一種中大口徑艦炮彈幕反導(dǎo)技術(shù)探索?

謝保軍 胡 江 錢 佳 趙亞東

（海軍大連艦艇學(xué)院導(dǎo)彈與艦炮系 大連 116018）

1 引言

在艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)中，艦炮作為一種末端防御武器，按照口徑可分為兩種：小口徑艦炮和中大口徑艦炮，其中，小口徑艦炮具有射速高、反應(yīng)快的特點(diǎn)，在末端反導(dǎo)作戰(zhàn)中起著非常重要的作用。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)小口徑艦炮防空反導(dǎo)問題的研究較多［1～4］，如現(xiàn)在廣泛裝備在艦艇上的轉(zhuǎn)管炮，射速能達(dá)到每分鐘幾千甚至上萬發(fā)。而針對(duì)中大口徑艦炮的研究往往聚焦在對(duì)?；蛘邔?duì)岸射擊問題上［5～8］，對(duì)中大口徑艦炮防空反導(dǎo)問題的研究還比較匱乏。中大口徑艦炮的射速一般都不超過每分鐘兩百發(fā)，雖然也具備一定的反導(dǎo)能力，但是由于反應(yīng)速度慢、射速低等原因，其反導(dǎo)能力相比小口徑艦炮而言要明顯弱一些。

目前，艦炮對(duì)空中目標(biāo)射擊普遍采用的是一種所謂的追蹤射擊法［9］，如圖1所示。其原理是每次發(fā)射的射擊諸元（包括表尺距離、表尺方向和引信裝定量等）實(shí)時(shí)由儀器計(jì)算或從事先計(jì)算好的戰(zhàn)斗射表中查得，使炸點(diǎn)（彈著點(diǎn)）不斷追隨目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)而相應(yīng)移動(dòng)，以期每次發(fā)射的彈丸均在相應(yīng)的提前點(diǎn)與目標(biāo)“相遇”而殺傷目標(biāo)。射擊過程中需要不斷保持對(duì)目標(biāo)的瞄準(zhǔn)跟蹤，并根據(jù)目標(biāo)現(xiàn)在坐標(biāo)連續(xù)不斷地計(jì)算每次發(fā)射的射擊諸元。

圖1 追蹤射擊法

目前，世界各大國(guó)都在爭(zhēng)相研發(fā)和裝備新型超音速反艦導(dǎo)彈，如我軍某型反艦導(dǎo)彈攻擊速度可達(dá)2Ma～3.3Ma，“布拉莫斯”攻擊速度可達(dá)2Ma～3Ma，“鋯石”攻擊速度可達(dá)4Ma～6Ma。目前在服役的中大口徑艦炮反導(dǎo)的有效射程通常不超過10000m。也就是說，這些反艦導(dǎo)彈在艦炮有效射程內(nèi)的飛行時(shí)間只有不到15s。艦炮在如此短的時(shí)間內(nèi)能夠發(fā)射的彈丸數(shù)量也十分有限。如某型單130mm艦炮按照最高射速25rds/min使用追蹤射擊法射擊，能夠發(fā)射的彈丸也不超過7發(fā)。發(fā)射彈丸的數(shù)量直接決定了毀傷概率的高低，數(shù)量越少，毀傷概率越低。因此，中大口徑艦炮按照現(xiàn)有的射擊方法已經(jīng)難以滿足對(duì)超音速反艦導(dǎo)彈的防御要求。

針對(duì)中大口徑艦炮反導(dǎo)存在的問題，探索提出一種基于彈幕構(gòu)建的中大口徑艦炮反導(dǎo)方法，根據(jù)反艦導(dǎo)彈具有的典型攻擊路徑，設(shè)法在其攻擊路徑前方構(gòu)建彈幕。利用這種射擊方法，一方面可以使艦炮反導(dǎo)射擊時(shí)間提前，發(fā)射的彈丸數(shù)量更多，另一方面可以降低射擊誤差，提高艦炮對(duì)反艦導(dǎo)彈的毀傷概率。

2 彈幕反導(dǎo)機(jī)理

2.1 典型反艦導(dǎo)彈攻擊特征

反艦導(dǎo)彈典型的攻擊過程大致都有四個(gè)階段：發(fā)射階段、巡航階段、超低空掠海飛行階段和末端攻擊階段［10］。其中，超低空掠海飛行階段的彈道高度通常在幾米到十幾米不等，進(jìn)入超低空掠海飛行階段時(shí)與目標(biāo)的距離通常在幾公里到十幾公里不等。這個(gè)數(shù)值的大小由反艦導(dǎo)彈的具體型號(hào)決定，也就是說，一旦確定了反艦導(dǎo)彈的型號(hào)，其彈道特征也基本可以確定，而且反艦導(dǎo)彈的超低空掠海飛行階段所處的區(qū)域也正好是艦炮的反導(dǎo)區(qū)域。

2.2 反導(dǎo)彈幕的構(gòu)建

當(dāng)艦艇確定了來襲反艦導(dǎo)彈的型號(hào)，就可以根據(jù)其彈道特征設(shè)法在其攻擊路徑前方提前構(gòu)建一個(gè)彈幕，實(shí)現(xiàn)對(duì)反艦導(dǎo)彈的攔截。

彈幕的構(gòu)建方法如圖3所示，當(dāng)火控雷達(dá)在較遠(yuǎn)的距離（通常是2倍～3倍的艦炮射程）探測(cè)到反艦導(dǎo)彈向我方艦艇接近時(shí)，艦炮通過火控系統(tǒng)計(jì)算出射擊諸元，并向反艦導(dǎo)彈攻擊路徑方向持續(xù)地發(fā)射多發(fā)彈丸，當(dāng)彈丸到達(dá)一定空間位置打開減速傘開始減速下降。在射擊過程中，艦炮需要不斷地調(diào)整射擊諸元，使先后發(fā)射的彈丸在到達(dá)既定射擊距離時(shí)的彈道高度呈遞減的狀態(tài)，如圖4所示。打開減速傘的彈丸就會(huì)以一個(gè)近乎相同的勻速下降，按照事先計(jì)算好的射擊諸元，最終能夠使不同時(shí)間發(fā)射的彈丸都能夠同時(shí)下降至某一空間位置，并在反艦導(dǎo)彈攻擊路徑的前方聚集形成彈幕，如圖5所示，再通過遙控引爆或者自爆的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)反艦導(dǎo)彈的攔截。

圖2 典型反艦導(dǎo)彈攻擊彈道

圖3 彈幕構(gòu)建流程

圖4 彈幕射擊法

圖5 彈幕示意圖

需要指出的是，彈幕射擊法需要使用具備減速功能的預(yù)制破片彈，可以通過在傳統(tǒng)彈丸的基礎(chǔ)上加裝減速傘的方式實(shí)現(xiàn)。這種在彈丸上加裝減速傘的技術(shù)在懸浮電視偵查彈［11］以及末敏彈［12］等彈種上已經(jīng)得到應(yīng)用，從技術(shù)上而言，完全可以實(shí)現(xiàn)。

3 射擊效力與誤差分析

下面對(duì)彈幕射擊法與傳統(tǒng)的追蹤射擊法在反導(dǎo)中的毀傷概率進(jìn)行對(duì)比分析。

假設(shè)不考慮射擊諸元誤差和引信延時(shí)誤差的影響，那么彈丸的散布概率符合正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為

式中，z為彈丸在方向上的散布，h為彈丸在高度上的散布，σz為彈丸在方向上的散布均方差，σh為彈丸在高度上的散布均方差，那么單發(fā)彈丸對(duì)反艦導(dǎo)彈的毀傷概率為

式中，S為單發(fā)彈丸在方向和高度上的毀傷域。

假設(shè)艦炮發(fā)射n發(fā)彈丸對(duì)反艦導(dǎo)彈進(jìn)行攔截，可以將每一發(fā)彈丸看作是相互獨(dú)立的，那么n發(fā)彈丸的毀傷概率為［13］

從上式可以看出，艦炮對(duì)反艦導(dǎo)彈的毀傷概率取決于彈丸的毀傷域、彈丸在方向和高度上的散布均方差以及發(fā)射彈丸的數(shù)量這三個(gè)因素。其中，彈丸的毀傷域不管采用哪一種射擊法都可以認(rèn)為是相同的，那么毀傷概率就可以認(rèn)為主要由彈丸的散布概率誤差和發(fā)射的彈丸數(shù)量這兩個(gè)因素決定。其中彈丸的散布概率誤差大小與射擊距離有直接的關(guān)系，以某型艦炮為例，其方向和高度上的散布誤差與射擊距離可以認(rèn)為近似存在比例關(guān)系，如圖6所示。

圖6 彈丸散布概率誤差與射擊距離的關(guān)系

在射擊誤差大小方面，從圖6可以看出，彈丸散布概率誤差的均方差大小隨著射擊距離的增大而增大，傳統(tǒng)的追蹤射擊法從目標(biāo)進(jìn)入遠(yuǎn)界開始持續(xù)射擊到目標(biāo)接近到近界，其射擊的彈道散布概率誤差也因此呈現(xiàn)由大到小的一個(gè)變化過程。如果采用彈幕射擊法，那么彈幕構(gòu)建的距離可以選擇在一個(gè)相對(duì)較近的固定距離上，從而可使其總體彈道散布概率誤差處在一個(gè)較低的水平。

在發(fā)射的彈丸數(shù)量方面，傳統(tǒng)追蹤射擊一次反導(dǎo)可發(fā)射的彈丸數(shù)量由反艦導(dǎo)彈從射擊遠(yuǎn)界到射擊近界的飛行時(shí)間決定。而彈幕射擊可以在射擊遠(yuǎn)界之前開始射擊，提前構(gòu)建彈幕，持續(xù)射擊時(shí)間更長(zhǎng)，一次反導(dǎo)能夠發(fā)射的彈丸數(shù)量也越多。

4 結(jié)語(yǔ)

以上在只考慮彈道散布概率誤差以及一次反導(dǎo)可發(fā)射彈丸數(shù)量?jī)蓚€(gè)因素情況下，對(duì)彈幕射擊法與傳統(tǒng)的追蹤射擊法進(jìn)行了比較分析。經(jīng)分析可知，彈幕射擊法相比傳統(tǒng)的追蹤射擊法具有總體彈道散布誤差小和一次反導(dǎo)可發(fā)射彈丸多的優(yōu)點(diǎn)，通過提前在反艦導(dǎo)彈攻擊路徑前方構(gòu)建彈幕，實(shí)現(xiàn)“炮彈等導(dǎo)彈”的目的。另外，在復(fù)雜電磁環(huán)境下，彈幕射擊在反艦導(dǎo)彈攻擊過程中可以不實(shí)時(shí)跟蹤其飛行軌跡，而是根據(jù)導(dǎo)彈典型攻擊路徑提前計(jì)算射擊諸元，因此對(duì)探測(cè)設(shè)備的要求更低，抗干擾能力更強(qiáng)。