李 飛，汝 楓，趙軍貴，崔琳琳，劉 珺

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導(dǎo)彈武器全天候自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室研究

李 飛，汝 楓，趙軍貴，崔琳琳，劉 珺

（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

由于使用環(huán)境復(fù)雜多樣，對(duì)導(dǎo)彈武器的研制需要開(kāi)展多種氣候條件下的自然環(huán)境試驗(yàn)。受自然條件限制，室外自然環(huán)境試驗(yàn)效率低、周期長(zhǎng)，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代武器裝備研制需求。全天候自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室可在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬各種自然環(huán)境，試驗(yàn)條件可精準(zhǔn)控制，試驗(yàn)效率高、周期短、成本低。全天候自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室是未來(lái)導(dǎo)彈武器自然環(huán)境試驗(yàn)的發(fā)展方向。

導(dǎo)彈武器；全天候；自然環(huán)境試驗(yàn)；研制效率

0 引 言

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)由導(dǎo)彈和地面（艦面）配套設(shè)備組成，包含著各項(xiàng)子系統(tǒng)，如導(dǎo)彈系統(tǒng)、瞄準(zhǔn)、探測(cè)跟蹤系統(tǒng)和指揮通信系統(tǒng)等；包含各類(lèi)大型產(chǎn)品，如導(dǎo)彈、彈箱、發(fā)射車(chē)、測(cè)試車(chē)、指揮車(chē)等。在實(shí)戰(zhàn)條件下，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)可能會(huì)經(jīng)受?chē)?yán)酷的自然環(huán)境，如高低溫[1]、濕熱[2]、淋雨、鹽霧、砂塵、高原等，這對(duì)武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性提出較高的要求，且隨著導(dǎo)彈武器系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)化要求的提高和訓(xùn)練強(qiáng)度的增加，實(shí)戰(zhàn)情況下往往不具備及時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)維修條件，若武器裝備因環(huán)境適應(yīng)性差發(fā)生故障，將嚴(yán)重影響導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。因此，在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制過(guò)程中，環(huán)境適應(yīng)性考核成為研制過(guò)程的重要組成部分。

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在研制過(guò)程中開(kāi)展大量的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)工作[3]，這些試驗(yàn)覆蓋了導(dǎo)彈的單機(jī)、子系統(tǒng)和整裝備系統(tǒng)。其中，大型子系統(tǒng)和導(dǎo)彈武器整裝備系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)是將參試產(chǎn)品在不同的季節(jié)運(yùn)往特定的地點(diǎn)，利用當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境對(duì)武器系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行考核。外場(chǎng)自然環(huán)境試驗(yàn)雖然真實(shí)，但是其試驗(yàn)條件由自然環(huán)境決定，存在著如試驗(yàn)條件和試驗(yàn)時(shí)間等不確定性因素；武器系統(tǒng)需要經(jīng)歷長(zhǎng)距離機(jī)動(dòng)才能到達(dá)試驗(yàn)地點(diǎn)，產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)不確定；外場(chǎng)試驗(yàn)需要組織龐大的試驗(yàn)隊(duì)，車(chē)輛、設(shè)備維護(hù)和保障費(fèi)用高，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代武器裝備研制需求，急需建設(shè)全天候自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

1 導(dǎo)彈武器全天候自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀(jì)40年代以來(lái)，為了適應(yīng)航空、航天、兵器及其它產(chǎn)品的發(fā)展，在認(rèn)識(shí)到單純外場(chǎng)自然環(huán)境試驗(yàn)的局限性后，國(guó)外先后建立了各種類(lèi)型和不同規(guī)模的自然環(huán)境模擬設(shè)備[4]。其中，典型的地面環(huán)境模擬設(shè)備包括：美國(guó)麥金利（Mckinley）環(huán)境試驗(yàn)中心，美國(guó)阿伯丁試驗(yàn)場(chǎng)兵器環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，英國(guó)皇家陸軍科學(xué)研究院車(chē)輛環(huán)境試驗(yàn)室，維也納國(guó)際車(chē)輛研究試驗(yàn)中心的機(jī)車(chē)和車(chē)輛靜、動(dòng)態(tài)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備等。其中，美國(guó)麥金利環(huán)境試驗(yàn)中心能夠模擬地球上幾乎所有的自然環(huán)境條件。其主模擬室容積為93 000 m3（中心長(zhǎng)76 m、寬61 m、高21 m）。此外，韓國(guó)也建立了國(guó)防科學(xué)研究所（Agency for Defense Development，ADD）環(huán)境試驗(yàn)中心，可模擬雨、雪、凍雨、高溫、日照等單因素或多因素氣候環(huán)境[5]。

1.2 國(guó)外自然環(huán)境試驗(yàn)情況及發(fā)展趨勢(shì)

為提高導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的可靠性，國(guó)外對(duì)元器件及儀器整機(jī)的環(huán)境及可靠性試驗(yàn)十分重視，一般都配有完善的小型自然環(huán)境試驗(yàn)箱和試驗(yàn)室。雖然單獨(dú)的部件和分系統(tǒng)在研制過(guò)程中都要經(jīng)受?chē)?yán)格的環(huán)境試驗(yàn)，但并不能保證由部件和分系統(tǒng)組成的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在各種自然環(huán)境條件下都能夠正常工作。因此，全系統(tǒng)的環(huán)境試驗(yàn)也是必不可少的，進(jìn)行全系統(tǒng)試驗(yàn)的大型自然環(huán)境試驗(yàn)室的建設(shè)受到越來(lái)越多的重視。

隨著導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外進(jìn)行了各種類(lèi)型導(dǎo)彈的人工自然環(huán)境試驗(yàn)。戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈如誠(chéng)實(shí)的約翰、長(zhǎng)矛、霍克、警犬、潘興等都進(jìn)行了全彈人工自然環(huán)境試驗(yàn)。中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈如海神的Ⅰ、Ⅱ發(fā)動(dòng)機(jī)，民兵的Ⅱ、Ⅲ級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)也都進(jìn)行了人工自然環(huán)境試驗(yàn)。美國(guó)麥金利環(huán)境試驗(yàn)中心已經(jīng)進(jìn)行了70多個(gè)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的環(huán)境條件適應(yīng)性試驗(yàn)，為不斷設(shè)計(jì)和提高武器裝備的各種性能提供了大量實(shí)用的環(huán)境數(shù)據(jù)。

1.3 中國(guó)自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)自20世紀(jì)60年代以來(lái)，為滿(mǎn)足兵器、火車(chē)和汽車(chē)等研制和生產(chǎn)的需要，建設(shè)了相當(dāng)數(shù)量的各類(lèi)不同規(guī)模的自然環(huán)境模擬設(shè)備，由于這些設(shè)備主要是為常規(guī)兵器、汽車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)等行業(yè)服務(wù)，還不能完全滿(mǎn)足航天產(chǎn)品的特殊需要，如導(dǎo)彈在模擬環(huán)境下的起豎、發(fā)射瞄準(zhǔn)等。

環(huán)境模擬設(shè)備及環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)經(jīng)歷了由單參數(shù)模擬到多參數(shù)模擬、從靜態(tài)模擬到動(dòng)態(tài)模擬、從產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)到人機(jī)系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)的發(fā)展道路。當(dāng)前的發(fā)展方向是建立多參數(shù)綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬設(shè)備，進(jìn)行多參數(shù)綜合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)及人機(jī)系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)。

2 自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室建設(shè)必要性分析

中國(guó)尚沒(méi)有配套齊全的全系統(tǒng)、全地域、全天候級(jí)自然環(huán)境試驗(yàn)室，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)?zāi)M時(shí)，只能進(jìn)行單一環(huán)境應(yīng)力或簡(jiǎn)單的綜合應(yīng)力環(huán)境模擬，不能進(jìn)行復(fù)雜自然環(huán)境的模擬[6]，一些大型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)自然環(huán)境試驗(yàn)只能在外場(chǎng)進(jìn)行，部分特殊自然環(huán)境模擬試驗(yàn)還沒(méi)有條件開(kāi)展。

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)提出了全地域、全天候作戰(zhàn)能力的需求，需要提高導(dǎo)彈武器系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性和可靠性水平[7]，縮短導(dǎo)彈武器型號(hào)研制周期，開(kāi)展導(dǎo)彈自然環(huán)境試驗(yàn)室模擬技術(shù)研究，因此必須建立能夠精確模擬導(dǎo)彈武器系統(tǒng)復(fù)雜自然環(huán)境的大型試驗(yàn)系統(tǒng)。

2.1 國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)要求

國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在定型交付使用前必須通過(guò)相應(yīng)的地面自然環(huán)境試驗(yàn)。導(dǎo)彈武器系統(tǒng)通過(guò)地面自然環(huán)境考核是戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈定型的必要過(guò)程，能夠證明導(dǎo)彈武器系統(tǒng)符合戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，在保證機(jī)動(dòng)性的前提下適用于各種復(fù)雜工作和發(fā)射環(huán)境，并能保證在惡劣環(huán)境下的導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)和打擊精度。GJB150-1986中提出了多種環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目，包括：高溫、低溫、溫度沖擊、濕熱、低氣壓、溫度高度、溫度濕度高度、太陽(yáng)輻射、淋雨、霉菌、鹽霧、砂塵、爆炸性大氣、浸漬、加速度、振動(dòng)、沖擊、噪聲、飛機(jī)炮振等。其中，涉及到自然環(huán)境的占絕大部分，充分表明自然環(huán)境試驗(yàn)在型號(hào)研制中的重要性。

2009年GJB150A-2009正式頒布實(shí)施，其中的通用規(guī)則明確規(guī)定，試驗(yàn)過(guò)程中參試產(chǎn)品的安裝狀態(tài)應(yīng)盡可能模擬實(shí)際使用狀況，并按需要進(jìn)行試件連接和測(cè)試儀器連接。整機(jī)整彈典型的備服役期狀態(tài)，通過(guò)對(duì)其單一、連續(xù)或混合施加自然環(huán)境應(yīng)力，所獲取的環(huán)境適應(yīng)性信息具有代表性。

GJB806.9-90戰(zhàn)略導(dǎo)彈定型與試驗(yàn)要求規(guī)定，試驗(yàn)?zāi)康氖氰b定和評(píng)定戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)是否滿(mǎn)足研制要求，并檢查導(dǎo)彈各分系統(tǒng)之間以及導(dǎo)彈與地面設(shè)備、指揮監(jiān)控系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性能。定型試驗(yàn)項(xiàng)目包括飛行試驗(yàn)、日照高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、高海拔（低氣壓）試驗(yàn)、淋雨試驗(yàn)、霧天雪天適應(yīng)性試驗(yàn)、防雷暴試驗(yàn)（主要是火工品）、風(fēng)荷試驗(yàn)、野戰(zhàn)條件待機(jī)試驗(yàn)、機(jī)動(dòng)性試驗(yàn)、運(yùn)輸試驗(yàn)、貯存試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)以及特別的核環(huán)境等特殊環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，其中多數(shù)定型試驗(yàn)涉及導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)、地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)、地面指揮系統(tǒng)以及戰(zhàn)術(shù)武器的導(dǎo)彈運(yùn)輸車(chē)、導(dǎo)彈轉(zhuǎn)載、裝填車(chē)等分系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)及適應(yīng)性。武器發(fā)射系統(tǒng)需要在各種環(huán)境下完成導(dǎo)彈起豎、瞄準(zhǔn)、發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間檢定、導(dǎo)彈轉(zhuǎn)載、裝填等動(dòng)作，涉及到導(dǎo)彈系統(tǒng)的打擊精度、機(jī)動(dòng)性、發(fā)射準(zhǔn)備等多個(gè)方面，同時(shí)導(dǎo)彈武器的工作溫度范圍狹窄，這些都是不同于常規(guī)武器和飛機(jī)的方面，相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目繁多、類(lèi)型復(fù)雜、各類(lèi)監(jiān)測(cè)手段要求更高。

2.2 全球化作戰(zhàn)要求

與試驗(yàn)室自然環(huán)境試驗(yàn)相比，外場(chǎng)自然環(huán)境試驗(yàn)需要等待合適的季節(jié)，還需長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)胶线m的試驗(yàn)地點(diǎn)。如美國(guó)C-5A飛機(jī)的試驗(yàn)室試驗(yàn)和外場(chǎng)自然環(huán)境試驗(yàn)整整延續(xù)了1年，主要由于有些自然環(huán)境試驗(yàn)需要等待季節(jié)和尋找特定試驗(yàn)地點(diǎn)，外場(chǎng)自然環(huán)境很難重復(fù)和穩(wěn)定。此外，組織外場(chǎng)自然環(huán)境試驗(yàn)工作復(fù)雜、保障困難、費(fèi)用大。而試驗(yàn)室自然環(huán)境試驗(yàn)易于控制試驗(yàn)條件，可得到重復(fù)的試驗(yàn)結(jié)果，并且可以提供經(jīng)濟(jì)有效的連續(xù)研究和分析故障機(jī)理的機(jī)會(huì)，易于更好地鑒別因果關(guān)系，從而提高產(chǎn)品的可靠性。

武器裝備全球化作戰(zhàn)需要經(jīng)受的典型自然環(huán)境如表1所示。

表1 武器裝備全球化作戰(zhàn)典型自然環(huán)境

2.3 自然環(huán)境條件試驗(yàn)的缺陷

新一代導(dǎo)彈武器系統(tǒng)要求具備高機(jī)動(dòng)化、小型化、高可靠性、快速機(jī)動(dòng)、高效發(fā)射、高精度瞄準(zhǔn)、遠(yuǎn)距離奔襲、全天候作戰(zhàn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)縮短研制周期，依靠原有的野外環(huán)境試驗(yàn)會(huì)遇到研制進(jìn)度與天氣情況沖突、自然環(huán)境達(dá)不到作戰(zhàn)要求的情況，嚴(yán)重影響研制進(jìn)度，例如在進(jìn)行某導(dǎo)彈低溫定型試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)當(dāng)天天氣情況達(dá)不到作戰(zhàn)要求，不得不在第二年重新進(jìn)行試驗(yàn)。

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)由彈頭、彈體和地面設(shè)備組成，在發(fā)射前要經(jīng)過(guò)貯存、運(yùn)輸和發(fā)射準(zhǔn)備等階段，這些階段要經(jīng)受高溫、低溫、高濕、日照、淋雨、砂塵和鹽霧等各種地面自然環(huán)境的考驗(yàn)。對(duì)于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和機(jī)動(dòng)戰(zhàn)略導(dǎo)彈來(lái)說(shuō)，遇到的地面自然環(huán)境可能更加惡劣，由于作戰(zhàn)的要求，在發(fā)射前遇到的地面自然環(huán)境是不可控的。在各種環(huán)境應(yīng)力的單獨(dú)或綜合作用下，必然會(huì)為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的成敗帶來(lái)一定的不確定性，其中包含材料和結(jié)構(gòu)可能受到的腐蝕和破壞，電子元器件、零部件甚至全系統(tǒng)的性能失常，最終影響其效能。

為提高導(dǎo)彈武器系統(tǒng)產(chǎn)品可靠性，從外場(chǎng)自然環(huán)境試驗(yàn)到各種大規(guī)模的自然環(huán)境試驗(yàn)室試驗(yàn)是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。

3 自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案

自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用對(duì)象是導(dǎo)彈武器裝備整系統(tǒng)和分系統(tǒng)，包括導(dǎo)彈、發(fā)射車(chē)、雷達(dá)車(chē)、裝載車(chē)、指揮車(chē)等車(chē)輛和設(shè)備（發(fā)射裝置、武控系統(tǒng)、火控系統(tǒng)等艦面裝置）。對(duì)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)開(kāi)展自然環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)力包括高溫、低溫、濕熱、低氣壓、砂塵、淋雨、鹽霧、太陽(yáng)輻射、積冰、降雪、凍雨等，目的是考核導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在上述各種單項(xiàng)應(yīng)力環(huán)境和復(fù)合應(yīng)力環(huán)境下待機(jī)、開(kāi)展發(fā)射流程、進(jìn)行發(fā)射準(zhǔn)備等各項(xiàng)動(dòng)作的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性。

全天候試驗(yàn)系統(tǒng)是大型的人造地球氣候模擬單元。根據(jù)試驗(yàn)需求，在現(xiàn)有試驗(yàn)?zāi)M制造技術(shù)允許的條件下，在需要空間內(nèi)盡可能地模擬全球的復(fù)雜氣候條件。主要建設(shè)有主模擬實(shí)驗(yàn)室、待機(jī)實(shí)驗(yàn)室、淋雨系統(tǒng)、太陽(yáng)輻射系統(tǒng)、低氣壓試驗(yàn)系統(tǒng)、鹽霧實(shí)驗(yàn)室、溫濕度加載系統(tǒng)等，試驗(yàn)室總布局如圖1所示。

圖1 導(dǎo)彈武器全天候自然環(huán)境試驗(yàn)室示意布局

實(shí)驗(yàn)室主要試驗(yàn)工況如表2所示。

表2 全天候自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室主要試驗(yàn)工況

全天候自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室將建成航天系統(tǒng)內(nèi)戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈武器裝備系統(tǒng)性自然環(huán)境試驗(yàn)室模擬技術(shù)平臺(tái)：

a）滿(mǎn)足航天武器裝備系統(tǒng)（全彈、地面設(shè)備、整車(chē)、產(chǎn)品大部段和單機(jī)設(shè)備）自然環(huán)境定型試驗(yàn)要求；

b）具備自然環(huán)境模擬（高溫、日照、低溫、淋雨、高低溫待機(jī)、使用流程鑒定、鹽霧、沙塵等）單一及多應(yīng)力施加的功能；

c）提高全天候自然環(huán)境試驗(yàn)研究手段，促進(jìn)航天領(lǐng)域自然環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的研究和改進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)全天候自然環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的分析研究，立足導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制試驗(yàn)任務(wù)需求，提出一種全天候自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室設(shè)想方案，將滿(mǎn)足新一代航天武器裝備和重點(diǎn)導(dǎo)彈武器型號(hào)全天候作戰(zhàn)能力的需求，解決航天領(lǐng)域武器系統(tǒng)自然環(huán)境試驗(yàn)面臨的問(wèn)題。建成后可以具備基礎(chǔ)研究及裝備研制一體化的試驗(yàn)?zāi)芰Γ軌蛘鎸?shí)模擬復(fù)雜的自然環(huán)境，滿(mǎn)足全彈、地面設(shè)備、整車(chē)等大系統(tǒng)待機(jī)或者發(fā)射狀態(tài)下的環(huán)境試驗(yàn)需求，具備復(fù)雜大系統(tǒng)綜合應(yīng)力環(huán)境試驗(yàn)的保障能力，同時(shí)也將大大提高中國(guó)航天環(huán)境試驗(yàn)的水平及實(shí)力，使航天導(dǎo)彈武器裝備的環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)更接近國(guó)際先進(jìn)水平，對(duì)中國(guó)航天武器裝備系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響和強(qiáng)大的推動(dòng)作用。

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[8] 黃本誠(chéng), 等. 特大型空間環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的超高真空獲得技術(shù)[J]. 真空科學(xué)與技術(shù), 2001, 21(1): 1-4.

Research of Missile Weapon’s Full-WeatherNatural Environment Laboratory

Li Fei, Ru Feng, Zhao Jun-gui, Cui Lin-lin, Liu Jun

(Beijing Institute of Aerospace System Engineering, Beijing, 100076)

The using environment of missile was complex and various, the development of missile needs multiple natural environmental tests under different weather conditions. The full-weather natural environment laboratory could simulate various natural environments, test conditions could be control accurately, with high efficiency, shot term and low cost. The missle full-weather natural environment laboratory had bright future.

Missile weapon; Full-weather; Natural environmental test; Development efficiency

1004-7182(2016)03-0040-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20160310

TJ760.6

A

2015-04-02；

2015-08-02

李 飛（1985-），男，工程師，主要研究方向?yàn)閲?guó)防軍工能力建設(shè)