某型火箭炮效力射诸元精度阈值研究*

胡光宇,胡隆基,徐 宁,李 楠,施锦丹

(63961部队,北京 100000)

0 引言

火箭炮具有发射成本低、射程覆盖范围宽、瞬间火力密度大、弹药精度可控性好等优势,在陆军压制武器领域有着异常突出的地位。随着箱式发射技术的突破,以及定位导航、制导、自动化火控等技术的不断发展,火箭炮武器系统日臻完善,射程不断扩大,射击精度不断提高,发射平台信息化不断增强,作战使命任务由过去单一的针对面积目标打击,逐步拓展为具备面积目标、小幅员目标、点目标等多目标打击能力。

总体上看,虽然陆军炮兵打击目标类型众多,但是面积目标仍是中远程火力打击目标的主体。由于无控火箭弹成本低,部队装备量大,通常采用营齐射或连齐射的方式打击面积目标,利用无控弹自然散布大的特点,实现覆盖式杀伤,特别适合打击敌第二梯队、拦阻射击、侧翼安全防护等射击任务。但是,火箭弹初速低,受低空风影响大,火箭炮射击诸元精度低,影响无控弹面积目标打击效果,特别是高原、山地等特殊环境条件下,这种影响更为显著,甚至不能直接进行效力射。某型火箭炮无控弹比例大,在一定时期内仍是火箭弹药的主体,因此,研究基于无控弹的火箭炮效力射诸元精度阈值问题,特别是针对高原、山地等低空风变化剧烈的特殊使用环境,指出可直接支撑进行无控弹效力射的技术措施,对增强某型火箭炮突出适应高原山地特殊地形环境能力,进而提升轻型高机动步兵旅装备建设整体水平具有重要意义。

1 某型火箭炮效力射必要性分析

在传统炮兵射击指挥中,通常在发射阵地进行试射以获取最精确效力射诸元,但在现代信息化战争条件下,采取试射的方式,一是过早暴露战斗意图,难以取得理想的火力打击效果;二是容易暴露己方阵地,遭受敌反炮兵火力打击,对“保存自己、消灭敌人”产生不利的影响。美军师炮兵目标侦查连装备三部AN/TPQ-36迫击炮侦察雷达,两部AN/TPQ-37炮位侦查雷达(相控阵雷达),均能同时捕捉多个目标,专门针对火炮和火箭发射阵地。对单炮第一次发射能大致标定方位,待第二次发射即能根据弹道在30 s内算出炮位坐标。因此,在现代战争中,应尽量缩短试射时间,或尽量不试射[1]。美军陆军部在1978年12月颁发的《野战炮兵身管火炮射击学》中明确指出:“准确而突然的火力,能造成极大的伤亡,我们必须力争实施不经试射的直接效力射或在必要时只发射一发炮弹的试射。”

传统火箭炮教科书几乎千篇一律的描述:“火箭炮一般不进行试射”,主要有两个原因,一是火箭炮发射时火光大、烟尘大,信号特征明显,易被敌侦察;二是气象条件不太恶劣时,射击诸元精度基本满足效力射要求。因此,火箭炮射击时往往对气象要求严格,并且对因地面风产生的诸元误差应及时修正。但是,实际作战时气象条件变化无常,特别是高原山地等特殊环境条件下,由于受气压低、山体高大、海拔高和大气运动的影响,低空风变化比平原大,尤其是地面风切变和日变表现得频繁和剧烈。据有关气象研究资料显示,在15 min内风速的变化可达5～6 m/s,周期为10～20个。风向的变化更为剧烈,在15 min内风向的变化有时可达180°。在近年来火箭炮高原适应性试验过程中,常常因地面风切变频繁和剧烈,需要不断更新射击诸元现象,既影响射击准备时间,又因修正不及时影响射击精度。

可见,现代信息化战争条件下,火箭炮不试射直接进行效力射是十分必要的。但是,要确保在特殊地理环境及气象条件下,直接效力射的射击效果满足要求,需要确保火箭炮射击精度满足一定条件即阈值。

2 火箭炮效力射诸元精度阈值确定

根据炮兵射击理论,当火箭炮采用无控弹射击时,射击精度能够使效力射炸点覆盖目标的概率或覆盖目标幅员百分数的数值期望达到50%,就能基本实现预定的毁伤效果[2]。这样规定的理由是:炮兵执行压制任务时,对目标毁伤程度的要求一般为25%左右。按最有利火力分配的要求,射击幅员覆盖目标的概率P与覆盖目标条件下毁伤目标的概率R应大致相等,而这两个概率的乘积就是毁伤程度,所以当毁伤程度为25%时,覆盖概率P应不小于50%。

由于火箭炮覆盖目标条件下毁伤目标的概率R与实际作战目标条件和战斗部威力有关,而射击幅员覆盖目标的概率P只和火箭炮的射击精度有关[3]。

因此,文中只考虑火箭炮的射击幅员覆盖目标的概率P。即求得当火箭炮满足直接效力射条件P=50%时,火箭炮的诸元精度值。

当以瞄准位置为坐标原点,在诸元误差为(xc,zc)条件下,设目标毁伤幅员的正面为2lz,纵深为2lx。可以推导出任一发炮弹对目标的条件命中概率为[4]:

(1)

式中:Bd、Bf为火箭弹散布误差的距离、方向公算偏差;ρ是正态常数,Φ为炮兵射击学中简化拉普拉斯函数,其函数值可以用误差函数求解:

Φ(β)=erf(ρβ)

(2)

根据式(1),可以得到某型火箭炮连齐射对目标的条件毁伤概率为:

PN(xc,zc)=1-[1-P1(xc,zc)]N

(3)

炸点覆盖目标的全概率P为:

(4)

假设最大射程30 km,Bd=150 m,Bf=230 m,xc/zc=1,xc/zc=1.1/1.37,由式(1)～式(3)可计算出火箭炮满足直接效力射的诸元精度(xc,zc)与射击幅员覆盖目标的概率P之间的关系。见表1、表2,图1～图3。

表1 xc/zc=1时射击幅员覆盖目标概率

表2 xc/zc=1.1/1.37时射击幅员覆盖目标概率

图1 xc/zc=1时P与xc的关系

图2 xc/zc=1.1/1.37时P与xc的关系

图3 P与xc、zc的三维关系

从以上分析可知,当火箭炮纵向和横向射击诸元误差合成值为射程的2%时,射击幅员覆盖目标概率P可以达到50%。因此,纵向和横向诸元精度综合误差不大于2%可作为火箭炮不经试射而直接进行效力射的射击诸元精度阈值。

3 提高某型火箭炮复杂环境下效力射诸元精度措施分析

由上述分析可知,基于无控弹射击时火箭炮效力射的射击诸元精度阈值为不大于2%,该值略大于某型火箭炮定型试验时的射击诸元精度1.76%,要求虽然不高,实际作战使用时大多数情况下也能满足这个要求,但是,特殊条件下如高原、山地、海岛等环境,低空风变化剧烈时,射击诸元精度就不一定满足此阈值条件,原因是火箭弹初速低,主动段飞行弹道受低空风影响大,对射击诸元精度带来很大影响[5],此时就不能直接进行效力射,要么放弃当前射击任务,但会贻误战机,要么实施射击,但射击效果不能满足作战要求。为此,迫切需要解决某型火箭炮在复杂环境条件下效力射诸元精度问题,特别是提高火箭炮适应低空风变化的能力。

火箭炮射击诸元准备误差由测地、目标坐标、弹道准备、气象误差、技术准备等误差构成,其中以低空风为主的气象误差,约占全部诸元误差的70%。为此,可考虑在火箭炮上配备低空风雷达,实时监控发射位置低空风风向和风速,数据实时传送至火控系统,火控计算机据此实时更新射击诸元,并动态瞄准。图4为某型火箭炮有无跟踪低空风雷达射击准确度对比试验结果,表3为射击时段对应的气象状况监控记录,据此分析可以看出,在风速或风向变化大时,无雷达射击诸元精度低,有雷达时射击诸元精度显著提高。第2次试验时,风速极差6.9 m/s,风向极差230°,风速变化率达到18.2 (m·s-1)/min,存在较大等级的风切变现象,此时无雷达射击诸元精度仅为5.094 8%,远大于2%的效力射阈值要求,不宜射击;有雷达时,射击诸元精度为1.423 9%,提高了72.1%,且小于2%的效力射阈值要求,可以直接进行效力射。第三次试验时,风速极差7.6 m/s,变化不是最大的,但是风向极差达到360°,此时无雷达射击诸元精度为2.039 5%,大于2%的效力射阈值要求,不宜射击;有雷达时,射击诸元精度为1.633 4%,提高了19.9%,且小于2%的效力射阈值要求,可以直接进行效力射。

图4 某型火箭炮有无跟踪低空风雷达射击准确度对比

表3 试验时实测风场变化

由此可见,为某型火箭炮上配备低空风雷达,可大幅增强火箭炮抵御低空风变化的能力,有效提高火箭炮在复杂环境条件下效力射诸元精度。

4 结论

通过上述研究,有如下结论:

一是某型火箭炮是轻型高机动步兵旅火力打击骨干装备,所配弹药系列中无控弹储备量大,针对面积目标打击具有一定优势,研究基于无控弹的效力射诸元精度阈值问题,并指出提高射击诸元精度的技术措施具有重要意义;

二是基于无控弹的射击诸元精度不大于射程的2%,可不经试射,而直接进行效力射,可作为效力射诸元精度阈值;

三是火箭炮加装低空探测雷达,实时监控发射阵地上空0～200 m低空风用于射击诸元实时修正和瞄准,可大幅增强火箭炮适应低空风变化的能力,有效提高火箭炮在高原、山地等复杂环境条件下效力射诸元精度。