PGK彈道修正引信。
SPACIDO彈道修正引信。
配備碰炸(觸發)+近炸引信的9K333便攜式防空導彈。
FMU-152A/B聯合可編程引信。
在觀看戰爭題材的影視劇時,人們的目光常被一些大威力彈藥所吸引,比如先進的導彈、炮彈、魚雷、地雷等。
彈藥威力越大,其發射前的安全管控就越重要,發射後的適時引爆就越關鍵,甚至攸關戰鬥的勝負。這一切,都離不開彈藥上一個看似不起眼的部件——引信。
那麼,引信對彈藥有多重要?主要有哪些類別?當前各國所研發引信的功能怎樣?今後朝何處發展?請看本期解讀。
從藥捻子到可編程
説到引信,不妨先看一個戰例。
英阿馬島戰爭中,阿根廷空軍曾發射航彈命中多艘英國軍艦,但這些軍艦隻有幾艘損毀。原因之一,就是不少航彈的引信沒有啟動併發揮作用。引信的失能,導致這些航彈成了鐵疙瘩,由此可見引信的重要性。
引信,又稱信管,是指一些彈藥上配備的引爆裝置。該裝置能利用環境和目標信息,按照預先設定的條件,在保證安全性的前提下,使彈丸戰鬥部在最佳時機、位置點火起爆,對目標造成最大程度的損傷。
“發火”引爆彈藥,是引信的主要功能。不過,引信發揮作用的過程並不僅僅是在彈藥爆炸時火光沖天的一瞬,還包括保證彈藥在不使用時及在飛達目標區之前的全程可控。
1884年,法國工程師福爾日發明針刺發火裝置,被視為現代引信技術的開端。
1908年,德國研究人員在炮彈上安裝了鐘錶時間引信,後經改進,發展為“季立-克魯伯”式引信。
二戰時期,延時引信技術進一步發展。例如,蘇聯的KTM-1引信可通過裝卸帽蓋切換為瞬發或延遲模式;美國漢密爾頓公司製造的M564鐘錶延時引信,可延時2至100秒,主要裝在防空炮彈上。但此時的延時引信存在不足——對付空中目標時,往往出現彈丸離目標最近時引信延期時間卻未到的情況,以致貽誤戰機。於是,人們希望獲得一種能在彈丸距離目標最近時引爆戰鬥部的引信,這就是在二戰後期投入使用的近炸引信。
在這方面,美軍當時使用的VT無線電近炸引信有一定代表性。據戰後統計,用裝有VT無線電近炸引信的炮彈擊落敵機的效率,比用傳統引信炮彈提高了5至10倍。
20世紀70年代,具有環境感知能力的壓電引信出現,其通過陶瓷元件將機械能轉化為電起爆能量。如蘇聯的壓電引信,響應時間小於200微秒,主要用於RPG-7火箭彈。
20世紀90年代,炸彈引信進入智能化發展階段。微機電系統與衛星導航技術的融合,使引信開始借力於制導系統,一些炸彈因此實現米級命中精度。
當前,新型可編程引信能根據火控系統的計算結果,設定每一枚炮彈的引信引爆閾值。例如,以色列研發的FMU-152A/B聯合可編程引信,支持穿透計數與空爆模式,可搭載在Spice-2000炸彈上用於摧毀地下隧道。
由此可見,引信發展的歷程,是其變得越來越“聽話”的過程。這種從最初用藥捻子(引火線)來“發火”引爆彈藥到可編程的跨越,使彈藥可以按照使用者的意圖被引爆,進而達到更佳毀傷效果。
從單一模式到複合模式
對引信來説,平時發揮“保險閥”作用十分重要,但人們似乎更關注彈藥“臨門一腳”時它的表現。這種“偏愛”,體現在引信的分類上。
比如,人們按照作用方式和原理,將引信劃分為觸發引信、時間引信和近炸引信等。這3類引信的主要區別可以理解為引爆時機各有不同:觸發引信是接觸即引爆,時間引信是發射或觸發後延時引爆,而近炸引信是感應到抵達最近距離時才引爆。如大多數手榴彈是延期發火的,但由於一些場景也需使用碰炸手榴彈,因此一些國家研製了萬向碰炸引信,以確保手榴彈以任何姿態落地都會爆炸。
隨着時間的推移和相關技術的成熟,以上3類引信衍生出不少子類型:
觸發引信在機械觸發的基礎上,發展出電觸發、組合式觸發等類別。與機械觸發引信通過撞擊直接引爆戰鬥部不同,電觸發引信如美軍用於空射火箭彈的M423引信,是通過電脈衝觸發的。組合式觸發引信,則是集機械觸發與電觸發方式於一身。
時間引信,發展出機械時間引信、電子時間引信等子類型。
近炸引信,則有無線電引信、紅外線引信、激光引信之分。其中,無線電引信通過收發無線電信號,判斷信號的頻率、幅度和持續時間是否均達到閾值來引爆彈藥。紅外線引信通過用紅外線接收器接收不同方向紅外信號來判斷目標所在位置,一般用於艦空導彈。這種引信結構簡單,缺點是容易受到太陽光和反射光的干擾。激光引信通過向外發射激光束再接收反射信號來精確判斷目標距離,達到預設引爆閾值時,引信才會引爆彈藥。這種引信不僅爆炸點位精確,抗輻射和電磁干擾的能力也較強,通常用於防空導彈或反輻射導彈。
當然,引信還有其他分類標準。如按照探測目標的工作原理,它可分為制導引信、電感引信、靜電引信(電場引信)、磁引信、聲引信、光引信等。
客觀來説,單一模式的引信各有優長,也存在一定短板,如無線電引信可能受到箔條的干擾等。於是,一些引信開始由單一模式啟動轉變為由複合模式啟動。如俄羅斯現役9K333便攜式防空導彈引信,採用的就是碰炸(觸發)+近炸引信的雙重引爆機制;美國AIM-9X Block II空空導彈採用的是激光+近炸雙模引信等。
多模複合引信的出現,使引信家族變得更加枝繁葉茂。
需求與科技雙重驅動
正如前文所講,好的引信平時能將彈藥管得“服服帖帖”,戰時則能讓彈藥徹底放飛“火爆脾氣”。從其發展狀況來看,如今的引信對該在何時放開對彈藥的約束,“心中”越來越明白。
具體來説,經過各國長期探索與實踐,當前引信的發展已具備以下特點。
一是適配對象多種多樣。引信的發展與彈藥所使用的環境息息相關,從某種程度上來説,作戰環境有多少類別,彈藥所使用的引信就有多少種組合。如空空導彈經常使用的是近炸引信、觸發引信和自毀裝置;反艦導彈多使用觸發延期引信和複合引信,以便控制戰鬥部在進入目標內部後起爆;反輻射導彈使用的多為無線電近炸引信,新型反輻射導彈使用的多為激光近炸引信等。當前,各種引信廣泛使用於眾多彈藥中,如炮彈、火箭彈、導彈、手榴彈、航空炸彈、深水炸彈、地雷、水雷、魚雷等。隨着引信的小型化和智能化,如無線電引信從早期電子管型、晶體管型、固體電路型發展為集成電路型再到如今與全數字信號處理技術相結合,一些小口徑彈藥也開始使用引信。
二是越來越“聰明”。當前,各國研製的引信安全性、可靠性進一步增強,不少採用了多模複合引信。這一過程中,一些引信正變得越來越“聰明”。一方面,它們能有效應對各種干擾,比如從一些假信號和假目標中分辨出需要打擊的目標;另一方面,它們還能在與目標交會的短暫過程中找到後者的易損部位,在最佳時機起爆戰鬥部。如一些先進空空導彈的引信,可“聰明”地選擇在對手戰機油箱、發動機或駕駛艙等部位精確引爆,從而達到對目標的最大殺傷效果。隨着科技尤其是微電子技術、數字信號處理技術的發展,可編程引信得到廣泛應用,有的能通過炮口感應線圈實時測量彈丸初速動態調整引爆時間,有的能對來自多通道的信號進行處理,提高引信與戰鬥部配合的效能。如瑞士研製的AHEAD彈藥採用了可編程電子時間引信,能在理想的空域形成破片彈幕,攔截來襲目標。
三是借力途徑不斷增多。引信借力的途徑有多種,比如,將把握引爆時機的工作前移,向彈藥的制導系統借力,即融合使用彈藥制導系統獲得的信息和引信獲得的信息,確定引爆時機。有的國家研發了彈道修正引信,實現了引(引信)、導(制導系統)一體化發展。美國Orbital ATK公司研發的PGK彈道修正引信具有一定代表性。與傳統的引信不同,PGK彈道修正引信不僅具有達到閾值就引爆戰鬥部的能力,其內部還設計了能適時彈出的氣動舵,對彈藥飛行軌跡進行小幅修正,引導彈藥沿着GPS指定的路線飛行,從而將傳統的無控炮彈變成精確打擊彈藥。法國的SPACIDO引信也是彈道修正引信。不過,它採用的是非GPS修正方案。發射後,彈藥會射向比目標更遠點的位置,炮口初速測定雷達會測出彈丸的速度及變化,然後解算出打開阻力減速板的時機,進而在預定區域讓引信發揮作用。
不僅如此,向科技借力還讓一些引信在複雜、嚴苛作戰場景中也能發揮作用。比如一些鑽地彈引信,在經受很大衝擊後,仍能進行計算並在目標內部起爆。
總之,目前的引信已具備較高的安全性、可靠性、有效性,且“發火”引爆彈藥的精度還在提升,抗電磁干擾的能力也在增強。
未來發展趨勢管窺
隨着人工智能、材料學、新能源等技術的進步,引信今後仍將緊扣“服管”與“發火”兩個主要環節繼續發展,變得更小、更安全、更高效。
繼續小型微型化。引信的小型微型化,好處多多,包括可以節省空間增大裝藥量,減輕無人機、穿越機負擔使其飛得更遠,以及可以適配更多類型的彈藥,在彈藥(彈丸)殼體容積不變情況下組合使用更多元器件以強化引信性能等。因此,今後引信的發展還會在這方面持續用力,比如借助微機電系統和相關新技術實現結構的高度集成,顯著縮小體積並提升性能。
變得更加安全可靠。引信將繼續確保全壽命周期內的安全可靠。一些採用新機理的設計將應用於引信,使其在儲運過程中更加安全,在使用時更加可靠。如隨着高超聲速彈藥的發展,彈藥引信需要強化抗高過載、極限溫度等能力,一些引信改用金剛石襯底的半導體器件,以提高電子元件的抗干擾、耐受過載等能力。一些國家研製的新型電池,可在極端溫度下穩定工作,也體現着這種趨勢。同時,進一步適應更加複雜的電磁環境和應對新型干擾手段,將成為其發展的重點。這種情況下,功能相對單一的引信勢必會被採用多模複合探測方式的引信取代。運用量子探測技術,已被一些國家列為未來增強引信抗干擾能力的突破方向。
日趨信息化智能化。當前,&&數字化、系統相互耦合等已成為現代武器系統的主要特徵。與之相應,引信也將以變應變,不斷提升信息化智能化水平,從而實現與武器體系及其子系統,尤其是信息&&、發射&&、指控&&之間信息鏈路的聯結,進而更好地發揮作用。同時,採用類腦處理器來優化探測識別與起爆控制算法將成為新突破口。如此,彈藥就可根據不同任務場景靈活調用引信的不同功能模塊,如攻擊硬目標時調用侵徹識別模塊,攻擊移動目標時調用近炸模塊等。在引信與戰鬥部一體化設計方面,研發人員或將走得更遠,以實現彈藥毀傷效能的最大化。
總之,威力再大的炮彈,引爆不了也是一枚“啞彈”。未來戰場,隨着各種高技術裝備、新概念彈藥不斷涌現,引信的“進化”還會繼續。(毛煒豪 董慧囡)