衛(wèi)錦萍

制導(dǎo)槍彈的研究開(kāi)始于20世紀(jì)90年代初，2014年2月和4月，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局對(duì)12.7毫米制導(dǎo)槍彈進(jìn)行了實(shí)彈射擊試驗(yàn)，并命中已偏離瞄準(zhǔn)位置的目標(biāo)。2015年2月，國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局再次進(jìn)行實(shí)彈射擊試驗(yàn)，制導(dǎo)槍彈又命中運(yùn)動(dòng)靶標(biāo)。這標(biāo)志著制導(dǎo)技術(shù)在小口徑彈藥上的應(yīng)用取得新突破，也意味著子彈將具有“發(fā)射后不管”的能力，人們常說(shuō)的“子彈不長(zhǎng)眼”的說(shuō)法在它面前得改一改了。

讓子彈長(zhǎng)眼飛

與智能化步槍采用數(shù)字瞄具控制扳機(jī)力來(lái)提高射擊精度的方式不同，制導(dǎo)槍彈通過(guò)修正彈丸飛行軌跡來(lái)提高射擊精度。制導(dǎo)槍彈與簡(jiǎn)易制導(dǎo)炮彈相似，在彈丸飛行過(guò)程中，依據(jù)傳感器信號(hào)由彈上計(jì)算機(jī)生成控制指令傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)反復(fù)修正彈道（每秒可修正彈道30次）直至命中目標(biāo)。制導(dǎo)槍彈的命中精度不受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)和風(fēng)速等因素影響。

美國(guó)現(xiàn)正在研發(fā)兩種12.7毫米制導(dǎo)槍彈，即桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的激光制導(dǎo)槍彈和特里蒂尼科學(xué)與成像公司的光學(xué)制導(dǎo)槍彈。

桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2007年開(kāi)始研制利用激光信號(hào)修正彈道的12.7毫米激光制導(dǎo)槍彈，以滿足狙擊手對(duì)提高射擊精度的需求。12.7毫米激光制導(dǎo)槍彈采用滑膛步槍發(fā)射（飛行中不旋轉(zhuǎn)），彈長(zhǎng)138毫米，彈重55克（12.7×99毫米機(jī)槍彈彈丸重約46克），槍彈出膛后彈頭上的傳感器接收編碼激光信號(hào)，在飛行過(guò)程中根據(jù)激光信號(hào)的脈沖重復(fù)率，尾部電磁致動(dòng)尾舵修正彈道（每秒可自動(dòng)調(diào)節(jié)方向30次），以提高射擊精度。桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在研制過(guò)程中重點(diǎn)攻克了氣動(dòng)穩(wěn)定設(shè)計(jì)、“砰-砰”控制（“bang-bang”）等關(guān)鍵技術(shù)，消除了橫向過(guò)載，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，這種制導(dǎo)槍彈能精確命中2 000米距離內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和靜止目標(biāo)，1 000米距離上的精度可控制在0.2米以內(nèi)，而傳統(tǒng)12.7毫米槍彈在1 000米距離上的精度約為9米。

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局2008財(cái)年啟動(dòng)超精確戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)項(xiàng)目（EX？ ACTO），目的是提高特種作戰(zhàn)部隊(duì)和狙擊手的遠(yuǎn)距離精確打擊能力。在該項(xiàng)目中，特里蒂尼科學(xué)與成像公司負(fù)責(zé)研制12.7毫米光學(xué)制導(dǎo)槍彈，其性能要求是比現(xiàn)有最先進(jìn)的狙擊步槍的射程和精度提高1倍以上。光學(xué)制導(dǎo)槍彈采用光學(xué)實(shí)時(shí)制導(dǎo)系統(tǒng)，彈長(zhǎng)100毫米，利用傳統(tǒng)12.7毫米步槍發(fā)射，有效射程2 500米。從試驗(yàn)結(jié)果看，該彈能在飛行中修正彈道（每秒可修正彈道30次），通過(guò)制導(dǎo)命中已偏離瞄準(zhǔn)位置的目標(biāo)。該項(xiàng)目下一階段的工作重點(diǎn)是開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)實(shí)彈射擊試驗(yàn)，以改善其性能。

與激光制導(dǎo)槍彈相比，光學(xué)制導(dǎo)槍彈性能更可靠，并克服了前者可能存在的激光束易被干擾、射手易暴露等缺陷。

突破傳統(tǒng)

桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的激光制導(dǎo)槍彈采用非旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定設(shè)計(jì)，只能用滑膛槍發(fā)射。實(shí)驗(yàn)型制導(dǎo)槍彈采用傳統(tǒng)商用發(fā)射藥時(shí)的彈丸初速為732米/秒，如使用專(zhuān)用發(fā)射藥可達(dá)到12.7×99毫米機(jī)槍彈的水平。它的主要結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)如下。

采用激光半主動(dòng)制導(dǎo)技術(shù)，能夠精確命中2 000米距離內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和靜止目標(biāo)，1 000米距離上的精度控制在0.2米內(nèi)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制的制導(dǎo)槍彈采用激光半主動(dòng)制導(dǎo)技術(shù)，彈丸出膛后，利用彈頭上的傳感器接收編碼激光信號(hào)，在飛行過(guò)程中根據(jù)激光信號(hào)的脈沖重復(fù)率修正彈道（每秒可修正30次），以便提高射擊精度。

制導(dǎo)彈丸的關(guān)鍵部件包括：光學(xué)傳感器、配有8位中央處理器（CPU）的制導(dǎo)和控制電子元件、電磁致動(dòng)器和尾舵。射擊時(shí)，利用激光指示器照射目標(biāo)，位于彈頭頭錐的光學(xué)傳感器跟蹤目標(biāo)反射的編碼激光信號(hào)，由此信號(hào)解算出目標(biāo)的視線角和視線角速度，再由彈上計(jì)算機(jī)（制導(dǎo)和控制電子元件）綜合彈體姿態(tài)信號(hào)并按照給定的制導(dǎo)規(guī)律生成制導(dǎo)控制指令，傳輸給電磁致動(dòng)器，電磁致動(dòng)器利用“砰-砰”控制技術(shù)，控制尾舵快速轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整彈丸飛行過(guò)程的俯仰和偏轉(zhuǎn)，從而修正彈丸飛行方向。

由于制導(dǎo)槍彈彈徑小，理論上傳感器窗口直徑范圍只能在2.5～10毫米之間，因此激光指示器的照射能量需要足夠大，傳感器才能夠從遠(yuǎn)距離接收反射回來(lái)的編碼激光信號(hào)。桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，激光指示器至少需要20納秒、40毫焦的單脈沖能量，其脈沖重復(fù)率需要大于或等于彈丸的控制頻率（約30赫茲）。

采用氣動(dòng)穩(wěn)定設(shè)計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，消除橫向加速度過(guò)載傳統(tǒng)輕武器彈藥采用旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如軍用步槍射擊時(shí)，彈丸在356～1 143毫米長(zhǎng)的槍管內(nèi)加速到762～945米/秒，需要承受40～100kG的橫向加速度和80～120kG的軸向加速度。彈丸在射擊過(guò)程中的高過(guò)載環(huán)境下一直制約著輕武器彈藥的制導(dǎo)化發(fā)展。

桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制的制導(dǎo)槍彈采用非旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，彈頭前部采用重金屬鋁合金材料，使彈丸重心（Cg）前移；彈丸尾部有4片固定式肋板與尾舵緊密連接，使得彈丸壓力中心（Cp）后移，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將彈丸重心移至壓力中心前方，實(shí)現(xiàn)彈丸飛行過(guò)程的飛行穩(wěn)定。制導(dǎo)槍彈使用滑膛槍械發(fā)射，消除了傳統(tǒng)步/機(jī)槍彈采用的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定產(chǎn)生的橫向發(fā)射過(guò)載，發(fā)射時(shí)僅需要承受軸向過(guò)載。

采用“砰-砰”控制技術(shù)，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)盡管采用非旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定設(shè)計(jì)消除了橫向加速度過(guò)載，但制導(dǎo)槍彈發(fā)射時(shí)彈丸仍需要承受高達(dá)100kG的過(guò)載，彈丸及其電子器件的設(shè)計(jì)仍需面臨巨大挑戰(zhàn)。

為了減小控制系統(tǒng)的尺寸和降低復(fù)雜度以適應(yīng)輕武器彈藥射擊時(shí)的高過(guò)載環(huán)境，制導(dǎo)槍彈采用了已經(jīng)在“寶石路”系列激光制導(dǎo)炸彈中得到應(yīng)用的“砰-砰”控制技術(shù)，彈丸尾舵在電磁致動(dòng)器控制下快速轉(zhuǎn)動(dòng)，從中心迅速轉(zhuǎn)到最大偏轉(zhuǎn)角（3°）。制導(dǎo)彈丸彈尾有兩組正交尾舵，分別控制彈丸的俯仰和偏轉(zhuǎn)。

“砰-砰”控制是一種最常見(jiàn)的綜合控制形式，其原理是把最優(yōu)控制問(wèn)題歸結(jié)為：將狀態(tài)空間劃分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于控制變量取正最大值，另一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于控制變量取負(fù)最大值。決定“砰-砰”控制具體形式的關(guān)鍵是開(kāi)關(guān)面。根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀況，“砰-砰”控制的控制變量在整個(gè)過(guò)程中分段地取為控制范圍的正最大值或負(fù)最大值。正常情況，“砰-砰”控制的控制變量由正最大值躍變到負(fù)最大值的次數(shù)是有限的，只有在躍變瞬時(shí)控制變量可取值于限制范圍的任何值。它不同于相對(duì)平緩的比例導(dǎo)引控制，不需要復(fù)雜的機(jī)械部件，易于實(shí)現(xiàn)小型化和抗高過(guò)載設(shè)計(jì)。雖然其控制精度有所欠缺，但是由于彈丸在飛行過(guò)程中每秒可修正30次，足以確保精確命中目標(biāo)。試驗(yàn)表明，彈用電池和電子器件完全能夠承受槍彈發(fā)射時(shí)的高過(guò)載環(huán)境。

應(yīng)用前景

制導(dǎo)槍彈賦予普通士兵遠(yuǎn)距離精確打擊能力。制導(dǎo)槍彈的試驗(yàn)成功標(biāo)志著制導(dǎo)技術(shù)在小口徑彈藥上的應(yīng)用取得了新突破，意味著普通士兵發(fā)射制導(dǎo)槍彈、無(wú)需精確瞄準(zhǔn)也能遠(yuǎn)距離精確射殺目標(biāo)；使用制導(dǎo)槍彈還可使狙擊手從更多的位置進(jìn)行射擊，并且更容易跟蹤和打擊運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。同時(shí)，使用制導(dǎo)槍彈還可大幅降低狙擊手的訓(xùn)練難度和訓(xùn)練成本，減輕士兵彈藥負(fù)荷和后勤負(fù)擔(dān)，從而大幅度提高士兵的作戰(zhàn)能力。