中国兵器工业集团公司首席专家汪仪林

时间:2022-07-19 12:46:11

中国兵器工业集团公司首席专家汪仪林

本刊记者(以下简称记者):汪总,您好!您是引信行业的首席专家,我们首先想请您简单介绍一下什么是引信?一般引信有哪几类?

汪仪林(以下简称汪):所有以炸药爆炸毁伤目标的武器,都有引信。引信主要功能包括两个方面:其一,保障安全;其二,起爆并放大爆轰,以合适的方式起爆战斗部装药。我们一般用“引战配合效率”评价引信的作用效果,在此“战”指战斗部。

引信的主要构成一般包括安全系统、起爆系统、嵌入式数据链、电源。引信安全系统由解除保险环境敏感、解保信号处理、决策、解保执行等部分构成。引信起爆系统由目标敏感、目标信号处理、决策、执行、雷管、传爆序列组成。武器系统、制导、卫星、网络等系统的信息,就通过引信嵌入式数据链,参与引信安全、起爆、弹道修正、毁伤评估。

引信有多种分类方法。如根据功能,可分为近炸引信(非接触引信,接近目标起爆)、触发引信(碰目标起爆)、时间引信(定时或定距),近年还出现了弹道修正引信。如根据目标敏感方式,可分为无线电、红外、激光、声、磁、静电、机械、电子时间引信等。

随着技术的发展,现在单一功能的近炸、触发、时间引信越来越少,往往一个引信包含几种功能,甚至会集成更多的功能,包括弹道修正、毁伤评估等,所以引信的分类、命名方法都会有比较大的变化。

记者:您能先简单描述一下无线电引信的发展历程吗?

汪:无线电引信是第一种近炸引信,像“曼哈顿计划”一样,是美国在二战期间技术攻关的产物。无线电引信的使用,大幅度提高了美军炮火的威力。美国一位参联会主席曾将无线电引信和原子弹、雷达一同列为对二次大战起重大影响的技术成就。

对于它在防空上的威力,大家已经比较熟悉了。其实它当时在对敌炮火上也有卓越表现,实现了对隐蔽在堑壕中人员的有效杀伤,对暴露或轻型防护的有生力量的杀伤效能大幅提高。盟军总司令艾森豪威尔在回忆录中写到:“在阿登战役中,我们的地面部队在地面战斗中,第一次使用了新的近炸引信,这是一种大大地增加我们炮火威力的新发明。”第8集团军司令巴顿在回忆录中4次提到近炸引信,讨论其使用技巧,并记录下在1944年12月25日夜间,全歼700名偷袭敌人。参加过抗美援朝的军人对美军炮火的威力均有深刻印象。

记者:我国无线电引信情况如何呢?

汪:我国曾进行过加榴炮、火箭炮配用触发引信和近炸引信对地射击的对比试验,对堑壕中动物的杀伤效果二者为1:10。在高炮、舰炮拦截空中目标的对比试验中,配用近炸引信后,击落靶标的用弹量降低几十倍。

近年我国定型的无线电引信性能已跨入国际先进水平的行列。更高的引战配合效率、更强抗干扰能力、更好的使用灵活性,是近炸引信的一贯追求。

无线电引信就其工作频段而言,经历了从米波、分米波到毫米波的发展。就其对付的目标而言,由对地近炸,扩展到防空反导。现在,就其配用的范围而言,遍及陆、海、空、二炮;就其配用的弹药而言,遍及导弹、炮弹、火箭弹、炸弹、子母弹等,是配用范围最广的近炸引信。

目前近炸引信除无线电引信外,还有激光、红外、静电、声、磁、复合引信等。

目标、武器平台、战斗部、使用环境的变化,要求引信向着高安全、高可靠、智能化方向发展。

记者:无线电引信比触发引信有独特的优势,那它在战场上使用有没有劣势呢?

汪:就引战配合效能而言,近炸作用方式不能适合所有的任务。例如打击坚固目标的破甲弹、攻坚弹、侵爆弹,更适合配用触发引信。不少子母弹开舱采用时间引信,效费比更高。打击利用城市建筑掩护或复杂地物背景下的目标时,更适宜配用定距(定时)引信。

在打击地面有生力量、轻型防护目标、空中目标时,近炸引信优势明显。但与触发引信相比,它的系统更为复杂,更易受到外界干扰,因此早炸、瞎火概率均更高,无线电引信也不例外。

虽然这些失效和总体效能提高比,利远大于弊,但为了确保在极端情况下,综合作战效能不低于触发引信,目前近炸引信设计中都包含触发功能,在恶劣环境下可以选择触发功能,关闭近炸通道。近炸瞎火时,以触发作为后备。

集近炸、触发、触发延期、时间为一体的多功能可选择引信,正成为引信的主流。一方面满足作战灵活性要求(即不同的使命任务可以选择不同的作用方式),一方面在极其恶劣的条件下,通过延缓近炸开机或关闭近炸并将触发作为近炸后备,确保引信发火率。

记者:在现代信息化战争条件下,无线电引信的使用是不是受到了制约?

汪:信息化作战、智能化弹药、高速高过载、新型战斗部(如多模战斗部)均使无线电引信面临更多的挑战,这恰恰是技术发展的动力。迎接挑战、推动技术发展、满足新形势下的新需求,正是技术工作的魅力所在。

综合利用武器平台信息、制导信息、网络信息、卫星信息,充分利用引信近程工作的特点,是提高引信在恶劣电磁环境、恶劣力学环境下的工作性能的重要途径。

根据不同的武器系统特点,激光引信在近炸引信家族中具有越来越重要的地位。多频段、多体制、多种探测原理复合引信,成像引信,正在或将成为近炸引信家族的新成员。

记者:无线电引信发展的主要技术难点有哪些?

汪:这得先说说驱动无线电引信发展的动力,主要为提高引战配合效率,提高抗干扰能力。提高引战配合效率包括两个层次:一,对原有目标,提高引信在最佳起爆区起爆的比例,也就是提高起爆精度;二,对新出现的隐身目标、高速小目标具有打击能力。提高抗干扰能力,是指适应低作战高度,适应日益复杂、恶劣的战场电磁环境。其核心问题是在极低信噪比下的目标识别、快变参数估计及有效电磁防护问题。

由于体积、重量、结构、过载(某些炮弹引信要承受几万g的发射过栽)、能源等方面的限制,使问题的解决相当困难。由于引信近场工作的特殊性,也导致技术和理论上的特殊问题。

像引信目标敏感器,在理论上要研究合理的探测方式,在技术上要解决高响应速率(适应在毫秒时间内,弹目角度由几度变到几十度)、大动态范围、小尺寸、低价格敏感器实现等等问题。

引信信号处理方面,在理论上要解决非平稳噪声下瞬态信号处理问题,在技术上要解决多信源高速信号快速处理硬件实现问题,要深入开展引信目标、背景特性的基础研究。

引信决策方面,在理论上要解决多维特征快速评估和决策模型生成问题,技术上要解决决策网络结构问题等。

记者:引信在探测目标时,与导引头的作用有什么区别?

汪:主要差别是探测视场变化率不同,控制要求不同。

导引头对目标的探测,是一种远区探测,目标运动导致视线角变化小。比如在1000米距离上运动10米,对应的角度仅变化0.57°。引信对目标,则是近区探测,若探测距离20米,运动1米,对应的角度变化大于2.86°。视线角的这种剧烈变化,意味着每一瞬间探测到的目标场景不同,目标特性呈现快速、复杂、大幅度范围的变化,目标特性研究也就自然不同于雷达、导引头。

引信敏感器必须具有高探测响应速率,以实现对短时大范围变化的目标回波实时响应。弹目交会中,引信信号持续时间仅几毫秒,信号的瞬态性、决策的实时性,导致处理理论、处理方法、提高信噪比的手段有别于雷达、导引系统。

还有起爆控制的精确性。在交会的几毫秒时间内角度由几度变化到几十度,而有的战斗部有效杀伤元素飞散角仅有1°-2°,最佳起爆的机会稍纵即逝。不难看出在攻击高速高机动小目标时,信号持续时间更短、有效杀伤区更小,起爆控制的难度更大。

记者:引信是如何引爆战斗部的?

汪:那要简要地介绍一下引信的工作过程。首先弹药发射时,引信上的解除保险环境敏感器发挥作用,敏感、测量两个以上的解保环境信息,而且是代表不可逆发射过程的信息。然后,解保信号处理部分识别引信敏感的、数据链给出的解保信息,由决策级形成解保控制指令和解保流程,解保执行级解除隔离,引信解除保险,处于待发状态。未解保时,执行级动作不会导致战斗部爆炸。

在弹药飞行过程中,目标敏感器将负责敏感目标,信号处理器对敏感器输出进行目标识别、交会参数测量,结合数据链给出的目标信息、交会参数等,完成目标是否存在的判断,决策级综合使命要求、测量参数和各特征量关系,在最有利毁伤目标的时机给出起爆控制指令。这个时机,对空时在最佳毁伤区,对地时在有利炸高,侵彻时在规定的层数,攻坚时为最佳触发延期时间。收到起爆控制指令后,执行级起爆雷管,雷管输出爆轰经传爆序列放大,起爆战斗部装药,形成杀伤元素,毁伤目标。

配用多模战斗部、定向战斗部的引信,除了选择起爆时机,还需要选择与毁伤目标匹配的起爆方式。

目前国内外正在积极开发配用于炮弹、火箭弹的弹道修正引信。这类引信不仅具有起爆控制能力,还具有一定的落点控制能力,可大幅提高对地区域性饱和攻击的效能。

记者:怎么解释引信与毁伤目标之间的关系?

汪:按照攻击目标,引信主要有打击空中目标、地面目标、水中目标的引信。

打击空中目标的主要武器为高炮、舰炮、地空导弹、空空导弹,它们的引信需将起爆位置控制在一个有效杀伤区内。这个区域是由目标易损特性、战斗部杀伤元素动态飞散特性共同形成的。空中目标速度和机动性的提高,既会使有效杀伤区缩小,还会加剧交会条件变化对有效杀伤区的影响,从而使引信炸点控制的难度大幅提高。如果空中目标掠海、掠地飞行以提高突防能力,就要求拦截弹药的引信在强烈的地、海杂波下,还能正常识别目标、精确控制起爆。此外,定向战斗部的使用,要求引信还具有方位识别和定向起爆能力。

打击地面目标的武器主要有导弹、航空炸弹、炮弹、火箭弹、子母弹等。地面目标种类繁多,可以粗略分为软目标和硬目标。

打击硬目标或深藏目标时,根据弹速有两种途径。一种技术途径是串联侵彻,由前级引信起爆前级战斗部开辟通道,随进战斗部沿通道侵入目标内部后,随进引信起爆随进战斗部,对被防护目标实施有效毁伤。此时,随进引信要在前级战斗部爆炸形成的恶劣的力学、电磁环境下正常工作。另一种途径是,利用弹的动能侵彻目标,侵彻引信在规定的层数或深度起爆战斗部装药。例如侵彻弹从楼顶向下侵入,要打击的目标在楼顶往下第8层,通过数据链告知引信计层数为8;侵彻过程中,引信识别侵彻层数,当引信确定完成第8层侵彻时,起爆战斗部装药。当年美国攻击我国驻南斯拉夫大使馆时,用的就是这类武器。提高着速是增加侵彻能力的重要手段,但这种动能侵彻弹要求引信能在10万g以上的过载下正确识别计层,因此设计、验证难度大幅提高。

打击水中目标的主要武器为鱼雷、水雷、深水炸弹。采用的引信有近炸引信、触发引信。鱼雷近炸以磁探测为主,水雷近炸以声探测为主。这类近炸引信和对空引信的作用有一定的相似性,水雷还需具有抗扫能力。

记者:现在多功能炮弹、巡飞弹等新型弹药越来越多,它们对引信有什么特殊要求?

汪:多选择引信在选择近炸方式时,要求引信根据落速、落角、战斗部特性,在有利高度起爆战斗部装药。在复杂地形下,可根据火控或其他系统测得的目标距离,推算与目标遭遇时间,在设定的时间,起爆战斗部。

巡飞、掠飞等弹药配用多功能战斗部,则需具有多种目标、特定部位识别能力,选择合适的作用方式、在合适的位置起爆战斗部,这样才能对任务目标实施有效打击。

记者:引信未来的发展有什么新特点?

汪:影响其发展的因素很多,作战条件、使用环境、攻击方式、目标的变化、新概念武器系统的出现、低附带毁伤弹药、不敏感弹药、新型战斗部(包括多功能战斗部、定向战斗部)、新型火工品的发展,都会对引信带来更多的挑战,甚至全新的变化。简单说来主要特征为:信息化、智能化、小型化、高安全、高可靠。

记者:您对我国引信的未来发展有什么展望?

汪:我国引信技术虽然进步很快,一部分引信已达到和西方发达国家相同的水平,但还远远不能满足武器系统发展的需要、军方对使用性能的期望。

这其中有些方面很值得关注,比如探测(敏感)技术的进步,非平稳背景下瞬态目标的信号处理理论,特征级融合决策理论的发展,快速处理技术的进步,引信目标、背景特性等基础研究的进展,引信性能评估手段、评估理论的完善,引信嵌入式数据链在全寿命周期的融入。这些技术能不断缩小引信和需求的差距,推动引信的智能化、高安全、高可靠的发展。

记者:感谢您的精彩讲解。让我们读者了解了更多有关引信方面的知识和发展动向。

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