末端敏感弹药 :在弹道末段能简易制导的自锻破片集束弹药

更新时间:2024-09-20 19:47

末端敏感弹药(Terminal-SensitiveProjectile,TSP)简称末敏弹,又称“敏感器引爆弹药”。一种具有高效费比的精确制导弹药。采用集束炸弹结构,由母弹和发射装药构成,可由炮弹、远程火箭、航空火箭、飞机撒布器等发射或投射,主要用于攻击装甲车辆的顶部。具有作战距离远、命中概率高、毁伤效果好和发射后不管等优点。

第二次世界大战以来,面对机械化部队高速大纵深的突击,以美国为首的西方国家开始寻找一种能够远距离、高效率、廉价的反装甲弹药,于是末敏弹的概念应运而生。美国是最早研究末敏弹武器系统的国家,继美国之后,德国、中国、法国瑞典等国也相继进行了末敏弹的研制。末敏弹多采用集束炸弹结构。母弹内装多个子弹。母弹仅仅是载体,只有子弹才具有末端敏感的功能。末敏弹利用常规火炮射击精度高的优点,把母弹发射到目标区上空,抛出末敏子弹,经过减速减旋、稳态扫描后,在弹道末端自动搜索、探测、识别、定位目标,并使EFP战斗部朝向目标方向爆炸,主要用于攻击集群坦克的顶装甲。

具有代表性的末敏弹有:美国SMArt155mm压制火炮末敏弹、俄罗斯的9M55K1远程火箭末敏弹和SPBE-D航弹末敏弹,德国的SMArt155mm加榴炮末敏弹,瑞典法国联合研制的BONUS155mm加榴炮末敏弹等。截至2022年,世界上仅有美国、德国、俄罗斯、中国、法国和瑞典具备研制末敏弹武器系统能力。

发展历程

研制背景

第二次世界大战以来,面对机械化部队高速大纵深的突击,各国炮兵一直在追求能够远距离、高效率、廉价的反装甲弹药。20世纪六七十年代先后诞生了双用途集束炸弹激光制导炮弹,从而给炮兵部队打击集群装甲目标提供了必要条件。但这两种弹药的缺点非常明显:

激光末制导炮弹虽然具有精度高的优点,但其造价高昂,且要有士兵在前沿使用目标照射器指示目标,只能用于攻击少数重点目标,很难执行面压制任务。

双用途子母弹的子弹威力、投挪精度和覆盖面积都很有限,打击集群装甲目标的效率不是很高。因引信造价和标准问题,还存在子弹睛火率高,附带损伤不好解决等问题。鉴于以上原因,以美国为首的西方国家开始寻找一种廉价、智能高精度、高效率的弹药,于是末敏弹武器系统的概念应运而生。

理论设计

因坦克的车体和炮塔都是使用特殊装甲材料制成的坚固壳体,用来防护和安装火炮及其它所有机件并承受各种负荷。主战坦克的防护结构如下图所示,车体和炮塔前装甲最厚且法向角β 较大,而车体顶部、后部、侧面及底部装甲较薄,这样分配装甲结构的目的是能够更好防御来袭的各种反坦克炮弹、火箭弹以及导弹的攻击。

随着现代防御技术的不断发展,许多新型材料及装甲结构被应用到主战坦克,如间隔装甲、复合装甲、间隔复合装甲、爆炸反应装甲、贫装甲等,这使得现代主战坦克的防御能力大幅提高。针对坦克的这种装甲结构,武器专家们提出了研制用于专门对坦克装甲薄弱部分打击的武器,同时要求这种武器具有远距离、高精度打击的能力,末敏弹武器系统就是这样一种武器。

研发经过

美国是最早研究末敏弹的国家,20世纪60年代,美国提出“目标定向激活弹”即末敏弹的概念,并在1972 年提出了《目标定向末端激活弹在武器上的应用》报告,完成了末敏弹的概念研究。1979年,美国开始研制M898式SADARM 155mm 炮射末敏弹,在1989 年成功进行了实弹射击试验,然而1993年的试验中在一共抛撒的42枚子弹中,仅有9 枚子弹击中目标,结果很不理想。通过对试验结果的深入分析,将方案进行优化后,于1994年4月又进行了一次试验,向静止目标共发射13发末敏弹武器系统,总共抛射出26枚子弹,有11枚子弹直接摧毁目标,8枚子弹的落点离目标的距离都小于1米,两枚距离目标较远,5枚自毁,命中率高达42.31%,这一结果远超战技指标要求(命中率33.33%),该弹最终于1997年定型。在之后的30余年间,美国耗资数十亿美元,研制成功Skeet航空布撒器末敏弹和SADARM155mm压制火炮末敏弹等。

德国智能弹药系统公司于20世纪80年代末开始研制SMART末敏弹,主要用于德国PZH2000 155 mm 自行火炮。1994年5月成功完成性能演示试验,1999年底投入小批量生产。BONUS 155mm末敏弹武器系统瑞典的博福斯公司于20世纪80年代初开始研制,1986年完成了论证工作并于年底转入工程研制阶段,1993年3月改由瑞典的博福斯公司和法国的地面武器集团共同研制,整个研制过程于1994年底基本完成,1999年末开始进行批量生产。俄罗斯对SPBE-D末敏弹的研制始于20世纪80年代初。苏联解体后,俄罗斯在1992年的希腊国际防务展览会上首次展出了该产品。

中国研究末敏弹技术始于20世纪80年代初,在跟踪国外概念研究的基础上,开展了EFP战斗部、敏感器等关键技术的可行性研究;90年代初,对末敏弹武器系统涉及的几项关键技术开始进行全面、系统的研究;到90年代末,中原地区在末敏弹关键技术方面取得了重大突破,实现了技术的工程化集成。2008年,中国研制成功了第一个末敏弹武器系统。2010年前后,中国进行了末敏弹升级版本的研制。升级后的末敏弹能对装甲目标实现精准探测和打击。

成果列装

在诸多末敏弹中,比较有代表性的末敏弹为SMArt155mm压制火炮末敏弹,其装备的国家包括德国瑞士希腊澳大利亚英国美国等。截至2023年10月,世界各国已装备了多种末敏弹武器系统,如美国的Skeet航空布撒器末敏弹和SADARM155mm加榴炮末敏弹,俄罗斯的9M55K1远程火箭末敏弹和SPBE-D航弹末敏弹,德国的SMArt155mm加榴炮末敏弹,瑞典及法国联合研制的BONUS155mm加榴炮末敏弹等。

基本构造

末敏弹是一种集束炸弹,其核心是智能化的末敏子弹。

末敏弹母弹

末敏弹母弹一般由弹体、时间引信、抛射机构、末敏子弹等部分组成,发射后可以在空中预定位置释放携带的末敏子弹。

末敏子弹

末敏子弹一般由减速减旋与稳态扫描系统、敏感器系统、中央控制器、电源、安全起爆装置、爆炸成形侵彻体(EFP)战斗部和子弹结构件等部分组成,见下图。

减速减旋与稳态扫描系统

末敏子弹的减速减旋与稳态扫描系统通常由充气式减速机、减旋翼、旋转伞或涡旋翼组成,其功能是使子弹经减速减旋后,在预定高度打开旋转伞,匀速下降并旋转,达到稳态扫描状态。由于悬挂点偏置,子弹的弹轴与铅垂方向成一定角度,这个角度称为子弹的扫描角,一般为30°左右。随着子弹匀速下降,弹轴延长线与地面交点的轨迹形成一条向内收缩的阿基米德螺线,其螺距称为扫描间距,一般小于典型目标尺寸的一半,以保证不会漏过目标。

敏感器系统

敏感器系统的功能是在地面复杂背景中探测和识别装甲目标。常用的敏感器有红外探测器、毫米波辐射计、毫米波雷达等。为提高探测性能,末敏子弹一般采用复合敏感器系统,将两种或两种以上敏感器结合起来使用。敏感器通常与弹轴(也是EFP战斗部的轴线)平行或同轴安装,所以敏感器探测到最强信号后即表明弹轴对准了目标,此时引爆EFP战斗部,形成沿弹轴高速飞行的穿甲弹丸攻击目标顶部装甲。

中央控制器与EFP战斗部

中央控制器具有驱动控制、电源管理、数据采集、信号处理、火力决策等一系列重要功能。EFP战斗部完成对目标的杀伤。末敏子弹装药爆炸后,药型罩被压塔变形,形成一个短粗而密实的穿甲弹丸,其速度可达2000m/s左右。EFP战斗部的特点是对炸高不敏感,可在1000倍装药口径的炸高上穿透0.8~1倍装药口径厚度的装甲,即如果EFP战斗部弹径为100mm,则可以在100m距离上穿透80-100mm厚的装甲。其装甲毁伤效果如图8.2(b)所示。同时,弹丸在穿透装甲后能崩落大量碎片,足以杀伤人员、破坏装备,其穿甲后效大于破甲弹射流。

主要性能

以上参考:

主要特点

在设计之初,末敏弹是为了有效攻击装甲集群而生,是精确制导弹药的典型代表,特别适合用于对集群装甲目标实施精确打击。根据有关试验数据,如果使用普通炮弹对纵深的集群装甲目标射击,击中一个目标平均需要1500发炮弹,即使使用普通的集束炸弹也需要120发;而如果使用末端敏感弹药,击中一个目标平均只需要4~6发即可。其中,美国在2003年对伊拉克战争中曾使用Skeet航空布撒末端敏感弹药和SADARM末敏弹攻击装甲部队,取得了很好的实际作战效果。

攻击过程

末敏弹武器系统的一般攻击过程如下:

以上参考:

各国研发状况

美国

“SADARM”末敏弹由155mm底凹弹携带,每枚155mm炮弹可装填2枚末敏子弹。“SADARM”末敏弹的复合敏感器系统包括:8mm毫米波雷达、8mm毫米波辐射计、13元线列阵红外敏感器、磁力计战斗部采用EFP战斗部,药罩材料为,其威力高达100米高度击穿135mm厚装甲。

“SADARM”末敏弹还可用于227mm81式122毫米自行火箭炮航空武器系统,其弹径由147.3mm增加至175.6mm,每枚火箭弹可以携带6枚末敏弹武器系统子弹。

美国还研制了一种GBU-15模式制导滑翔炸弹97/B系统,它由SUU-66B战术弹药布撒器组成,布撒器含10各BLU-108B子弹药,每枚子弹药又携带4个SKEET战斗部。SKEET是一种无翼末敏弹,由于质量分布的强非对称性,子弹被抛出后一边横向运动,一边绕自身轴旋转扫描。1枚CBU-55/B油气子母炸弹97携带的40枚末敏子弹可向下扫描500mX250m椭圆形区域,一次投放就可以攻击和摧毁大批地面装甲目标。

德国

“SMART”155 mm末敏弹在强度满足要求的前提下采用了薄壁结构,其弹体壁厚只有普通炮弹的1/4~1/3,这样做的目的是使母弹的有效载荷空间最大化,同时,也使自锻破片战斗部药形罩的直径最大化。

“SMART”155 mm末敏弹敏感装置采用了3个不同的信号通道,即红外探测器、毫米波雷达和毫米波辐射计,从而使它具有较高的抗干扰能力。毫米波雷达和毫米波辐射计共用一个天线,且此天线与自锻破片战斗部的药形罩融为一体,这种结构不仅为天线提供了一个合适的孔径,而且还不需要添加机械旋转装置‚较好地利用了空间。“SMART”155 mm末敏弹武器系统还使用高密度的钽作为药形罩的材料,这样,在155 mm炮弹内部空间有限的条件下,尽可能地提高了自锻破片战斗部的穿透能力,使形成的侵彻体的长细比接近5。侵彻体的穿透力与使用铜质药形罩时相比约提高了35%。

瑞典、法国

“BONUS”155 mm末敏弹是一种高性能低成本的灵巧炮弹,用于攻击纵深的敌方主战坦克,能摧毁现代战场上的各种装甲目标,是有效地对付集群装甲目标的武器。“BONUS”155 mm末敏弹武器系统在设计上也有一定的特色,它的稳定装置没有用阻力伞,而是采用两片张开式旋弧翼片作为稳定装置。子弹被抛出后,位于子弹一侧的圆柱形红外敏感器张开并被锁定在固定的位置上,与此同时,在与敏感器对称的另一侧的稳定翼也张开了,从而使子弹在下降的过程中能达到相对稳定的状态。由于没有用阻力伞,子弹下降的速度比较快,减少了被敌方干扰的机会,同时,风对子弹的影响也减小了。与“SMART”155 mm末敏弹相比,“BONUS”155 mm末敏弹的敏感装置比较简单,它只采用了一个多波段的被动式红外探测器而没有使用比较复杂的复合敏感装置,因此,它的目标识别率相对而言比较低。

俄罗斯

SPBE-D末敏弹全长284 mm,直径255 mm,质量14.5 kg,战斗部采用铜质EFP空心装药结构,探测装置采用双波段红外探测器且安装在战斗部侧面,与其它末敏子弹不同的是,SPBE-D每枚子弹采用3个降落伞减速,目的是为了克服其气动外形对下落稳定性的影响,且在下落过程中通过展开的一对旋翼来提供旋转扫描动力。SPBE-D的体积和质量都比较大,很难采用炮射弹丸作为载体。其载体有两类,一类是航空炸弹,另一类是大口径火箭弹。后者主要是配用于俄罗斯龙卷风300mm火箭炮,最新型号为9M55K1式300mm火箭弹。

参考资料

说长论短话“末敏”:谈谈末敏弹的优长与局限.中国军网.2023-10-17

【百名院士的红色情缘】杨绍卿:我愿意为中国国防科技事业奋斗终身.光明网.2023-04-30

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