姜尚，孙东彦，高伟鹏，等.舰炮制导弹药发展趋势与作战使用研究.飞航导弹，2021（7）：101-107
引言
近年来，世界各国皆在大力推进科技创新，加快发展新型作战力量，着力构建现代海上作战体系，努力增强遂行多样化军事任务的能力和水平。海军战略由近海防御型向近海防御与远海护卫型转变，同时，也在向以海制陆、智能化海战模式的方向进行升级，这些都需要舰炮武器具备对海对岸的远程精确打击与持续火力支援能力。
舰炮仅仅是弹药的发射平台，在打击毁伤目标的作战效果方面，弹药的战技性能则显得更为关键。得益于微电子技术、导航制导与智能控制等领域的蓬勃发展，一种低成本高精度的舰炮制导弹药应运而生，它以传统弹药为基础进行技术改进，通过自主控制并搭载不同功能的战斗部，实现远程对海对岸的战场态势侦察、电子信号干扰、精确打击毁伤、火力压制支援等多种作战效果。
与传统弹药和导弹相比，舰炮制导弹药在工作环境、气动布局、增程方式、弹载器件、制导方法等方面都存在着明显的技术特点。尽管各军事强国已经针对性地突破了一系列关键技术，并投入到作战使用当中，但距离达到预期的作战效果还存在着一定的差距，尤其是随着海军战略的转变与海战模式的升级，装备向着智能化、精确化、远程化、模块化迅速发展，如何在战场态势侦察、智能指挥控制、组网协同打击、作战效能评估等作战环节中，运用并发挥好舰炮制导弹药的技术特点与优势，仍然是亟待解决的重要问题。
1 舰炮制导弹药发展现状
近年来，国际热点地区爆发的局部战争多数从海上发起，以海制岸的作战能力愈发得到重视，由于舰炮制导弹药较好地填补了导弹与传统弹药之间的空白，并且无需配套特殊的发射平台，一致被视为是提高舰炮武器作战效能的首选途径。对美、欧等国主要型号的结构参数与指标进行梳理，以期能够对舰炮制导弹药的主要技术特点进行较为全面的总结与分析。
1.1 美国
1.1.1 155mm远程对陆攻击炮弹（LRLAP）
BAE系统公司为155mm先进舰炮系统（AGS）研制，如图1所示，弹长2.4m，质量118kg，采用火箭助推与滑翔复合增程技术，射程≥185km，射速达到12发/min，采用全球定位系统（GPS）/惯性导航系统（INS），圆概率误差（CEP）≤20m，工程制造研发阶段于2014年结束。
1.1.2 127mmEX-171增程制导弹药（ERGM）
德克萨斯仪器公司针对Mk45Mod4式127mm舰炮研发了ERGM，如图2所示，头部为制导装置和鸭舵，中部为杀爆战斗部，尾部为火箭发动机和斜置尾翼，弹长1.86m，质量48.8kg，射速10发/min，火箭助推滑翔复合增程，射程≥100km，GPS/INS制导，CEP≤5m，可以打击非固定目标并以大落角攻击，2010年进行靶场实验，准确命中了74km外的目标。
1.1.3 127mm多业务标准制导炮弹（MS-SGP）
BAE系统公司研制，可以由Mk45舰炮等通用平台发射，射速10发/min，射程≥100km，GPS/INS制导，CEP≤10m，配备光电或红外导引头，配用16.3kg杀爆战斗部，能够提供经济可承受的远程精确火力支援，已达到6级技术成熟度，具有再瞄准能力。
1.2 欧洲国家
1.2.1 法国155mm鹈鹕
地面武器工业集团公司研制，GPS/INS制导，CEP≤10m。远程型弹长0.9m，质量47kg，滑翔增程，射程≥60km，可携载63枚多用途子炸弹或3枚博纳斯攻顶子弹药。超远程型的前中后部分别为控制舱、战斗部、火箭发动机，弹长1.4m，质量61kg，射程≥85km，可携带77枚多用途子炸弹或4枚泥鸽。
1.2.2 意大利127mm火山
由奥托·梅莱拉公司研发，包括头部（配装4片鸭舵）、自旋尾部和战斗部，通过次口径与尾翼稳定使初速1200m/s，射速35发/min，GPS/INS制导。精确制导B型弹长0.95m，质量29kg，滑翔增程，射程≥90km，CEP≤20m，搭载半穿甲战斗部。远程C型质量35kg，火箭助推与滑翔增程，射程≥120km，CEP≤20m，具备多发同时弹着、大落角攻击的能力，靶场实验的现场情况如图3所示。
1.2.3 英国155mm低成本制导炮弹（LCGM）
弹长1.62m，质量45kg，采用火箭助推与滑翔增程，射程≥150km，GPS/INS制导，在100km以外的射程上CEP≤30m，配用子母战斗部，采用复合材料、惯性测量单元（IMU）与微机电系统（MEMS）等高新技术，降低了研发成本。
将上述型号的主要结构参数与指标归纳为表1。
2 舰炮制导弹药主要技术特点
通过上述对国外主要型号的梳理，可以从工作环境、气动布局、增程方式、弹载器件、制导策略等方面，对舰炮制导弹药的主要技术特点进行总结与分析。
2.1 工作环境复杂，冲击过载很高
舰炮制导弹药工作环境的复杂性集中体现在贮存、运输、发射等方面。在舰上弹库的贮存过程中，处于高盐高湿温差大的贮存环境。运载场供输过程中，则不可避免地会受到机械部件的猛烈撞击与持续磨损。在发射时，膛压可达几百兆帕，冲击过载超过10000g。因此，弹载器件须具备抗高过载的能力，在弹体结构上合理地设计分配支撑与链接件，采用缓冲措施减轻部件承受过载的同时，采用封装技术提高弹载器件的抗过载能力。通过进行过载冲击台试验（如图4所示），可以验证弹载器件是否满足抗反向、横向过载等要求。
2.2 增程方式多样，尾翼稳定减旋
目前，增程技术从单一增程发展到复合增程，已广泛地应用于舰炮制导弹药中，主要包含弹形减阻、底凹、底排、冲压、火箭助推、滑翔等增程技术，其本质是通过增速和减阻来实现增程。国外主要型号大多选择火箭助推+鸭舵滑翔复合增程，小型高效火箭助推弹体增速、爬高，气动布局为折叠式鸭舵+尾翼（如图5所示），具有下洗干扰小、控制效率高等优点。为了适应炮射环境，尾翼与鸭舵在发射前折叠于弹体内部，发射后稳定、可靠地张开，呈对称分布，通过斜置尾翼来稳定飞行，能够提高弹体升阻比、稳定弹体飞行、降低并稳定转速。制导弹药由大口径线膛舰炮发射，具有典型的高速自旋特征，为了保证鸭舵与尾翼张开安全与制导可控，常需要设计滑动弹带来实现膛内减旋。
2.3 弹载空间有限，器件微小型化
弹载器件性能达标与可靠运行是舰炮制导弹药实现各类作战效果的关键，其主要包括卫星定位、控制器、惯导、舵机、尾翼、导引等装置，但弹上的安装空间十分有限，可谓麻雀虽小，五脏俱全。要实现机电器件的弹载应用，必须要兼顾微小型化、抗高过载与性能可靠达标。目前，美国正处于该领域研究的科技前沿，联合了波音、雷锡恩、洛马等大型国防合约公司进行研究，拥有体系完整、技术先进的微小型化器件，但至今仍在不遗余力地加大投入，保持着规模扩充和技术更新。其中，神剑制导弹药通过实弹飞行验证了微型控制器（如图6（a））与微型GPS（如图6（b））的良好性能，BAE公司研制的微型惯导SCIRAS（如图6（c））也已经成功地应用于127mm增程制导弹药。
2.4 制导段无动力自旋，控制能力较弱
在火箭助推增速后，舰炮制导弹药始终处于无动力的自旋状态，并不像导弹那样具备持续性的强大推进动力，这在很大程度上增加了导引控制的难度。因此，制导策略需要充分开发运用弹体的动能与势能，当弹体在飞行到空中某合适的位置时张开鸭舵，提升全弹升阻比，仅通过鸭舵调整空气动力，采用GPS/INS实时测量位置、姿态、转速等实际弹道参数，控制器将实际弹道参数与方案弹道参数进行比较，制导系统控制鸭舵产生合适的攻角，调整弹体升力，控制弹体沿方案弹道滑翔飞行。该策略具有技术成本低、增程效率高、易于工程实现等优势，成为目前无动力弹药首选的制导策略。
3 舰炮制导弹药发展趋势
2016年底，美国在颁布了《国家人工智能研究与发展战略规划》，拉开了智能化海战的序幕。特别是随着国家海上权益的日益拓展，海军所要肩负的远海护航、海外撤侨、国际救援等一系列重大任务开始频繁，对海上远程火力支援力量的需求十分迫切。舰炮制导弹药作为高新技术与传统弹药高度融合的信息化装备，势必要走在智能化、远程化、精确化与模块化发展的前沿。
3.1智能化，多用途
智能化是信息化装备发展的最高形式，近年来，美国提出第三次抵消战略，就是旨在加快军事装备从信息化向智能化升级换代的进程。舰炮制导弹药的智能化需要逐步地融合人工智能、大数据、物联网等新兴技术，使弹体具备战场态势感知、智能识别目标、锁定跟踪目标、威胁判断决策、任务协同分配、多弹组网编队、航路自主规划、协同突防打击、智能起爆毁伤等能力。截至目前，美国海军研究实验室已将计算机智能视觉技术应用于制导弹药，并且实现了在飞行过程中对目标的智能识别与跟踪，如图7所示。舰炮主要肩负对海对岸作战任务，目标种类繁多，战场阵地不固定。通过发展子母战斗部、多功能战斗部、多毁伤模式战斗部以及配用多选择引信等方法来实现舰炮制导弹药的多用途，大幅提高毁伤多类目标能力的同时，也可有效降低后勤保障负担。
3.2 精确化，低附带
一直以来，“全天时、全天候”对目标实施精确打击是制导类武器的研制目的。目前，美、欧等国的技术水平可达到对点目标CEP米级，对面目标CEP精确到10m以内。以红外成像、毫米波成像、激光雷达成像为代表的新理念制导技术日趋成熟，牵引着精确制导技术的发展。美国在洛卡斯项目中成功地演示验证了激光雷达成像制导技术，而红外双色灵巧焦平面阵列探测装置则处于快速研发的过程中，毫米波工作体制也正在攻关共形相控阵成像技术，有望在15年内上弹交付使用，届时，多模复合制导技术将更为广泛地应用于舰炮制导弹药中，进一步提升CEP。在大纵深、立体化、复杂化的现代战场中，以完成作战任务为前提的同时，应该尽量降低附带损伤与平民伤亡，为此，美国新型制导弹药大部分采用了不敏感弹药标准，配合智能起爆技术使用，既能够保障毁伤威力，又可以最大限度地控制附带毁伤。
3.3 远程化，高效能
追求打击距离的远程化是舰炮制导弹药永恒不变的发展主题，通过研发新型机理增程技术、增强发射装药能量等方法，来实现纵深压制和打击距离的远程化，将射程从超视距提升到超远视距，夺取制海制岸权。世界80%的人口居住在距离海岸200km以内的区域内，美国正在研发的舰载电磁轨道炮，其射程能够将这一区域全部涵盖，这意味着无需舰载机起飞即可实现对岸超远视距的持续火力支援。作为通过电磁能发射的弹药（如图8所示），与目前在研型号相比，存在着诸多亟待突破的瓶颈技术，主要包括高能级炮口拉弧、弹载器件抗强磁场、电磁发射轨道烧蚀等。
3.4 模块化，低成本
舰炮属于高消耗性武器，硫磺岛之战在短短三天的时间内就消耗了2.2万发炮弹，因此，在舰炮制导弹药研发过程中，效费比无疑是一项十分重要的指标。可以通过顶层体系规划、关键技术分解、低成本器件研究以及采用成熟军用技术、商用技术、多部件集成技术，来减少研发过程中同类技术的重复性研究。通过对战斗部、制导系统、助推装置、定位装置等组件的模块化、通用化设计，减少组件数量，提升多弹种平台之间的兼容性，即一种平台可以搭载多种组合，根据不同的作战任务进行选择，实现对全寿命周期费用成本的有效控制，提高效费比。美国155mm舰炮制导弹药体系由神剑、精确导引套件（PGK）以及超低成本制导弹药三个系列组成，在实际作战使用中取得了较好的效费比效果。
4 舰炮制导弹药作战使用重要环节
随着舰炮制导弹药智能化、精确化、远程化、模块化程度的不断提高，在“察、控、打、评”等重要环节中，研究与弹药作战能力显著提升相适用的作战使用方法，对于充分发挥舰炮制导弹药的技术特点具有十分重要的意义。
4.1战场态势侦察
舰炮制导弹药的射程决定了超视距打击必将成为未来大口径舰炮的常规作战使用模式，而目前缺乏对远程、时敏等目标的有效战场态势侦查途径，舰艇将会大概率地暴露在敌方火力范围之内。新型的制导巡飞弹药有机融合了制导弹药技术与无人机技术，能够有效地对目标进行远程指示，化解了打击距离远与侦察范围小的矛盾。在接收到应召打击任务后，如图9所示，舰炮发射制导巡飞弹，弹体通过火箭助推与滑翔控制飞行到超视距打击区域的上空，在距离地面一定高度处展开折叠旋翼舱（开舱高度由指挥员根据需要的侦察面积与清晰度决定），抵近巡飞侦察战场地理信息、敌方军事部署等态势，通过高速全双工数据链实时回传战场图像，通过智能计算、智能预测、模式识别等技术，可以将侦查图像进行实时仿射变换与拼接，与卫星图像配准，完成对远程目标的探测识别、定位跟踪，为指挥员提供更加直观、动态、完整的战场态势。
4.2智能指挥控制
舰炮制导弹药承担的任务主要是应召射击，对反应时间和打击精度的要求很高。在复杂海战场环境中，为了充分发挥舰炮制导弹药的作战能力，需要研究使用能够综合运用战场态势与系统状态的智能指挥控制系统，快速准确地判断出需要完成的射击任务（压制、歼灭、破坏、拦阻），自主制定作战方案、转停火时机以及射击持续时间。在发射前，智能指挥控制系统根据目指信息、气象等数据选择弹种并计算射击诸元，感应装定指令（炮位与目标坐标、射击诸元、卫星星历、气象参数等），控制武器跟踪瞄准，实施对海对岸射击。当战场态势发生关键性变化时，系统通过子样本推理分析、作战行为意图判别、人机多模智能交互等关键技术，重新评估目标价值、汇总打击任务、计算弹药效力、分配火力任务、确定火力使用方法等流程，在很大程度上减轻指挥员作战指挥强度的同时，降低操作手的误操作概率。
4.3组网协同打击
目前，舰炮对岸协同射击、齐射与集射主要是依托指挥控制系统制定的战前预置方案，难以有效地处置战场临时出现的大量目标以及突发情况。随着重要军事目标防御体系日臻完善，单枚弹药执行突防任务愈发困难，借助通信链路组织多枚舰炮制导弹药组网编队，突破依托战前预置的战役级协同作战，采用灵活高效的武器级协同控制手段，通过编队内协同、编队间协同，如图10所示，进行饱和攻击或者分批次完成对近岸目标的精确打击任务，可以显著地提高海上火力支援与突防能力，是一种更加符合现代海战模式的作战方法。战场敌我态势错综复杂，网络通信链路受电磁干扰容易存在不确定时延，组网弹药单元也极有可能被随机地拦截击毁，通信拓扑将随之切换，这些都是在协同作战时需要重视并进行深入研究的重要问题。
4.4作战效能评估
作战效能评估是构成舰炮制导弹药察-控-打评闭环杀伤链的重要组成环节，它与效能评估以及方法评估指标体系息息相关。常用的效能评估方法包括多步裁定法、层次分析法（AHP）、ADC法（availability，dependability，capability）与模糊评判法等。考虑到舰炮制导弹药结构功能的复杂性和作战使用方法的多样性，应该把握客观公正、独立完备、易操作实施等原则，来构建能够反映其本质运行规律与实际作战效果的评估指标体系，需要重点关注目标指示信息保障、指挥控制决策、精确打击毁伤、数据链传输等方面的指标。随着制导巡飞弹药、智能识别技术以及群目标识别跟踪等高新技术的不断成熟与应用，使得精确获取炸点的坐标信息、组网协同弹药的位置与速度信息成为现实，能够在很大程度上提升评估结论的科学性、合理性以及准确性。
5 结束语
纵观舰炮制导弹药的发展现状与趋势，今后一个时期将是舰炮制导弹药从机械化、信息化向智能化跨越式发展的重要阶段。横向比较美、欧等国在基础理论、弹载器件、制导策略等方面的各项指标，可为别国提供值得借鉴的发展思路与宝贵经验。即，以机械化与信息化建设为基础，紧跟装备智能化发展的大潮，自主创新与引进消化吸收再创新相结合，加快从跟跑向并跑、领跑转变的进程，重视开展作战使用方法的研究，使之与弹药本身作战能力的提升相匹配，逐步增强海军遂行多样化军事任务的能力和水平。
