垂發(fā)自導深彈發(fā)展設想

洪 浩，王洋洋

（中國船舶集團有限公司第七一六研究所，江蘇 連云港 222061）

0 引言

深彈是傳統(tǒng)反潛武器，在第二次世界大戰(zhàn)中因反潛的需求而出現(xiàn)并得到迅速發(fā)展和廣泛裝備。深彈的主要特點是價格低廉、容易制造、使用方便、裝藥填充系數(shù)高、能在淺水使用等，通常以齊射（投）散布覆蓋方式攻潛。由于聲吶不能測深，且對目標的方位與距離測量誤差也較大，導致使用深彈反潛的效能較低。隨著潛艇技術的發(fā)展，深彈的投擲方式和距離以及傳統(tǒng)觸發(fā)或定時等簡單引信已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代反潛戰(zhàn)的需要，其反潛地位逐漸被自導魚雷所取代，成為次要或輔助的反潛武器。另外，深水炸彈所需的發(fā)射裝置、輸備彈裝置和彈庫占用空間過大，難以適裝現(xiàn)代艦艇。

魚雷因其能夠自動航行、自動導引并追蹤攻擊目標，在戰(zhàn)后迅速發(fā)展成為主要的反潛武器。魚雷具有自主攻擊能力強、破壞威力大等特點，但針對淺水目標和瀕海區(qū)作戰(zhàn)，其聲自導頭往往受到很大干擾，導致命中率極低，而應用深彈反潛的優(yōu)勢及特點便突顯出來。1982年，英阿馬島海戰(zhàn)某次戰(zhàn)役中，在多次魚雷攻擊無效后，英國皇家海軍使用MK11航空深彈成功擊中阿根廷潛艇，充分證明了深彈武器在反潛戰(zhàn)中仍占有一席之地。

考慮到海洋環(huán)境和水下目標探測的復雜性，在現(xiàn)代化反潛裝備體系中需要魚雷和深彈兩者高低搭配使用才能取得較好的反潛效果。但傳統(tǒng)的深彈武器也應與時俱進，在保留自身優(yōu)點的同時，也應充分借鑒國外先進的深彈技術，努力克服占用艦艇空間大、反潛效能低、發(fā)射距離近等方面不足，使古老武器能重煥生機、破繭重生。

1 深彈武器在現(xiàn)代海戰(zhàn)中的作用與定位分析[1]

與反潛制導魚雷相比，深水炸彈在未來海戰(zhàn)中似乎處在一種可有可無的地位。但深入剖析，未來海戰(zhàn)中，深水炸彈仍具有不可替代的作用。

1.1 淺水和復雜海域反潛需求

綜觀各國海軍，反潛武器基本類型只有魚雷（包括管裝魚雷、空投魚雷和火箭助飛魚雷）和深彈兩種。魚雷武器具有距離遠、爆炸威力大、自主搜索等優(yōu)點，但對發(fā)射水域的水深均有一定要求。水面艦艇管裝發(fā)射一般要求水深≥40 m，空投發(fā)射（包括助飛發(fā)射）一般要求水深≥50 m。未來在淺水海域進行的反潛戰(zhàn)給了深彈這類傳統(tǒng)的反潛武器很大的用武之地。另外，在水底情況比較復雜的海域，例如港口和近海等潛艇活躍的主要戰(zhàn)場，由于礁石及沉船等影響，使得魚雷自導搜索目標困難，作戰(zhàn)效率降低。低成本的深彈武器就成為此時最有效的反潛武器。

1.2 水面艦艇反魚雷、反水雷需求

水面艦艇對抗魚雷攻擊，除了使用水聲對抗器材壓制敵潛艇聲吶降低對線導魚雷的導引能力、干擾與誘騙聲自導魚雷等軟對抗手段外，還需采用有效的硬殺傷手段。火箭深彈一次齊射可覆蓋較大區(qū)域，可以成為魚雷硬殺傷防御系統(tǒng)的主角。

同時深水炸彈造價低、爆炸威力大，可以緊急炸開水雷陣，是一種有效的戰(zhàn)時反水雷手段。

1.3 水面艦艇反無人潛航器、反蛙人需求

隨著無人作戰(zhàn)裝備的發(fā)展，無人潛航器正成為水面艦艇面臨的新威脅，同時對付敵方蛙人，也需要經(jīng)濟有效的手段，反潛深水炸彈可成為合適的應對武器。

1.4 清理航道需求

深彈在搶灘登陸作戰(zhàn)中可掃清灘頭、快速破除水下障礙、實施航道清理任務，成為“水下破障彈”。

1.5 廉價反潛武器作戰(zhàn)使用

水下戰(zhàn)最大的難點是搜索發(fā)現(xiàn)水下目標困難。受水下環(huán)境和探測技術的制約，水下目標的虛警率高。戰(zhàn)時，不能一發(fā)現(xiàn)水下疑似目標，就使用價值高且數(shù)量有限的魚雷武器攻擊。如在英國與阿根廷馬島海戰(zhàn)中，眾多疑似目標迅速消耗了英軍200余枚各類反潛武器，絕大部分為反潛魚雷，以至于到了后期英軍“無雷可用”。為適應水下戰(zhàn)需要，各國大力發(fā)展LCAW低成本反潛武器，LCAW可用于疑似目標打擊。除降低成本外，在多極化國際形勢下，還能控制事態(tài)擴大，達到對敵潛艇示警、驅逐、輕傷的效果。

對比魚雷和導彈，深彈作為價廉物美的武器，在一些海軍強國得到重視和使用，特別是在俄、德等一些國家自導深彈和小型核動力深彈的出現(xiàn)，使得深彈作為反潛利器，在水下戰(zhàn)中仍可發(fā)揮應有作用。

2 國外先進自導深彈

與傳統(tǒng)深彈定時定深工作方式不同，自導深彈一般安裝有側掃聲吶和/或彈頂聲吶，具備一定的對目標在水平和深度方向上的搜索跟蹤能力。同魚雷反潛的機理相類似，只是自導深彈的自導搜索距離較近、因裝藥量少導致毀傷效能較低。但較傳統(tǒng)深彈武器，自導深彈的作戰(zhàn)效能已有大幅提升。目前世界上較先進的深彈有俄羅斯的3агон-2航空深彈和德國“海矛”火箭自導深彈。

2.1 俄羅斯 3агон-2 航空深彈[2]

2017年初，俄國防部已訂購并批準量產(chǎn)一種新式彈道可控航空反潛深彈。2017年 6月底在俄羅斯圣彼得堡舉辦的第8屆國際海事防務展（海洋沙龍）上，俄羅斯國有科研工程研究所首次展出了該型深彈的出口型產(chǎn)品3агон-2Э（見圖1）。

圖1 俄 3агон-2 航空深彈外觀圖Fig.1 External view of Russian 3агон-2 aerial depth charge

這款新型自導深彈的工作方式為先懸浮探測再下沉搜索攻擊。該深彈在投放入水后，將懸浮在設定深度上，自導頭向下開始工作，以主動方式搜索目標。當目標進入其探測范圍內(nèi)時，深彈發(fā)現(xiàn)目標就會自動脫離懸浮裝置進而快速下沉，然后使用操舵機構調(diào)整彈道從而追擊目標（無動力）。其極限下沉速度為18 m/s，自導系統(tǒng)有效探測距離可達 450 m。該深彈極有可能使用了新型聚能炸藥以及垂直命中技術。俄羅斯國有科研工程研究所的公開資料稱：即便有200 m的探測誤差，其命中率依然可達 60%（6枚連投），效費比已然超過航空魚雷。

多枚深彈入水后展開形成的漂雷陣還可用于攔截魚雷，作用機理同懸浮式火箭深彈。

2.2 德國“海矛”火箭自導深彈[3]

“海矛”火箭自導深彈由助推器、空投附件、水下彈3部分組成，其中作為有效載荷的水下彈主要包括舷側陣自導系統(tǒng)、彈頂陣自導系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動力電池、動力系統(tǒng)、引信以及戰(zhàn)斗部等，見圖2。

圖2 “海矛”火箭自導深彈組成Fig.2 Compositional diagram of “Sea Spear” rocket homing depth charge

“海矛”火箭自導深彈的彈道分為空中段彈道和水下段彈道兩部分。空中段彈道由助飛段彈道、彈傘段彈道組成；水下段彈道由入水段彈道、準懸停沉降段彈道、傾斜轉向段彈道、導引攻擊段彈道和末彈道組成。

“海矛”火箭自導深彈的攻潛過程分為6個階段[4]，如圖3所示。

圖3 “海矛”火箭自導深彈攻潛過程Fig.3 Progress of “Sea Spear” rocket homing depth charge attacking submarine

火箭自導深彈由艦艇發(fā)射后，沿預定的助飛彈道在空中飛行（階段1）；助飛段結束后，助推器分離，空投附件動作開啟第1個降落傘（階段2）；水下彈在傘的減速作用下穩(wěn)定下降，以一定的速度和姿態(tài)濺落入水（階段3）；入水后，第2個降落傘脫落，彈體在隨后開啟的第2個降落傘與姿態(tài)控制系統(tǒng)的共同作用下迅速調(diào)整到準懸停沉降狀態(tài)（階段 4）；布于彈身的舷側陣自導系統(tǒng)開機在水平360°范圍內(nèi)搜索目標（階段5）；舷側陣自導系統(tǒng)探測到目標后，水下彈動力系統(tǒng)啟動，彈體開始由垂直向下狀態(tài)朝目標所在方位傾斜轉向，同時轉為由彈頂陣自導系統(tǒng)搜索目標，彈頂陣自導系統(tǒng)探測到目標后，水下彈按照一定的導引律向目標發(fā)起攻擊，撞上目標后，觸發(fā)引信動作，引爆聚能戰(zhàn)斗部摧毀目標，若未命中目標，水下彈將超過航程自毀（階段6）。

“海矛”火箭自導深彈濺落點散布誤差小于100 m，舷側陣自導作用距離大于400 m，舷側陣自導垂直扇面角小于 5°，其反潛作戰(zhàn)效能≥70%。

3 深彈垂發(fā)方案設想

傳統(tǒng)深彈發(fā)射裝置、輸備彈裝置和彈庫占用空間過大，在現(xiàn)代艦艇上的適裝性較差，同時影響艦艇的隱身性。伴隨反潛武器系統(tǒng)向集成化、多層次方向發(fā)展，未來多種反潛武器勢必采取通用共架發(fā)射技術。探索深彈垂直發(fā)射技術，實現(xiàn)深彈與反潛助飛魚雷借助通用垂直發(fā)射裝置共架垂發(fā)，可提高深彈貯彈密度，節(jié)省艦艇空間，增強深彈的適裝性。垂直發(fā)射反應時間短，無射擊禁區(qū)，可有效提高深彈的作戰(zhàn)效能。

采用垂直發(fā)射時，須同垂直發(fā)射架進行適配，需探索實現(xiàn)深彈箱式發(fā)射。深彈發(fā)射箱具備與垂直發(fā)射架匹配的外部接口，可容納多枚深水炸彈。各枚深彈之間設置有隔斷層，前一枚深彈發(fā)射不影響后續(xù)深彈?？蓪崿F(xiàn)單射，也可連射。

垂直發(fā)射技術分兩種：“冷發(fā)射”技術和“熱發(fā)射”技術。

1）“冷發(fā)射”。

“冷發(fā)射”又稱外動力發(fā)射，是一種利用彈以外的動力（通常為燃氣）先把彈彈射離開發(fā)射筒（箱），待彈離開艦面一定安全高度后，彈發(fā)動機在空中點火的發(fā)射方式。

深彈垂直“冷”發(fā)射方式可借鑒導彈垂直“冷”發(fā)射技術，采用燃氣發(fā)生器作為彈射裝置，提供深彈出箱動力。

深彈垂直“冷”發(fā)射方式設想見圖4。冷發(fā)射箱主要由箱體、前蓋、后蓋、彈射裝置、固彈機構、脫插機構等組成。1個發(fā)射艙口可裝載4個深彈發(fā)射箱，1個深彈發(fā)射箱可裝載多枚深水炸彈。根據(jù)作戰(zhàn)需求，可串聯(lián)發(fā)射，也可并聯(lián)發(fā)射，滿足深彈單射或齊射的要求。

圖4 深彈冷（左）、熱（右）兩種發(fā)射方式設想Fig.4 2 launching modes for depth charge（The left is cold launch mode and the right is thermal launch mode）

2）“熱發(fā)射”。

“熱”發(fā)射又稱自推力發(fā)射，是一種利用彈助推器在發(fā)射筒（箱）中點火，利用助推器產(chǎn)生的燃氣將彈從發(fā)射系統(tǒng)中垂直推出的發(fā)射方式。

深彈垂直“熱”發(fā)射方式可利用深彈尾部的火箭固體發(fā)動機提供出箱動力。

如圖4所示，“熱”發(fā)射箱主要由箱體、前蓋、后蓋、壓力室、固彈機構、脫插機構等組成。垂直“熱”發(fā)射同樣可實現(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)發(fā)射。

對于垂直“冷”發(fā)射技術，由于發(fā)射時不需要深水炸彈提供出箱動力，對深水炸彈射程無影響，且發(fā)射箱無需進行防火箭尾焰燒灼處理。但串聯(lián)發(fā)射時，要求同一彈射裝置提供多次彈射動力，對于彈射裝置要求較高。對于垂直“熱”發(fā)射技術，深水炸彈需要提供出箱動力及轉向，對射程有一定影響，且必須設計合理的燃氣排導系統(tǒng)同時開展防火箭尾焰燒灼處理，但對射程影響較小，現(xiàn)有熱防護技術也較成熟。相比“冷”發(fā)射技術，“熱”發(fā)射技術較為成熟，不存在未解決的技術難題。因此，從工程實現(xiàn)角度來看，深水炸彈垂直“熱”發(fā)射是目前較為可行的發(fā)射方式。

深彈垂直發(fā)射方式對艦艇綜合指控系統(tǒng)和深彈自身提出了新的要求。垂直發(fā)射反應時間短，火力轉移迅速，無射擊禁區(qū)，可實現(xiàn)全方位作戰(zhàn)。艦艇綜合指控系統(tǒng)需根據(jù)垂直發(fā)射的特點作出適應性改進，優(yōu)化作戰(zhàn)流程及深彈發(fā)射模式。對于深彈自身，需突破推力矢量控制技術，在垂直發(fā)射后以盡量短的時間控制彈體以最小轉彎半徑完成轉彎程序，使深彈轉向目標平面。

4 垂發(fā)自導深彈效能分析[5]

垂發(fā)自導深彈在傳統(tǒng)的深彈武器技術基礎上，結合了智能自導控制和日趨成熟的通用垂直發(fā)射技術。為進一步研究此類武器的總體技術及作戰(zhàn)使用，本文運用蒙特卡羅方法，仿真計算了垂發(fā)自導深彈的反潛效能。深彈的主要參數(shù)，特別是自導部分參數(shù)，選用公開報道的德國“海矛”火箭自導深彈的參數(shù)。

4.1 仿真條件

使用3或6枚自導深彈連射反潛，武器使用示意圖見圖5。

圖5 深彈武器使用示意圖（以3枚為例）Fig.5 Schematic diagram of depth charges in operation（taking 3 depth charges as an example）

1）彈參數(shù)。

自導作用距離（舷側陣與彈頂陣）為450 m；舷側陣自導系統(tǒng)垂直扇面半角為 5°；彈頂陣自導系統(tǒng)扇面半角為60°；導引攻擊段航速為16 kn；落點散布為D/130（D為水平射距，二階原點距）。

2）聲吶探潛精度。

測向精度為2.3°（二階原點距）；測距精度為1.9%R+60 m（R為目標距離）。

3）目標參數(shù)。

潛艇航速為10 kn；潛艇航向 0°/45°/90°/135°/180°/225°/270°/315°，分8檔計算。

4）發(fā)射條件。

垂發(fā)連射間隔5 s；最大射程為 4 000 m/5 000 m兩檔。

在以上條件下，計算深彈平均命中概率。

這時，他發(fā)現(xiàn)就在十幾米處，出現(xiàn)了日本鬼子！戰(zhàn)士們紛紛舉槍射擊。經(jīng)過一瞬的猶豫，他也開始對著日本鬼子瘋狂射擊。

4.2 仿真結果

在給定對潛探測精度條件下，使用垂發(fā)自導深彈反潛，對5 000 m潛艇目標，3枚連射，至少命中1發(fā)概率大于55%；6枚連射，至少命中1發(fā)概率大于75%。

在相同對潛探測精度條件下，使用傳統(tǒng)的定時/定深引信非自導深彈反潛，6枚管裝齊射，至少命中1發(fā)概率低于15%。

表1 仿真計算結果Table 1 Results of simulation calculation

兩相對比，可得出一基本結論：使用垂發(fā)自導深彈反潛，與管裝發(fā)射非自導深彈相比較，能大幅提升深彈武器的反潛作戰(zhàn)效能。

5 應用前景分析[6]

傳統(tǒng)深彈武器因占用空間大、射程近、效能低，基本已遭淘汰。必須借鑒國外先進技術，在采用自導控制技術基礎上，將深彈與導彈、火箭助飛魚雷等武器共用通用垂直發(fā)射裝置發(fā)射。通過與通用垂發(fā)裝置共架共控，在使用并優(yōu)化自導技術基礎上，大幅提升深彈武器的反潛作戰(zhàn)效能。通過將深彈與機載反潛武器、艦載輕型魚雷、火箭助飛魚雷配合使用，形成以下多方面效果：

1）深彈作為中近程武器，與其它反潛武器形成遠、中、近層次銜接的反潛武器裝備體系。

3）利用深彈價廉優(yōu)勢，與機載/艦載輕型魚雷、火箭助飛魚雷高低搭配，豐富單艦/編隊水下作戰(zhàn)手段。

4）向功能多樣化方向發(fā)展[7]。深彈除可用于反潛，亦可用于反魚雷、反水雷、反UUV、反蛙人等水下作戰(zhàn)行動。如俄羅斯的3агон-2深彈兼顧了反潛與反魚雷功能。

5）向平臺多樣化方向發(fā)展[8]。深彈武器從應用于水面艦艇和固定翼、旋翼反潛飛機拓展應用于其它平臺，如裝備于要地防御系統(tǒng)中，執(zhí)行島礁、港口、碼頭、海上石油鉆井平臺等高價值目標的水下防御任務，包括反潛、反魚雷、反蛙人等作戰(zhàn)行動?？砂惭b在兩棲登陸艦、專用破障船等平臺上，戰(zhàn)時執(zhí)行航道清理、登陸灘頭陣地破障等任務；也可通過水下爆轟方式執(zhí)行應急掃雷任務，為登陸艦隊緊急開辟航道等。

6 結束語

火箭自導深彈是一種淺海性能優(yōu)越的近程反潛武器，能夠與輕型魚雷、火箭助飛魚雷高低搭配，遂行反潛任務。目前，西方與俄羅斯等軍事強國都已經(jīng)研制了符合各自需要的火箭自導深彈。由于增加了自導功能，該武器較傳統(tǒng)無自導火箭深彈的作戰(zhàn)效能有了大幅提升。尤其是德國的“海矛”自導深彈，較俄羅斯的火箭自導深彈在搜索探測目標方面性能更為先進。

借助于水面艦艇廣泛采用的通用垂發(fā)技術發(fā)射自導深彈，能夠有效解決深彈武器在水面艦艇上的適裝性難題。將自導技術與垂發(fā)技術相結合，將使古老的深彈武器煥然一新，催生出一款水下戰(zhàn)利器。但綜觀各國艦艇，到目前為止，垂發(fā)自導深彈仍是一個空白。該類型武器在性能、多功能應用、價格等方面優(yōu)勢非常明顯。從性能上，較傳統(tǒng)的深彈武器，自導深彈的作戰(zhàn)效能數(shù)倍提升；在多功能應用方面，主要用于反潛領域，可擴展應用于反魚雷、反水雷、反UUV等范疇；從價格方面，與魚雷等高價值武器相比，深彈武器價格低廉；從技術上，研發(fā)該類型武器大多為成熟技術，難度不大，值得國內(nèi)同行關注。