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现代火炮武器系统发展综述

 东秋元图书馆 2022-05-21 发布于河北

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现代火炮武器系统是在第二次世界大战经验、新的可能的核战争条件、现代局部战争以及新的工艺技术基础上形成的。二战后火炮武器发生了诸多变化:迫击炮的作用显著提高,反坦克炮快速发展,掩护坦克和步兵的自行火炮得到快速改进,营级和军团级火炮等完成的任务更趋复杂:摧毁导弹系统,攻击坦克、装甲车和有生力量,破坏指挥所、野战工事,提供掩护火力、无线电干扰,远距离布雷等。

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火炮的射程与威力


火炮威力是由射程、作战精度和密集度、发射速度、炮弹对目标的威力等性能指标综合确定的。火炮的这些指标要求屡次发生质的变化。70年代炮兵用的主要火炮是105-155毫米榴弹炮。常规火炮射程25公里认为是正常的,动力火箭弹射程30千米是正常的。

人们通过多种方式来增加射程:增加身管长度、药室容积,改进炮弹空气动力形状。同时为了减小飞行炮弹尾部空气变薄和形成涡流引起的副作用,采用底部凹槽(射程增加5-8%)或安装底部气体发生器(射程增加15-25%)。为了使炮弹飞行距离更远,给炮弹配备小型火箭发动机,该炮弹称为动力火箭炮弹,射程成功提高30-50%。但是,发动机在弹体内需要空间,而其工作又会对炮弹飞行产生额外的干扰,散布范围加大,从而导致射击精度明显降低。

上世纪80年代,由于侦察、控制和打击手段的发展以及部队机动性的提高,对射程的要求也相应增加了。СПЕЙС РИСЕЧ КОРПОРЕЙШН公司研制了远程型炮弹,长度约6倍口径,初速度约800米/秒,用凸台代替头部中的变厚部分,采用加的弹带,使射程增加了12-15%。为了发射这种炮弹,需要将炮管延长至45倍口径,改变膛线曲线。

上世纪90年代初,北约组织决定采用新的野战火炮弹道特性系统。身管为52倍口径、药室容积为23升的155榴弹炮被认为是最佳方案,代替先前采用的39倍口径和18升药室容积的火炮。

前苏联也开展了新一代火炮的研制工作,决定在所有的炮兵部队(营级、军级)将不同口径的火炮如122、152、203毫米统一为152毫米口径,弹药实现通用化。“门斯塔”榴弹炮成为第一个成功案例,该炮身管长为53倍口径。弹药基数包括带底部刻槽的杀伤爆破弹3045、带气体发生器的炮弹3OФ61、子母弹3023等。杀伤爆破弹3O45的空气动力外形得到改进,重量43.56千克,可使用全装药、全变装药、减变装药发射,射程分别为24.7公里、19.4公里、14.37公里。杀伤爆破弹3OФ61,质量42.86千克,最大射程28.9公里。子母弹3O23携带40枚聚能杀伤子弹,3O13-8枚杀伤子弹。另外,还可以发射“红土地”制导炮弹3OФ39和“厘米”修正弹。改进型2C19M1“门斯塔”榴弹炮的射程达到41公里。

在美国,原155毫米榴弹炮M109改进为M109A6(“帕拉丁”),身管长度为39倍口径,和牵引式榴弹炮M19一样,使用常规炮弹射程达到30公里。后来在“十字军战士”XM2001/2002型155毫米自行火炮系统项目中身管长度确定为56倍口径,射程超过50公里,采用独立装药药筒和模块化可变发射装药。这种模块化”装药能够快速完成所需的装药,其变化范围比较宽,有一个激光点火系统,从而使固体发射装药的火炮能力接近液体发射装药理论上的能力。较宽范围的变装药组不仅可以提高作战时的发射速度,瞄准速度和精度也得到提高,炮弹可按照不同的弹道、从不同方向飞向目标,从而大大提高了命中概率。虽然“十字军战士”项目暂停了,但在其框架下研制的弹药却可以在其它155毫米火炮中使用。

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中国70式122毫米自行榴弹炮,70年代炮兵用的主要火炮是105-155毫米榴弹炮,常规火炮射程在25公里左右,动力火箭弹射程30公里左右

火炮的机动性

在使用大规模杀伤性武器的情况下,陆军装备的作战范围和高机动性促进了自行火炮的发展。二十世六、七十年代,新一代自行火炮开始装备陆军,其产品经过一系列改进,至今仍在服役,前苏联2C1型长钉”122毫米自行榴弹炮和2C3型“金合欢”152毫米榴弹炮,2C5型“红锆石”152毫米加农炮,美国M109型155毫米榴弹炮,法国F.1型155毫米加农炮。

自行火炮(CAO)的优势在于其良好的机动性和越野能力,以及对子弹、破片及大规模杀伤性武器的最佳设计防护。多数现代化自行榴弹炮配有炮塔装置,通过火力(弹道)实现快速机动。空运或大威力远程自行火炮通常拥有一个开放式装置,在这种情况下其装甲壳体仍然可以在行军中或阵地上提供防护。
现代自行火炮基本都有履带式底盘。从上世纪60年代开始,为自行火炮研制专用底盘,使用较多的是装甲运输车底盘,而未采用坦克底盘,例如俄国的2C19型门斯塔-C152毫米榴弹炮。这给予了部队相同的活动性和防护性,使自行火炮能够靠近前沿,以提高打击敌军的深度。
还研制出更快速、经济和轻便的全驱动轮式底盘火炮,例如,南非产155毫米G-6火炮,捷克产152毫米“Дана”及其155毫米后继型”3усанна”火炮,以及法国公司GIAT产的“Цезарь”155毫米自行榴弹炮(52倍口径)。这些火炮从行军状态向作战状态或从作战状态向行军状态的转换程序、射击数据准备、瞄准及装填全部实现了自动化,火炮从行军转入阵地后,可在大约1分钟内进行六次射击并离开阵地。瑞典博福斯防务公司产的以“沃尔沃”(6×6)为底盘的“Арчер 08”长身管155毫米榴弹炮,其自动装弹机通常在3秒中内完成5发射击。
自行火炮携带的弹药基数十分有限,因为火炮越重,弹药基数就越小。因此,其中多数除了自动化或自动供弹机构外,配有专门的从地面或从其他汽车上进行供弹的系统。
虽然自行火炮有自己的诸多优势,但也存在不足。由于它们体积较大,不便于空运,在阵地进行伪装比较复杂,同时如果底盘受损,整个火炮就发挥不了作用。例如,在山区“自行”通常不适用。而且自行火炮比牵引式火炮价格高。因此,普通的非自行火炮至今仍然在装备中。这些火炮可以说是各种各样。

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美国在155毫米榴弹炮M109上改进的M109A6(“帕拉丁”)火炮,身管长度为39倍口径,使用常规炮弹射程达到30公里

火炮作战过程的自动化

现代化的仪器装备将单独的火炮系统和部队组合成独立的侦察—打击系统。例如,美国在将155毫米M109A2/A3改进到M109A6时(除了身管延长至47倍口径,膛线改变,新的装药组,行动部分改进除外)提供了新的基于弹上计算机的火控系统,自主导航和联测系统、新的无线电台。
此外,弹道解算与现代侦察系统(包括无人飞行器)及控制系统结合使火炮系统及部队能够保证摧毁50公里距离上的目标。信息技术的广泛采用对此促进也很大。信息技术成为二十一世纪初建立统一的侦察火力系统的基础。这也是现代火炮发展的主要方向之一。
有效的自动化指挥系统是其最重要的条件,系统涵盖所有程序:目标侦察、数据处理和信息向火力指挥中心传递,不间断收集火力工具的方位和状态信息,布置任务、呼叫、火力修正和中止、结果评估。该系统的终端装置安装在营和连的指挥车、侦察车、活动指挥所、指挥观测所及指挥司令部、单个火炮以及空中设备上。例如,飞机或无人飞行器通过无线电和电缆通信线路连接。计算机处理有关目标、气象条件、连队和单个火力工具的位置和状态、保障状态以及射击结果的信息,输出数据,考虑火炮和发射装置的弹道特点,控制编码信息交换。在不改变自行火炮自身射程和射击精度的情况下,自动化指挥系统可有效提高营和连级2-5倍火力效率。
根据专家评估,如果没有现代自动化指挥系统和足够的侦察与通信手段,火炮的潜在能力发挥难以超过50%。在快速变化的作战环境中非自动化指挥系统在各种条件及其参与人员的技能水平下,可及时处理和统计现有信息不超过20%。即火炮计算对大部分发现的目标来不及反应。

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 现代自行火炮基本都有履带式底盘,从上世纪60年代开始,为了提高火炮的机动性和防护性,开始为自行火炮研制专用底盘

火炮弹药的精确化

火炮智能化的另一个方面是采用高精度火炮弹药,该炮弹在弹道末段瞄准目标。虽然在上世纪末火炮得到质的改进,完成典型任务的常规炮弹消耗仍然很大。采用高精度火炮弹药,不但可以提高火炮的智能化,而且在155毫米或152毫米榴弹炮中使用制导和修正炮弹可以降低弹药消耗40-50倍,摧毁目标时间3-5倍。炮弹将在弹道末段借助折叠空气动力舵或脉冲火箭发动机“滑行”。
美国的155毫米“铜斑蛇”、俄罗斯的152毫米“红土地”,122毫米“捕鲸者-2M”和120毫米“捕鲸者-2”制导炮弹按照反射激光导引。这种导引方法可以使用弹药对付不同类型的目标(战车、指挥和观测站、火力装置、建筑物)。“红土地-M1”制导炮弹在中段有惯性控制系统,在末段通过反射激光导引,射程22-25千米,目标命中概率0.8-0.9,包括移动目标。但是在这种情况下观测瞄准手携带激光照射装置应该位于距离目标不远处。这就使得瞄准手容易受到打击,特别是在敌方有激光照射传感器的情况下。“铜斑蛇”炮弹需要照射目标15秒钟,“铜斑蛇2”配备了复合式(激光和热成像)自动导引头,照射目标时间为7秒。另外在低云层的情况下,炮弹可能都来不及引向反射光。
因此,北约国家选择硏制末敏弹,一个典型例子是带末敏子弹的萨达姆型子母弹。炮弹按照常规弹道到被侦察目标区域,在其下降段给定高度上依次投放子弹药,每枚子弹药抛出降落伞或展开弹翼,使其下降放缓并转入与垂线成角度的自转模式。在100-150米高度子弹药传感器开始沿下降螺旋线扫描地形,当传感器发现并识别目标时,在其方向上抛出聚能攻击弹,攻击目标。美国的155毫米萨达姆子母弹和德国的 Smart-155各携带两枚带有复合传感器(红外双频段和雷达通道)的子弹药,其射程分别为22和24公里。瑞士155毫米博纳斯炮弹装填两枚带红外传感器的子弹药,依靠底部发生器可飞行至26公里。俄罗斯“МОТИВ-ЗМ”末敏弹配备双光谱红外和雷达传感器,可以在干扰条件下探测发现伪装目标。其“聚能子弹”可以穿透100毫米以下的装甲,即可以摧毁未来顶部带有加强防护顶盖的坦克。
美国在155毫米“十字军战士”系统项目框架下,研制了XM982“神剑”制导炮弹。该炮弹在弹道中段配备了专门的导引系统,在末段配备借助 NAVSTAR卫星导航系统的修正系统。“神剑”的战斗部为模块化战斗部,据状况不同,它可以装填64枚杀伤爆破子弹药,两枚末敏子弹,混凝土侵彻子弹。因为该“智能”炮弹可以滑翔,射程提高达57公里或40公里。
瑞典“博福斯防务公司”的155毫米弹道修正弹(TCM)在弹道末段采用了修正,使用了卫星导航系统和脉冲操舵发动机。但是如果敌方对无线电导航系统进行干扰,可能明显降低命中精度。俄罗斯的“厘米”152毫米杀伤爆破弹和“勇敢者”240毫米迫弹也属于在弹道末段进行脉冲(火箭)修正的弹药。修正弹药比制导炮弹便宜,此外,它们可以在恶劣的气候条件下使用。它们沿弹道轨迹完成飞行,在修正系统出现故障的情况下,距目标的落点比脱离弹道的制导炮弹近。缺点是射程较小,因为在较大射程上修正系统已经不能对与目标的积累偏差进行修正。

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自动化、信息化是提高火炮作战效率的重要方向,  根据专家评估,如果没有现代自动化指挥系统和足够的侦察与通信手段,火炮的潜在能力发挥难以超过50%

结语:
火炮是陆军的主要武器装备,是海军、空军不可缺少的配套武器。不断提高火炮现代化水平,是增强武器装备体系的客观需要。火炮充分应用信息技术、新材料技术等高科技后,精确打击能力、防空反导能力、快速机动能力、战场生存能力和协同作战能力将会大幅度提高,火炮仍然是信息化战场上联合作战的重要武器装备。

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