭炮射擊諸元精度低,影響無控彈面積目標打擊效果,特別是高原、山地等特殊環(huán)境條件下,這種影響更為顯著,甚至不能直接進行效力射。某型火箭炮無控彈比例大,在一定時期內仍是火箭彈藥的主體,因此,研究基于無控彈的火箭炮效力射諸元精度閾值問題,特別是針對高原、山地等低空風變化劇烈的特殊使用環(huán)境,指出可直接支撐進行無控彈效力射的技術措施,對增強某型火箭炮突出適應高原山地特殊地形環(huán)境能力,進而提升輕型高機動步兵旅裝備建設整體水平具有重要意義。

1 某型火箭炮效力射必要性分析

在傳統(tǒng)炮兵射擊指揮中,通常在發(fā)射陣地進行試射以獲取最精確效力射諸元,但在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭條件下,采取試射的方式,一是過早暴露戰(zhàn)斗意圖,難以取得理想的火力打擊效果;二是容易暴露己方陣地,遭受敵反炮兵火力打擊,對“保存自己、消滅敵人”產(chǎn)生不利的影響。美軍師炮兵目標偵查連裝備三部AN/TPQ-36迫擊炮偵察雷達,兩部AN/TPQ-37炮位偵查雷達(相控陣雷達),均能同時捕捉多個目標,專門針對火炮和火箭發(fā)射陣地。對單炮第一次發(fā)射能大致標定方位,待第二次發(fā)射即能根據(jù)彈道在30 s內算出炮位坐標。因此,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,應盡量縮短試射時間,或盡量不試射[1]。美軍陸軍部在1978年12月頒發(fā)的《野戰(zhàn)炮兵身管火炮射擊學》中明確指出:“準確而突然的火力,能造成極大的傷亡,我們必須力爭實施不經(jīng)試射的直接效力射或在必要時只發(fā)射一發(fā)炮彈的試射?！?/p>

傳統(tǒng)火箭炮教科書幾乎千篇一律的描述:“火箭炮一般不進行試射”,主要有兩個原因,一是火箭炮發(fā)射時火光大、煙塵大,信號特征明顯,易被敵偵察;二是氣象條件不太惡劣時,射擊諸元精度基本滿足效力射要求。因此,火箭炮射擊時往往對氣象要求嚴格,并且對因地面風產(chǎn)生的諸元誤差應及時修正。但是,實際作戰(zhàn)時氣象條件變化無常,特別是高原山地等特殊環(huán)境條件下,由于受氣壓低、山體高大、海拔高和大氣運動的影響,低空風變化比平原大,尤其是地面風切變和日變表現(xiàn)得頻繁和劇烈。據(jù)有關氣象研究資料顯示,在15 min內風速的變化可達5～6 m/s,周期為10～20個。風向的變化更為劇烈,在15 min內風向的變化有時可達180°。在近年來火箭炮高原適應性試驗過程中,常常因地面風切變頻繁和劇烈,需要不斷更新射擊諸元現(xiàn)象,既影響射擊準備時間,又因修正不及時影響射擊精度。

可見,現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭條件下,火箭炮不試射直接進行效力射是十分必要的。但是,要確保在特殊地理環(huán)境及氣象條件下,直接效力射的射擊效果滿足要求,需要確?；鸺谏鋼艟葷M足一定條件即閾值。

2 火箭炮效力射諸元精度閾值確定

根據(jù)炮兵射擊理論,當火箭炮采用無控彈射擊時,射擊精度能夠使效力射炸點覆蓋目標的概率或覆蓋目標幅員百分數(shù)的數(shù)值期望達到50%,就能基本實現(xiàn)預定的毀傷效果[2]。這樣規(guī)定的理由是:炮兵執(zhí)行壓制任務時,對目標毀傷程度的要求一般為25%左右。按最有利火力分配的要求,射擊幅員覆蓋目標的概率P與覆蓋目標條件下毀傷目標的概率R應大致相等,而這兩個概率的乘積就是毀傷程度,所以當毀傷程度為25%時,覆蓋概率P應不小于50%。

由于火箭炮覆蓋目標條件下毀傷目標的概率R與實際作戰(zhàn)目標條件和戰(zhàn)斗部威力有關,而射擊幅員覆蓋目標的概率P只和火箭炮的射擊精度有關[3]。

因此,文中只考慮火箭炮的射擊幅員覆蓋目標的概率P。即求得當火箭炮滿足直接效力射條件P=50%時,火箭炮的諸元精度值。

當以瞄準位置為坐標原點,在諸元誤差為(xc,zc)條件下,設目標毀傷幅員的正面為2lz,縱深為2lx?？梢酝茖С鋈我话l(fā)炮彈對目標的條件命中概率為[4]:

(1)

式中:Bd、Bf為火箭彈散布誤差的距離、方向公算偏差;ρ是正態(tài)常數(shù),Φ為炮兵射擊學中簡化拉普拉斯函數(shù),其函數(shù)值可以用誤差函數(shù)求解:

Φ(β)=erf(ρβ)

(2)

根據(jù)式(1),可以得到某型火箭炮連齊射對目標的條件毀傷概率為:

PN(xc,zc)=1-[1-P1(xc,zc)]N

(3)

炸點覆蓋目標的全概率P為:

(4)

假設最大射程30 km,Bd=150 m,Bf=230 m,xc/zc=1,xc/zc=1.1/1.37,由式(1)～式(3)可計算出火箭炮滿足直接效力射的諸元精度(xc,zc)與射擊幅員覆蓋目標的概率P之間的關系。見表1、表2,圖1～圖3。

表1 xc/zc=1時射擊幅員覆蓋目標概率

表2 xc/zc=1.1/1.37時射擊幅員覆蓋目標概率

圖1 xc/zc=1時P與xc的關系

圖2 xc/zc=1.1/1.37時P與xc的關系

圖3 P與xc、zc的三維關系

從以上分析可知,當火箭炮縱向和橫向射擊諸元誤差合成值為射程的2%時,射擊幅員覆蓋目標概率P可以達到50%。因此,縱向和橫向諸元精度綜合誤差不大于2%可作為火箭炮不經(jīng)試射而直接進行效力射的射擊諸元精度閾值。

3 提高某型火箭炮復雜環(huán)境下效力射諸元精度措施分析

由上述分析可知,基于無控彈射擊時火箭炮效力射的射擊諸元精度閾值為不大于2%,該值略大于某型火箭炮定型試驗時的射擊諸元精度1.76%,要求雖然不高,實際作戰(zhàn)使用時大多數(shù)情況下也能滿足這個要求,但是,特殊條件下如高原、山地、海島等環(huán)境,低空風變化劇烈時,射擊諸元精度就不一定滿足此閾值條件,原因是火箭彈初速低,主動段飛行彈道受低空風影響大,對射擊諸元精度帶來很大影響[5],此時就不能直接進行效力射,要么放棄當前射擊任務,但會貽誤戰(zhàn)機,要么實施射擊,但射擊效果不能滿足作戰(zhàn)要求。為此,迫切需要解決某型火箭炮在復雜環(huán)境條件下效力射諸元精度問題,特別是提高火箭炮適應低空風變化的能力。

火箭炮射擊諸元準備誤差由測地、目標坐標、彈道準備、氣象誤差、技術準備等誤差構成,其中以低空風為主的氣象誤差,約占全部諸元誤差的70%。為此,可考慮在火箭炮上配備低空風雷達,實時監(jiān)控發(fā)射位置低空風風向和風速,數(shù)據(jù)實時傳送至火控系統(tǒng),火控計算機據(jù)此實時更新射擊諸元,并動態(tài)瞄準。圖4為某型火箭炮有無跟蹤低空風雷達射擊準確度對比試驗結果,表3為射擊時段對應的氣象狀況監(jiān)控記錄,據(jù)此分析可以看出,在風速或風向變化大時,無雷達射擊諸元精度低,有雷達時射擊諸元精度顯著提高。第2次試驗時,風速極差6.9 m/s,風向極差230°,風速變化率達到18.2 (m·s-1)/min,存在較大等級的風切變現(xiàn)象,此時無雷達射擊諸元精度僅為5.094 8%,遠大于2%的效力射閾值要求,不宜射擊;有雷達時,射擊諸元精度為1.423 9%,提高了72.1%,且小于2%的效力射閾值要求,可以直接進行效力射。第三次試驗時,風速極差7.6 m/s,變化不是最大的,但是風向極差達到360°,此時無雷達射擊諸元精度為2.039 5%,大于2%的效力射閾值要求,不宜射擊;有雷達時,射擊諸元精度為1.633 4%,提高了19.9%,且小于2%的效力射閾值要求,可以直接進行效力射。

圖4 某型火箭炮有無跟蹤低空風雷達射擊準確度對比

表3 試驗時實測風場變化

由此可見,為某型火箭炮上配備低空風雷達,可大幅增強火箭炮抵御低空風變化的能力,有效提高火箭炮在復雜環(huán)境條件下效力射諸元精度。

4 結論

通過上述研究,有如下結論:

一是某型火箭炮是輕型高機動步兵旅火力打擊骨干裝備,所配彈藥系列中無控彈儲備量大,針對面積目標打擊具有一定優(yōu)勢,研究基于無控彈的效力射諸元精度閾值問題,并指出提高射擊諸元精度的技術措施具有重要意義;

二是基于無控彈的射擊諸元精度不大于射程的2%,可不經(jīng)試射,而直接進行效力射,可作為效力射諸元精度閾值;

三是火箭炮加裝低空探測雷達,實時監(jiān)控發(fā)射陣地上空0～200 m低空風用于射擊諸元實時修正和瞄準,可大幅增強火箭炮適應低空風變化的能力,有效提高火箭炮在高原、山地等復雜環(huán)境條件下效力射諸元精度。