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弹道修正引信:拓宽炮兵弹药精确化之路

火力打击精确化是现代化炮兵的重要标志,也是城市和复杂地形条件下新的作战模式对炮兵火力提出的新要求。美国等发达国家陆军都极为重视地面炮兵精确制导弹 药的研制,然而,高昂的成本使他们陷入了“技术虽好但阮囊羞涩”的无奈境地。近年来,以GPS卫星导航技术为基础的“弹道修正引信”(Course Correcting Fuze,CCF)的发展,开拓了一条低成本、高效益的炮兵弹药精确化之路。

地面炮兵的作用无可替代,但射击精度亟待提高

近年来,对于地面炮兵在现代高技术战争中的地位和作用,一直存在着不同的观点。有人认为,空中力量完全可以取代地面火炮为机动部队提供火力支援。这一观 点在美国防部曾经颇有市场。然而,阿富汗和伊拉克两场战争的实践证明,地面炮兵仍将在未来战场上起到无可替代的作用。
在阿富汗战争初 期,美国防部未派炮兵随轻型部队出征,吃了苦头,在后续部队中不得不再增编炮兵部队。在“蟒蛇”行动中,塔利班武装组织的迫击炮对美军形成了很大威胁,美 军第10山地师的部队发出火力呼唤后要等待26分钟一数小时才能获得空中支援,而装备了炮位侦察雷达的炮兵却可以在几分钟的时间内摧毁恐怖分子的迫击炮阵 地。
在伊拉克战争中,空中支援常常由于天气或指挥环节上的原因,无法及时对部队的呼叫做出反应:作为步兵建制火力支援武器的迫击炮,也 因射程较近且弹道无法低伸而满足不了需要。相形之下,火炮仍然是地面部队中反应速度快、可连续数天每天24小时全天候作战的唯一间瞄火力武器。
在伊拉克战争第一阶段的大规模作战行动中,美陆军每门榴弹炮和火箭炮平均发射的炮弹数量都多于“沙漠风暴”行动。在许多危急关头,是反应迅速的炮兵火力 解救了美陆军和海军陆战的士兵。在2004年11月的费卢杰城市攻防战中,炮兵火力几乎随叫随到,成为了城市作战中地面炮兵使用的范例。可以说在伊拉克战 场上,炮兵火力完全获得了机动作战部队的信赖。美陆军在2004年一份关于伊拉克战争的报告中也称:“炮兵发挥了关键性的重要作用,每一位指挥官都认为炮 兵是战斗中不可缺少的力量。”
在伊拉克复杂的城市作战战场上,部队对炮兵火力支援的需求呈现出两个鲜明特点:一是频繁呼叫炮兵火力支 援,二是常常要求炮兵在敌方目标与被支援部队相距很近的情况下开火。美军新闻处称:“当联军在费卢杰街道上与恐怖分子和武装分子逐门逐户地展开巷战时,驻 城外的美军炮兵用精确的火力支援了前方联军的行动。”华盛顿邮报也报道:“据参加费卢杰大规模军事行动的士兵表示,威力强大的火炮如‘帕拉丁’榴弹炮值得 信赖。在它的火力支援下,部队才比较容易和快速地控制了费卢杰的大部分城区。”
在两个星期的战斗中,美陆军第一骑兵师第82野战炮团第 3营A连发射了多达1600发炮弹。按连长的话,炮兵连根据海军陆战队提供的精确目标坐标,摧毁了敌人的指挥所、狙击手阵地、掩体、迫击炮阵地、机动作战 分队等几乎所有要求他们摧毁的东西。这名连长还回忆了解救一个海军陆战排的经过。当时该陆战排被70名躲在工事内的武装分子包围,于是向炮兵连呼唤近距离 支援火力。炮兵连迅速开炮歼灭武装分子,帮助陆战排成功实施了机动。
美陆军特遣队第2步兵团第2营的作战报告亦指出:“‘帕拉丁’榴弹 炮在整个战斗中提供了及时而精确的火力,在极危险的距离上(目标距已方部队不足600米,常常是100~200米)发射了925发炮弹。”更加令人难以置 信的是,炮兵火力解救了一名受到武装分子围困的海军陆战队队员。当他向数英里外的炮兵呼唤火力时,距离武装分子仅有60米远。
以上战例 充分证明,地面炮兵在复杂地形和城市作战条件下仍将是必不可少的战术火力支援力量。然而在这种新的作战环境中,炮兵要打击的目标有时距己方阵地或平民目标 太近,非常容易造成附带损伤。尽管美陆军炮兵在费卢杰战斗中出色地完成了近距离火力支援任务,说明其训练有素、指挥控制系统有效,但实际上,用常规弹药实 施这种近距离火力支援是冒着极大风险的,令人事后不寒而栗。
在一般情况下,常规炮弹在30千米的射程上,对目标射击的圆概率误差 (CEP)呈100×400米的卵形分布。即使是美陆军正在研制中的非直瞄火炮,以30千米的射程发射常规弹时,圆概率误差指标也将达到165米。美陆军 野战炮兵中心主任瓦尔科特少将指出:“我们正在努力改善用身管火炮和火箭炮提供精确的压制火力效果的能力。伊拉克和阿富汗的经验清楚地表明,我们必须快速 而充满自信地向那些需要避免产生附带损伤的区域以及向我们士兵的附近投射火力。”美国陆军承受着来自国防部要求其尽快提高地面火力精确打击能力的压力。可 以说,大幅度提高炮兵射击的精度,是摆在美陆军野战炮兵面前迫切需要解决的问题。

精确制导弹药成本居高不下,成为炮兵火力精确化的拦路虎

为了大幅度提高炮兵火力的精度,满足复杂地形和城市条件下作战的需要,美陆军加快了研制精确制导弹药的步伐。美国国会2005财年为制导火箭弹的研制增 拨了1280万美元经费,以争取该弹药能在2006年装备部队。在陆军和国防部的共同努力下,原计划于2008年形成初始作战能力的“神剑”155毫米精 确制导炮弹,有望提前2年装备部队。在2004年年底进行的“神剑”实弹射击试验也取得了令人鼓舞的结果,标志着“神剑”项目取得了里程碑式的进展。试验 中,M 7 7 7联合轻型榴弹炮和M109A6“帕拉丁”榴弹炮以20千米射程各发射了1枚“神剑”炮弹,分别在距目标3.4米和6.9米的地点爆炸。
可以说,研制和装备精确制导炮弹在技术上已经没有太大的障碍了,实际上,目前美陆军炮兵火力精确化的最大挑战是精确制导弹药的高昂费 用。美陆军主管装备采购的雅克维克中将指出,一枚常规炮弹的价格目前在1500美元左右,而一枚精确制导炮弹的单价则在3万~8万美元之间。两者对比,不 禁使想要购买精确制导弹药的美陆军官员们望而却步。雅克维克中将表示:“有许多能力是我们所追求的,但看到价钱时,我们感到了困难。”
美国国会众议院武装部队委员会对精确制导炮弹价格居高不下的问题也表示忧虑。该委员会2004年的一份报告称:“陆军未对其间瞄火力精确制导弹药所反映出 的价格问题引起足够重视,本委员会对此表示担忧。鉴于陆军训练与作战所需弹药数量庞大,本委员会认为,25000美元~30000美元的炮弹单价是不能接 受的。”

弹道修正引信技术为炮兵弹药精确化另辟蹊径,为了在尽可能短的时间内找到部队用得起的精确制导弹药,美陆军拓宽思路,不再死盯着新型精确制导炮弹一条道。受到空军用GPS卫星导航技术改造“杰达姆”常规炸弹的启发,美陆军野战炮兵学校的专家提出了用GPS制导技术改造常规炮弹的设想。  海湾战争后,美国空军利用GPS技术为“杰达姆”炸弹研制了一种弹尾制导组件,使这种越战时期的老式炸弹摇身变为精确制导武器。而且,这种弹尾制导组件的 价格仅为1.4万美元,经改造的“杰达姆”炸弹的价格也只有约2万美元。与激光制导炸弹几十万美元、“战斧”巡航导弹上百万美元的单价相比,“杰达姆”可 以算是廉价的精确制导武器了。如此低廉的价格使得美国空军敢于放手使用它。美军在海湾战争中使用的精确制导弹药占弹药总数的比例不足10%;而在阿富汗战 争中猛增到65%,“杰达姆”的投弹总量达到6500枚。在伊拉克战争的空袭行动中,“杰达姆”又继续扮演了重要角色。

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受到“杰达姆”炸弹GPS精确制导方式的启发,美陆军野战炮兵学校提出为常规炮弹加装“炮弹制导组件”(PrOjectile Guidance Kit,PGK)的方案。PGK实际上是一种弹道修正引信,用以取代北约目前使用的制式炮弹引信,在射弹飞行过程中进行弹道修正。美陆军希望通过PGK的 使用大幅度提高火炮射击精度,以较低的成本实现常规弹药的精确化,同时减少炮弹消耗量、减轻后勤负担。

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美陆军军械研究发展与工程中心的碧加汀尼兵工厂已于2005年8月发出了招标书,征集PGK的研制方案及报价。中标的承包商将在签订合同后的6个月内,使 PGK的技术成熟程度达到TRL 6级(即在相关环境中进行系统/子系统或样机演示的水平)。PGK项目将分为3个系统研制与演示阶段,采取螺旋式方法来推进。签订合同后为第1阶段,为时 18~30个月;第2阶段始于2007财年10月,为时24个月,第3阶段预计始于2009财年10月,为时也是24个月。这3个阶段后,都将分别进入为 期3年的生产阶段。预计生产数量为,2008财年500—1000套、2009财年7500套、2010年7500套。
美陆军对第1阶 段的PGK提出的主要指标是:精度;50米(CEP),适用炮种与发射药:M777、“帕拉丁”和M198式155毫米榴弹炮,以及M203A1发射药和 炮兵模块化装药系统(MACS):适用弹种:155毫米榴弹:引信功能:触发、近炸;引信装定器;增强型便携式炮兵感应引信装定器(EPIAFS);使用 PGK后允许炮弹射程受影响程度:最大射程0%一10%、最/j、射程0%一5%:GPS信号:C/A码;GPS抗干扰能力:无,工作温 度:-17.7~+62.7℃,保存期限:7年;兼容性:MIL-STD-333。
第2阶段PGK指标的主要变化是:精度:30米 (CEP),适用弹种;155毫米整体弹和子母弹;引信功能:延时、GPS定位;GPS信号:P(Y)码;GPS安全措施:“选择可用性抗欺骗模块” (SAASM):GPS抗干扰能力:有;工作温度:-42.7~+62.7℃;保存期限:20年。

第3阶段PGK指标的主要变化是:精度:最低30米(CEP)、目标10米(CEP);适用炮种与发射药:非直瞄火炮(NLOS,C)、M119式榴弹炮,以及M200发射药,适用弹种:105毫米榴弹和子母弹。

弹道修正引信的发展现状

随着导航与微电子技术的发展,GPS接收机和数据传输设备的小型化程度不断提高,而且,加固技术也使GPS器件能够承受火炮发射时所产生的高达 15000g的加速过载。自20世纪末,英、美、法、德、瑞典和南非等国的多家公司就开始尝试将GPS技术嵌入炮弹引信中,从而实现在射弹飞行过程中对弹 道进行修正。典型产品有美国洛克韦尔·柯林斯公司和英、法等国多家公司参与研制的“斯塔尔”(Smart TrajectoryArtilleryRound,STAR)、法国地面武器工业集团研制的“桑普拉斯”(Samprass)、德国迪尔弹药系统公司的 “弹道修正引信”(TrajectoryCorrectionFuze,TCF)以及瑞典博福斯防御公司的“布洛姆萨”(Bromsa)等。
以上弹道修正引信均属于一维弹道修正引信(1-DCCF),即只在射程上对弹道进行修正。工作方式基本相同:开始发射时,火炮身管被抬高到大于所要求射 角的位置,从而确保射程超过目标的距离,为弹道修正留下余地。在射弹升弧段的某个点(如弹道最高点),弹载GPS接收机接收精确的定位数据,并根据当前弹 道计算射弹可能的弹着点。引信内的微处理器将炮弹可能的弹着点与原定的目标点进行比较,根据比较的结果来确定需要修正(缩短)射程的程度。射弹在飞行中利 用GPS装置,确定打开环绕引信本体四周的减速板的精确时刻,然后借助机械设备或爆炸装置迅速实现开启。减速板使弹丸的飞行速度降低,致使炮弹以受控飞行 的方式落达预期的目标区。

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随着技术的日臻成熟和成本的不断降低,目前,二维弹道修正引信(2-DCCF)技术也达到了相当的水准。二维弹道修正引信不仅可以对弹道进行射程修正, 而且还可以进行方向修正,因此精度更高。最近,英国宇航系统公司旗下的美国联合防御工业公司宣称,它已于2005年6月在尤马试验场成功地进行了二维弹道 修正引信样弹的实弹射击演示,有能力在1年以内将产品交付军方。这是二维弹道修正引信的首次亮相。该引信由联合防御公司、博福斯防御公司、洛克韦尔·柯林 斯公司以及BT引信制造公司联合研制,这支团队已经在CCF项目上共同努力了5年多。
据联合防御公司称,CCF弹道修正引信将适用于陆 军现有的155毫米和105毫米炮弹。在尤马试验场的实弹演示中用M109A6“帕拉丁”榴弹炮在14.5千米的射程上发射了M795式155毫米练习 弹。对实弹射击结果的初步分析表明,使用CCF后射击精度达到了50米以内,是目前常规炮弹精度的3倍。
CCF引信上装有3种减速板, 即微调减速板、旋转减速板和主减速板,可以在射弹飞行过程中对弹道进行3次修正。射弹脱离炮口后,引信即接受GPS卫星数据,在准确的时刻依次打开减速 板。微调减速板在弹道初始段打开,对弹道进行初步射程修正;旋转减速板在弹道中段打开,进行弹道的方向修正;主减速板在弹道末段打开,最终对弹道进行射程 修正,使射弹准确命中目标。
弹道修正引信实际上是以先进的信息技术对常规弹药进行改造的产物。这无疑是一条实现炮兵弹药精确化的“多、 快、好、省”的途径。“多”,是指适用于现有105毫米和155毫米火炮弹药,便于大批量地将“愚笨”弹转化为“灵巧”弹;“快”,是指利用较为成熟的 GPS导航技术和射弹控制技术,有望在不到1年的时间内投入使用;“好”,是指可将常规弹药的命中精度提高3倍以上;“省”,是指成本低廉,估计1枚装有 CCF引信的弹药的价格为2000~4000美元,还将大大减轻后勤保障的负担。
弹道修正引信的研制和装备,无疑对提高炮兵武器在未来 战争中的适应性和作战效能,进而提升炮兵的地位具有重要意义,在地面炮兵发展史上也是一件具有深远意义的大事。

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