攻击型巡飞弹引信安全系统设计说明书

1 引言
巡飞弹是一种能在目标区域上方进行“巡弋飞行”，“待机”执行多种作战任务的新概念弹药。

它由战斗部、制导装置、推进系统、控制装置、稳定装置等组成，可承担监视、侦查、战斗毁伤评估、空中无线中继以及攻击目标等。

攻击型巡飞弹不仅可以在目标上方执行监视、目标指示和毁伤评估等任务，还携带者不同类型的战斗部，能寻找最佳时机对目标进行精确打击。

因此，它对敌方目标就像一把“达摩克利斯之剑”，长时间在其头顶上巡飞，随时可以发起攻击，使其不敢轻举妄动。

弹药的飞行轨迹包括弹道段、巡飞段和攻击段三部分，主要采用多模式战斗部，可根据目标类型采用不同的起爆方式。

1.1 本课题的背景和应用价值
伊拉克战争使人们清楚地看到，要确保在战场上的毁伤优势，其弹药是一关键。

首先，为在敌防区外攻击其纵深目标，必须提高弹药的射程[1，2]。

提高射程将为战场指挥官完成所希望的任务提供更多的选择，并可以提高完成任务的效果。

第二，为避免被反击火力命中，必须确保弹药具有精确命中和高效毁伤能力，使作战人员能够“发射后不管”和“发射后转移”，提高己方的战场生存力，同时在现代世界和政治环境中，至关重要的是在打击目标的同时，尽可能地减少对友军和平民所造成的间接伤害，现代战争表明，巡飞弹完全可以具备这些功能。

第三，减少对指定目标失效所需的弹药用量，这是减少后勤负担的最有效途径；战时弹药的消耗量十分的惊人，而部队的携运量十分有限，如果不能有效地减少弹药的消耗量，战时再补给将成为影响战役或战斗进程的软肋。

据称，通过试验表明，采用“巡飞弹”配合完成打击任务，摧毁一个坦克连至少可以减少20%的弹药消耗量。

同时由于采用多管火箭炮发射巡飞弹，速度快，可确保无人侦察机顺利的突破敌防区，并获取对重要目标的空中侦察情报，这将对作战中取胜起到至关重要的作用。

世界上的一些发达国家，如美国、俄罗斯、法国、英国等都很重视巡飞弹的发展与应用技术[1，2]。

因此，其研究对我国武器装备技术近中远期的发展具有重要意义。

近年来，国内外的研究动态充分反映出弹药领域的研究主要集中在增程和精确打击两个方面。

对于我国来说，发展炮弹增程和精确技术更有着特殊的意义。

这是因为，首先，为在敌防区外攻击其纵深目标，必须提高弹药的射程。

提高射程将为战场指挥官完
成所希望的任务提供更多的选择，并可以提高完成任务的效果；而且远程火炮射程远、射击区域大、火力猛、机动性强，就可以在敌火炮射程范围之外提前对敌进行火力压制；第二，为避免被反击火力命中，必须提高弹药具有精确命中和高效毁伤能力，在确保有效打击敌方的同时更能够提高己方的战场生存力[1，2]。

同时，在现代世界和政治环境中，至关重要的是在打击目标的同时更能够提高己方的战场生存力。

同时，在现代世界和政治环境中，至关重要的是在打击目标的同时，尽可能的减少对友军和平民所造成的间接伤害。

第三，我国弹药种类少，为了在未来战争中立足于和敌方装备体系的有效对抗，缩短与发达国家的差距，就必须发展我国的炮弹增程技术和精确打击技术；第四，国际政治军事环境趋于紧张（特别是我国的周边环境），我国迫切需要远程弹药和高效率的打击弹药。

因此，在尽短的时间内大幅度提高我军火炮射程和提高打击命中率是一项十分紧迫的任务，而巡飞弹的研制可以对弹药射程的提高及打击命中率的提高兼而顾之。

各国在研制和改进火炮的过程中，追求的重要目标之一是增大射程。

我国目前的增程技术虽然有了很大的进步，但就国内外军事及战场发展趋势来看，还是需要进一步研制更远射程的弹药。

从目前我国的技术基础及国外的研究情况来看，研究炮弹冲压增程技术是可行的。

早在七十年代国内航天部有关单位对冲压发动机燃料及燃烧性能进行了探索性试验研究，八、九十年代开始用于导弹的冲压发动机技术研究，在推进剂、燃料稳定性、燃烧效率、结构设计等方面取得了初步成果。

但未来的战争以信息化弹药为主，信息化弹药泛指以弹体作为运载平台，能够实现态势感知、电子对抗、精确打击、高效毁伤和毁伤评估等功能的灵巧化、制导化、智能化、微型化、多能化弹药。

在数字化战场上，灵巧化弹药将能够自主搜索、锁定并摧毁敌方目标，这方面主要以美国的“萨姆”、法国的“斯马特”末敏弹为代表。

制导化弹药将能够依靠指令或自主判定飞行弹道并修正弹道、命中并摧毁预定攻击目标，美军的“红斑蛇”、俄军的“红土地”激光制导弹药、美军的联合直接攻击弹药（JDAM）GPS/捷联惯导复合制导的GBU-37侵彻弹，以及弹道修正弹等都属于这类弹药。

智能化弹药则能够依靠战场信息链路获得所攻击目标的信息或自主发现巡逻区域的目标，完成目标类型识别、攻击任务再分配，并摧毁目标，目前美军正在研制的“卡洛斯”或加装数据链的各种超远程导弹、炮弹等都属于这类弹药。

此外，能够为战役或战术指挥员提供战场态势信息、目标毁伤信息的视频侦察弹，能够对威胁地域进行监测的战场传感器弹药，
能够对地方战役、战术通信进行压制干扰的通信干扰弹，能够对敌方电子装备实施硬摧毁的高功率微波弹药，这些信息化弹药将使毁伤功能最终融入C4ISR网络，构成侦察、通信、决策、打击、毁伤、评估等一体化的C4KISR网络，极大的提高战场毁伤的时效性和有效性，为战场制胜奠定装备基础。

目前我国用于信息化弹药技术方面所进行的研究工作很少，为了在未来战争中掌握作战主动权，能够有效地在不同纵深上打击敌人和保护自己，并在武器性能方面缩小与发达国家的差距，我国必须开展相关的研究工作。

这就需要我们在信息化弹药技术上的研究中加快步伐[1，2]。

在未来战争中，巡飞弹射程远、功能多，在执行侦察、定位、指示、信息中继、毁伤评估等任务时，空中待机时间长。

若能在战场中使用，必将大大提高武器系统对目标的打击能力和精度，减少不必要的后勤负担。

此外，作战部队在各种作态势下的能力可得到扩展，在各个作战阶段都能够提供持续不断的火力支援，大大提高部队的战斗力。

发展巡飞弹，高效精确打击敌指挥所、坑道、机库和掩体等，不仅是我国炮兵装备技术发展的需要，也是航弹、导弹装备技术的发展和未来战争需要，更是当前对台军事斗争的急需。

因此巡飞弹的研究对我国武器装备的发展意义重大[1，2]。

1.2 巡飞弹的特点
巡飞弹主要由有效载荷、制导装置、动力推进装置、控制装置(含大展弦比弹翼)、稳定装置(含尾翼或降落伞)等部分组成。

巡飞弹有许多优越之处，与无人机相比，它可以像常规弹药一样，由多种武器平台发射或投放，可配用到各军兵种，能快速进入作战区域，突防能力强，战术使用灵活，与常规弹药相比，它多出一个“巡飞弹道”，留空时间长、作用范围大，可发现并攻击隐蔽的时间敏感目标，与巡航导弹相比，它成本低(不到后者的1/10)、效费比高，尺寸小、雷达截面积小、隐身能力较强，能承受极高的过载，与电视侦察弹相比，它侦察时间长、面积大，发现目标的概率大：与制导炮弹相比，它能根据战场情况变化，自主或遥控改变飞行路线和任务，对目标形成较长时间的威胁，实施“有选择”的精确打击，并实现弹与弹之间的协同作战[1，2]。

1.3 巡飞弹的发展现状
自1994年美国开始研制低成本自主攻击弹药（LOCASS）以来，巡飞弹就在世界弹药及制导武器领域引起广泛关注。

美国在该领域独领风骚，已开始发展各种平台携带的巡飞弹，主要型号包括：127毫米舰炮发射的前沿空中支援弹药（FASM）、155毫米
榴弹炮发射的“快看”（Quicklook）侦察型巡飞弹、155毫米榴弹炮或127毫米舰炮发射的炮射广域侦察弹（WASP）、坦克炮发射的一次性多用途炮射巡飞弹、“网火”非直瞄火力系统发射的“拉姆”（LAM）巡飞弹、“洛卡斯”（LOCASS）自主攻击弹药系统、“主宰者”（Dominator）巡飞弹、“低成本持续区域控制”（LOCAPD）小型弹药等。

除美国外，俄罗斯、以色列、美国、德国、意大利、法国等发达国家也加入巡飞弹药的发展行列。

俄罗斯研制了“旋风”300毫米火箭弹投放的R-90巡飞子弹药（LCLC），以色列也正在研制单兵使用的巡飞弹等。

1.4 巡飞弹的分类
1.4.1 按主要功能划分
1.侦察型巡飞弹。

这类巡飞弹携带昼夜光电传感器、CCD摄像机等侦察、通信器材，在目标上方执行搜索、侦察、监视、指示、监控、中继通信以及毁伤评估等任务。

可长时间监视与指示战场目标(尤其是时间敏感目标)，并把获取的信息随时告知己方指挥系统。

弹药的飞行轨迹包括弹道段、巡飞段两部分，在携带的燃料燃尽后自毁。

典型型号有美国的“快看”155毫米侦察型巡飞弹、俄罗斯的R-90侦察型巡飞子弹药和以色列的单兵侦察型巡飞弹等。

美国陆军研制的“快看”155毫米侦察型巡飞弹携带昼夜传感器，在50千米远处的巡飞时间为30分钟，并将目标信息传输给地面指挥中心，在其他精确制导弹药攻击目标后，“快看”侦察型巡飞弹可对毁伤进行评估。

以色列的“陨石”单兵巡飞弹是一种筒式发射的便携式侦察型巡飞弹。

该弹重6．5千克、直径120毫米、翼展1．7米，作战范围10千米，可在目标区域上方巡逻飞行60分钟以上，提供目标的实时图像并直接支援作战部队[2]。

2.攻击型巡飞弹。

这类巡飞弹不仅可以在目标上方执行监视、目标指示和毁伤评估等任务，还携带着战斗部，能寻找最佳时机对目标进行“巧妙”的精确打击。

长时间在其头顶上巡飞，随时可以下手攻击，使其不敢轻举妄动。

弹药的飞行轨迹包括弹道段，巡飞段和攻击段三部分，主要采用多模战斗部，可根据目标类型采用不同的起爆模式。

其典型产品是美国的“拉姆”和“洛卡斯”。

“拉姆”巡飞弹采用小型涡轮喷气发动机、多模式战斗部和空／地／延时三模式引信、自主目标识别装置和激光雷达导引头，利用GPS ／惯性系统进行导航，利用双向数据链路进行战场信息传输，具有搜索、监视、毁伤评估、空中无线中继以及攻击目标的功能，可在70千米的距离上巡飞30分钟，搜索50～
70千米’区域内的目标。

“洛卡斯”是一种由火箭弹／导弹／布撒器等平台投放的微小型巡飞子弹药，主要由小型涡喷发动机、多模式战斗部、激光雷达导引头、GPS／惯性制导装置以及保险装置组成，可进行广域搜索、识别和摧毁多种地面机动目标，是对付时间敏感目标的有效弹种[3]。

1.4.2 按介入战场的方式划分
1、身管火炮/火箭炮发射型。

这类安飞弹一般采用充气式弹翼，与常规弹药一样发射。

发射后呈弹道飞行，在预定时间和高度上，弹体上弹出一副大展弦比弹翼，进入滑翔弹道飞行阶段，至目标区后进入巡飞弹道，在目标区上方执行各种作战任务。

如美国LAM巡飞攻击弹药。

2、机载投放型。

这类巡飞弹与常规机载导弹一样由飞机挂载投放，不用承受高过载。

飞至目标区后进入巡飞弹道，执行作战任务。

如美国“空中主宰者”攻击弹药。

3、单兵投放型。

这类巡飞弹有多种用途，可执行近距离侦察或攻击任务，由士兵从屋顶、窗口或狭窄小巷发射，非常适合城区作战。

如以色列的“云雀”单兵巡飞弹。

1.4.3 按战斗部结构划分
1、整体式巡飞弹。

战斗部(有效载荷)为侦察型、爆破型、侵彻型等，巡飞发现目标后直接对目标攻击。

如美国“快看”侦察型巡飞弹和“拉姆”(LAM)巡飞攻击弹药等。

2、子母式巡飞弹。

又分为巡飞母弹和巡飞子弹药两部分：巡飞母弹携带双用途子弹药或传感器引爆子弹药等，在目标区巡飞，发现目标群后，投放子弹药。

如英国低成本巡飞子母弹和美国未来发展的GMLRSP31火箭弹的母弹。

巡飞子弹药可由各种炮弹、火箭弹、航空炸弹、导弹、布撒器等母弹携带撒布。

巡飞子弹药在飞行初期由母弹携带，到达预定高度和距离时被母弹抛出，然后子弹药自己再进行一定距离的巡航飞行或目标区内的巡飞，并完成指定任务。

这类子弹药的优点是利用母体的高速飞行，快速进入目标区执行作战任务，能有效对付时间敏感目标[4]。

如美国“洛卡斯”巡飞子弹药和俄罗斯R-90巡飞子弹药等。

1.5 巡飞弹的关键技术
巡飞弹的主要战术技术性能：巡飞时间和作战距离，由动力装置确定，巡飞时间一般为15分钟至12小时，巡飞高度，主要取决于探测装置的性能，一般为100～1000米，巡飞弹道段的飞行速度，一般为30～100米／秒，弹体尺寸，一般直径为120～330毫
米、长度为0．5～1．5米。

巡飞弹外形各异，一般在弹体中后部有一对大展弦比的弹翼——“充气”式弹翼或折叠式弹翼。

制导方式：中段和巡飞段采用GPS／惯性制导，巡飞段探测和末段制导采用激光雷达导引头(攻击型)或电视摄像头(侦察型)。

巡飞弹是多种高新技术集成的产物，涉及的主要关键技术是：小型低推力长航时动力技术、远距离抗干扰双路通信链路技术、总体设计技术、多模式战斗部技术等[3]。

1.6 巡飞弹的发展趋势
1.能兼容多种武器系统。

巡飞弹能够由陆、海、空军的主要武器系统投放。

包括火炮发射、飞机直接投放、从单兵发射筒助推发射、作为导弹的子弹药撒布等。

2.能执行多种作战任务。

巡飞弹携带不同的有效载荷，既可对战术目标进行侦察、监视、指示、毁伤效果评估，也可对目标进行精确打击，或将侦察、打击功能合二为一。

从而能够有效打击战场上的运动目标、时间敏感目标，或者对重要区域进行持续监视和压制。

3.增加巡飞时间。

采用先进的动力系统可大幅度提高巡飞弹的滞空时间，增强攻击弹药的作战持久性。

4.采用先进传感器。

调频／连续波激光雷达和闪光型激光雷达导引头对巡飞弹捕获和识别目标有重要作用，毫米波／红外成像技术等其他探测与制导技术的发展也值得重视。

5.能够协同作战。

多枚巡飞弹构成一个作战网络，弹之间互通信息、进行作战任务的合理分配，避免多枚弹攻击同一目标，是巡飞弹战场使用的一个重要发展方向。

6.采取隐身措施。

巡飞弹长度为1米左右、巡飞高度一般在200～600米，地面侦察器材已经很难发现了，采用隐身措施(如隐身外形或涂料)后，将会有更好的战场生存能力。

2 巡飞弹引信安全系统的功能与要求
2.1 引信安全系统的定义
引信安全性是引信在生产、勤务处理、装填、发射直至延期解除保险的各种环境中，在规定条件下才解除保险和爆炸的功能。

顾名思义，引信安全性是其自身乃至弹药安全性能的保障，也是其正常发挥作战效能的前提。

引信安全性设计主要是通过引信安全系统的设计实现的。

引信安全系统是现代引信中必不可少的子系统，是引信确保其安全性的具体体现[4]。

GJB373A《引信安全性设计准则》规定，引信安全系统的定义是“在引信系统内，用来防止引信在感受到预定的发射环境并完成延期解除保险之前解除保险和作用的各种装置的组合”。

GJB102A-98《引信术语符号》中对引信安全系统的定义基本一致，为“引信系统内，用来保证安全并防止引信在运输、储存、装卸、安装和发射直至延期解除保险结束之前的各种环境下解除保险和爆炸的各种装置的组合”，其含义应包含以下四点：
(1)引信安全系统的功能是防止引信意外解除保险和作用，即保证平时贮存及发射过程中的安全。

(2)引信安全系统所在的空间在引信系统内，或仅存于引信中某一个特定的部件或机构内。

巡飞弹引信的安全系统所在的空间还包括弹上电源的正常作用及对目标的正确捕获。

(3)引信安全系统起作用的时间是在预定的发射状态下，引信完成解除保险之前的所有阶段。

(4)引信安全系统的组成，是完成其功能的各种装置的组合。

不仅存在于隔爆机构中，也存在于其它如发火控制机构中的保险机构、电源激活装置等的保险机构中。

2.2 引信安全系统的组成
2.2.1 引信安全系统的组成
根据GJB373A-97《引信安全性设计准则》中对引信安全系统的定义，可以看出引信安全系统是各种保险装置的组合，而各种保险装置根据其在引信中的安全性功能要求不同，作用于引信的不同部位或者不同的引信子系统中。

所以，引信安全系统不同于引信的其它子系统，不能简单地进行模块化并列划分，而是结构上相互交错，逻辑上相互
作用，以实现引信的整体安全性。

另外随着现代战争的发展，要求减少人员伤亡甚至实现零伤亡，尽量减少无辜伤害，所以引信的安全系统就不应仅局限于避免发射周期内完成延期解除保险之前及器材的伤害，而要确保引信以及弹药在全寿命周期内对所有非目标对象的安全性[5]。

基于以上讨论，可以认为引信安全系统是由多个安全开关构成的，而每个安全开关的组成包括：敏感器、识别于逻辑判断器、安全控制执行器。

引信安全系统可以由图2.2.1.1表示：
图2.2.1.1 巡飞弹引信安全系统的组成框图
这里的敏感器一般指对引信环境或引信自身状态的判断，也包括对武器、弹药系统或者人为的参与，即对弹药的状态、武器系统的状态等的判断，或者发射前的操作过程等。

2.2.2 引信安全系统的功能
对引信安全系统的功能要求主要是从引信的性能要求来考虑，导弹引信一般的性能要求包括以下几方面：
(1)安全性
(2)作用可靠性
(3)使用性能
(4)经济性
(5)长期贮存稳定性
引信安全系统是指引信中为实现引信安全性的所有部分的组合，是泛指的。

对于安全系统，除同样应该满足以上的基本要求以外，引信安全系统还应充分利用环境信息，实现引信总体性能的提高。

引信的安全系统的功能包括：
1.安全性
(1)勤务处理安全性
(2)发射时的安全性
(3)炮口安全性
2.解除保险可靠性
引信是武器系统中最敏感的部分，它的最终作用是引爆弹丸。

因此安全系统的功能不仅是为了使引信能保证平时安全性，同时也要保证战时引信的可靠作用。

引信的安全系统的输出有三种状态,即安全状态、解除保险状态、拒爆状态在不同的输入下会得出不同的特性输出。

引信安全系统是一个开放系统，解除保险的过程是安全系统的保险程度降低而解除保险程度逐渐提高的动态过程，要实现引信能同时保证平时安全性和战时可靠性的功能，必须设计寻求合理的安全系统。

2.3 导弹引信安全系统的设计准则
2.3.1 引信安全性设计的一般准则
(1)冗余保险
引信安全系统至少有两个独立的保险装置，其中每一个都能防止引信发生意外解除保险和因引信原因使弹药意外爆炸，这两个保险装置应从不同的具体环境获得启动力，这些保险机构中，至少有一个应依靠感觉发射周期内的环境而工作，或应依靠发射周期后的环境而使被隔爆的爆炸系列元件解除保险。

(2)延期解除保险
引信应有一个保险装置延期解除保险，解除保险时间应满足使用武器在各种发射状态下的安全距离要求
(3)故障保险特性
引信系统或其部件应具有一种特性，即当引信保险装置发生故障时，引信只能瞎火而不能引起弹药爆炸或作用的性能
(4)解除保险能源的选用
在设计的引信安全系统中，用来移开爆炸序列隔爆元件的能源，不能采用内贮能源。

但当无合适的环境力时除外
(5)引信安全系统失效率
引信安全系统失效率，是评定引信安全性的重要指标，在预计解除保险程序开始，引信安全系统失效率一般不应大于百万分之一。

在正常延时解除保险后引信发生的安全故障不包括在引信安全系统失效率之内。

(6)爆炸序列的隔爆
在解除保险程序开始前，爆炸序列中的每一个起爆件必须使用隔爆元件，将其与导爆管、传爆管隔离。

隔爆元件中必须有一个要用不少于两个独立保险装置将它可靠地锁定在保险位置
(7)保险或解除保险状态的判断
在引信设计中，根据配用武器的战术技术要求，导弹、航空炸弹和其它特定弹种所用引信可选用下列中的一项或几项结合的判别方法：
(a)在引信往弹上安装时，保证有一种能判断引信是否处于保险状态的可靠方法，如目视等。

(b)引信具有能防止将已解除保险的引信装上弹上的装置。

(8)采用经主管部门批准的导爆药和传爆药。

2.3.2 引信安全性设计依据及标准
引信是配用于陆、海、空三军武器装备的通用产品，其安全性，可靠性有很高的要求引信安全性能的好坏，不仅影响作战效能，而且影响我军作战人员的安全。

多年来我国引信专业制定了GJB373A《引信安全性设计准则》、GJB573A《引信环境与性能试验方法》等关于引信安全性的设计标准，为引信安全性的论证、设计、生产、试验提供了帮助。

其中GJB373A中关于双环境力的引入，冗余保险、安全系统失效率指标的提出，直列爆炸序列、全电子安全系统等概念的引入，为引信产品的设计提供了新的思路，使
产品的设计水品有了很大的提高[6]。

我国现使用的引信多是从前苏联引进，或是在其基础上改进而来的，前苏联的引信在设计中遵循的是提高可靠性而保障安全性的原则，因此多数引信安全系统未采用冗余保险的设计方法，而是在发火控制系统等引信的其它设计环节设计了可靠的控制结构，从而提高引信整体的安全性。

美国是一个军事技术比较发达的国家，标准化水平很高，美国军用标准是世界上先进军用标准的代表，其技术水平先进、体系完整配套。

具有广泛的国际性，被世界上许多国家所采用。

我国现行的国军标GJB373A-97《引信安全性设计准则》、GJB573A《引信环境与性能试验方法》等基本上是从美军标转化而来的，基本等效采用美国军用标准MIL-STD-1316D、MSL-STD-331，标准中的技术指标先进，试验方法合理完善，其中关于冗余保险的规定中明确要求：引信必须具有冗余保险功能，即发射过程中至少要依靠两种不同的环境力才能解除引信的保险，GJB573A《引信环境与性能试验方法》对引信环境试验与性能考核也有明确的规定。

基于GJB373A《引信安全性设计准则》的要求，对于新研发的引信便存在寻求第二环境敏感的问题。

引信设计中能否合理选用解除保险环境，是引信安全系统成功与否的关键，也是确保引信满足安全性与作用可靠性要求的重要保障。

因此必须制定引信安全系统对解除保险环境选取的策略，寻求合理的第二环境。

2.4 引信环境识别技术
引信可利用的环境信息十分有限，这使得设计保险机构十分困难。

这是由于两个方面原因造成的：其一是在特定的发射环境下，信息量“天生”有限，而且其信息特征不够明显，引信全寿命周期中各时期的特征有较大差别的信息更是有限，这就给引信敏感识别带来困难；其二是目前机械引信利用的环境信息主要是环境力，且主要是利用其大小特征，所以常称“环境能源”弱环境力几乎不可用，解决的出路在于开发新的可用环境信息，尤其是开发弱环境应力水平和弱环境条件下的可用信息，挖掘弱环境力的信息。

引信环境识别的基本过程可以表示为图2.4.1
图2.4.1 引信安全环境识别系统基本过程。