【科普中國軍事科技】要準(zhǔn)，更要“穩(wěn)”，坦克火炮穩(wěn)定跟蹤的秘密

火炮是坦克的主要攻擊平臺(tái)，伴隨著科技發(fā)展火炮穩(wěn)定器扮演了重要的作用。坦克在運(yùn)動(dòng)中會(huì)隨地形的起伏發(fā)生顛簸震動(dòng)，炮管也會(huì)隨車體上仰下俯，高低角發(fā)生變化。此時(shí)高低向穩(wěn)定器中的陀螺傳感器立刻感受到了炮管高低角發(fā)生了變化。于是將感受到的變化量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)火炮加上修正力，使之迅速恢復(fù)到原定位置。此時(shí)傳感器便沒有信號(hào)輸出，修正力也隨之消失，炮管不再轉(zhuǎn)動(dòng)。如果車體在避開障礙物時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)向，則方向穩(wěn)定器也會(huì)把感受器感受到的變化量變成電信號(hào)輸出放大，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)給炮管加上方向修正力。這樣，盡管車體可能是尾朝前，頭朝后，但炮管始終指向目標(biāo)方向，從而提高了坦克在運(yùn)動(dòng)中的射擊精度和首發(fā)命中率。

在擾動(dòng)式火控問世之后，坦克炮手的主要任務(wù)從精準(zhǔn)的“射擊”變成了穩(wěn)定的“跟蹤”。但是由于擾動(dòng)式火控必然會(huì)影響現(xiàn)有的瞄準(zhǔn)線，必須調(diào)整炮塔進(jìn)行瞄準(zhǔn)，耽誤時(shí)間的同時(shí)還增加的炮手的工作量和工作壓力。為此，為了讓炮手的瞄準(zhǔn)效率更高，瞄準(zhǔn)一次就可以精確射擊，對(duì)于非擾動(dòng)火控的研究由此展開。

非擾動(dòng)？微擾動(dòng)！

為了解決炮手二次瞄準(zhǔn)的問題，英國首先開始了這個(gè)領(lǐng)域的嘗試。英國工程師給出的答案是電同步火控，炮長瞄準(zhǔn)鏡并沒有和火炮進(jìn)行任何鋼性連接，而是通過設(shè)備監(jiān)測(cè)炮管的俯仰角度，然后用電機(jī)控制炮鏡的視角俯仰。當(dāng)火炮需要進(jìn)行垂直方向的提前量裝定時(shí)，瞄具完全不需要運(yùn)動(dòng)，改變俯仰角的指令只會(huì)傳達(dá)到火炮上。在垂直方向上的瞄準(zhǔn)線實(shí)現(xiàn)了徹底的穩(wěn)定，有效的降低了炮手的工作壓力。

（圖為英國“酋長”式坦克，安裝有IFCS電同步火控 圖片來源：百家號(hào)）

然而，在水平方向的提前量裝定上，電同步火控也做不到盡善盡美。不同于擾動(dòng)式火控，電同步火控的分劃不會(huì)運(yùn)動(dòng)，一直處于視場中心。當(dāng)完成測(cè)距進(jìn)行水平方向的提前量裝定時(shí)，移動(dòng)的不是分劃板和準(zhǔn)星，而是整個(gè)視場。換句話說，電同步火控的水平方向提前量裝定更接近于雙步進(jìn)電機(jī)式火控，只不過移動(dòng)的不是分劃線，而是整個(gè)炮鏡視野。在炮手看來，相當(dāng)于當(dāng)前的跟蹤有一些誤差，可以直接在炮手操作手柄上完成修正，動(dòng)作非常自然。所以，電同步火控可以更有效的幫助炮手精準(zhǔn)而自然的命中目標(biāo)，反應(yīng)速度也相當(dāng)優(yōu)秀，一直被英國用到了“挑戰(zhàn)者”主戰(zhàn)坦克上。

（IFCS使用了一個(gè)電動(dòng)可控的上反射鏡總成，晝間瞄準(zhǔn)鏡和夜間瞄準(zhǔn)鏡共用該上反射鏡，當(dāng)主炮仰俯時(shí)，通過炮解算器計(jì)算主炮仰俯角度，控制上反射鏡的角度，從而達(dá)到炮鏡同步的目的。 圖片來源：搜狐）

然而，電同步火控也并非盡善盡美。在電同步火控開始裝定提前量的時(shí)候，炮手會(huì)體驗(yàn)到相當(dāng)于“目標(biāo)加速”的感覺。而當(dāng)提前量裝定完成，又會(huì)體會(huì)到“目標(biāo)減速”。本質(zhì)上，炮手的手部運(yùn)動(dòng)和擾動(dòng)式火控是一樣的，只是視覺上更加穩(wěn)定。同時(shí)，電同步火控非常依賴坦克供電，一旦斷電必然無法使用，各國使用電同步火控的坦克上也大多配置了備用瞄準(zhǔn)鏡用于應(yīng)對(duì)這一情況。

何以解憂，唯有穩(wěn)像

而在鐵幕彼岸，蘇聯(lián)的工程師們則開始了穩(wěn)像式火控的研發(fā)。1967年，蘇聯(lián)火控系統(tǒng)的工程師們收到了第一臺(tái)1D7型激光測(cè)距儀，這成為了日后蘇聯(lián)火控研發(fā)的起點(diǎn)。1970年，基于1D7激光測(cè)距儀的1G20火控進(jìn)入測(cè)試環(huán)節(jié)，蘇聯(lián)科學(xué)家很快便意識(shí)到，激光測(cè)距儀能做的事不止于此。僅僅一年后，蘇聯(lián)科學(xué)家就利用激光測(cè)距儀精確定位目標(biāo)的能力開發(fā)出了1G21型穩(wěn)像火控，成為了世界上第一臺(tái)穩(wěn)像式火控。

（圖為蘇聯(lián)1G42型穩(wěn)像火控炮長鏡，是基于之前的型號(hào)1G21的改進(jìn)型，放大倍率為3.9x 至 9x可調(diào)整，視角為20°至 8.4°，首次實(shí)現(xiàn)了視場在垂直和水平方向上的穩(wěn)定，原理是通過具有兩個(gè)自由度的大型機(jī)械陀螺儀進(jìn)行穩(wěn)定。 圖片來源：知乎）

不同于擾動(dòng)式火控，穩(wěn)像式火控追求在跟蹤-測(cè)距-攻擊的全部流程中瞄準(zhǔn)線沒有任何運(yùn)動(dòng)，炮手也只需要維持穩(wěn)定的跟蹤，也沒有電同步火控的“視場移動(dòng)”，極大的降低了炮手的工作壓力。為此，炮長鏡需要被獨(dú)立雙向穩(wěn)定，火控計(jì)算機(jī)將會(huì)獨(dú)立負(fù)責(zé)全部的調(diào)炮工作。換句話說，炮手只需要穩(wěn)定的跟蹤目標(biāo)，其他的全部由火控計(jì)算機(jī)完成。這種工作方式讓炮手的工作更加輕松，射擊速度也有大幅度提高，只要看到示意“火炮到位”的提示就可以發(fā)射，非常便捷好用。

蘇聯(lián)的第一代穩(wěn)像式炮長鏡1G21于1973年前后完成，但是由于激光技術(shù)的缺陷，面對(duì)發(fā)射的濃厚煙霧，并不能很好的適配炮射導(dǎo)彈。改進(jìn)工作于1974年開始，并且在1976年完成了最終產(chǎn)品1G42。1G42炮長鏡擁有1G21的全部優(yōu)良特性，并且具備了發(fā)射炮射導(dǎo)彈的能力。該火控系統(tǒng)同年裝備T-64B坦克，讓蘇聯(lián)坦克的火控水平一度超越了西方，具備了優(yōu)秀的晝間動(dòng)對(duì)動(dòng)射擊能力。

為了減小炮塔外開口的尺寸，1G21和1G42炮長鏡盡量壓縮了暴露空間，上反射鏡只進(jìn)行俯仰方向穩(wěn)定，下反射鏡只進(jìn)行水平方向穩(wěn)定。這一方案帶來的好處是炮塔頂部的開口尺寸得到了控制。面對(duì)榴彈或爆炸超壓武器攻擊時(shí)，更有可能保證火控不會(huì)損壞。同時(shí)由于蘇聯(lián)穩(wěn)像火控采用了機(jī)械連接的方案，即便車體斷電也不會(huì)影響炮鏡使用，可以不設(shè)置備份觀瞄窗口。但是，由于蘇聯(lián)穩(wěn)像火控同樣需要使用棱鏡，導(dǎo)致通光量不足，在使用夜視儀或熱成像儀時(shí)光亮過低，難以成像。

熱成像和上反

緊隨蘇聯(lián)之后，德國和美國的工程師們也開始了穩(wěn)像式火控的開發(fā)工作。為了解決蘇聯(lián)穩(wěn)像式火控面對(duì)的問題，美德兩國的工程師不約而同的選擇了上反方案。所謂上反火控，即針對(duì)上反射鏡同時(shí)進(jìn)行水平和俯仰方向的穩(wěn)定，下反射鏡可以固定不動(dòng)，也不再需要棱鏡體。這一方案保證了通光量足夠，可以在穩(wěn)像式火控中使用熱成像設(shè)備或夜視儀。

（圖為模擬器中的M1A2坦克穩(wěn)像式火控，測(cè)距后準(zhǔn)星沒有任何移動(dòng)，穩(wěn)定跟蹤即可 圖片來源：嗶哩嗶哩）

由于上反射鏡需要進(jìn)行獨(dú)立穩(wěn)定，上反式火控的暴露尺寸則要大得多。同時(shí)，由于上反射鏡穩(wěn)定，下反射鏡固定，火炮的調(diào)整需要依靠電同步進(jìn)行。上反式火控也存在和電同步火控一樣的問題：斷電情況下無法運(yùn)作。為此，使用上反火控的坦克都設(shè)置了獨(dú)立的白光備用瞄準(zhǔn)鏡以防萬一。但是瑕不掩瑜，上反火控的維修和更換、升級(jí)都相當(dāng)方便，也可以更方便的實(shí)現(xiàn)炮鏡合一：白光通道、紅外通道可以從一個(gè)同一個(gè)窗口觀看，隨時(shí)切換，減少了炮長需要操作的設(shè)備，也可以將瞄具的位置設(shè)置在更符合人體工程學(xué)的位置。使用國產(chǎn)下反式火控的我國和使用蘇聯(lián)式火控的俄羅斯也在千禧年之后逐漸換裝上反式火控，提高夜戰(zhàn)和索敵能力。

穩(wěn)像式火控是目前現(xiàn)役最先進(jìn)的火控方案，其操作難度低，精度較高，炮手瞄準(zhǔn)快，受到了各國的一致認(rèn)可。未來，坦克火控又將何去何從？

出品：科普中國

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

作者：黃天（海東青科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)）

審核專家：劉曉峰（資深軍事科普作家）

策劃：金赫