武器的发展从来不能离开战争的需求,舰炮武器系统的发展也不例外。自15 世纪末,海洋慢慢的变成为连接各大洲的全球性贸易通道以来,海战场就成为大国争霸世界的历史舞台。早期海战推崇的是大舰巨炮主义,舰与舰之间主要靠炮战一决胜负。从火炮上舰直至二战末期,舰炮是舰艇上最关键的武器。当时舰炮武器的首要地位是无法替代的,关于舰炮作战使用的研究也催生和促进了雷达等众多电子装备的诞生和广泛应用。二战爆发后,随着舰载武器装备的飞跃式发展,以航母、导弹和C4ISR 自动化指挥控制管理系统集成的海上作战体系构成了主宰海战的主要力量,舰炮的地位和作用开始让位于舰载机和导弹。目前,海上作战实质上已经演变成体系与体系的对抗,依靠炮战战术决定海战胜负的时代一去不复返了。从二战末期开始,航母慢慢的变成为舰队的核心,海军航空兵上升为舰队投送力量的主要表现,使用航空兵作战成为了海战的主要形式之一,直到如今,航母编队和海军航空兵依然是大国水面舰艇力量的核心。反舰导弹在1967 年第三次中东战争中初露锋芒,埃及导弹艇发射苏制“冥河”反舰导弹一举击沉了以色列“埃拉特”号驱逐舰,由此促使各国,尤其是西方国家加速了反舰导弹的研制,并在1970 年代开始大量装备。反舰导弹的出现彻底改变了海战的战场面貌,舰炮的地位进一步下滑,甚至会出现了舰艇武器导弹化、取消舰炮的极端思潮。
的AGS 155 毫米舰炮配合远程对陆攻击弹药为信息化、智能化 舰炮武器系统的发 展起到了承上启下 的作用。
1980 年代以来,随着科学技术的发展及高新技术在舰炮武器系统中的应用,其精度、性能、威力及远程精确打击能力有了较大程度的提高。舰炮武器系统由于射速高、反应快、携弹量大、持续作战能力强、拦截近限小、抗干扰能力强、价格低、使用效费比高等优势,重新引起了各国海军的重视。纵观世界海军武器系统的发展,新型舰炮武器系统已成为水面战斗舰艇对岸打击、登陆火力支援、末端防空反导,以及应对低强度海上冲突中的重要武器装备。
回顾舰炮发展,战争的需求和新技术的不断加入使得舰炮不仅没有消失,反而取得了极大的发展,在能预见的一段时间内,舰炮作为舰艇的重要武器系统,凭借其优势,仍将在众多海军武器装备中占据不可或缺的地位。
舰炮武器系统的发展经历了模拟化系统、数字化系统、信息化系统等几个重要阶段。
模拟化系统模拟化系统分为机械模拟控制管理系统和机电模拟控制管理系统两个阶段。机械模拟控制管理系统以1923 年英国“埃利奥特”(Elliott)公司研制的摩擦积分器的机械模拟计算机为标志,该计算机分别装在英国的“纳尔森”号和“罗德尼”号军舰上,协助火炮射击运动目标。这段时期,机械模拟计算机与火炮之间利用各种不一样的形状的机械齿轮、齿条或摩擦轮、劈锥等来实现运算和控制,这种系统的体积非常庞大、重量重、计算精度不高。
机电模拟计算控制管理系统的标志是伴随着1950 年代初电子模拟器件和电路的发展而出现的电子模拟指挥仪。电子模拟指挥仪使用的计算元件全部是电子元件,如加运算放大器等。机电模拟指挥仪的优点是:计算量或数据是以连续量形式存在和处理,没有量化误差;模拟机的所有计算部件能同时并行处理或运算,可实现高速“实时”运算,计算速度主要受计算部件的限制,受计算问题本身复杂性的影响不大。这种系统的主要缺点是:没有数据存储功能,因而非数值数据的解决能力有限,没办法实现智能化处理;计算精度受计算机部件质量的限制;计算机结构也较为复杂;计算机的幅度比例尺受到放大器饱和的限制。模拟指挥仪的出现使得舰炮武器系统射击计算的自动化程度大幅度的提升,但是它无法使舰炮武器系统实现射击指挥控制自动化和智能化。
图为二战期间服 役的南达科他级战列舰“亚拉巴马”号406 毫米主炮的机械模拟火控计算机控制台
数字化系统数字化系统是伴随着计算机和数字电路的诞生而发展形成的。1980 年代中期,随着数据总线技术的发展以及高性能微型计算机的普遍应用,武器控制管理系统迅速向系统分布式体系结构、功能分布式处理及综合控制方向发展。其优点是:具有信息存储、逻辑判断和处理非数值数据的能力,因而可进行射击指挥辅助决策,实现舰炮射击指挥自动化和智能化,计算精度高、速度快。伴随着计算能力的提升,一系列新技术得以广泛应用,如综合体结构、复合控制技术;对低、小、快目标的发现、捕获、初速实时测量校正、系统预校正技术;引入目标速度信息或角速率信息,实现对目标的精确预测和传感器遥控,较准确地求解目标相遇点技术;弹道微分方程解算技术;数据融合技术等,大幅度提高了舰炮武器系统的作战能力。
信息化系统信息化舰炮武器系统是近年来发端于西方先进国家、得到普遍关注并加快速度进行发展的新型舰炮武器系统,一般意义上讲,其是由信息化舰炮和弹药、探测与感知单元、火控单元和指挥通信单元等构成,协同完成作战任务的有机整体,具有较高的信息探测、传输与共享、精确制导、火力打击、指挥控制与对抗等功能及数字化、网络化、精确化、智能化和一体化的舰炮武器装备的统称。信息化舰炮武器系统呈现分布式、开放式体系结构,由若干功能上互为关联的任务单元组成有机整体,协同完成作战任务,与传统舰炮武器系统具有本质区别。其标志是信息+ 火力,具有数字化、网络化、精确化、智能化、一体化等显著特点,在开发式体系结构支持下,根据任务需要和可被利用的资源情况做系统的动态重组(添加或裁剪任务单元),以满足作战新需求与拓展新功能的需要。
同其他武器系统一样,信息化舰炮武器系统也是作战使命任务要求和技术发展共同作用的结果,首先由美国海军提出。随着国际形势的变化和战争实践的深入,美海军的战略思想和海战样式发生了相应的变化,提出了“由海向陆”的发展的策略,要求驱逐舰上的大口径舰炮对陆火力支援贯穿于两栖作战的整一个完整的过程,在预先火力准备、直接火力准备、火力支援的各个阶段发挥作用,实现“由舰到目标机动”,濒海作战慢慢的变成为海军的作战重点,明确对海上火力支援的主要需求是实现超视距精确打击,从而形成了信息化舰炮武器系统的发展起源。
美国海上火力支援(NSFS)发展规划以Mk 45 Mod 4 型127毫米舰炮为基础,发射ERGM 增程制导炮弹。美海军陆战队根据作战原则,对承担NSFS 任务的舰炮提出了明确要求:视距外的军舰,距离海岸至少应在25 海里之外;舰炮的射程一定要达到陆上纵深方向16 海里,以开辟滩头并保护滩头部队;在此基础上,舰炮应再提供22 海里的纵深射程以压制敌方纵深火力阵地,确保己方滩头部队的全面安全。根据以上三项要求,担负NSFS 任务的Mk45 Mod 4 型舰炮发射的ERGM 炮弹的射程要达到63 海里。
在“由海向陆”作战思想的指导下,美海军强调对濒海地区的干涉,并与海军陆战队共同提出了“由舰到目标机动”的作战方式,其与传统登陆作战模式不同,无需再建立滩头阵地,并部署相应的火力支援、后勤保障以及指挥机构,而是将作战部队从海上基地直接投送至内陆关键目标附近,破坏敌人的防御体系,迅速解决战斗。而舰炮正是必不可少的“三位一体”(空中火力、舰载火力、陆战队建制火力)火力支援之一。“由舰到目标机动”大体分为水平超视距登陆和垂直登陆。水平超视距登陆主要装备为气垫登陆艇、水陆两栖装甲车,这些装备将从部署在距海岸25海里(约46 公里)的“海上基地”出发。现代陆军火炮的射程往往达到30 ~ 40 公里,为了实施全程支援、全程打击,舰炮应具备76 ~ 185 公里的火力压制能力。
2002 年美国提出的《远征机动作战对火力支援的需求》研究报告又按近期、中期和远期明确了联合火力打击中对海上火力支援的需求:近期,127 毫米舰炮配装ERGM 弹药, 射程达41 ~ 63 海里;中期,155 毫米先进舰炮系统(AGS)配装LRLAP弹药,射程达63 ~ 97 海里;远期,电磁轨道炮等新概念舰炮武器,射程达97 海里以上。目前美军基本处于第二阶段,正开展第三阶段研究状态。2016 年10 月15日,装备AGS 系统、注重对陆攻击的DDG 1000 型首舰“朱姆沃尔特”号服役,被美官员誉为“不亚于战列舰对一战、航母对二战的重要性”。作为该舰十大关键技术之一的AGS 从前方要求火力支援到开炮只要30 秒,摧毁目标只需3 ~ 6 分钟,圆概率误差约20 米,每艘DDG 1000 型装备两座AGS,每座AGS 可让4 ~ 6枚炮弹同时打击目标,1 艘DDG1000 型发射的炮弹可有8 ~ 12枚同时打击目标,基本与陆战队一个155 毫米榴弹炮营的火力相当。目前,AGS 可装备三种弹药:LRLAP(远程对陆攻击弹药)射程100 海里(约185 公里);对舰攻击的毫米波雷达制导弹药,射程30 海里(约56 公里);传统弹药射程22 海里(约41 公里),共900 枚。
127 毫米舰炮发射ERGM 炮弹,实现舰炮平台在远离 海岸的海域打击敌方陆上纵深阵地。
分析美军的大口径舰炮武器系统对陆火力支援技术,特别是AGS 弹药配置和作战使用,可知信息化舰炮武器系统的发展和作战使用主要呈现出以下鲜明特点:通过公共计算环境技术提高系统信息化作战能力和生命力;通过接收体系信息提高系统信息保障能力;通过多弹种、多战斗部提升对不同目标的毁伤效果;通过火箭助推等多种增程技术提高系统的射程; 通过GPS、惯导、末制导等制导方式提高打击精度;通过多发同时弹着技术提高火力密度;通过舰炮和自动化弹库一体化设计提升系统持续作战能力。
透过其表面技术特点,借助有限资料,分析其研制过程,可以为咱们提供以下借鉴:
一是武器系统顶层牵引。将弹药、发射装置、弹库、信息等作为一个整体考虑,从系统效能最优、达到给定指标出发,坚持系统、信息保障、舰炮和弹药同论证、同科研、同装备和同保障,确保平台、系统、舰炮与弹药协调匹配,同时最大限度地简化系统、简化装置,充分继承了127毫米舰炮系统的成熟技术,保持技术继承性,解决系统稳、准、狠(即可靠、命中、毁伤)的问题。
二是设计方法先进。采用基于模型的系统工程方法(MBSE)和精益研发平台,构建了一系列经过验证的仿真模型和数字化仿真工具,以数学模型为基础,开展自顶向下的设计,以作战需求为指导,利用模型驱动,通过仿真、多次迭代和原型系统构建等手段,对系统方案进行多维优化,解决系统研制周期长、需求验证困难和更改流程复杂的问题。
三是指标体系领先。系统指标体系构建实现从重视命中到聚焦毁伤转变,注重解决“火箭投送手榴弹”的毁伤不足问题,从弹形设计、弹道设计、火炸药设计、系统资源保障等方面入手,实现体系化信息保障(融入远程对陆、对海方面作战,通过作战体系实现系统探测、打击、中继、制导的信息保障)、精确化打击手段(对海、对陆制导弹药)、有效毁伤能力(目标易损特性、作战使用方法、弹药威力约束),解决大口径舰炮对目标有效毁伤的问题。
四是融入各种体系。系统研制过程中即与装舰平台和作战信息体系相融合,满足DDG1000 型使用的公共计算环境、开放式体系架构的要求,形成了新的开放式舰炮武器系统体系框架,需要紧耦合的地方实现更紧密连接, 体现高效, 如弹库与舰炮的一体化设计;需要开放架构的地方实现信息高效传递和协同, 体现共享。系统按照独立科研、验证的模式,预先考虑融入作战时系统装备的协同发展,解决了与舰艇同步形成作战能力的问题基于模型的系统工程方法示意图
从舰炮发展的历程能够准确的看出,随技术的发展和军事需求的演变,装备形态也在发生持续而深刻的变革,“需求牵引”与“技术推动”两只手交替促进装备向更高层级演化,构成战斗力的各个要素在不同技术纽带的组织下,呈现出了互相促进、互相作用的鲜明特点,共同实现了升级换代。当前信息化舰炮武器系统以信息技术为纽带,将构成系统中的各任务单元综合集成、有机融合(不再是一个个简单集合或组合)成新的有效功能实体的过程,实现从传感器发现目标到信息传递和处理、目标指示和对目标实时打击、效能评估全部一体化;在数字和网络技术的支持下,最大限度地发挥信息的“链接”、“融合”、“共享”与“倍增”功能,实现人与武器、人与战场的完美组合。未来,智能化将是信息化舰炮武器系统的发展趋势,如果说传统舰炮武器系统是对人体力投送能力的延伸,那么智能化将真正的完成对人脑力思考能力的进一步延伸,自动生成最佳指挥、操控决策,实现指挥、控制自动化,最大限度减轻作战指挥、控制负担,将更加深刻地改变未来作战的形态。