地空導(dǎo)彈共架發(fā)射技術(shù)發(fā)展分析*

趙明，羅悅

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

0 引言

20世紀(jì)90年代以來的歷次戰(zhàn)爭(zhēng)表明：現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)將是以多種兵器進(jìn)行全方位、飽和性空中打擊方式展開，空襲與防空的對(duì)抗將決定戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展方向。作為防御方，必須采取多種防空兵器進(jìn)行體系化聯(lián)合作戰(zhàn)[1]。

發(fā)射車是地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組成部分，以發(fā)控系統(tǒng)作為控制核心，通過有線或者無線方式接收上級(jí)指控系統(tǒng)的指令完成導(dǎo)彈的相關(guān)操作(初始基準(zhǔn)建立、加電管理、射擊諸元參數(shù)裝訂、發(fā)射控制)、發(fā)射裝置起豎調(diào)轉(zhuǎn)以及緊急情況處理等任務(wù)[2-4]。

長期以來，不同型號(hào)導(dǎo)彈與發(fā)射系統(tǒng)的機(jī)械、電氣和信息接口的確定常常是以導(dǎo)彈的需求為主導(dǎo)。隨著導(dǎo)彈種類的增多和性能復(fù)雜化，接口差別較大，這是制約地空導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)通用化的極大障礙。只有實(shí)現(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)與導(dǎo)彈之間的接口通用化，才有可能實(shí)現(xiàn)地空導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)的通用，才能實(shí)現(xiàn)多型地空導(dǎo)彈的共架發(fā)射。

1 開展研究的必要性

開展地空導(dǎo)彈共架發(fā)射研究的必要性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5-6]：

(1) 采用共架發(fā)射技術(shù)，針對(duì)不同來襲目標(biāo)選擇導(dǎo)彈進(jìn)行攻擊可達(dá)到理想打擊效果，通過提高載彈密度以加強(qiáng)抗飽和攻擊能力，從而能夠提升防御縱深作戰(zhàn)能力、增強(qiáng)體系綜合作戰(zhàn)效能。

(2) 共架發(fā)射系統(tǒng)的研制與更新?lián)Q代不再取決于某一型導(dǎo)彈，研制方可根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)跟蹤新技術(shù)、開展預(yù)先研究和技術(shù)更新?lián)Q代。

(3) 研制新型導(dǎo)彈或改進(jìn)原有導(dǎo)彈時(shí)，需要做到與現(xiàn)有共用發(fā)射系統(tǒng)相適應(yīng)，有利于導(dǎo)彈的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)，使導(dǎo)彈的外形尺寸、安裝接口、電氣接口進(jìn)一步走向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。

(4) 提升了“三化”水平，減少了保障裝備的數(shù)量和種類、降低了維修維護(hù)人員的能力要求，日常用于維護(hù)保養(yǎng)、培訓(xùn)以及零部件的采購費(fèi)用會(huì)大大降低，降低了全壽命周期費(fèi)用，大幅提高了維修保障性。

2 國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)

2.1 美國

美國針對(duì)共架發(fā)射技術(shù)的研究開始于艦載武器共架發(fā)射系統(tǒng)[7-9]，經(jīng)歷了從MK26傾斜共架發(fā)射系統(tǒng)到MK41垂直發(fā)射系統(tǒng)、MK57垂直發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)展歷程，具備防空、反潛、艦艇自防御、對(duì)陸攻擊及彈道導(dǎo)彈防御等多種功能。

MK41垂直發(fā)射系統(tǒng)是洛克希德·馬丁公司于1977年為美國海軍研制的通用型垂直發(fā)射系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了利用一套發(fā)射系統(tǒng)完成防空、反潛、反艦和對(duì)陸攻擊任務(wù)。目前，MK41已經(jīng)部署在幾個(gè)國家海軍的170多艘艦船上，能貯存和發(fā)射多種現(xiàn)役導(dǎo)彈，如“戰(zhàn)斧”、“標(biāo)準(zhǔn)-2"、“阿斯洛克”、改進(jìn)型“海麻雀導(dǎo)彈”等。經(jīng)過多年的使用證明，MK41垂直發(fā)射系統(tǒng)是一種可靠的通用化共架垂直發(fā)射系統(tǒng)，它是美國海軍幾十年來重視導(dǎo)彈與發(fā)射裝置模塊化、系列化和通用化設(shè)計(jì)的成果。

美軍于2002年開始研制MK57新型發(fā)射系統(tǒng)，專門為美海軍DDG-1000驅(qū)逐艦研制的，采用沿艦舷兩側(cè)布置的方法，對(duì)于釋放甲板面積、提高艦船安全和抗損性大有好處。同時(shí)，與MK41相比，MK57在發(fā)射模塊尺寸、通用性等方面進(jìn)行了較大改進(jìn)，是美國海軍能力轉(zhuǎn)型進(jìn)程中的重要籌碼。

近些年，美國也逐步開展了地空導(dǎo)彈共架發(fā)射系統(tǒng)的研制。薩德(terminal high altitude area defense,THAAD)系統(tǒng)是典型的成功案例，該系統(tǒng)作為美國導(dǎo)彈防御體系的重要組成部分，可兼容發(fā)射PAC-2，PAC-3，THAAD等多型導(dǎo)彈，具有末段高低兩層反導(dǎo)和防空反導(dǎo)一體化能力。THAAD采用傾斜“熱”發(fā)射方式，基于美陸軍標(biāo)準(zhǔn)的托盤化裝載系統(tǒng)，具備對(duì)導(dǎo)彈模塊自主裝卸的能力，組成上分為載車、導(dǎo)彈、發(fā)控3個(gè)獨(dú)立模塊，通過載車攜帶的裝卸設(shè)備實(shí)現(xiàn)與筒彈自主對(duì)接與分離，更換不同種類導(dǎo)彈，并更換對(duì)應(yīng)的發(fā)控模塊及軟件，滿足多型導(dǎo)彈兼容發(fā)射需求。除導(dǎo)彈模塊、發(fā)控模塊和軟件外，發(fā)射車其余組成部分均通用，從而實(shí)現(xiàn)保障方式與保障資源統(tǒng)一。

此外，美國陸軍在2012年提出開發(fā)一種陸基機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)的“多用途導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)”，打算用其代替現(xiàn)已部署到美陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)中的“復(fù)仇者”(Avenger)地對(duì)空導(dǎo)彈發(fā)射裝置。該系統(tǒng)由導(dǎo)彈發(fā)射車、數(shù)字化相控陣?yán)走_(dá)以及多用途發(fā)射器組成，能發(fā)射“監(jiān)獄”AIM-120先進(jìn)中程防空導(dǎo)彈、“響尾蛇”AIM-9X短程格斗導(dǎo)彈，以及“毒刺”(Stinger)式地對(duì)空導(dǎo)彈，具備攔截?zé)o人機(jī)、火箭炮、炮彈及巡航導(dǎo)彈的能力。

2.2 俄羅斯

俄羅斯的C-300/400/500三型地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)[10-11]均高度采用通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)配置多型導(dǎo)彈，均采用垂直“冷”發(fā)射，形成一套火力單元具備遠(yuǎn)、中、近和高、中、低綜合防御能力，以最小的消耗，最大程度的提高了防御能力。同時(shí)，伴隨新型導(dǎo)彈的列裝，不斷拓展系統(tǒng)的能力邊界。

其中，C-400武器系統(tǒng)配置的導(dǎo)彈主要有40H系列、48H系列、9M96系列，根據(jù)作戰(zhàn)需要有選擇地使用數(shù)種型號(hào)導(dǎo)彈，可同時(shí)發(fā)射數(shù)種導(dǎo)彈，攔截攻擊距離不同的目標(biāo)，可建立梯形配置的多層防御，擴(kuò)大防御范圍。

共架發(fā)射的導(dǎo)彈進(jìn)行了型譜設(shè)計(jì)，采用0.27,0.515 m 2種彈徑系列；發(fā)射筒進(jìn)行了通用化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了外形的相對(duì)統(tǒng)一，對(duì)于彈徑相同長度不同的導(dǎo)彈，通過筒內(nèi)加裝適配器的方式，保證發(fā)射筒外形的一致，有利于導(dǎo)彈混裝混配時(shí)的布局安排。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

從國外共架發(fā)射系統(tǒng)以及其導(dǎo)彈來看，有以下特點(diǎn)[12-13]：

(1) 既有垂直發(fā)射方式，也有傾斜發(fā)射方式，但主要以垂直發(fā)射方式為主，地基垂直共架發(fā)射系統(tǒng)中均采用“冷”發(fā)射，艦載垂直共架發(fā)射系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了“冷、熱”發(fā)射兼容。

(2) 頂層貫標(biāo)，采用集成式的通用化設(shè)計(jì)。

(3) 開放式系統(tǒng)架構(gòu)，配置不同模塊實(shí)現(xiàn)功能拓展。

(4) 共架發(fā)射的導(dǎo)彈主要采用發(fā)射箱(筒)式，而發(fā)射箱(筒)的尺寸是有限的且又要能裝下多種型號(hào)的導(dǎo)彈，所以要求發(fā)射箱(筒)和導(dǎo)彈的外形尺寸相當(dāng)或分為2～3種標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

3 總體實(shí)現(xiàn)思路

依據(jù)組成和工作原理，梳理接口關(guān)系和工作流程，確立標(biāo)準(zhǔn)體系框架，依據(jù)框架制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行約束，降低系統(tǒng)、設(shè)備、組件之間的耦合度，構(gòu)建模塊化、開放式、可重構(gòu)的共架發(fā)射平臺(tái)架構(gòu)。這是地空導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)共架發(fā)射的總體研究思路。

從機(jī)械接口層面分析，導(dǎo)彈安裝在發(fā)射筒(箱)內(nèi)，組成筒彈或者箱彈；發(fā)射筒(箱)安裝在發(fā)射裝置，發(fā)射裝置安裝在發(fā)射車底盤上。整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝層次如圖1所示。導(dǎo)彈與發(fā)射筒(箱)、發(fā)射筒(箱)與發(fā)射裝置、發(fā)射裝置與發(fā)射車底盤存在機(jī)械接口關(guān)系。

圖1 安裝層次示意圖Fig.1 Schematic diagram of installation frame

從電氣接口層面分析，發(fā)射控制系統(tǒng)從供配電系統(tǒng)獲取能源，接收指控系統(tǒng)的命令，控制車控系統(tǒng)完成發(fā)射裝置的起豎、調(diào)轉(zhuǎn)、回平等動(dòng)作，對(duì)筒彈(或箱彈)實(shí)施不可逆發(fā)射時(shí)序，完成導(dǎo)彈發(fā)射。發(fā)射控制系統(tǒng)與指控系統(tǒng)、發(fā)射車車控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、發(fā)射筒(彈)存在電氣接口，發(fā)射筒(彈)與導(dǎo)彈存在電氣接口，如圖2所示。此外，處于測(cè)試性考慮，發(fā)射控制系統(tǒng)還需要預(yù)留檢測(cè)接口。

從信息交互層面分析，導(dǎo)彈發(fā)射前指控系統(tǒng)與發(fā)射控制系統(tǒng)、發(fā)射控制系統(tǒng)與筒彈(或箱彈)也存在固定的工作流程和信息交互；導(dǎo)彈發(fā)射后指控系統(tǒng)通過指令線與導(dǎo)彈完成上下行指令的傳輸。

綜上所述，可以確定共架發(fā)射平臺(tái)的主要構(gòu)成要素為導(dǎo)彈、發(fā)射筒(箱)、發(fā)射裝置。將這些要素的接口(結(jié)構(gòu)、電氣)、工作流程進(jìn)行通用化、標(biāo)準(zhǔn)化研究[14-15]，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，形成相應(yīng)的實(shí)物產(chǎn)品，進(jìn)行組合集成，即可以實(shí)現(xiàn)共架發(fā)射。

4 未來發(fā)展趨勢(shì)展望

隨著各類基礎(chǔ)支撐技術(shù)的不斷發(fā)展和軍事需求的不斷提升，未來共架發(fā)射技術(shù)應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)探索和研究：

(1) 快速反應(yīng)

快速反應(yīng)能力是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，主要包括快速機(jī)動(dòng)、快速發(fā)射、快速補(bǔ)給等?？焖贆C(jī)動(dòng)方面，采用功能與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)、輕質(zhì)化和小型化設(shè)計(jì)，提升發(fā)射平臺(tái)載重比，根據(jù)部署作戰(zhàn)環(huán)境選用適當(dāng)?shù)臋C(jī)動(dòng)平臺(tái)?？焖侔l(fā)射方面，采用工作模式(作戰(zhàn)、訓(xùn)練和測(cè)試等)快速切換、快速定向與瞄準(zhǔn)、快速調(diào)平和起豎等設(shè)計(jì)。快速補(bǔ)給方面，采用導(dǎo)彈模塊自主裝卸設(shè)計(jì)，縮短導(dǎo)彈模塊的裝填時(shí)間。

(2) 高密度裝載、混搭混配

平臺(tái)對(duì)武器種類和數(shù)量的需求迫切，通過高密度裝載、混搭混配(冷、熱發(fā)射兼容)，可同時(shí)裝備多型、多枚武器，有效提高平臺(tái)的攻防作戰(zhàn)能力。依據(jù)不同作戰(zhàn)任務(wù)，及時(shí)、方便地實(shí)施換裝，靈活配置相應(yīng)類型和足夠數(shù)量的武器，既可有所側(cè)重地構(gòu)建立體防空體系，形成對(duì)空防御和制空作戰(zhàn)能力，又可有效增強(qiáng)攻擊手段，形成綜合作戰(zhàn)能力。

(3) 由通用化逐步向開放式方向發(fā)展

采用模塊化、開放式體系結(jié)構(gòu)，以標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，將復(fù)雜系統(tǒng)劃分為子系統(tǒng)、組件、部件，通過標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行組合集成，降低各子系統(tǒng)的耦合程度，利于系統(tǒng)的開發(fā)、擴(kuò)展和升級(jí)。

(4) 基于狀態(tài)感知的智能控制

應(yīng)具備多種裝載模式下的自適應(yīng)發(fā)射準(zhǔn)備，具備綜合能源管理、自主供電切換以及環(huán)境感知能力，基于自主的彈型識(shí)別和上級(jí)作戰(zhàn)指令，制定相應(yīng)的展開撤收、發(fā)射準(zhǔn)備控制策略，實(shí)現(xiàn)各裝載模式下快速、安全展開撤收以及發(fā)射控制?；诰W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，依托分布式傳感器采集內(nèi)部、外部信息，通過信息融合，進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境感知、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與健康管理，實(shí)現(xiàn)視情維修。

(5) 系統(tǒng)重構(gòu)

基于冗余/容錯(cuò)技術(shù)，開展硬件冗余、數(shù)據(jù)和信息冗余、主動(dòng)冗余、動(dòng)態(tài)冗余設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)故障條件下的系統(tǒng)在線快速重構(gòu)，提升任務(wù)可靠性；基于SoPC技術(shù)，能夠通過重組或改變自身部件，快速調(diào)整系統(tǒng)能力和功能，以適應(yīng)新的作戰(zhàn)環(huán)境需要。

5 后續(xù)工作建議

(1) 積極借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)

美、俄軍事大國對(duì)共架發(fā)射技術(shù)的研究起步較早，歷經(jīng)幾代產(chǎn)品的發(fā)展，目前已形成較為成熟的技術(shù)，并已大規(guī)模裝備至各軍兵種。應(yīng)充分借鑒國外共架發(fā)射的先進(jìn)技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)，采用開放式體系結(jié)構(gòu)，研制可以發(fā)射多型導(dǎo)彈的地空導(dǎo)彈共架發(fā)射系統(tǒng)，滿足未來作戰(zhàn)需求。

(2) 盡快建立共架發(fā)射技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化體系，開展標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究

根據(jù)多年開展地空武器系統(tǒng)研究的工程經(jīng)驗(yàn)，共架發(fā)射技術(shù)的開展和推進(jìn)必須要靠健全的標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行規(guī)范，應(yīng)依據(jù)貫徹“標(biāo)準(zhǔn)先行”的原則，構(gòu)建完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系。

建立地空導(dǎo)彈共架發(fā)射技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系是一項(xiàng)迫切的、長期的工作，同時(shí)需要從頂層進(jìn)行全局規(guī)劃，循序漸進(jìn)、由易到難，其標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和健全屬于系統(tǒng)性工作，應(yīng)按照需求統(tǒng)籌規(guī)劃，調(diào)動(dòng)軍方、工業(yè)部門各相關(guān)研究院、廠所部站的發(fā)射系統(tǒng)、導(dǎo)彈總體、武器系統(tǒng)等專業(yè)的技術(shù)力量給予支持，充分借用和參考國內(nèi)外現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，加快建立和健全地空導(dǎo)彈共架發(fā)射技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系。

圖2 電氣接口示意圖Fig.2 Schematic diagram of electrical interface

6 結(jié)束語

采用“標(biāo)準(zhǔn)化”的接口設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)“共架發(fā)射”最直接也最有效的技術(shù)途徑。形成的“接口標(biāo)準(zhǔn)”可以使得發(fā)射系統(tǒng)的研制逐步和導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的研制分開進(jìn)行，不再受某一型號(hào)導(dǎo)彈的影響，采取跨越式的發(fā)展方式，打破傳統(tǒng)型號(hào)配套研制模式，有利于加快型號(hào)研制進(jìn)度，有利于實(shí)現(xiàn)裝備戰(zhàn)斗力快速生成。

因此，開展地空導(dǎo)彈共架發(fā)射技術(shù)研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)“共架發(fā)射”所需的“標(biāo)準(zhǔn)化接口”和“技術(shù)方案”進(jìn)行梳理和設(shè)計(jì)，并與前沿基礎(chǔ)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，逐步形成標(biāo)準(zhǔn)化的共架發(fā)射系統(tǒng)，其所帶來的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益均十分巨大。