制导炮弹系统技术介绍 天天即时
M712“铜斑蛇”(Copperhead)制导炮弹由美国马丁·玛丽埃塔公司(Martin Marietta)在20世纪70年代初开始研制。1977年12月9日在白沙靶场进行了试验,从接近最大射程处射来的炮弹,击中了一辆作为靶标的报废M-47坦克。炮弹命中炮塔左侧上方,爆炸将车内设施一扫而光,舱盖被掀掉,车内零部件从舱口飞出冲上天空。美国军方对试验结果非常满意,于20世纪80年代初将该弹定型生产并装备部队,取名为“铜斑蛇”。“铜斑蛇”炮弹由155毫米榴弹炮发射,采用激光半主动寻的制导方式,是世界上最早的制导炮弹,主要用于攻击集群坦克或装甲目标。
(相关资料图)
M712“铜斑蛇”制导炮弹由三个独立的部分组成,分别是弹头部、战斗部、弹尾部。
弹头部为圆锥形,分为寻的器和电子组件两部分;战斗部包括聚能装药和引信;弹尾部是稳定和控制部分,包括十字形稳定翼、尾部控制翼、控制驱动器和电源。
一个完整的“铜斑蛇”制导炮弹作战系统,由制导炮弹、激光指示器、155毫米榴弹炮、射击指挥装备、通信指挥和控制装备组成。整个系统用于直接支援陆军野战部队的炮兵营作战。20世纪八九十年代的美国陆军野战炮兵营的主力装备是Ml09或M198式155毫米榴弹炮。
“铜斑蛇”制导炮弹可配用多种激光指示器。理论上该炮弹可用各种地面或机载激光指示器为其指示目标。如美国地面车载激光定位指示器(GLID)、手持式激光指示器(LlD)以及组合式通用激光指示器(MULE)。实际上,美军的地面引导大多依靠M-981式装甲火力支援车(Fire Support Team Vehicle)。
激光定位指示器可由地面炮兵前进观察小组(或前进观察员)、直升机、陆军飞机或无人驾驶飞机操纵器控制。地面激光定位指示器的有效作用距离可达6千米,但由于能见度和其他原因,大多数炮兵前进观察员的接敌距离是5千米。当炮弹飞行到最后10~15秒时开始照射目标,直到完成攻击。20世纪80年代中期以后可使用遥控飞行器来照射目标,其作战纵深可达15千米。
由上可知,引导“铜斑蛇”激光制导炮弹的是一套庞大的系统。作战流程复杂、实战应用效率低下成为“铜斑蛇”制导炮弹的最大缺陷。美国在1981年就提出研制“铜斑蛇”-2型,计划将射程由16千米增至22千米,并用被动红外/毫米波制导代替半主动式激光制导系统,以实现“射后不管”。但该计划无疾而终。20世纪90年代以后,随着精确制导技术的发展,GPS、双色红外敏感器、毫米波等先进技术开始在炮兵领域大规模应用,系统庞大、造价高昂、易受干扰的“铜斑蛇”制导炮弹显得有些过时,因此美国陆军决定不再发展半主动激光制导炮弹,转而发展“神剑”等低成本、高性能的制导炮弹。
M982“神剑”制导炮弹由美国雷声(Raytheon)公司和瑞典伯福斯(Bofors)公司联合研制,是美军实现火炮系统转型、增强精确打击能力的重点项目。M982制导炮弹采用INS/GPS复合制导技术,具有全天候精确打击能力,可在各种气候及地形条件下打击高价值目标,支援近距离作战。M982是美军第一种具备“射后不管”能力的制导炮弹,具有致命的打击能力,雷声公司和伯福斯公司形象地将其称为“亚瑟王神剑”(Excalibur)。
炮弹头部制导与控制舱包括引信、INS/GPS制导装置和4片鸭式舵;中部为战斗部舱,采用模块化设计,可携带不同类型的有效载荷;尾部设有折叠式尾翼。该炮弹底部装有底排气装置,采用了高滑翔比、大升阻比的弹体设计,用不同的发射平台发射时最大射程为40~50千米。
火炮采用高仰角发射炮弹,以使弹载GPS接收机有充足的时间锁定卫星信号、制导单元有足够的时间来修正弹道,也可使炮弹获得较远的射程。炮弹一离开发射管,后部主翼立即展开,以稳定弹体。之后,弹体前部的4片鸭翼展开并独立活动,用于修正弹道。在接近弹道最高点时,弹载GPS接收机获得导航信息并将其与目标数据进行比对,对导航装置进行必要的修正,控制炮弹飞向目标。
“神剑”炮弹还配备一条卫星上行链路,可使目标数据在飞行中得到校正。如果飞行过程中GPS信号遭到干扰,无法获取信号,惯性导航装置将以最后得到的数据为基准,单独控制炮弹的飞行。
试验证明,“神剑”制导炮弹具有很高的精度。以毁伤20米×20米的结构目标为例,传统榴弹需147发,而“神剑”仅需3发。
除基本型号外,“神剑”制导炮弹有3个增量(Increment)版本。增量1版本于2013年完成设计并投入量产,增量2和增量3版本将于2020年前完成功能演示。
增量1版本为单一的穿透战斗部,主要用于攻击静止目标。
增量1A-1:2007年开始服役(XM982)。
增量1A-2:增加了射程,可抵抗GPS干扰(M982)。
增量1B:全功能版本,降低了生产成本,已投入量产(M982A1)。
“神剑”-S:2013年6月,雷声公司启动了一项内部计划,在M982A1的基础上增加半主动激光制导,使炮弹具备双模制导能力。该导引头可引导炮弹攻击移动目标,并可在炮弹发射后重新确定攻击目标或改变落点,以避免附带损害。
“神剑”-N5:“神剑”-S的缩小版本,直径减至127毫米(5.0英寸),可供海军驱逐舰和巡洋舰的舰炮使用。
增量2:将配备“智能”战斗部,能够对运动目标实施探测、跟踪和摧毁。该型号炮弹最适合在开阔地带执行打击任务。
增量3:将主要用于城市作战。其打击目标为各种军用技术装备,可自动对运行于城市街道中的目标进行识别和跟踪。
2007年,“神剑”制导炮弹在伊拉克投入实战。驻伊拉克巴格达北部的美国陆军第一骑兵师使用M109A6“帕拉丁”榴弹炮发射了2枚“神剑”炮弹,均直接命中武装分子占据的一座房子(2007年5月5日)
经过实战,美军对“神剑”制导炮弹的性能十分满意。美国陆军于2005年花费2 210万美元订购了165枚“神剑”炮弹,2006年花费4 270万美元订购了335枚,2007年则花费6 490万美元订购了725枚。2013年8月29日,美军花费5 400万美元采购765枚155毫米“神剑”增量1B制导炮弹。
美国XM395型120毫米精确制导迫击炮弹(Precision Guided Mortar Munition,PGMM)由艾利安特技术系统公司(Alliant Techsystems)研制,是一种多用途、多模制导弹药,可对高价值目标进行“外科手术式”精确打击,可消灭由土木掩体、水泥墙体和轻型装甲车辆保护的人员,为机动部队提供建制远程精确打击能力。
根据美国陆军的要求,PGMM应能按照作战任务的需求,选择激光指示或自主式“射后不管”制导方式。使用激光指示制导方式时,需要人工控制,由前方观察员对目标指示8~10秒的时间。PGMM还可以使用红外成像制导方式,成为“射后不管”精确制导武器。
第一阶段的PGMM是120毫米多功能半主动激光制导迫击炮弹,半主动激光导引头应用分布式孔径半主动激光导引头技术,灵敏度极高,而且在宽大视场范围内具有很高的角精度。在第一阶段,PGMM只能攻击固定目标,射程要求为7.2~10千米。而未来阶段的改进型弹药将能打击活动目标,射程可达12~15千米。
PGMM使用先进的制导、导航与控制处理器和一个控制推力装置,可以飞行至指定目标。系统由发射药、控制发动机、战斗部、激光传感器和引信5部分组成。激光传感器可以在约80度的视野夹角内捕捉目标并分类,通过处理器将信息传送到制导与控制分系统,以确保直接命中。PGMM安装一个带有可调延时引信的杀伤弹头,使用成型装药战斗部,既可摧毁软目标又可摧毁硬目标。用飞行时间、目标类型和激光编码等参数对引信进行编程后,精确制导迫击炮弹与常规迫击炮弹的发射非常相似,使用钢制和新型复合材料身管均可发射。
PGMM能与现役和未来的所有120毫米迫击炮系统兼容,包括M120牵引式迫击炮、M121车载迫击炮;牵引车使用高机动多功能轮式车(HMMWV)、“斯特瑞克”旅战斗队(SBCT)自行迫击炮和“未来战斗系统”120毫米非直瞄迫击炮。
XM395精确制导迫击炮弹,美国陆军第101空降师第506步兵团的士兵肩扛一枚XM395制导炮弹,准备进行实弹射击演习(2013年2月27日,肯塔基州坎贝尔堡)
在发射之前,炮手需要对炮弹的激光编码、引信延时模式和飞行时间进行设定(2013年2月27日,肯塔基州坎贝尔堡)
艾利安特技术系统公司在2004年12月获得美国陆军8 000万美元的生产合同,并于2005年开始小批量生产XM395精确制导迫击炮弹。2008年第四季度进入批量生产阶段。2010年4月,XM395炮弹正式进入美国陆军服役。2011年3月,XM395制导迫击炮弹首次在阿富汗投入实战。
2013年6月18日,美国多军种通用制导炮弹(Multi ServiceStandard Guided Projectile,MS-SGP)在白沙导弹试验场进行了试射,演示了该弹在射程为38千米下的战术性能,试验取得了成功。
MS-SGP制导炮弹由英国BAE系统公司与美国陆军武器研发与装备中心联合研制,前者为主承包商。
MS-SGP制导炮弹不仅可供美国陆军使用,也可用于海军反水面作战、防空以及防御快艇和近岸快艇等任务。虽然该弹不一定能够一发就击沉水面舰艇,但可使其在一段时间内丧失作战能力。对于防空任务,该弹可以用于打击执行侦察或攻击任务的各种亚音速飞机、无人机、直升机等空中目标。同时,装备了多军种通用制导炮弹的舰艇,其对敌方快艇和近岸快艇的防御距离从目前的15千米扩展到50千米。如果一旦发现有敌方小艇靠近,则可以在50千米外即发射多军种通用制导炮弹进行打击。
多军种通用制导炮弹的最大射程将近100千米,精度可达到5米以内。美国陆军和海军陆战队的野战火炮及美国海军Mk 45舰炮一旦装备多军种通用制导炮弹,性能将得到大幅提升。由于美国及其盟国目前执行火力支援和对战术目标进行打击等任务时所用的制导弹药通常较为昂贵,因此需要一种身管发射的低成本远程制导弹药。多军种通用制导炮弹正是可以满足该需求的新型制导炮弹,可供美国及其盟国的多个军种装备,响应迅速,能打静止和运动目标,但成本仅为现有同类装备的几分之一。
多军种通用制导炮弹
美国海军于2013年7月2日对外公布,6月在白沙导弹靶场成功进行了远程对陆攻击炮弹(Long Range Land Attack Projectile,LRLAP)的制导飞行测试。测试共发射了4发炮弹,均打到83千米远的地方。测试成功演示了炮射、GPS信号捕获、导航与制导、一定炸高处激发引信以及战斗部毁伤能力。
远程对陆攻击炮弹采用弹丸和药筒分装式结构,结合后全弹长约2 230毫米。弹丸由战斗部、GPS/INS 制导装置、火箭助推发动机和舵机控制装置等部分组成。发射时的弹丸重118千克,战斗部内装药重10.8千克,破片杀伤半径60米,装备碰炸和近炸引信。
LRLAP制导炮弹的最大射程为185千米,设计的圆概率误差约20米。
英国BAE系统公司展出的几种制导炮弹,其中尺寸最大的是远程对陆攻击炮弹(2013 年 4月8日)
英国BAE系统公司在2013年4月8日展出的几种制导炮弹,从左向右依次是:远程对陆攻击炮弹(LRLAP)、127毫米多军种通用制导炮弹(MS-SGP)、127毫米轻型装甲穿透弹、先进精确杀伤武器系统(APKWS)
德国SMArt 155制导炮弹
SMArt 155制导炮弹由德国GIWS公司和德国政府联合研制,可供所有155毫米火炮系统使用。该弹采用毫米波雷达和红外传感器,是一种先进的“射后不管”制导炮弹,能在任何天气和环境条件下摧毁敌方的火炮和装甲目标。
SMArt 155炮弹内装2枚子弹药,带有毫米波雷达、毫米波雷达发射机、红外传感器、信号处理装置和电源的多模传感器引信系统;带有重金属药形罩的爆炸成形弹丸战斗部。该炮弹采用单一破片重金属侵彻体战斗部,根据特殊的要求也可使用多破片战斗部。
SMArt 155采用与现役改进型常规弹药相同的火炮、射表和操作程序。子弹药一从弹体中抛出,多模传感器系统即开始以螺旋形轨迹扫描目标区域。该传感器系统可识别伪装目标。探测到目标后即发射出爆炸成形弹丸,尾翼稳定动能侵彻物以超音速射向目标,侵彻目标的顶装甲。SMArt 155主要用于对付主战坦克,此外还能探测并摧毁装甲战车(如自行榴弹炮、火箭发射器、装甲运兵车)和防空设施等目标。
2001年,美国艾利安特技术系统公司(Alliant Techsystems,ATK)与德国GIWS公司签署了一份协议,GIWS向ATK转让技术,由ATK在美国制造并销售SMArt 155炮弹。
德国GIWS公司称,SMArt 155为满足美国陆军对传感器引爆弹药的需求,在成本、进程和性能方面提供了最低风险的解决方案。SMArt 155已被证实在各种干扰、环境和天气条件中都是非常有效的,可靠性超过了90%。
全膛增程弹
亦称“远程全膛弹”。弹丸外形只有弧形部和船尾部,中间没有圆柱部,弹丸长径比较大,形似“枣核”的炮弹。由弹体、定心块、弹带和引信等组成。装在弹体弧形部上的定心块,与弹带一起保证弹丸在膛内定心和正确运动。弹丸具有良好的空气动力外形,飞行阻力小,可增大射程。弹体船尾部一般装有底凹件,也可以装底部排气装置,以更有效地增加射程。
火箭增程弹
弹丸尾部装有火箭发动机,用以增加射程的炮弹。由战斗部、火箭发动机、稳定装置和发射装药组成。有旋转式和尾翼式两种。旋转式火箭增程弹,弹长受飞行稳定性的限制,火箭发动机较小,增程幅度较小。尾翼式火箭增程弹,弹体较长,增程幅度较大,与普通炮弹相比可增加射程25%~100%。但所装的炸药数量较少,射弹散布较大,对目标的毁伤效果降低。
末段制导炮弹
简称“制导炮弹”。利用炮弹自身的制导装置,在外弹道末段将弹丸导向目标的炮弹。配用于榴弹炮、加榴炮、迫击炮和火箭炮,从远距离毁伤坦克、装甲车、舰艇等活动目标。由制导部、战斗部、稳定与控制部等部分组成。采用激光末段制导、红外末段制导和无线电末段制导等制导方式。在末段弹道上,弹丸接收来自目标的信息,形成控制指令,由驱动器带动控制尾翼修正弹道,使弹丸命中目标。最早的末段制导炮弹是美国在1972年开始研制的155毫米“铜斑蛇”制导炮弹。
末端敏感弹
简称“末敏弹”。利用弹上的敏感装置,在弹道末端自动探测和搜索目标,并自动引爆弹丸或战斗部的弹药。主要用于攻击远距离集群装甲目标。多为大口径子母弹。子弹上装有毫米波传感器或红外传感器,能自动探测和识别坦克、装甲车等目标,并适时爆炸,攻击装甲目标的顶装甲。美国、俄罗斯、德国、瑞典等国军队,均装备了末端敏感弹。
激光制导炮弹
以激光寻的为制导方式的末段制导炮弹。以地面或机载的激光目标指示器跟踪照射目标,激光制导炮弹飞抵目标时,激光寻的头感受到目标反射的激光信息,导引炮弹攻击目标。最早的激光制导炮弹是美国1982年配装155毫米火炮的“铜斑蛇”制导炮弹。