论文部分内容阅读
很长一段时间内,海军追逐制导炮弹的步伐一直不如陆军那么积极和坚定。早在上世纪70年代初,为了能用火炮精确打击那些机动的装甲目标,美国陆军就提出了“铜斑蛇”激光制导炮弹的构想。到1983年,这种155毫米的制导炮弹正式投产。80年代中后期,苏联推出“红土地”激光制导炮弹,并大量装备地面部队。而在此期间,各国海军不但没有研制出一种制导炮弹,甚至连像样的研制计划也寥寥无几。个中原因,似乎可以理解为海军对制导炮弹的兴趣没有陆军那么大。这种情况在20世纪90年代中期以后发生了变化,美国、法国和意大利海军不约而同地制定了制导炮弹研制计划,其中美国海军更是先后启动了四五项计划。直到今天,这些计划一直得到海军的强力支持。
分析西方国家海军对制导炮弹前“冷”后“热”的原因,固然可以让人联想到技术方面,毕竟当某项产品的技术门槛随时间推移而降低到一定程度时,通常便会引来大批的投资者。然而,此处的主要原因则是两方国家海军战略重点的转移。
对岸攻击
冷战结束后,随着苏联这个蓝色海洋竞争者的消失,西方国家海军开始将战略重点从大洋转向濒海,对陆攻击顺理成章地由次要任务升格为主要任务。对于水面战舰来说,实施对岸攻击的武器一直以导弹和炮弹为主,前者负责打击纵深目标,后者用于近距离攻击。以往,对岸攻击仅仅是一种辅助性任务,导弹和炮弹基本可以满足需要。当这种任务变得日益重要和频繁时,两种武器固有的缺点就会凸显出来。
导弹的缺点是携载和使用不够方便,而且过于昂贵,每枚动辄数万甚至数十万美元,即使财大气粗的美国,用得多了也会心疼,甚至有用不起的时候。对于炮弹来说,缺点主要集中在准头不佳和射程不足上。以127毫米舰炮目前使用的炮弹为例,其最大射程仅为24千米,而在此射程处的圆概率误差高达300-400米。换句话说,如果想直接命中24千米处的点目标,理论上需要发射300-400发炮弹。其后果不单单是浪费,在沿海城市环境下还可能伤及无辜,这在电视转播异常发达的今天已经成为相当敏感和忌讳的事情。在射程方面,西方国家海军目前的期望值是111千米。111千米是个什么概念呢?是“44千米 +24千米+41千米”,其中44千米是指己方战舰离岸的距离,26千米是岸上受盟军部队保护的区域深度,41千米则是敌军地面火炮的最大射程。也就是说,射程只有达到111千米,才能确保己方战舰在安全的离岸距离上,有效打击岸上保护区外构成威胁的敌军支援火力。这显然是普通炮弹难以企及的标准。正是考虑到这些因素,从20世纪90年代中期开始,美、法、意等国纷纷决定为大、中口径舰炮研制制导炮弹。
与普通炮弹一样,制导炮弹由火炮发射,所以能全天候提供持续、快速的应召火力,且使用灵活,易于补给。不同的是,由于引入了低成本制导装置,它们具有接近于导弹那样的精确打击能力,并将单价控制在一定范围内。另一个不同之处在于,制导炮弹通过增程设计,还大幅度增大了射程。1982年,洛克希德一马丁公司奉命为美国海军制造了200枚名为“死眼”的激光制导炮弹,并对其一一进行了试验。结果表明,这种口径为127毫米的半主动激光制导炮弹,在发动机的助推下最大射程达到55.5千米,对应的圆概率误差为16米。目前研制中的几种新型制导炮弹,圆概率误差大多维持在10-20米,但射程有了进一步发展,甚至超过海军目前的期望值——111千米。
从制导方式看,新型制导炮弹基本都选择了GPS/INS复合制导。GPS和INS分别指全球定位系统和惯性导航系统,它们都可提供载体的位置、速度、时间等数据。GPS的优点是长航时定位精度高,但易受电子干扰,动态跟踪稳定性差,且重量和体积较大,而INS几乎正好相反。将二者组合使用,可弥补各自的不足,获得精度更高、抗电子干扰能力更强的定位效果。从工作过程看,通常制导炮弹从炮口射出后不久,其上的GPS接收机便可捕捉到卫星信号进行稳定测量,以确定炮弹的位置和速度。INS负责测量炮弹的角速率和加速度,并将测量结果传给GPS接收机,协助完成定位过程。在导航过程中,GPS和INS相互比较、校准和调整,控制炮弹准确飞向目标。如果途中遇到敌方电子干扰,INS可独立完成导航。
新型制导炮弹的增程措施主要有火箭助推、次口径设计和滑翔设计。火箭助推是在炮弹底部增加一个有推进剂的火箭发动机,炮弹发射后推进剂被点燃,向后喷出高速气流,推动炮弹加速飞行。次口径设计是指炮弹的直径小于舰炮,通过在炮弹外部加装轻型衬套,将炮弹装入火炮并完成发射。炮弹发射后衬套脱落,以减小飞行过程中的阻力,使射程增加。滑翔增程是通过设置气动力翼片,使炮弹在飞行中产生向上的升力,从而能在空中飞行较长时间。这三种增程措施虽然有效,但也各有缺陷,如火箭发动机会占去炮弹相当一部分内部空间,导致炸药装填量减少;次口径设计将为有效载荷的设置带来困难;滑翔设计则会延长炮弹的飞行时间,影响对那些稍纵即逝的机动目标的打击时机。因此,新型制导炮弹往往组合使用不同的增程技术,以实现最佳的增程效果。
增程制导弹药
1994年,美国海军与得克萨斯仪器公司签订合同,开始为MK-45 Mod4型127毫米舰炮研制远程制导炮弹,即EX-171“增程制导弹药”(ERGM)。
ERGM长1.55米,重50千克,外形就像一枚导弹。其基本设计实际源于“死眼”半主动激光制导炮弹,但采用了GPS/INS复合制导和火箭助推一滑翔增程技术,据称最大射程可达111千米,精度为10-20米。制导系统是Draper实验室研制的“低成本制导电子单元”(LCGEU),主要由GPS接收机、惯性传感器、信号处理器、电源、环境装置等部件组成,采用模块化设计,因此必要时可以方便地更换部件。为了降低成本,LCGEU大量使用了廉价的民用元件,如每轴价格仅为30美元的加速度计,使得ERGM的单价基本可以实现最多5万美元的预定目标。
ERGM发射后沿弹道飞行,火箭发动机随后点燃;到达弹道最高点时,制导系统控制弹头前端的鸭式舵展开,并捕捉GPS信号;下落到合适位置时,以亚音速向目标滑翔飞行;到达目标上方后垂直落下,以最大限度地发挥战斗部的效能。ERGM最初选用的是子母式战斗部,内装72枚EX-1子 弹,后来改用18千克的单一式战斗部。
由于比普通的海军炮弹长,ERGM尾翼发射时需要两次装填,因此射速从最初设想的20发/分减为10发/分,但它具有所谓“多弹同时弹着”能力,即先后发射的多发炮弹通过不同的弹道和飞行时间,可在同一时间抵达目标,使一门舰炮实现多门舰炮齐射才能达成的效果。就ERGM而言,每分钟发射的10发炮弹可在同一时间命中55千米处的目标,这意味着首次命中就能置目标于死地,不给目标留下任何逃生的机会。如果ERGM采用10发齐射方式,可以完全覆盖450米×100米的区域。
由于射程和重量因素,ERGM发射时的炮口动能高达18兆焦(普通炮弹仅为10兆焦),因此对火炮身管提出了很高的要求。为此,美国海军特地为Mk-45 Mod4舰炮加固了身管。即便如此,发射ERGM仍然会大大降低身管的寿命。例如,Mk-45 Mod4舰炮身管能够发射超过8000发普通炮弹,但只能发射不到3000枚ERGM。顺便说明的是,Mk-45 Mod4型舰炮目前已列装部分阿利·伯克级驱逐舰。该级舰的大型弹药库可容纳232枚ERGM和232枚普通炮弹。
1996年7月,ERGM进入工程研制阶段,此时得克萨斯仪器公司刚被雷锡恩公司兼并,后者顺手接过了其研制工作。从2002年开始,ERGM开始了一系列发射试验。2002年5月在尤马靶场,该弹在发射试验中验证了一些关键功能,如适时启动火箭发动机、展开鸭式舵、准确接收GPS数据以及验证攻击精度等。2003年10月,1枚ERGM从127毫米身管发射后,被制导至82千米外,落在距离目标10米处。2005年2月,雷锡恩公司又在白沙靶场发射了2枚ERGM,其中1枚准确命中74千米外的目标并引爆战斗部,但另枚由于制导系统的原因未能命中目标。
尽管ERGM的研制和试验工作取得了进展,但也存在工程延误和经费攀升的问题,导致其服役时间从原计划的2002年不断后延。2004年3月,美国国家审计局(GAO)指出,ERGM的一些关键技术还没有成熟,建议海军同时评估其他方案。6个月后,GAO在另一份报告中指出,ERGM的服役时间将推迟到2011年。这些都为ERGM的前景蒙上了一层阴影。
弹道增程弹药
在ERGM受到国会质疑的情况下,美国海军启动了一项名为“增程弹药”(ERM)的竞争计划,将阿连特技术系统公司的“弹道增程弹药”(BTERM)纳入考察范围。2004年5月,阿连特技术系统公司获得一份价值3000万美元的合同,任务是在16个月内对BTERM-Ⅱ方案进行验证。美国海军在2006年中期对ERGM和BTERM一Ⅱ方案“二选一”,承包商将在2008-2009年提供60枚样弹用于系统开发论证,2011年实现初始作战能力。
BTERM-Ⅱ由先前的“海军自主支援炮弹”(ANSR)发展而来,后者也是一种远程制导炮弹,采用GPS/INS复合制导和火箭增程技术。在2002年1月进行的无制导试验中,ANSR由传统的Mk-45 Mod2型和Mod4型舰炮发射,射程分别达到94千米和100千米。2003年9月,在白沙靶场的第一次制导试验中,ANSR在3分钟内飞行了87千米,圆概率误差为20米。与ANSR相比,BTERM-Ⅱ在火箭发动机、制导系统等方面进行了改进。
BTERM-Ⅱ与ERGM有不少相似之处,例如同为127毫米口径和1.55米长,同样采用Draper实验室的LCGEU制导系统和火箭增程技术,并在弹体前端设有鸭式舵,射程预计同为111千米。不同的是,BTERM-Ⅱ的重量稍轻(46.5千克),结构相对简单,价格更为低廉;沿弹道轨迹飞行,弹体呈旋转状态;不需要特制的发射药,可由现有的Mk-45Mod2型舰炮发射;战斗部为预置破片钨质壳体,由“哈姆”反辐射导弹战斗部演变而来,重量仅11千克,杀伤性能出色。相对欠缺的是,BTERM-Ⅱ的射速较低,仅为5-10发/分,但这一问题可通过为舰炮增加自主弹药识别系统来解决。
2006年1月21日,阿连特技术系统公司成功地对BTERM-Ⅱ进行了一次无助推近程制导飞行试验,炮弹飞行了13千米,落在距目标2米处。据称,此次试验达到了全部试验要求,包括炮弹的高过载生存力、炮口飞出情况、制导精度和下落角度等。2006年春季BTERNI-Ⅱ还进行了一系列工程试验,为以后的制导与助推飞行试验做准备。
远程对地攻击弹
除了实施“增程弹药”计划外,美国海军目前还在为DD(x)驱逐舰研制“远程对地攻击弹” (LRLAP)。研制工作由洛克希德一马丁公司承担。作为一种火箭助推的GPS制导炮弹,LRLAP弹长2.45米,重118千克,携有12千克重的破片杀伤战斗部,预计最大射程可达154千米,从而成为美军历史上射程最远的制导炮弹。在DD(x)驱逐舰上,该弹将由155毫米62倍口径的“先进舰炮系统”(AGS)发射,射速定为12发/分。
在2005年6月的一次发射试验中,一枚LRLAP成功地达到了制导炮弹有史以来的最远射程——111千米。在此之前,洛克希德一马丁公司已先后完成了制导系统的坚固性(是否能经受火炮发射时的巨大加速度)、火箭发动机性能、鸭式舵展开、GPS信号捕获等测试,并完成了GPS制导下的稳定飞行和机动飞行试验。2005年底,LRLAP结束工程研制阶段,进入为期三年的系统开发阶段。预定到2010年,该弹将大批量投产。
尽管LRLAP计划进展顺利,相关的“先进舰炮系统”和自动装填系统也都通过了试验,但由于受DD(x)驱逐舰计划的牵连,其前景并不乐观。目前,DD(x)的研制成本不断增加,令美国国会忧心忡忡,甚至有传言称这种驱逐舰可能仅建造2~3艘。如果传言成为现实,无论是“先进舰炮系统”还是LRLAP都难免受到影响。
法国“鹈鹕”
法国地面武器工业集团公司正在研制的“鹈鹕”制导炮弹,能供陆军和海军的155毫米火炮使用,有望在2015年投入装备。
与美国的ERGM和BTERM类似,“鹈鹕”也采用GPS/INS复合制导,圆概率误差在10米左右。该弹有远程和超远程两种型号。远程型“鹈鹕”长0.9米,重47千克,采用滑翔设计,射程超过60干米,可携载3枚“博 纳斯”攻顶子弹或63枚多用途子炸弹。超远程型“鹈鹕”加装了火箭发动机,射程可达85千米,弹长1.4米,重61千克,可以发射4枚“泥鸽”子弹或77枚多用途子炸弹。其前部为飞行控制模块,中部为有效载荷,尾部设置尾翼和火箭发动机。发射前,火控系统将目标信息输入炮弹;从炮管射出后,火箭发动机启动;在飞行过程中炮弹靠尾翼保持稳定,60秒后达到大约14千米高度,此时鸭式舵开始发挥作用;在之后的飞行过程中,炮弹在GPS/INS的控制下飞向目标。
意大利“火山”
2003年,奥托一梅莱拉公司开始为意大利海军的127毫米舰炮和陆军的155毫米火炮研制“火山”系列远程炮弹。其中,127毫米的制导型由意大利与荷兰联合投资。
从结构上看,“火山”炮弹由2个独立部分组成:一个可自由旋转的尾部(包括战斗部)和一个固定的头部,头部设有4个鸭式舵,用于控制弹药的飞行轨迹。由于未采用火箭增程技术,而是选择了次口径+尾翼稳定的设计,“火山”外形相对紧凑,可以像普通海军弹药一样一次装填发射,从而实现35发/分的全射速,同时实现了射程要求的1200米/秒炮口初速。高射速使得该弹以“多弹同时弹着”方式发射时,可在20-80千米距离内让5-10发炮弹同时命中目标。其预置破片战斗部重15千克,内含2.5千克的高性能炸药,杀伤半径20-40米。该弹可由传统的54倍口径舰炮发射,也可由新研制的64倍口径舰炮发射,后一种条件下可使射程额外增加20千米。“火山”系列远程炮弹有3种型号。
“火山”-A为无制导增程型,预计2008年交付部队。该弹长950亳米,重29千克,脱壳后重18千克,射程为70千米,采用多用途引信,除打击水面舰艇和实施对陆火力支援外,还具备一定的防空作战能力,但前提条件是射速需要提高到45发/分。
“火山”-B为精确制导型,预计2011年投产。其射程为90千米,装有专为反舰作战设计的红外引信,配用半穿甲战斗部。在2500米高度、距目标约6000米时,该弹启动寻的系统搜索目标,单发命中率约80%。
“火山”-C为远程型,射程达到100-120千米,主要用于对陆攻击,预计2011年投产。该弹采用GPS/INS复合制导,滑翔阶段以超音速飞行,飞抵目标上空后进行垂直攻击。据称,即便在弹道末段接收GPS信号受到干扰时,其精度预计也可达到20米,甚至更高。如果加装半主动激光导引头,精度可进一步提高到3米。“火山”-C还可能衍生两种变型:采用半主动激光寻的、可攻击机动目标的C1型;装有上行数据链、可更新目标位置数据的C2型。
意大利“飞镖”
以上介绍的几种制导炮弹无一例外是针对对岸攻击任务的,但奥托一梅莱拉公司的另一种制导炮弹——“飞镖”(DART),却将注意力集中在舰艇的反导自卫上。
奥托一梅莱拉公司的76毫米/72倍口径舰炮被认为是迄今最成功的多用途舰炮,可以执行多种作战任务,如今意大利海军又赋予了它最新使命——反导自卫。众所周知,对于76毫米这类中口径舰炮来说,无法以高密度弹幕实施反导自卫,用无制导炮弹拦截高速机动的反舰导弹时会遇到很多问题,最主要的就是难以确定拦截点的位置。假设最佳拦截距离是一定的,那么对于诸如“飞鱼”等亚音速导弹,就必须在它距舰6-7千米时开火;对于超音速导弹,开火时间还要更早。炮弹飞抵预定拦截点至少要几秒钟,而预测导弹几秒后的位置无疑相当困难。意大利海军经过评估,将希望寄托在高射速精确制导炮弹上,并认为这种反导措施与导弹反导方式相比,具有单次作战成本低、全寿命周期费用低、作战反应时间短、可靠性高等优点,而且随着各种新技术的使用,单次作战发射的炮弹数量将大大减少,可从10-12发降低到3-4发。正是基于这些考虑,意大利海军启动了“大卫一斯特莱斯”(Davide Strales)反导系统计划,“飞镖”则是该系统的核心。
与“火山”炮弹类似,“飞镖”采用次口径+尼翼稳定设计,炮口初速达1200米/秒,在5杪内可飞行5千米。其理论最大射程为35千米,但考虑到精度等因素,有效射程一般为8-10千米。不过,按照1200米/秒的炮口初速,火炮发射时将产生高达3000g的加速度,因此,如何提高弹内电子元件的抗冲击性成为研制人员最头疼的问题之一。“飞镖”在滚转翼稳式弹体上有四个部件:控制滚转和偏航的鸭式舵,3A+近炸引信,预制破片战斗部,用于连续接收舰炮指令的无线电接收机。所谓3A+,是指这种引信具有近炸、碰炸、延迟爆炸以及时间控制空爆四种预编工作模式。执行反导任务时,主要使用近炸模式,引爆距离为10米,最低可在海平面上2米的高度工作。预制破片战斗部重2.5千克,由高爆炸药、钨制弹丸、钢制壳体组成,对导弹的有效杀伤距离超过10米。制导系统采用瞄准线指令制导技术,Ka波段连续波制导雷达可同时引导多枚“飞镖”实施拦截。
到目前为止,奥托一梅莱拉公司已先后对多个独立部件进行了地面试验和弹载试验,包括鸭式舵、热电池、无刷微电机、微机电系统等。从2003年1月开始,“飞镖”进行了多次无制导飞行试验。2005年1月、4月和6月又进行了受控飞行试验,成功验证了在无线电指令控制下的机动飞行能力。按照计划,该弹于今年开始大批量生产。
综上所述,目前西方国家海军发展制导炮弹已渐成气候,尽管有的研制计划可能因技术或其他原因而影响了进展,但制导炮弹上舰使用已经是必然趋势,只是它们未来在实战中究竟能起多大作用还不得而知。从陆军的经验看,制导炮弹的意义似乎更多体现在多了一种选择,从海湾战争到伊拉克战争,炮兵作战一直是普通炮弹在唱主角。不过,这并没有影响海军对制导炮弹的兴趣,因为就对陆攻击任务而言,制导炮弹确实是一种不错的选择。
分析西方国家海军对制导炮弹前“冷”后“热”的原因,固然可以让人联想到技术方面,毕竟当某项产品的技术门槛随时间推移而降低到一定程度时,通常便会引来大批的投资者。然而,此处的主要原因则是两方国家海军战略重点的转移。
对岸攻击
冷战结束后,随着苏联这个蓝色海洋竞争者的消失,西方国家海军开始将战略重点从大洋转向濒海,对陆攻击顺理成章地由次要任务升格为主要任务。对于水面战舰来说,实施对岸攻击的武器一直以导弹和炮弹为主,前者负责打击纵深目标,后者用于近距离攻击。以往,对岸攻击仅仅是一种辅助性任务,导弹和炮弹基本可以满足需要。当这种任务变得日益重要和频繁时,两种武器固有的缺点就会凸显出来。
导弹的缺点是携载和使用不够方便,而且过于昂贵,每枚动辄数万甚至数十万美元,即使财大气粗的美国,用得多了也会心疼,甚至有用不起的时候。对于炮弹来说,缺点主要集中在准头不佳和射程不足上。以127毫米舰炮目前使用的炮弹为例,其最大射程仅为24千米,而在此射程处的圆概率误差高达300-400米。换句话说,如果想直接命中24千米处的点目标,理论上需要发射300-400发炮弹。其后果不单单是浪费,在沿海城市环境下还可能伤及无辜,这在电视转播异常发达的今天已经成为相当敏感和忌讳的事情。在射程方面,西方国家海军目前的期望值是111千米。111千米是个什么概念呢?是“44千米 +24千米+41千米”,其中44千米是指己方战舰离岸的距离,26千米是岸上受盟军部队保护的区域深度,41千米则是敌军地面火炮的最大射程。也就是说,射程只有达到111千米,才能确保己方战舰在安全的离岸距离上,有效打击岸上保护区外构成威胁的敌军支援火力。这显然是普通炮弹难以企及的标准。正是考虑到这些因素,从20世纪90年代中期开始,美、法、意等国纷纷决定为大、中口径舰炮研制制导炮弹。
与普通炮弹一样,制导炮弹由火炮发射,所以能全天候提供持续、快速的应召火力,且使用灵活,易于补给。不同的是,由于引入了低成本制导装置,它们具有接近于导弹那样的精确打击能力,并将单价控制在一定范围内。另一个不同之处在于,制导炮弹通过增程设计,还大幅度增大了射程。1982年,洛克希德一马丁公司奉命为美国海军制造了200枚名为“死眼”的激光制导炮弹,并对其一一进行了试验。结果表明,这种口径为127毫米的半主动激光制导炮弹,在发动机的助推下最大射程达到55.5千米,对应的圆概率误差为16米。目前研制中的几种新型制导炮弹,圆概率误差大多维持在10-20米,但射程有了进一步发展,甚至超过海军目前的期望值——111千米。
从制导方式看,新型制导炮弹基本都选择了GPS/INS复合制导。GPS和INS分别指全球定位系统和惯性导航系统,它们都可提供载体的位置、速度、时间等数据。GPS的优点是长航时定位精度高,但易受电子干扰,动态跟踪稳定性差,且重量和体积较大,而INS几乎正好相反。将二者组合使用,可弥补各自的不足,获得精度更高、抗电子干扰能力更强的定位效果。从工作过程看,通常制导炮弹从炮口射出后不久,其上的GPS接收机便可捕捉到卫星信号进行稳定测量,以确定炮弹的位置和速度。INS负责测量炮弹的角速率和加速度,并将测量结果传给GPS接收机,协助完成定位过程。在导航过程中,GPS和INS相互比较、校准和调整,控制炮弹准确飞向目标。如果途中遇到敌方电子干扰,INS可独立完成导航。
新型制导炮弹的增程措施主要有火箭助推、次口径设计和滑翔设计。火箭助推是在炮弹底部增加一个有推进剂的火箭发动机,炮弹发射后推进剂被点燃,向后喷出高速气流,推动炮弹加速飞行。次口径设计是指炮弹的直径小于舰炮,通过在炮弹外部加装轻型衬套,将炮弹装入火炮并完成发射。炮弹发射后衬套脱落,以减小飞行过程中的阻力,使射程增加。滑翔增程是通过设置气动力翼片,使炮弹在飞行中产生向上的升力,从而能在空中飞行较长时间。这三种增程措施虽然有效,但也各有缺陷,如火箭发动机会占去炮弹相当一部分内部空间,导致炸药装填量减少;次口径设计将为有效载荷的设置带来困难;滑翔设计则会延长炮弹的飞行时间,影响对那些稍纵即逝的机动目标的打击时机。因此,新型制导炮弹往往组合使用不同的增程技术,以实现最佳的增程效果。
增程制导弹药
1994年,美国海军与得克萨斯仪器公司签订合同,开始为MK-45 Mod4型127毫米舰炮研制远程制导炮弹,即EX-171“增程制导弹药”(ERGM)。
ERGM长1.55米,重50千克,外形就像一枚导弹。其基本设计实际源于“死眼”半主动激光制导炮弹,但采用了GPS/INS复合制导和火箭助推一滑翔增程技术,据称最大射程可达111千米,精度为10-20米。制导系统是Draper实验室研制的“低成本制导电子单元”(LCGEU),主要由GPS接收机、惯性传感器、信号处理器、电源、环境装置等部件组成,采用模块化设计,因此必要时可以方便地更换部件。为了降低成本,LCGEU大量使用了廉价的民用元件,如每轴价格仅为30美元的加速度计,使得ERGM的单价基本可以实现最多5万美元的预定目标。
ERGM发射后沿弹道飞行,火箭发动机随后点燃;到达弹道最高点时,制导系统控制弹头前端的鸭式舵展开,并捕捉GPS信号;下落到合适位置时,以亚音速向目标滑翔飞行;到达目标上方后垂直落下,以最大限度地发挥战斗部的效能。ERGM最初选用的是子母式战斗部,内装72枚EX-1子 弹,后来改用18千克的单一式战斗部。
由于比普通的海军炮弹长,ERGM尾翼发射时需要两次装填,因此射速从最初设想的20发/分减为10发/分,但它具有所谓“多弹同时弹着”能力,即先后发射的多发炮弹通过不同的弹道和飞行时间,可在同一时间抵达目标,使一门舰炮实现多门舰炮齐射才能达成的效果。就ERGM而言,每分钟发射的10发炮弹可在同一时间命中55千米处的目标,这意味着首次命中就能置目标于死地,不给目标留下任何逃生的机会。如果ERGM采用10发齐射方式,可以完全覆盖450米×100米的区域。
由于射程和重量因素,ERGM发射时的炮口动能高达18兆焦(普通炮弹仅为10兆焦),因此对火炮身管提出了很高的要求。为此,美国海军特地为Mk-45 Mod4舰炮加固了身管。即便如此,发射ERGM仍然会大大降低身管的寿命。例如,Mk-45 Mod4舰炮身管能够发射超过8000发普通炮弹,但只能发射不到3000枚ERGM。顺便说明的是,Mk-45 Mod4型舰炮目前已列装部分阿利·伯克级驱逐舰。该级舰的大型弹药库可容纳232枚ERGM和232枚普通炮弹。
1996年7月,ERGM进入工程研制阶段,此时得克萨斯仪器公司刚被雷锡恩公司兼并,后者顺手接过了其研制工作。从2002年开始,ERGM开始了一系列发射试验。2002年5月在尤马靶场,该弹在发射试验中验证了一些关键功能,如适时启动火箭发动机、展开鸭式舵、准确接收GPS数据以及验证攻击精度等。2003年10月,1枚ERGM从127毫米身管发射后,被制导至82千米外,落在距离目标10米处。2005年2月,雷锡恩公司又在白沙靶场发射了2枚ERGM,其中1枚准确命中74千米外的目标并引爆战斗部,但另枚由于制导系统的原因未能命中目标。
尽管ERGM的研制和试验工作取得了进展,但也存在工程延误和经费攀升的问题,导致其服役时间从原计划的2002年不断后延。2004年3月,美国国家审计局(GAO)指出,ERGM的一些关键技术还没有成熟,建议海军同时评估其他方案。6个月后,GAO在另一份报告中指出,ERGM的服役时间将推迟到2011年。这些都为ERGM的前景蒙上了一层阴影。
弹道增程弹药
在ERGM受到国会质疑的情况下,美国海军启动了一项名为“增程弹药”(ERM)的竞争计划,将阿连特技术系统公司的“弹道增程弹药”(BTERM)纳入考察范围。2004年5月,阿连特技术系统公司获得一份价值3000万美元的合同,任务是在16个月内对BTERM-Ⅱ方案进行验证。美国海军在2006年中期对ERGM和BTERM一Ⅱ方案“二选一”,承包商将在2008-2009年提供60枚样弹用于系统开发论证,2011年实现初始作战能力。
BTERM-Ⅱ由先前的“海军自主支援炮弹”(ANSR)发展而来,后者也是一种远程制导炮弹,采用GPS/INS复合制导和火箭增程技术。在2002年1月进行的无制导试验中,ANSR由传统的Mk-45 Mod2型和Mod4型舰炮发射,射程分别达到94千米和100千米。2003年9月,在白沙靶场的第一次制导试验中,ANSR在3分钟内飞行了87千米,圆概率误差为20米。与ANSR相比,BTERM-Ⅱ在火箭发动机、制导系统等方面进行了改进。
BTERM-Ⅱ与ERGM有不少相似之处,例如同为127毫米口径和1.55米长,同样采用Draper实验室的LCGEU制导系统和火箭增程技术,并在弹体前端设有鸭式舵,射程预计同为111千米。不同的是,BTERM-Ⅱ的重量稍轻(46.5千克),结构相对简单,价格更为低廉;沿弹道轨迹飞行,弹体呈旋转状态;不需要特制的发射药,可由现有的Mk-45Mod2型舰炮发射;战斗部为预置破片钨质壳体,由“哈姆”反辐射导弹战斗部演变而来,重量仅11千克,杀伤性能出色。相对欠缺的是,BTERM-Ⅱ的射速较低,仅为5-10发/分,但这一问题可通过为舰炮增加自主弹药识别系统来解决。
2006年1月21日,阿连特技术系统公司成功地对BTERM-Ⅱ进行了一次无助推近程制导飞行试验,炮弹飞行了13千米,落在距目标2米处。据称,此次试验达到了全部试验要求,包括炮弹的高过载生存力、炮口飞出情况、制导精度和下落角度等。2006年春季BTERNI-Ⅱ还进行了一系列工程试验,为以后的制导与助推飞行试验做准备。
远程对地攻击弹
除了实施“增程弹药”计划外,美国海军目前还在为DD(x)驱逐舰研制“远程对地攻击弹” (LRLAP)。研制工作由洛克希德一马丁公司承担。作为一种火箭助推的GPS制导炮弹,LRLAP弹长2.45米,重118千克,携有12千克重的破片杀伤战斗部,预计最大射程可达154千米,从而成为美军历史上射程最远的制导炮弹。在DD(x)驱逐舰上,该弹将由155毫米62倍口径的“先进舰炮系统”(AGS)发射,射速定为12发/分。
在2005年6月的一次发射试验中,一枚LRLAP成功地达到了制导炮弹有史以来的最远射程——111千米。在此之前,洛克希德一马丁公司已先后完成了制导系统的坚固性(是否能经受火炮发射时的巨大加速度)、火箭发动机性能、鸭式舵展开、GPS信号捕获等测试,并完成了GPS制导下的稳定飞行和机动飞行试验。2005年底,LRLAP结束工程研制阶段,进入为期三年的系统开发阶段。预定到2010年,该弹将大批量投产。
尽管LRLAP计划进展顺利,相关的“先进舰炮系统”和自动装填系统也都通过了试验,但由于受DD(x)驱逐舰计划的牵连,其前景并不乐观。目前,DD(x)的研制成本不断增加,令美国国会忧心忡忡,甚至有传言称这种驱逐舰可能仅建造2~3艘。如果传言成为现实,无论是“先进舰炮系统”还是LRLAP都难免受到影响。
法国“鹈鹕”
法国地面武器工业集团公司正在研制的“鹈鹕”制导炮弹,能供陆军和海军的155毫米火炮使用,有望在2015年投入装备。
与美国的ERGM和BTERM类似,“鹈鹕”也采用GPS/INS复合制导,圆概率误差在10米左右。该弹有远程和超远程两种型号。远程型“鹈鹕”长0.9米,重47千克,采用滑翔设计,射程超过60干米,可携载3枚“博 纳斯”攻顶子弹或63枚多用途子炸弹。超远程型“鹈鹕”加装了火箭发动机,射程可达85千米,弹长1.4米,重61千克,可以发射4枚“泥鸽”子弹或77枚多用途子炸弹。其前部为飞行控制模块,中部为有效载荷,尾部设置尾翼和火箭发动机。发射前,火控系统将目标信息输入炮弹;从炮管射出后,火箭发动机启动;在飞行过程中炮弹靠尾翼保持稳定,60秒后达到大约14千米高度,此时鸭式舵开始发挥作用;在之后的飞行过程中,炮弹在GPS/INS的控制下飞向目标。
意大利“火山”
2003年,奥托一梅莱拉公司开始为意大利海军的127毫米舰炮和陆军的155毫米火炮研制“火山”系列远程炮弹。其中,127毫米的制导型由意大利与荷兰联合投资。
从结构上看,“火山”炮弹由2个独立部分组成:一个可自由旋转的尾部(包括战斗部)和一个固定的头部,头部设有4个鸭式舵,用于控制弹药的飞行轨迹。由于未采用火箭增程技术,而是选择了次口径+尾翼稳定的设计,“火山”外形相对紧凑,可以像普通海军弹药一样一次装填发射,从而实现35发/分的全射速,同时实现了射程要求的1200米/秒炮口初速。高射速使得该弹以“多弹同时弹着”方式发射时,可在20-80千米距离内让5-10发炮弹同时命中目标。其预置破片战斗部重15千克,内含2.5千克的高性能炸药,杀伤半径20-40米。该弹可由传统的54倍口径舰炮发射,也可由新研制的64倍口径舰炮发射,后一种条件下可使射程额外增加20千米。“火山”系列远程炮弹有3种型号。
“火山”-A为无制导增程型,预计2008年交付部队。该弹长950亳米,重29千克,脱壳后重18千克,射程为70千米,采用多用途引信,除打击水面舰艇和实施对陆火力支援外,还具备一定的防空作战能力,但前提条件是射速需要提高到45发/分。
“火山”-B为精确制导型,预计2011年投产。其射程为90千米,装有专为反舰作战设计的红外引信,配用半穿甲战斗部。在2500米高度、距目标约6000米时,该弹启动寻的系统搜索目标,单发命中率约80%。
“火山”-C为远程型,射程达到100-120千米,主要用于对陆攻击,预计2011年投产。该弹采用GPS/INS复合制导,滑翔阶段以超音速飞行,飞抵目标上空后进行垂直攻击。据称,即便在弹道末段接收GPS信号受到干扰时,其精度预计也可达到20米,甚至更高。如果加装半主动激光导引头,精度可进一步提高到3米。“火山”-C还可能衍生两种变型:采用半主动激光寻的、可攻击机动目标的C1型;装有上行数据链、可更新目标位置数据的C2型。
意大利“飞镖”
以上介绍的几种制导炮弹无一例外是针对对岸攻击任务的,但奥托一梅莱拉公司的另一种制导炮弹——“飞镖”(DART),却将注意力集中在舰艇的反导自卫上。
奥托一梅莱拉公司的76毫米/72倍口径舰炮被认为是迄今最成功的多用途舰炮,可以执行多种作战任务,如今意大利海军又赋予了它最新使命——反导自卫。众所周知,对于76毫米这类中口径舰炮来说,无法以高密度弹幕实施反导自卫,用无制导炮弹拦截高速机动的反舰导弹时会遇到很多问题,最主要的就是难以确定拦截点的位置。假设最佳拦截距离是一定的,那么对于诸如“飞鱼”等亚音速导弹,就必须在它距舰6-7千米时开火;对于超音速导弹,开火时间还要更早。炮弹飞抵预定拦截点至少要几秒钟,而预测导弹几秒后的位置无疑相当困难。意大利海军经过评估,将希望寄托在高射速精确制导炮弹上,并认为这种反导措施与导弹反导方式相比,具有单次作战成本低、全寿命周期费用低、作战反应时间短、可靠性高等优点,而且随着各种新技术的使用,单次作战发射的炮弹数量将大大减少,可从10-12发降低到3-4发。正是基于这些考虑,意大利海军启动了“大卫一斯特莱斯”(Davide Strales)反导系统计划,“飞镖”则是该系统的核心。
与“火山”炮弹类似,“飞镖”采用次口径+尼翼稳定设计,炮口初速达1200米/秒,在5杪内可飞行5千米。其理论最大射程为35千米,但考虑到精度等因素,有效射程一般为8-10千米。不过,按照1200米/秒的炮口初速,火炮发射时将产生高达3000g的加速度,因此,如何提高弹内电子元件的抗冲击性成为研制人员最头疼的问题之一。“飞镖”在滚转翼稳式弹体上有四个部件:控制滚转和偏航的鸭式舵,3A+近炸引信,预制破片战斗部,用于连续接收舰炮指令的无线电接收机。所谓3A+,是指这种引信具有近炸、碰炸、延迟爆炸以及时间控制空爆四种预编工作模式。执行反导任务时,主要使用近炸模式,引爆距离为10米,最低可在海平面上2米的高度工作。预制破片战斗部重2.5千克,由高爆炸药、钨制弹丸、钢制壳体组成,对导弹的有效杀伤距离超过10米。制导系统采用瞄准线指令制导技术,Ka波段连续波制导雷达可同时引导多枚“飞镖”实施拦截。
到目前为止,奥托一梅莱拉公司已先后对多个独立部件进行了地面试验和弹载试验,包括鸭式舵、热电池、无刷微电机、微机电系统等。从2003年1月开始,“飞镖”进行了多次无制导飞行试验。2005年1月、4月和6月又进行了受控飞行试验,成功验证了在无线电指令控制下的机动飞行能力。按照计划,该弹于今年开始大批量生产。
综上所述,目前西方国家海军发展制导炮弹已渐成气候,尽管有的研制计划可能因技术或其他原因而影响了进展,但制导炮弹上舰使用已经是必然趋势,只是它们未来在实战中究竟能起多大作用还不得而知。从陆军的经验看,制导炮弹的意义似乎更多体现在多了一种选择,从海湾战争到伊拉克战争,炮兵作战一直是普通炮弹在唱主角。不过,这并没有影响海军对制导炮弹的兴趣,因为就对陆攻击任务而言,制导炮弹确实是一种不错的选择。