“一波三折”的“灵巧”迫弹

文/陈永新  柏席峰

美国是开展120毫米制导迫击炮弹研制工作最多的国家。早在20世纪80年代末，美国陆军就启动了120毫米光纤制导迫击炮弹（FOMP）项目，由波音公司负责演示验证制导光纤是否能够承受迫击炮发射时的高过载。1994年，波音公司开始为陆军生产少量FOMP制导迫击炮弹，供试验使用。但随后，这个项目的进展情况就鲜见报道。《简氏防务周刊》消息称，该项目有可能已被终止，因为FOMP制导迫击炮弹的射程不够远，而且采用电视导引头，不具有自主攻击能力。

为满足迫击炮部队对精确打击能力的需求，美国陆军随后又于1994年，启动了XM395精确制导迫击炮弹药（PGMM）项目。然而该项目的发展也颇为不顺，其间经历了两次重大调整，可谓是一波三折，直到2011年3月才开始装备部队。而炮弹上最关键的制导组件，MGK，结构非常之精巧，调整弹道的方式很独特。

中途换将，再次终止

最初提出PGMM项目时，美国陆军曾计划采用“螺旋式发展”方案，分阶段装备性能不断提升的制导炮弹。第一阶段，要求最大射程达到7.2千米；第二阶段，进一步增加射程；第三阶段，增加炮弹的杀伤威力，并使其具备打击移动目标的能力，最大射程提高到12千米。

1994年10月，美国陆军分别与洛克希德·马丁/迪尔公司团队和阿连特技术系统（ATK）公司牵头的团队签订了先期部件演示合同，竞标研制PGMM。后来洛克希德·马丁/迪尔公司团队在1995年6月被选定继续研制，1997年底和陆军签订价值1 080万美元的PGMM先期技术演示合同，生产7枚样弹，供随后试验使用。此后样弹数量又增加到10枚。

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美国PGMM 制导迫击炮弹项目的第一轮中，洛克希德·马丁公司研制的样弹，外形看起来更像导弹

当时虽然苏联已解体，但美国陆军的战略思想还不可避免地保留着不少的冷战思维惯性，重视大规模装甲集群的地面战。因此在PGMM项目的要求中，强调“发射后不管”的自主精确打击移动目标的能力。为了实现这些性能要求，洛马公司的设计方案较为复杂：弹体上加装弹翼，采用红外/半主动激光双模导引头。这种导引头的研发难度大，最终导致炮弹成本过高。

到了2004年，PGMM项目发生了戏剧性的转变：美国陆军与阿连特技术系统（ATK）公司签订合同，改由该公司负责研制和生产。洛马丁公司对这个决定提出了抗议，但随后通过第二轮评审，美国陆军维持了这个决定。

此时，由于“9·11”事件、反恐战争等因素的影响，美国陆军的作战思想也发生了一些改变。具体到PGMM项目中，改为强调对点目标的精确打击能力，“发射后不管”的自主作战不再要求了。于是接替洛马开始后续研制工作的ATK公司，采用了激光半主动+横向脉冲推力控制系统。

随着在伊拉克及阿富汗战场的作战行动继续开展，美国陆军曾加快了PGMM项目的研制工作。然而到了2008年，对该项目的审查发现，其实际单价已经超过2万美元，远远超过了预期的1万美元。美国陆军随即决定终止为PGMM项目拨款。

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ATK 公司接手PGMM项目后设计的XM395， 采用激光半主动制导方式，横向脉冲发动机控制弹道是其最大特点

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在通用动力公司和TGC联合公司研制的“低成本弹道修正迫击炮弹”

LCCC 上，也采用了横向脉冲发动机控制弹道的方法。右图下面是LCCC 的导引头部分和小型脉冲发动机阵列

可是驻阿富汗美军士兵经常要在复杂地形条件下作战，目标也很混杂，急需低附带毁伤地精确打击目标的能力。为此，美国陆军于2009年启动了“加快部署精确制导迫击炮弹计划”（APMI）项目。

虽然项目名变了，可研制的制导迫击炮弹型号仍旧沿用了PGMM项目的，那就是XM395。它在因为成本原因，经历了中途换将风波后，第三次开始了。

事不过三，终成正果

这次，美国陆军是出于战场需求而展开了一个紧急项目，也就是强调“加快部署”。因此在性能要求上，和前两次过程中有很大区别：重新提出了“发射后不管”的自主作战能力要求；对“点”目标的精确“打击”能力，变成了对“面”目标的“准”精确“压制”能力。

重提“发射后不管”，是因为阿富汗武装分子经常隐蔽在山脊岩石后，用激光半主动制导方式时，前沿士兵要用指示器照射目标，很容易处于危险境地。而美军对伤亡情况越来越敏感，因此极力要把这种危险降到最低。技术进步也为实现这一要求提供了成熟的基础，就是GPS制导。

美国陆军对XM395制导迫击炮弹的精度要求，则比以前低多了：圆概率误差小于10米。这个标准，显然不足以准确命中坦克车辆这样的点目标，只能算是打面目标的精确度比以前准了很多。因为普通迫击炮弹，圆概率误差（CEP）都在100米以上。即便是用以色列最新研制的，拥有软后坐系统的120毫米迫击炮发射，也只能达到30米。

对于XM395，当然还有其它一些要求：最小射程500米，最大射程要达到7千米；仍采用M734A1式多选择引信；与现役火控系统兼容，如轻型便携式迫击炮弹道计算机；可用现役120毫米迫击炮发射；单价3 000~5 000美元。

这其中，价格很重要。前两次的PGMM项目中，就是因为整个炮弹都是全新研制，采用的新技术也较多，结果成本超标，洛马公司和ATK公司先后“落马”。前车之鉴，后事之师。这次参与投标设计的三个团队，都不约而同地选择在现役M934A1式120毫米迫击炮弹的基础上，进行制导化改造。

雷锡恩公司和以色列军事工业公司组成了一个团队，而且以后者研制的“纯心”激光半主动制导系统为基础，集成了GPS接收机和惯性测量装置后，研制出“匕首”精确制导迫击炮弹。它的制导控制部分体积较大，装在炮弹前端，有四片弹出式舵面。张开式尾翼很可能采用无偏转的设计，以降低弹丸的旋转速度，避免增加制导系统的设计复杂度。由于尾翼和鸭式舵在飞行过程中提供了额外升力，“匕首”的最大射程可达到8.5千米。但它对现役迫击炮弹的改动较大，无法满足快速交付部队使用的要求。而且采用激光半主动+GPS/INS复合制导系统，成本要比另外两个竞争对手高。

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雷锡恩公司和以色列军事工业公司研制的“匕首”精确制导迫击炮弹。显然，它的制导控制部分体积较大，对战斗部、弹体的改动很大，无法直接用到现役的制式迫击炮弹上

通用动力公司推出的是，滚转控制制导迫击炮弹。它的制导组件能像普通引信一样安装在炮弹头部，里面集成有一体式引信、小型化GPS接收机、微控制器，以及最关键的滚转控制固定式鸭式舵。整个制导组件内，移动部件数量少，而且复杂度低。它只采用了GPS制导系统，成本低，精度上也能满足要求。不过和最后胜出的方案比，它的体积还是偏大。

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上面是通用动力公司的竞标方案，滚转控制制导迫击炮弹。它可以直接装到制式迫击炮弹上使用，但和下面ATK公司的方案放到一起，我们很容易比较出两者在尺寸上的区别

最后被美国陆军选中的，是ATK公司的设计方案。因为它体积最小，在获得足够精度的同时，对制式炮弹的影响最小，包括射程、战斗部载荷等方面。最重要的是，这个方案是以ATK公司正在研制的XM1156为基础设计的，90%的零部件通用，大批量生产时成本能控制到5 000美元以下。XM1156，是为155毫米榴弹炮设计的一种精确制导组件，2006年开始研制，2011年底进行了测试。如果测试成功，并且各项技术指标均达标，XM1156将朝设计定型、生产装备的目标迈进，未来两年内装备美国陆军。

所以要介绍XM395 的技术特点和渊源，就得先讲讲XM1156的来历，即应用于身管火炮155毫米炮弹的“精确制导组件”（PGK）。

PGK计划，三个阶段

2005年8月8日，美国战斗弹药系统（CAS）项目管理办公室发布了一份采购公告，征询关于应用于各种口径身管火炮弹药的“精确制导组件”（Precision Guidance Kit，PGK）概念的信息。随后，ATK公司、BAE公司、雷锡恩公司都纷纷组建了自己的团队，参与PGK的竞标。

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雷锡恩公司研制的PGK制导套件,利用一对隔栅翼来改变飞行阻力,从而控制射程、弹丸落点

ATK 公司的工业团队成员有罗克韦尔·柯林斯公司和Draper实验室。2007年2月，ATK公司成功完成了低成本PGK的制导飞行试验，超过了当初关于射程、精度和成本方面的要求。最终ATK公司击败另外两个竞争对手，进入PGK的系统开发与演示阶段，5月18日和美国陆军签订为期18个月的系统演示与开发合同。在2008年初的一系列飞行测试中，PGK装在M795榴弹上进行首次“制导-命中”演示验证。炮弹按预定程序进行了持续20秒的机动，然后开始制导飞行，最后落在距目标17.5 米处，射程14 千米。ATK公司称，这一精度已经很好地满足了计划要求。

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BAE 公司PGK 制导套件调整弹道，特别是完成侧向修正的方式很独特。在飞行过程中，制导组件会适时伸出大小两对减速板，增加弹丸的飞行阻力，从而实现纵向修正。侧向修正则靠四片旋转减速板。弹丸飞行时处于一种复杂的动力平衡状态，涉及到攻角、章动等很多复杂概念。简单地说，右旋的炮弹在前飞时，会受到一点向右方的力作用，因此弹道会向右扭曲，产生的横偏位移被称为“偏流”。旋转越快，偏流越大。上面那个制导组件就是利用这一现象来修正弹丸的横向偏差：发射时，火炮射向会比用传统炮弹时稍稍偏右；弹丸飞出后，在适当时机张开旋转减速板，加快炮弹旋转速度的衰减，从而减少偏流，最终命中点就会向左修正；需要修正多少，就在相应的时间打开旋转减速板。

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BAE 公司研制的PGK 制导套件，结构看起来也比较复杂

根据美国陆军2007年1月22日制定的发展规划和技术要求，PGK项目将分为三个阶段。第一阶段，计划在2010财年形成初始作战能力。性能上要求：精度不低于50米的CEP，争取达到30 米；可靠性不低于92%，争取达到97%；能配用到M107、M795、M549A1等155毫米榴弹上；由M777A2牵引式榴弹炮和M109A6“帕拉丁”自行榴弹炮发射；引信具备触发、近炸功能。第二阶段，计划2013财年形成初始作战能力。性能上的提高之处是：精度超过30米CEP；缩短插入部，这样能用到105毫米榴弹上，并争取能配用105、155毫米子母弹；至少还能用于M1193式105毫米火炮，并争取能用于“未来战斗系统”的NLOS火炮（它们的初速要更高）；加入延期和定时功能。第三阶段，于2016财年形成初始作战能力。性能上的主要提高是加固，以便能用NLOS火炮发射，同时精度争取达到20 米CEP。三个阶段研制出的制导组件都能像传统引信那样装到炮弹前端，因此分别被称为PGK-1、PGK-2、PGK-3引信。

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虽然BAE系统公司的PGK制导组件很独特,但与ATK公司的这个设计方案相比,就不够简洁,因此最后胜出的还是ATK

从迄今为止透露的消息看，PGK项目没有完全按照上述三个阶段进行。首先是第二阶段缩短插入部的工作已经被提前完成了，ATK公司在2008年11月直接把用于155毫米炮弹的PGK-1引信，装到了105毫米炮弹上进行演示试验，结果表明它也能很好地控制105毫米炮弹，满足性能要求。其次，原本第三阶段的加固工作被提前到了第二阶段。

在很多试验中，PGK的一些性能都达到甚至超过了当初的要求。比如2009年，在理想试验条件下（预计射击误差最小的条件）进行了PGK-1引信的试验，装在M549式155毫米火箭增程榴弹上发射，射程20.5千米（最大射程的2/3处），脱靶量仅为13~21米，已经达到第二阶段的精度要求。2010年的厂商引信鉴定试验，是根据军标MIL-STD-331C的要求进行的，测试内容包括极冷/极热温度条件下的存储试验，冷热气温条件下的运输、振动、热冲击、2.1米高处跌落试验，结果为安全性100%、可靠性100%。所有的样件在经过跌落试验之后，均可成功通过改进型便携式炮兵引信感应装定器装定。ATK公司还透露，在以26千米射程、5号模块化发射装药发射，安装了PGK的M549A1式155毫米火箭增程榴弹中有90%达到了圆概率误差低于17米的水平，其中多数炮弹的脱靶半径为3~7米，比仿真的结果还好。

ATK公司研制的PGK，其实只有手掌大小，比传统的炮弹引信只大一点点。那它为什么能在如此小的空间里完成制导任务？

不能动的鸭式舵

猛一看到装了XM1156，也就是PGK的155毫米炮弹弹丸，你可能会说：它好像就是一个装了四片鸭式舵的炮弹，不过这鸭式舵确实很小巧。可当你再凑近一点看，就会发现这鸭式舵跟导弹上常见的那种完全不一样：它的根部没有转轴，而是和下面的一个外壳死死“焊”在一起。不能转动！那如何修正弹道？难道要靠别的东西？

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ATK 公司的PGK 结构图。中心部分是多个电路板，包括带GPS接收机的制导系统，无线电炸高探测器，弹载计算机。11 是引信衬套，连接到弹丸上。它的内部是可变负载系统（22）。旋转舵片和操纵舵片固定在壳体上，壳体内是永磁体（24），通过前轴承（13）、后轴承（15）套在引信衬套外，因此能自由旋转。20 是转子线圈绕组，和永磁体（24）相对旋转后，就能发出电，送到可变负载系统（22）

不，就是靠它们。你再走近一点，仔细看看四片鸭式舵的角度，会发现一个区别：一对鸭式舵的偏转方向是反的，也就是差动式偏斜，在炮弹飞行时的气流作用下，会产生一个左旋的扭力，叫做“旋转舵片”；另一对的偏转方向相同，气流吹动它们后会产生一个侧向力，我们叫它“操纵舵片”。修正弹道的奥妙就在这个偏转角度，以及组件内部的一套精巧结构上。简单地说，可以把它们形容为一个小小的“发电机”。

鸭式舵和它们下面的那个圆台形外壳，是可以旋转的，而且外壳内有一圈永磁体，相当于“发电机”的外圈。这个旋转部件叫作“头部组件”，里面套着的是“引信套”。引信套的后部是标准螺纹，能和普通引信一样，旋接到弹丸顶端。因此在弹丸发射后，这个引信套将跟着弹丸一起旋转。标准螺纹的前面，是控制弹丸运动的核心部件，有一圈转子线圈，我们可以把它看作“发电机”的内圈。弹丸飞行时，外圈的头部组件在那对差动式偏斜鸭式舵，也就是旋转舵片的作用下，会向左旋转，而内圈的引信套随着弹丸本体向右旋转，结果就像发电机一样产生电压和电流，送到一个负载系统中。这个负载系统中，有一个可调电阻。“发电机”中电压、电流的大小，与旋转舵片上受到的气动力矩，内外圈的相对转速，还有负载系统中的电阻大小，都有关系。电阻增大，“发电机”的转速就会提高；反之，调小电阻就会降低转速。通过实时、连续调整电阻，就能控制外圈的头部组件的转速，让它和弹丸的旋转速度相同。可这两者的旋转方向是反的，因此这时从外界看炮弹，就会发现头部组件是不旋转的，固定在某个角度。这个过程也可以叫做“消旋”。

消旋后的头部组件上，还有一对偏转方向相同的操纵舵片，它们会让弹丸向某个方向偏转，也就是改变它的攻角。攻角一变，气流作用到弹丸上的力也会变，从而改变弹丸的飞行轨迹。因此，PGK修正弹道的秘籍，就是通过控制旋转弹丸头部的一个“发电机”，把一对操纵舵片转到它所需要的角度，从而控制弹丸向左右上下方向“拐弯”，修正弹丸落点。它不仅能在射程远近上修正，还能在左右方向上修正，因此属于二维弹道修正。而现在研制的弹道修正引信，大多还属一维弹道修正引信，主要是通过各种减速装置，改变弹丸的飞行阻力，从而在射程这一个方向上实现修正。

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这种制导迫击炮弹采用的鸭式舵, 在根部有转轴, 因此其控制方式与导弹上的各种舵面很相似, 内部需要一套作动机构

当然，除了这个“发电机”，PGK里还有其它必要的核心部件，包括GPS 天线、弹载计算机等。它们负责接收GPS 信号、确定弹丸位置、根据实际弹道进行解算，然后把弹丸落点和预先装定的目标点相比较，产生操控指令，送到那个“发电机”里。至于这些电子设备工作时所需要的电源，当然不用发愁了。

介绍到这里，大家可以看出，ATK公司的PGK里只有一个运动部件，两个轴承，移动部件非常少。而传统的、导弹那种样式的控制系统，不仅需要几个舵面转轴、作动器等很多小机构，还得配备电源等辅助器件。谁大谁小，价格高低，很容易比出优劣了。当然，这么简单、便宜的制导组件，也不会是样样都好，在修正范围、精度上肯定会比其它精密复杂的制导组件差一些。可整个PGK项目对精度的要求不是很高，并不追求“铜斑蛇”那样的打坦克能力，ATK公司的这套PGK已经可以胜任。

像很多新技术一样，PGK也会面临一些技术难关，特别是炮射制导弹药们都会碰到的一个大问题：过载。PGK里的电子器件，都要能承受炮弹发射时的巨大过载。美国过去的“铜斑蛇”制导炮弹的最大射程只有16千米，而普通的155毫米榴弹最大射程近30千米。俄罗斯的“红土地”能达到20千米，但也是通过火箭增程方式实现的。究其原因，就是因为过载不能太大，所以弹丸初速受到限制。现在的PGK要用到普通炮弹上，最大射程要基本保持不变，而且今后还将用到初速更高的弹丸上，所以它在抗过载能力方面的要求更高。

也正是因为在这方面遇到了一些问题，PGK项目没能满足上述分阶段计划中的时间节点要求，至今还没有装备部队。和155毫米榴弹相比，120毫米迫击炮弹的发射过载要低很多，因此在这个PGK基础上发展出的MGK，也就是“迫击炮弹制导组件”（Mortar Guidance Kit），反倒先装备部队，成为世界上率先采用的二维弹道修正引信。

小弟先行，拔得头筹

由于美国步兵急切地盼望能够获得“建制、响应迅速的精确打击火力”，因此美国陆军专门起草了一份用于120毫米迫击炮的PGK需求声明，要求其精度达到10米甚至更小，单价在3 000~5 000美元之间。也就是我们前面说的2009年启动的“加快部署精确制导迫击炮弹计划”（APMI）项目。当时美国陆军与不同厂商进行了接触，要求他们在2009年5月份进行演示。ATK 公司随后就利用现成的PGK-1，装到制式M934 式120毫米迫击炮弹上，做出了自己的竞争方案，称为“迫击炮弹制导组件”（MGK）。他们还在M934迫击炮弹的尾翼上加装了折叠弹翼。我们从前面有关“发电机”的介绍中已经知道，PGK必须在弹丸旋转时才能工作，所以要通过加装弹翼，使本不旋转的普通迫击炮弹转起来。

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配用PGK的榴弹

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XM395 制导迫击炮弹结构示意图

在平时存储中，XM395炮弹的头部需要盖上一个鸭式舵盖，以保护鸭式舵，并且协助将编程数据装定到引信中。配套开发设备中还有M32轻型手持式迫击炮弹道计算机，M150/M151非车载迫击炮火控系统，以及用于设定目标位置和制导信息的XM701精确轻型通用迫击炮弹装定系统。XM701系统中嵌入了为“神剑”155毫米精确制导炮弹研发的M1155A1改进型便携式感应炮兵引信装定器（EPIAFS）。这些改进工作均由美国陆军武器研发与工程中心完成。

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美国士兵正在发射XM395 制导迫击炮弹

除这些特殊部件、配件，XM395就与普通迫击炮弹差不多了。弹体仍为制式M934A1，内部装药也一样，都是B炸药。弹尾子部件还是制式基本药管、4个发射药包和4片尾翼。

ATK公司的XM395迫击炮弹之所以能迅速实现部署，主要就是因为他们借鉴了PGK的技术，因此在设计上有很多相似之处。两者的零部件中有90%相同，ATK公司的PGK生产线也能完成MGK的生产任务，这大大降低了研制、部署整个环节中的风险和成本。

2011年3月26日，驻阿美军101空降师4旅506步兵团1营C连，在库沙蒙德前沿作战基地首次发射了一枚XM395迫弹，结果落在了离目标不到4米的地方。这个旅曾在2008年发射过第一枚“神剑”制导炮弹，这次试验是XM395作战评估试验的内容之一。

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M1155A1 改进型便携式感应炮兵引信装定器（EPIAFS）,可以为多种制导炮弹的引信装定数据

2011年6月，美国陆军首次在作战中使用了XM395。战后的初步报告显示，该弹在首次作战使用中达到了预定精度，且作用过程符合可靠性指南中的要求，取得了良好的效果。也就是说，XM395制导迫击炮弹在实战条件下的性能与测试条件下的性能一样优异。

步兵营级指挥官长期以来都依靠建制迫击炮实现火力打击。到目前为止，迫击炮系统在精度上的提高主要源自火控的改进。XM395的设计方案可以将现有120毫米普通迫击炮弹升级成精确制导弹药，命中精度提高到10米以内，使得局部战场上的指挥官也具备建制精确打击能力。XM395不会完全替代所有制式120毫米迫击炮弹，但它提供的迅速而精确的打击能力，对于火炮及直射火力无法攻击的目标（如山区或特定城区作战环境中）来说尤其重要。

XM395迫击炮弹不仅是世界上最先装备的GPS制导迫击炮弹，也是率先采用二维弹道修正引信的弹药，标志着弹道修正引信已正式部署并初步形成作战能力。