戰(zhàn)場偵查設(shè)備新思路用坦克炮發(fā)射無人機

特約記者 劉曉峰 /文

源于實戰(zhàn)需求

未來代坦克技術(shù)不斷成熟，很多新技術(shù)已經(jīng)進入輻射期。未來地面突擊裝備不僅要完成平原作戰(zhàn)，山地和城市等復(fù)雜環(huán)境作戰(zhàn)需求逐漸突出。面對瞬息萬變的現(xiàn)代戰(zhàn)場，坦克作為最前沿戰(zhàn)術(shù)支點的地面突擊兵器，如何更加迅速全面地獲取戰(zhàn)場信息、實現(xiàn)有效協(xié)同，成為需要考慮的問題。

在新的復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境中，以衛(wèi)星等為代表的傳統(tǒng)偵察手段難以在頂部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域使用。比如樓宇街巷和山谷地域，遙感衛(wèi)星受到觀測角度和飛行軌道限制，只能從目標上空采取逐一孔徑掃描，再合成處理為靜態(tài)三維圖像，這種“一掃而過”的方式難以適應(yīng)實時變化的戰(zhàn)場環(huán)境。

中空長航時無人機雖然能做到十幾個小時的長時間滯空，但飛行距離受限，指控中心容易受到遠程精確火力襲擊或特種作戰(zhàn)滲透破壞，尤其是容易暴露在遠程火箭炮的打擊范圍內(nèi)。雖然固定翼無人機的各項技術(shù)在過去十幾年的實戰(zhàn)中不斷成熟，但終究只在非對稱戰(zhàn)爭中得到過檢驗。根據(jù)世界其它國家最新的反無人機戰(zhàn)法，利用中大型固定翼無人機飛行高度較低、速度較慢，容易成為被鎖定和攻擊的目標的特點，在偵測到敵方無人機時并不忙于擊落，而是等待受其指引的地面裝甲部隊出動后，使用事先隱蔽的防空武器將其擊落，使敵方的裝甲部隊失去戰(zhàn)場情報指引并暴露于中、近程火力打擊之下，這樣造成的損失是十分慘重的，我們不能參考美國近些年來在非對稱戰(zhàn)爭中的戰(zhàn)法，而是要考慮到對稱局部沖突甚至敵強我弱的情況下如何盡可能的保存實力。至于通過單兵釋放的那種航模無人機，飛行速度慢，極易被察覺和擊落，而且信號獲取和分析速度極慢，可以適當(dāng)作為功能補充裝備使用，基本不在未來對稱戰(zhàn)爭條件下合成作戰(zhàn)、快速突擊的考慮范圍內(nèi)。

傳統(tǒng)無人機在對稱戰(zhàn)場環(huán)境中生存能力弱；一旦被擊落，地面部隊短時間內(nèi)將失去情報來源，容易貽誤戰(zhàn)機并陷入危險

面對這種未來客觀上會遇到的實戰(zhàn)需求，僅依靠數(shù)量有限的無人機和衛(wèi)星為地面突擊集群獲取信息是遠遠不夠的，而且這樣的情報網(wǎng)絡(luò)十分脆弱。我們在設(shè)計坦克裝甲車輛及其配套武器時，需要考慮到由衛(wèi)星和無人機編制起來的情報網(wǎng)一旦被破壞、沒有理想戰(zhàn)場環(huán)境時的應(yīng)對方法，這種應(yīng)對方法至少要具備4個特點，一是能幫助步兵和裝甲部隊迅速獲得戰(zhàn)場即時動態(tài)；二是生存和突防能力強，在其飛行區(qū)域內(nèi)，沒有能夠?qū)崿F(xiàn)有效攔截的“天敵”設(shè)備；三是使用方便，平時免維護，用時可靠性強；四是對坦克總體設(shè)計影響小，不必單獨設(shè)計使用空間、老舊型號坦克使用時不必修改坦克現(xiàn)有的機械部件，便于推廣。

巧妙避開“天敵”

采用火箭推進器的無人機，其飛行效率將遠高于自旋翼飛行器；而采用坦克炮和火炸藥發(fā)射的“炮射無人機”，比采用火箭推進器發(fā)射方式的性能更強、生存能力強、成本更低、可靠性更高。

“炮射無人機”的設(shè)想不是類似外國現(xiàn)有的迫擊炮射無人機，而是從坦克火炮將偵查設(shè)備以超過1000米/秒的速度發(fā)射出去，發(fā)射高度一般在離地1.8-2米的范圍內(nèi)，這是絕大多數(shù)自動化防空/攔截武器的盲區(qū)，而1000-1200米/秒的速度又是人工難以反應(yīng)過來的。目前能夠此實現(xiàn)有效反應(yīng)的技術(shù)只有坦克主動防護系統(tǒng)，然而炮射無人機的目的并不是攻擊裝有主動防護系統(tǒng)的坦克，而是在城市街道等復(fù)雜環(huán)境中直線飛行、采集隱蔽處的圖像情報。因此，炮射偵查設(shè)備在它的工作區(qū)域內(nèi)幾乎是無法攔截的。

偵查設(shè)備“炮射”的另一個理由是，目前能夠提供這樣高的發(fā)射速度的設(shè)備只有坦克炮。采用火箭發(fā)動機是另一種實現(xiàn)方式。火箭發(fā)動機的特點是距離越長、工作時間越長越能發(fā)揮出性能優(yōu)勢，地面突擊作戰(zhàn)的交戰(zhàn)距離一般小于2千米，在坦克裝甲車輛的有限空間內(nèi)，火箭發(fā)動機在這么短的交戰(zhàn)距離和時間內(nèi)，速度一般只能達到200-300米/秒。而坦克炮在發(fā)射穿甲彈時的彈丸初速能達到1600米/秒以上，如果考慮發(fā)射時過載對電子偵查設(shè)備可靠性的影響，可將初速控制在1000-1200米/秒范圍內(nèi)。

方便儲存和使用

目前裝甲裝備上使用的無人機，多是安裝在車輛頂部或需要專門區(qū)域存放的自旋翼飛行器。這種設(shè)計存在兩個主要的缺陷，一是搭載數(shù)量較少，一般最多4臺左右；二是對車輛總體設(shè)計影響較大，或占用車內(nèi)空間、或增加車體尺寸，對其它設(shè)備性能實現(xiàn)造成影響、增大車輛投影面積，降低車輛戰(zhàn)場生存能力。

炮射無人機不僅在技術(shù)指標上遠超自旋翼飛行器，而且在儲存和使用方面能夠與坦克現(xiàn)有設(shè)備深度融合，十分方便。

炮射偵察系統(tǒng)被存放于自動裝彈機內(nèi)，對坦克裝甲車輛外形無任何影響。指揮員可根據(jù)車輛任務(wù)角色不同而選擇炮射偵察系統(tǒng)的攜帶數(shù)量，以某型主戰(zhàn)坦克為例，最多可攜帶32枚，作戰(zhàn)持續(xù)時長遠高于傳統(tǒng)車載無人機。

由于載荷+發(fā)射藥占用空間與普通破甲彈相當(dāng)，因此可以將無人偵查設(shè)備存放于自動裝彈機內(nèi)，無需對寸土寸金的車內(nèi)空間進行改造和占用。攜帶數(shù)量可在戰(zhàn)前根據(jù)車輛用途和戰(zhàn)場需要決定。自動裝彈機可靠性極高（故障率普遍低于5‰），如果單獨無人機的存放和釋放裝置，客觀上會影響坦克系統(tǒng)整體可靠性。

根據(jù)近年來俄羅斯和美國的坦克裝甲車輛實戰(zhàn)使用情況來看，在絕大多數(shù)戰(zhàn)斗中，坦克受駕駛員體能、能源等限制，作戰(zhàn)時長一般在1-2小時左右，彈藥消耗量一般不高于12發(fā)/場（戰(zhàn)斗）。炮射無人機雖然占用一定的載彈量，但坦克在設(shè)計之初就預(yù)留了載彈的冗余數(shù)量，炮射無人機占用的就是這部分預(yù)留空間，因此對一般作戰(zhàn)幾乎不存在影響。如果再考慮到無人偵查設(shè)備對情報的及時獲取等因素，甚至可以降低單場戰(zhàn)斗中坦克彈藥的消耗量和車輛自身的傷亡概率。

從使用角度考慮，傳統(tǒng)無人機在飛行時需要一名熟練的操作人員，而坦克當(dāng)中的乘員均有明確而且充實的分工，甚至有些情況下車長和炮長還要互相“補臺”，這就是為什么三代坦克普遍具備車長可不經(jīng)過炮長直接操作火炮發(fā)射的“超越射擊”功能。因此，在緊張的地面突擊作戰(zhàn)中，不可能再有一名單獨的“飛手”來聚精會神的操作無人機。

在炮射無人機的使用過程中，炮長可以像切換穿甲彈、破甲彈一樣的操作方式來選擇炮射無人機，用觀瞄裝置鎖定發(fā)射方向、點火發(fā)射，總體操作方法與一般彈藥基本無區(qū)別，僅需要經(jīng)過簡單的培訓(xùn)后即可達到較為熟練的程度。炮射無人機傳回的信息通過車載計算機接收并解讀后，通過觀瞄設(shè)備將信息以位置標識的方式傳遞給乘員，發(fā)射后到讀取目標信息無需人工操作，極大節(jié)省了人力。炮射無人機在自動裝彈機儲存、依靠火控系統(tǒng)實現(xiàn)瞄準、由炮長操作、用火炮發(fā)射，從空間、機械、電子、人工等多個方面實現(xiàn)了與坦克現(xiàn)有條件的高度適應(yīng)。炮射無人機與目前普遍認知的自旋翼無人機相比，不論是對坦克的設(shè)計影響和改裝的工作量，還是對操作人員的使用負擔(dān)來講，在與坦克的系統(tǒng)集成方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

技術(shù)的可實現(xiàn)性

“炮射無人機”概念的提出是在多年積累的兵器、電子與航空航天相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，是需要跨專業(yè)實現(xiàn)的地面突擊兵器子系統(tǒng)，航天器抗載荷能力、兵器火炮發(fā)射藥性能、軍工電子掃描與識別設(shè)備等，均有分別的技術(shù)能夠滿足性能要求。

炮射無人機雖然飛行距離和飛行時間很短，但其需要承受的震動與加速度卻是航天級別的。根據(jù)航天器發(fā)射的一般經(jīng)驗，從頻譜的分布來看，震動載荷包含幾十赫茲到幾千赫茲多個頻率的震動與沖擊，航天器載荷故障的45%是由于發(fā)射過程中的震動造成的，因此載荷抗震技術(shù)決定了炮射無人機可靠性。在航天領(lǐng)域，電子設(shè)備的抗荷能力是有限的，因此需要專門設(shè)計高阻尼隔振器。隔振器分為主動式和被動式兩種；主動隔振器效果好、系統(tǒng)復(fù)雜、成本高，廣泛應(yīng)用于大型航天器，目前還不適合炮射無人機批量生產(chǎn)的需要；被動式隔振器雖然效果遜于主動式，但批量生產(chǎn)可實現(xiàn)程度高，雖然性能方面可能存在不足，但可以通過將“發(fā)射藥能量釋放”與“電子設(shè)備抗荷能力”性能函數(shù)曲線加以優(yōu)化匹配，主要是讓發(fā)射藥去適應(yīng)抗荷能力，高性能和高可靠性是不難實現(xiàn)的。

如果將炮射無人機的研制看作一個系統(tǒng)，從敏捷科研和項目風(fēng)險角度考慮，電子設(shè)備及其抗荷隔震技術(shù)的提升需要較大投入和較長時間，因此可將“炮射無人機”的原理實現(xiàn)與性能提升分解為抗荷技術(shù)與發(fā)射藥技術(shù)兩個方向的“兩步走”：第一步，盡快確定電子設(shè)備的抗荷能力，通過對發(fā)射藥配方和裝藥結(jié)構(gòu)的改進優(yōu)化，使二者性能匹配，爭取在較短時間內(nèi)拿出樣品。由于炮彈和電子設(shè)備與發(fā)射藥是一一對應(yīng)的，因此改變發(fā)射藥性能對其它彈種性能不會產(chǎn)生影響。第二步，在一步彈實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化后，拿出部分利潤，逐步實現(xiàn)電子設(shè)備載荷能力的提升，隨后再改進發(fā)射藥性能，實現(xiàn)邊投入邊產(chǎn)出的可持續(xù)性能提升。

坦克火控系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢是炮射無人機超越傳統(tǒng)無人機的支撐條件之一。目前國際上第三代主戰(zhàn)坦克火控系統(tǒng)的射擊精度普遍水平較高，千米立靶動態(tài)射擊的散布只在一個月餅盒大小的范圍內(nèi)。而人工操控的無人機若想達到如此飛控精度，不僅對人工要求極高，而且飛行過程中極易被發(fā)現(xiàn)和攔截。

對掃描區(qū)域完成信息采集、回傳分析的電子設(shè)備是炮射無人機的核心，抗荷隔震、發(fā)射藥、火控瞄準等技術(shù)都是為此服務(wù)的。發(fā)射出去的電子設(shè)備主要完成信息采集和信息回傳兩項功能，分析解算由車載計算機或附加的計算模塊完成。

坦克3名乘員分工明確（車長、炮長、駕駛員）且工作量飽和，沒有多余的人員駕駛無人機

根據(jù)炮射無人機的使用需要和重量尺寸、飛行彈道等限制條件，當(dāng)彈丸以趨近于直線的彈道飛過信息采集區(qū)域時，使用合成孔徑雷達對于實現(xiàn)功能較為有利。目前我國的合成孔徑雷達技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于近地軌道衛(wèi)星對地資源環(huán)境觀測和無人機對礦區(qū)掃描等用途，技術(shù)十分成熟。工程技術(shù)人員只需要在原有基礎(chǔ)上，將合成孔徑雷達的掃描距離、尺寸進行重新設(shè)計，再進行多次彈道飛行測試和相應(yīng)的改進設(shè)計，有望性能實現(xiàn)。

綜上所述，炮射無人機總體及配套技術(shù)幾乎不存在需要突破的原理問題，具有較為扎實的技術(shù)儲備和實現(xiàn)條件?？蒲腥藛T只需要將相關(guān)技術(shù)在具體的工程設(shè)計和加工工藝方面多下功夫，即可在較短時間內(nèi)拿出動態(tài)演示樣機。

炮射無人機的實戰(zhàn)與科研價值

近年來，反無人機手段不斷更新，傳統(tǒng)的中大型無人機面臨更多威脅，低小慢飛行器極易被攔截。獨立的無人機系統(tǒng)還存在與作戰(zhàn)單元實現(xiàn)信息匹配的問題，因此，如何為地面突擊兵器這樣的作戰(zhàn)單元裝配符合其特點又能滿足使用的情報采集設(shè)備——“坦克在地面作戰(zhàn)中的優(yōu)勢是顯而易見的，近年來又得到了驗證，如何讓強大的坦克變得更聰明？”成為發(fā)展炮射無人機的初衷。

從使用部門到研發(fā)部門，都在不斷強調(diào)武器裝備體系化。無人機也不例外，目前國外陸軍使用的無人機一般為采集地面情報后，將光學(xué)影像實時傳輸?shù)绞勘椭笓]中心的屏幕上，再由人工對情報進行分析和下達攻擊指令。這樣的傳輸方式速度慢。因此，在考慮下一代偵察無人機系統(tǒng)時，可以重新分配不同觀測手段在坦克裝甲車輛總體設(shè)計中占用的重量和尺寸空間。從近年國內(nèi)外的地面裝備競賽中可以看出，車長搜索目標時使用的綜合觀瞄系統(tǒng)已經(jīng)十分成熟，更多的戰(zhàn)場信息是綜合光電等各路傳感器傳輸給計算機，最終呈現(xiàn)給乘員。因此可以考慮將炮射無人機獲取的信息的方式確定為便于數(shù)字化傳輸?shù)碾娦盘?，直接與坦克、裝甲車輛的火控系統(tǒng)連接，將原有的“無人機攝像機-人-載具-人-火控”的情報使用鏈路轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁o人機雷達-坦克火控-人”，將目標發(fā)現(xiàn)、鎖定的時間從原有1-3分鐘縮短至數(shù)秒鐘，提高各單元作戰(zhàn)反應(yīng)的即時性。

炮射無人機最大的特點是“快”，這就需要開拓思路，將戰(zhàn)場信息的采集方式由傳統(tǒng)無人機的圖像識別改為探測器感應(yīng)，即由原來的“用眼看著走”，改為“用手摸著走”，把數(shù)據(jù)的運算量降下來，計算和判斷交給車載計算機完成，決策交給人工完成。綜合來說，就是將炮射無人機的信息采集和傳輸方式確定為“無人機雷達-坦克火控-人”，省去了對圖像信息“看”的環(huán)節(jié)，目標方位直接讓計算機識別并傳給火控系統(tǒng)，讓人員從信息識別的環(huán)路中解脫出來，只對火控計算機做決策性指令。

在21世紀第二個十年當(dāng)中，城市、山地等復(fù)雜地域作戰(zhàn)已經(jīng)成為世界各軍工技術(shù)強國角逐的熱門武器應(yīng)用場景之一，在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，復(fù)雜地域作戰(zhàn)將成為地面裝備和天-空-地協(xié)同作戰(zhàn)需要集中攻克的技術(shù)領(lǐng)域，同時也是軍工科研人員實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的“富礦”。

炮射無人機是在分析了目前戰(zhàn)場環(huán)境感知手段與未來發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，基于當(dāng)前的技術(shù)儲備，按照“敏捷研發(fā)、系統(tǒng)取勝、統(tǒng)標統(tǒng)型、使用便捷”的研發(fā)思路提出的創(chuàng)新性概念，希望能夠為廣大感興趣的讀者提供一定的啟發(fā)。