“三碼合一”電子延期技術在人工影響天氣作業(yè)火箭彈上的應用

摘 要：【目的】為保證人工影響天氣作業(yè)的安全，需要對人工影響天氣作業(yè)火箭（簡稱“人影火箭”）彈藥安全產品從生產到使用整個過程中的所有信息進行跟蹤查詢。當前主流產品質量安全系統(tǒng)控制方式高度集中化、數據易被篡改，未能達到預期的產品質量監(jiān)督效果。為保障人影火箭作業(yè)安全、有效監(jiān)管產品質量，構建了“三碼合一”安全管理平臺?！痉椒ā炕诩用芄芾砥?、電子延期芯片、安全鎖定器和密碼管理平臺，設計一個覆蓋國家、省、市、縣、作業(yè)點、廠家的六級人影火箭作業(yè)安全管理平臺。只有當芯片碼、人影火箭碼和發(fā)射密碼三碼相互匹配且采用指令點火時，人影火箭才能正常發(fā)射?！窘Y果】“三碼合一”安全管理平臺通過整合多維度數據，提高信息采集的廣度與深度，從而實現對產品質量的全方位監(jiān)督與驗證?！窘Y論】“三碼合一”安全管理平臺為人影安全風險預警預測、安全防控和動態(tài)監(jiān)督提供數據服務，為全國人影工作安全運行提供堅實的信息化保障。

關鍵詞：三碼合一；人工影響天氣作業(yè)火箭彈；人工影響天氣；作業(yè)安全

中圖分類號：P481" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2025）02-0038-10

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.02.008

Abstract： [Purposes] To ensure the safety operation of weather modification， tracking and tracing all the information of weather modification rocket ammunition safety products from production to use are needed. However， the current mainstream product quality and safety system control mode is highly centralized， the data is easy to be modified， and the expected product quality supervision role can not be achieved. In order to ensure the safety of weather modification and effectively supervise the quality of products， the “three codes in one” security management platform was built. [Methods] Based on encryption manager， electronic delay chip， security lock and password management platform， a weather modification rocket" security management platform at six levels covering nation， province， city， county， operation site and manufacturer is designed. Only when the chip code， weather modification rocket code and launch code match each other and use the command ignition， the normal launch of weather modification rocket can be ensured. [Findings] By integrating multidimensional data， the “three codes in one” safety management platform enhances both the breadth and depth of information collection，which enables comprehensive supervision and verification of product quality. [Conclusions] The “three codes in one” safety management platform provides data services for early warning and prediction of human shadow safety risks， safety prevention and control， and dynamic supervision， and provides a solid information guarantee for the safe operation of national human shadow work.

Keywords： three codes in one; weather modification rocket; weather modification; operation safety

0 引言

人工影響天氣技術作為現代氣象學的重要技術之一，通過人為手段改變自然天氣過程，以應對氣象災害、優(yōu)化水資源利用、保護農業(yè)生產，增雨和防雹技術是其中最具代表性的兩項應用。增雨技術通過向云層中播撒化學物質，如碘化銀、干冰等，誘發(fā)或增強降水過程。防雹技術通過干預冰雹形成機制，降低對農業(yè)和財產的損害［1］。2020年，國務院辦公廳印發(fā)《關于推進人工影響天氣工作高質量發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2020〕47號），明確了國家人工影響天氣高質量發(fā)展目標，強化了人工影響天氣作業(yè)裝備質量和安全提升，強調加快列裝更高性能的作業(yè)裝備，限期淘汰落后和老舊裝備，并將電子芯片技術納入安全技術應用范疇。同年，中國氣象局印發(fā)《人工影響天氣“耕云”行動計劃（2020—2022年）》（以下簡稱《計劃》），明確未來三年人工影響天氣發(fā)展的目標和任務，進一步提升作業(yè)能力水平，以適應新形勢下國家經濟社會發(fā)展的需求，充分發(fā)揮人工影響天氣在國家重大戰(zhàn)略實施及重點領域中的服務保障作用。

人工影響天氣作業(yè)火箭彈是人工影響天氣作業(yè)的主要工具之一，通過攜帶特定的化學藥劑，并在空中釋放，實現增雨或防雹的目的［2］。彈藥整個工作鏈（包括生產、供應、運輸、現場作業(yè)等）的安全是人影作業(yè)的底線［3-4］。魏旭輝等［5］從3方面介紹增水防雹火箭彈的工作原理、技術參數和標識，加強對增水防雹火箭的了解和認識。余永紅等［6］將二維碼掃描技術應用到人工影響天氣作業(yè)火箭彈安全管理中，開發(fā)出福建省人影火箭彈安全管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用物聯(lián)網技術中的二維碼掃描技術，集合3G通信和GIS技術，通過庫房、作業(yè)分隊與指揮中心之間的信息實時交互，構建人影火箭彈管理服務平臺，實現對火箭彈信息（數量、編號、狀態(tài)等）的采集、傳輸和管理，提高了安全管理等級和信息化管理水平，具有一定的推廣和應用價值。此外，貴州省人影辦立足于全省人影管理實際需求和業(yè)務發(fā)展需要，與成信瑞迪公司聯(lián)合設計開發(fā)出“貴州省人工影響天氣作業(yè)指揮與信息共享平臺”，結合物聯(lián)網有關技術，對人影專用彈藥進行精細化、智能化管理，探索建立管理新模式［7］。重慶市大力實施“互聯(lián)網+物聯(lián)網”戰(zhàn)略，利用GPS電子芯片、二維碼掃描等技術建立人影物聯(lián)網智能管理系統(tǒng)，實現對人影作業(yè)人員、裝備、彈藥、庫房、空域申請及作業(yè)實施流程等全過程、全方面智能化監(jiān)控和管理，從而解決人影安全管理的薄弱環(huán)節(jié)，提高人影彈藥、裝備等資源的綜合調配能力［8］。車云飛等［9］以物聯(lián)網技術為基礎，利用條碼、二維碼和射頻電子標簽標識、射頻掃碼技術、聲光電自動感應技術、GPS/GIS技術進行信息采集，建立人工影響天氣裝備彈藥物聯(lián)網管理系統(tǒng)，從而實現對人工影響天氣裝備彈藥從生產、驗收、轉運、倉儲到發(fā)射作業(yè)的全程監(jiān)控。

然而，目前主流的產品質量安全系統(tǒng)普遍存在風險問題，集中化的中央數據庫存儲產品信息導致數據易被篡改且難以及時發(fā)現。此外，產品數據采集手段單一、數據完整性難以得到有效驗證，無法反映產品的真實質量狀況。上述不足嚴重削弱了人工影響天氣相關安全工作的實際效用，未能達到產品質量監(jiān)管的預期。針對以上問題，江西新余國科科技股份有限公司（以下簡稱“新余國科公司”）在中國氣象局和上海氣象裝備保障中心的整體部署下，牢牢守住人工影響天氣作業(yè)安全“第一道防線”，積極探索構建覆蓋國家、省、市、縣、作業(yè)點、廠家的六級人工影響天氣安全管理平臺，即“三碼合一”安全管理平臺。該平臺進一步優(yōu)化了人工影響天氣安全綜合統(tǒng)計指標體系，能綜合分析各類人工影響天氣業(yè)務安全風險因素，逐步實現人工影響天氣安全信息“來源可查、去向可追、責任可究、規(guī)律可循”，為人工影響天氣安全風險預警預測、安全防控和動態(tài)監(jiān)督提供精準的數據服務，更為全國人工影響天氣工作安全運行提供信息化保障?！叭a合一”包括芯片碼、人影火箭碼和發(fā)射密碼，只有這三者相互匹配，才能確保人影火箭正常發(fā)射。本研究以新余國科公司BL-5“三碼合一”數碼電子延期火箭為例，詳細闡述“三碼合一”技術的設計方案、工作原理及作業(yè)流程。

1 “三碼合一”安全管理平臺項目結構

新余國科公司BL-5“三碼合一”數碼電子火箭是一種以固體復合推進劑為火箭動力、催化劑燃燒播撒，回收方式為殘骸自毀的人影火箭?！叭a合一”安全管理平臺由硬件和軟件兩部分組成，其中，硬件部分由密鑰管理器、電子延期芯片和安全鎖定器組成；軟件部分由密碼管理平臺組成?！叭a合一”安全管理平臺項目結構如圖1所示。

1.1 密鑰管理器

密鑰管理器主要適用于生產單位和用戶單位，其外形示意如圖2所示。生產單位需要將電子延期芯片內的芯片碼、火箭彈碼和發(fā)射密碼的數據注入，當以上三碼通過國密算法后即生成融合碼。用戶單位適用于火箭彈碼獲取及融合碼下載和保存。

密鑰管理器工作原理如圖3所示。生產單位在生產完成后，通過密鑰管理器掃描芯片碼和火箭彈碼的二維碼獲得對應的芯片碼的火箭彈碼（注入芯片碼的同時注入隨機且不可見的發(fā)射密碼），當密鑰管理器讀取到電子延期芯片內的三碼齊全后，便根據算法自動生成融合碼，生成的融合碼與對應火箭彈碼進行綁定和存儲，所有的融合碼會根據先后順序自動存儲在一個EXCEL表中。當生產單位完成該批火箭彈的生產進行產品驗收時，則將密鑰管理器內的EXCEL表作為附件通過密碼管理平臺中生產單位入口進行驗收申報，驗收通過后，火箭彈融合碼便進入密碼管理平臺的數據庫內。

用戶單位在獲得作業(yè)需求后，通過密鑰管理器掃取該次作業(yè)所需的火箭彈外殼的火箭彈碼，火箭彈碼會根據先后順序自動存儲在一個EXCEL表中。作業(yè)人員將密鑰管理器內的EXCEL表作為附件通過密碼管理平臺中用戶單位入口進行作業(yè)申報，作業(yè)審批通過后會下發(fā)對應的融合碼（也為EXCEL表格式），將有融合碼的EXCEL表下載到密鑰管理器中，在即將開展作業(yè)時，將密鑰管理器與安全鎖定器有線連接來進行融合碼傳遞，密鑰管理器用戶單位工作原理具體如圖4所示。

1.2 電子延期芯片

采用電子延期芯片替代原有火箭延期管，為火箭彈提供密鑰匹配、延時、過載保護、參數裝訂等功能，使其能按照設定要求完成發(fā)動機點火、焰劑的播撒及殘骸自毀等動作。電子延期芯片采用數碼電子控制技術來控制與火箭彈發(fā)動機點火具、焰劑點火具及自毀點火裝置連接的3路輸出端的點火及延期時間。芯片通過超級電容對芯片3路輸出外接的火工品進行供電點火。芯片上裝有三軸加速度傳感器，可對自身所放置的角度（面板與水平面垂直為0°，直接對應火箭彈發(fā)射仰角）和火箭飛行時自身承受的過載（火箭飛行過程中的加速度）進行監(jiān)測，只有當芯片角度不低于45°時才可進行充電，承受過載達到規(guī)定過載數據后，芯片才進入后續(xù)工作步驟，確?；鸺龔椖軌虬凑赵O計的狀態(tài)正常工作。

電子延期芯片的工作原理如圖5所示。延時裝置安裝在火箭彈上，點火前，芯片需與外接授權的發(fā)射控制器連接（密鑰匹配，不匹配則自動終止操作）。發(fā)射控制器為芯片提供12 V±1 V的直流工作電壓，并實時讀取芯片數據。在執(zhí)行芯片充電和通道點火命令前，供電電容和點火電容的電壓均為0（未被充電），能有效避免誤點火事件的發(fā)生。

當發(fā)射控制器發(fā)出充電指令后，供電電容開始充電。此時，芯片上的主處理器會對火箭彈仰角及電阻進行監(jiān)測和判斷。只有當仰角大于45°，且電阻在規(guī)定范圍內時，點火電容才會開始充電，并執(zhí)行通道點火操作。若此時發(fā)射控制器關閉、電源線斷開或芯片與發(fā)射控制器的通信中斷超過1 min或長時間未發(fā)射（5.5 min±0.05 min），且仰角小于45°，供電電容和點火電容將自動放電，直至電壓為0，以確保安全。

在接收到發(fā)火指令后，若延時裝置的仰角大于45°，且電阻在規(guī)定范圍內，芯片上的控制單元將先為發(fā)動機點火裝置的電點火頭供電（第1路輸出）。芯片在第1路輸出后，主處理器檢測火箭彈飛行時的加速度，判斷是否達到并滿足規(guī)定的過載數據。如果未滿足要求，芯片將停止工作；如果滿足要求，芯片將按照預定延期時間，為焰劑點火裝置的電點火頭供電（第2路輸出），啟動焰劑點火裝置，開始播撒焰劑。隨后，在另一預定的延期時間內，芯片為自毀裝置電點火頭供電（第3路輸出），啟動自毀裝置，最后火箭彈自毀。

1.3 安全鎖定器

安全鎖定器是符合中國氣象局應急減災與公共服務司組織上海物資管理處編制的《人工影響天氣火箭發(fā)射裝置安全鎖定器功能規(guī)格需求書》中要求的檢測、發(fā)射火箭彈的工具，如圖6所示。

安全鎖定器工作原理如圖7所示。安全鎖定器可通過外接密鑰管理器獲取作業(yè)許可并下發(fā)融合碼，將融合碼通過算法解出對應的芯片碼、火箭彈碼和發(fā)射密碼，并與發(fā)射鏈路中的編碼進行匹配。

匹配成功的火箭彈允許發(fā)射，匹配不成功的火箭彈則禁止發(fā)射。同時，安全鎖定器可實時檢測火箭彈的三路電阻、發(fā)射俯仰角和電量等狀態(tài)信息，并根據狀態(tài)信息進行發(fā)射條件判定，當作業(yè)完成后，實時上報火箭彈碼、發(fā)射角度、發(fā)射時間和發(fā)射經緯度等相關作業(yè)信息至密碼管理平臺。

1.4 密碼管理平臺

密碼管理平臺由廠家平臺、用戶平臺和管理平臺三部分組成。廠家平臺是人影火箭相關生產廠家在生產完成后進行芯片碼、彈藥碼和融合碼申報的平臺；用戶平臺是人影火箭作業(yè)相關單位在作業(yè)前進行作業(yè)申報并下載融合碼的平臺；管理平臺是人影火箭作業(yè)相關管理單位在接到彈藥驗收申報和人影作業(yè)申報后進行審批的平臺，如圖8、圖9所示。

密碼管理平臺工作原理如圖10所示。生產單位在完成生產后，通過密鑰管理器將同批火箭彈的火箭彈碼和融合碼在密碼管理平臺中的廠家平臺進行產品生產申報，管理單位通過密碼管理平臺中的管理平臺進行審批操作，驗收合格的產品即審批，通過并將編碼數據存入數據庫中；驗收不合格的產品即審批不通過，并拒絕將編碼數據存入數據庫中。使用單位在有作業(yè)需求后，通過密鑰管理器掃描本次所使用的火箭彈殼體上的火箭彈二維碼來獲取對應的火箭彈碼，并通過密碼管理平臺中的用戶平臺進行作業(yè)申報；管理單位通過密碼管理平臺中的管理平臺進行審批操作，審批通過的作業(yè)許可將從數據庫中提取對應火箭彈碼的融合碼并下發(fā)至作業(yè)申報的賬號上，作業(yè)人員將含有融合碼的EXCEL表下載至密鑰管理器中，繼續(xù)進行作業(yè)操作；審批不通過的作業(yè)許可則不下發(fā)融合碼。

2 “三碼合一”安全管理平臺工作流程

“三碼合一”安全管理平臺有一套完整的工作流程如圖11所示。生產單位在完成彈藥生產后，通過加密管理器讀取按照編碼規(guī)則生產的芯片碼和火箭彈碼的信息，并隨機生成發(fā)射密碼一同注入電子延期芯片中。密鑰管理器記錄下火箭彈的芯片碼、火箭彈碼和發(fā)射密碼的信息，并將以上三碼信息通過加密規(guī)則組合成一個融合碼與對應的芯片碼和火箭彈碼以EXCEL表的格式（一個EXCEL表可以進行批量存儲，每一行即為一個火箭彈數據）儲存在密鑰管理器中。生產單位在完成產品組批后，通過密碼管理平臺將存儲在密鑰管理器中的相關“三碼合一”信息進行驗收上報。管理單位在接收到上報申請后進行驗收審批，驗收通過后，相關彈藥信息自動進入成品庫內，驗收不通過的則會被退回。

當用戶單位在獲取作業(yè)需求時，通過密鑰管理器讀取本次作業(yè)所需的火箭彈外殼上的火箭彈碼，并以EXCEL表的格式（一個EXCEL表可以進行批量存儲，每一行即為一個火箭彈數據）存儲在加密管理器中。用戶單位通過密碼管理平臺將存儲在密鑰管理器中的火箭彈碼進行作業(yè)申報，申報通過后會下發(fā)申報的火箭彈碼對應的融合碼，將融合碼存儲在密鑰管理器中后傳遞至安全鎖定器內。

安全鎖定器通過解密規(guī)則將接收到的融合碼解密成對應的芯片碼、火箭彈碼和發(fā)射密碼，并與發(fā)射鏈路中存在的芯片碼、火箭彈碼和發(fā)射密碼進行匹配，匹配成功的火箭彈即可允許發(fā)射。同時，安全鎖定器會結合火箭彈內的電子延期芯片在作業(yè)現場回傳的實時狀態(tài)來判定火箭彈是否滿足作業(yè)要求。安全鎖定器確定作業(yè)條件滿足且編碼匹配通過后即可下達發(fā)射指令，電子延期芯片在接到發(fā)射指令后，按規(guī)定延期時間對每一路進行延時點火，如果有約定火箭彈過載參數的設定時，未能達到約定的過載參數則后續(xù)延期點火指令不生效。安全鎖定器記錄下每一發(fā)火箭彈作業(yè)時的作業(yè)參數，如火箭彈碼、融合碼、發(fā)射時間、發(fā)射角度、發(fā)射點經緯度、火箭彈各路阻值等，并將數據上傳至密碼管理平臺。

3 人影安全作業(yè)流程

用戶單位在獲取作業(yè)需求后到完成一次完整的人影安全作業(yè)需要嚴格按流程執(zhí)行，流程如圖12所示。用戶單位通過密鑰管理器掃描火箭彈殼體上的二維碼來獲取本次作業(yè)所使用火箭彈的火箭彈碼。密鑰管理器與電腦連接，通過密碼管理平臺中的用戶平臺獲取火箭彈碼，并通過網絡上傳至密碼管理平臺，進行作業(yè)申請。

密碼管理平臺在收到作業(yè)申請后，進行作業(yè)審批，審批通過的將作業(yè)申請時提交的火箭彈碼對應的融合碼加密后下發(fā)回申請的賬戶，賬戶將融合碼下載到密鑰管理器中；申請不通過的下發(fā)禁止作業(yè)信息給申請的用戶賬戶。

密鑰管理器與安全鎖定器有線連接，并將融合碼傳輸給安全鎖定器，安全鎖定器將接收到的融合碼根據約定解密，解密后獲取芯片碼、發(fā)射密碼和火箭彈碼，并將三個碼進行在線保存（保存后的三碼應能在安全鎖定器不關機的情況下不清除）。

安全鎖定器在作業(yè)前根據三碼中的火箭彈碼與點火鏈路火箭彈的火箭彈碼進行匹配，匹配一致后則通過點火鏈路下發(fā)對應發(fā)射指令，火箭彈內嵌的電子延期芯片將接收到的發(fā)射指令與自身發(fā)射指令進行匹配，如果發(fā)射密碼匹配一致，則該電子延期芯片允許被安全鎖定器操作，且安全鎖定器上顯示匹配成功的火箭彈；如果發(fā)射密碼匹配不一致，則該電子延期芯片拒絕被安全鎖定器操作，且安全鎖定器上顯示匹配失敗的火箭彈。

根據作業(yè)現場情況，通過安全鎖定器對火箭彈下達發(fā)射指令，火箭彈內嵌的電子延期芯片會現場判斷火箭彈所處位置的發(fā)射俯仰角是否滿足發(fā)射要求。如果發(fā)射俯仰角滿足要求，則正常發(fā)射火箭彈；如果發(fā)射俯仰角不滿足要求，則取消發(fā)射火箭彈，調整發(fā)射俯仰角度后重新發(fā)射。

執(zhí)行火箭彈發(fā)射指令后，火箭彈內嵌的電子延期芯片會現場判斷火箭彈的加速度值是否滿足要求。如果加速度值滿足要求，電子延期芯片將按規(guī)定的延期時間對各路通道進行點火操作；如果加速度值不滿足要求，電子延期芯片將取消所有通道的延期操作。

4 編碼規(guī)則

4.1 火箭彈碼編碼規(guī)則

火箭彈碼編碼規(guī)則是引用中國氣象局在2019年發(fā)布的氣象行業(yè)標準《人工影響天氣作業(yè)裝備與彈藥標識編碼技術規(guī)范》（QX/T 471—2019）中的第5項“作業(yè)彈藥編碼”，具體編碼規(guī)則見表1。

4.2 芯片碼編碼規(guī)則

芯片碼編碼規(guī)則是在火箭彈碼編碼規(guī)則的基礎上改編而來的，刪除“分類碼”和“彈藥類型”兩個內容，增加了“芯片樣式”和“芯片型號”兩個內容，其他內容不變。具體編碼規(guī)則見表2。

4.3 發(fā)射密碼編碼規(guī)則

發(fā)射密碼編碼是隨機生產的8位純數字數列，沒有具體的編碼規(guī)則，由密鑰管理器在芯片碼注入的同時自行生產并一同注入。

5 “三碼合一”技術研究和產品開發(fā)中存在的重點問題

在“三碼合一”的技術研究和產品開發(fā)時應重視以下問題。①重視電子延期芯片及其系統(tǒng)的安全性及可靠性研究。例如，瞎火、意外發(fā)火、錯誤功能、環(huán)境應力、抗靜電、抗雜散電流等。②研究建立相適應的測試和試驗方法、驗收規(guī)則等技術規(guī)范和標準。③重視研究評估電子延期芯片及系統(tǒng)的硬件、軟件的臨界安全狀態(tài)有效方法。④重視“三碼合一”系統(tǒng)工業(yè)化生產工藝技術和生產過程的安全防護技術及操作規(guī)范等方面的開發(fā)和研究。⑤重視研究從生產、運輸、貯存到使用全過程“三碼合一”的信息化管理技術。

6 結語

“三碼合一”的技術已成功運用到江西新余國科科技股份有限公司的BL系列人工影響天氣作業(yè)火箭彈中，其中，《BL-1A型56毫米數碼電子增雨防雹火箭彈》于2022年12月30日通過由江西新余國科科技股份有限公司組織召開的工廠鑒定會，相關產品已在多個省份進行了試點工作，得到當地氣象局一致認可和好評。

在中國氣象局和上海氣象裝備保障中心的整體部署下，新余國科公司牢牢守住人影作業(yè)安全“第一道防線”，積極探索構建覆蓋國家、省、市、縣、作業(yè)點、廠家的六級人工影響天氣“三碼合一”安全管理平臺。該“三碼合一”平臺進一步優(yōu)化人影安全綜合統(tǒng)計指標體系，綜合分析各類人影業(yè)務安全風險因素，逐步實現人影安全信息“來源可查、去向可追、責任可究、規(guī)律可循”，為人影安全風險預警預測、安全防控和動態(tài)監(jiān)督提供數據服務，為全國人影工作安全運行提供信息化保障。

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