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0 引言
近程防空反导武器主要包括小口径速射火炮和近程防空导弹，广泛应用于陆基、舰载和机载，是近程防空反导系统的重要组成部分。小口径速射火炮是抗击中低空飞机、直升机、巡航导弹、战役战术导弹的重要武器装备，是形成弹幕、终端毁伤来袭武器以保卫重要目标的最后一道屏障。随着战场条件和目标特性的变化，对近程防空反导武器提出了新的需求，在国内外现有小口径速射火炮武器系统的基础上，分析高射速发射火炮武器系统的特点，展望我国小口径速射火炮武器系统的发展。
1 概述
小口径速射火炮，涵盖23mm、25mm、30mm、35mm、37mm 等口径，发射方式涵盖转管发射（多管转管自动机、多转管自动机共架）、转膛发射、双管联动、并行发射及电控串行发射（“金属风暴”）等。随着技术的进步，小口径速射火炮性能突飞猛进，瞬时射速达到几万～几十万发/min。其中，射速为1000～8000 发/min 的小口径火炮发射、弹药技术等技术群称为“高射速发射技术”；而发射速度达到8000 发/min 以上的小口径火炮发射技术、弹药技术等技术群则称为“超高射速发射技术”。
高射速发射技术，由小口径火炮武器系统的雷达、光电等传感器跟踪来袭目标，计算机解算，指挥火炮，发射密集弹丸形成弹幕，击落穿过中远程防空火力的“漏网者”，有效保卫重要目标、战略要地、机动部队和二次打击能力，是抗击巡航导弹、空地导弹、反舰导弹、制导炸弹以及无人飞机等攻击的有效屏障。在近年来的历次防空反导作战中都发挥了重要作用。
1973 年10 月的第4 次中东战争，以色列共损失飞机120 架，其中被23mm 高炮武器系统击落的占55%，在埃军突破“巴列夫”防线的一次战斗中，前3 小时以军飞机就被埃军23mm 高炮击落18 架。1982 年英阿马岛战争中，马岛阿方的地面防空力量只有一个防空营，但它的30mm 和40mm 高炮却击落了英军11 架飞机，占英军损失飞机总数的32%。
1991 年43 天的海湾战争中，伊军的防空导弹只击落了10 架敌机，占多国部队损失战机的16%，高炮击落敌机却有54 架，占总数的84% 之多，且还击落2 枚“战斧”式巡航导弹。
1998 年12 月17 日，美英对伊拉克又发动了代号为“沙漠之狐”的空中打击，美军在头两天即发射了305 枚巡航导弹，但其中的77 枚被23mm 高炮武器系统的密集炮火击落。
1999 年3 月29 日爆发科索沃战争，南联盟防空军在6 天中，用小口径高炮击落北约飞机13 架，包括F-117A 隐形飞机，以及击落30 枚巡航导弹。到5 月29 日，南联盟防空部队击落了47 架北约飞机，4 架直升机和21 架无人驾驶飞机以及近100 枚巡航导弹。其中80% 以上由小口径高炮击落。
舰载近程防御系统，1982 年英阿马岛之战，英国皇家海军驱逐舰被“飞鱼”反舰导弹摧毁。一向相信“反导弹”导弹的英国皇家海军，紧急装备小口径高射速火炮，形成弹幕，摧毁来袭导弹，保卫舰艇。其他国家吸取教训，在大型水面舰艇上装备了高射速小口径火炮武器系统，如“密集阵”、“守门员”、“海上卫士”、“梅罗卡”等。俄罗斯驱逐舰装有AK-630 小口径火炮系统。
2 主要应用领域和特点
(1) 小口径火炮武器系统广泛应用于陆军、海军和空军，用于野战防空、要地防空、舰船防空和飞机空中近距格斗。
① 野战防空：保障地面行动的对空安全、伴随地面行动的防空作战，作战对象主要是歼轰机、强击机、直升机和无人机等战役战术性空袭兵器。
② 要地防空：掩护重要城市、重要民用设施和重要军事目标的单纯防空作战行动，作战对象主要是轰炸机及发射的空地导弹、炸弹和巡航导弹等战略性空袭兵器。
③ 舰船防御：掩护水面重要舰船的防空作战行动，作战对象主要是轰炸机及发射的炸弹、反舰导弹，敌舰发射的反舰导弹。
④ 空中近距格斗：在飞机速度快、抖动大、射弹散布大的情况下，抓住稍纵即逝瞬间，发射足够多弹药，毁歼目标，作战对象主要是敌方飞机和地面目标。
(2) 小口径速射火炮武器系统的特点包括：
① 抗击目标种类多：小口径速射火炮武器系统，抗击目标的飞行信息由系统配置的雷达、光电等传感器测量提供，用通信网把雷达、光电等多种传感器组网，实现对多种类型目标探测，有效抗击飞机、巡航导弹、迫击炮弹、火箭弹等多种目标.
② 抗干扰能力强：小口径速射火炮武器系统抗电磁干扰的能力较强。强电磁干扰不会影响其战斗力的发挥，炮弹出膛后的自由飞行，不受电磁干扰；探测系统可以选配多种传感器，如雷达、白光CCD、微光CCD、激光测距、红外夜视等装备，可以根据战场的电磁环境选用。
③ 反应时间短：随着检测传感器的应用，小口径速射火炮武器系统配有姿态传感器和自动调平装置，完成射击准备时间仅只要几分钟，从捕获目标到射击开火时间仅为8 s，甚至6 s，炮弹飞行时间3～4s，从捕获目标到炮弹击毁目标仅需要20s。
④ 持续作战能力强：小口径速射火炮武器系统，配有备用弹箱或弹鼓，可预装弹药。当弹箱和弹鼓的弹药用完后，可从备用弹箱、弹鼓快速补充，完成持续抗击高强度、多批次空袭目标的作战任务。
⑤ 成本较低：小口径速射火炮与防空导弹具有互补性，其发射无控弹药抗击目标，与其它近程防空武器相比成本相对较低。通过理论计算证明，对低、近空快捷或遮蔽目标，仅有小口径速射火炮存在射击时机，与近程防空导弹有互补性。
⑥ 毁歼概率不断提高：随着目标探测和跟踪技术、滤波和解算技术、高精度数字随动控制技术以及射击校正技术（包括虚拟闭环、大闭环校射、未来空域窗射击体制）等广泛应用，小口径速射火炮武器系统对目标的毁歼概率将大幅提升。
⑦ 发射条件有较明显限制：为保证射击精度，一体化小口径速射火炮武器系统，对武器载体的姿态和稳定性要求较高，需要姿态稳定和修正系统；对于非一体化武器系统，目标传感器和小口径速射火炮武器系统的时空坐标，必须统一标定。
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3 面临的新问题
未来战争，小口径速射火炮武器系统打击、毁伤目标的种类、性能都有较大发展。相应地，其预警、跟踪、瞄准、毁伤等性能必须有较大的飞跃，才能适应“建设信息化部队，打赢信息化军队”战略目标的需要。
精确制导弹药巡航速度大幅提高，达到4～5马赫，小口径速射火炮武器系统毁伤概率低。各类精确制导弹药不断提高飞行速度， 以提升突防能力，发展2～4 马赫导弹。研究表明，小口径速射火炮武器系统对超高音速目标的毁歼率和目标速度呈负指数关系，如5000 发/min 的小口径速射火炮对0.8 马赫导弹的毁伤概率能达到80%，对2 马赫导弹只有40%，对4 马赫导弹才22%。显然小口径速射火炮武器系统对2～4 马赫的目标毁伤概率太低。
对炮弹、迫击炮弹、火箭弹等弹药，小口径速射火炮武器系统毁伤能力不足。目前，永久性兵营、重要目标和前方作战基地，对防御炮弹、迫击炮弹和火箭弹等零星弹药的攻击，提出了强烈需求，即所谓C-RAM 计划。由荷兰牵头的12 国DAMA 工作小组确定的C-RAM 计划框架包括6 个核心功能或“支柱”，即：预防、探测、告警、拦截、防护和攻击。其攻击手段，主要依靠小口径速射火炮武器系统。炮弹、迫击炮弹和火箭弹等目标，体积小、外壳坚硬，并且必须直接毁伤。对小口径速射火炮武器系统的探测、解算和毁伤都提出了新的要求。对直升机小口径速射火炮武器系统跟踪、毁伤能力弱。未来战争将加强发挥直升机的作用。直升机能在距目标4km 以外发射导弹、火箭等反坦克弹药，打击装甲车、坦克等机动装备，直升机的大量使用，已成为野战机动部队的克星。直升机的机动性能高，底部装甲厚，防护能力强，炮弹难于毁伤。
对微小型无人机，小口径速射火炮武器系统预警能力不足。微小型无人机多用于战场侦察、战场评估、目标指示、无线中继等作战目的，有时还具有攻击能力，但其雷达反射截面小、体积小、飞行高度低，难于发现，给瞄准、跟踪、毁伤造成困难。
4 小口径火炮速射技术发展概况
提高发射速度，是提高小口径速射火炮武器系统毁伤性能的重要内容。技术途径有3 种：转管发射、平行发射和串平行发射。
(1) 转管发射技术
转管发射技术将炮弹发射的开闩、上膛、闭锁、击发、抽壳、抛壳等串行步骤，在炮管转动过程中流水作业，多工位并行完成，缩短发射过程时间，提高发射速度。转管发射技术以俄罗斯和美国为代表，俄罗斯略胜一筹。俄罗斯内、外能源转管武器均有，以内能源转管武器为主，内能源以部分火药燃烧能量驱动炮管转动，先后研制了口径为23mm、30mm，炮管数为4 管、6 管的转管炮，80 年代初研制的Gsh-623mm 内能源转管炮，射速可达12000发/min，平均单管射速2000 发/min，是单管射速最高的转管武器，已装备米格－31 和苏－24 战斗机。美国则以外能源转管武器为主，外能源以电机驱动炮管转动，先后研制了口径为20mm、25mm和30mm，身管数为3～7 管的系列化转管炮，分别安装在F22 等先进战机、绝大部分舰艇以及战车上。
(2) 并行发射技术
并行发射技术采用多炮管并行集成、数字控制精确击发、整体缓冲、整装集束供弹。目前采用并行发射技术的有俄罗斯和北约。俄罗斯研制了31管约20mm 并行发射火炮，试验瞬时射速达到20万发/min 以上。北约的西班牙FABA 公司研制的梅罗卡（Meroka）12 管20mm 并行发射火炮，装在阿斯图里亚亲王号航空母舰，F100 级“宙斯盾”防空护卫舰、驱逐舰等舰上，其射速为9000 发/min（瞬时射速未见报导），射程为3000m。
(3) 串行发射技术
串行发射技术以美国和澳大利亚合作的“金属风暴”为代表。采用预装填堆栈式弹药、电子控制脉冲点火、多管组合，实现超高射速发射。串行发射可单管使用，也可多管、多口径、多弹种组合使用。其单管最高瞬时射速可达60000 发/min，多管并联计算，其瞬时射速可超过160 万发/min，且精度和毁伤概率较高。美国和澳大利亚已联合推出了从单管到36 管的11 种演示装置，利用电子感应点火发射技术，成功发射了9mm、12.7mm、40mm 和60mm弹药，并实现高膛压发射。在2006 年新加坡亚洲航空展上，首次展出的“赤背蜘蛛”（Redback）样机可作为车载武器、护航武器，还可供特种作战部队使用，可发射空爆弹、非致命弹等多种40mm 弹药。
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5 发展展望
小口径速射火炮武器系统，是用于抗击高速目标的武器系统，整体性能需要不断提高。提高火炮武器的射速，要从理论研究、配套装备等全面提高，以提高抗击超高音速目标和小目标的能力。
(1) 深入研究武器系统理论
抗击超高音速精确打击弹药，小口径速射火炮武器系统性能面临新问题，需武器系统理论的支持。
可控散布是提高火炮武器系统命中概率的重要途径。所谓可控散布，是根据目标未来点，控制火炮发射诸元，实现无论目标远近，发射的炮弹都有相同散布密度和散布面积，提高命中概率。研究利用火炮发射时的振动、炮口流场、计算机控制等，是实现射弹可控散布的途径。
虚拟闭环技术，是消除部分系统误差的重要手段。实现大闭环校射，是提高毁伤概率的重要途径，但由于目标飞行速度加大，可射击时间缩短，没有足够的时间实现大闭环校射。故提出虚拟闭环理论，对部分射击误差进行修正。所谓虚拟闭环，指探测弹丸出炮口后最初几秒的弹道，并且进行外推，计算弹丸和目标的交会误差，修正射击诸元，后续发射的炮弹实现与目标交会，毁伤目标。
(2) 提高火炮瞬时射速和持续射击时间
由于抗击目标的速度提高、种类增加，与之对应，武器单体的性能、功能也需相应提高，其中最重要的是提高火炮的瞬时射速和持续射击时间。
最新研究表明，目标进行直线飞行时，目标速度不断提高，火炮武器系统可射击时间不断缩短，但存在非零极限：炮弹最大有效射程飞行时间与最小有效射程飞行时间之差，即（tw = t1－t2 ），式中tw 为可射击时间，t1 为最大有效射程的炮弹飞行时间，t2 为最小飞行时间，即航路和瞄准死界交点的飞行时间。例如，如果最大有效射程的弹丸飞行时间为5s，最小有效射程弹丸飞行时间为2.6s，则至少有2.4s 可射击时间。因此，要提高对高超音速目标的毁伤概率，需要在可射击时间内，发射尽量多的炮弹，以提高对目标的毁伤概率，提高火炮发射的瞬时射速和持续射击时间。因此，平行发射需要选择合理的管数，并且突破高速自动供弹技术，提高火炮的持续发射能力；串并结合发射方式，需要突破单管多弹发射技术，才有实用价值。
(3) 弹炮结合，扩展火力覆盖范围
小口径火炮武器系统和防空导弹具有互补性，弹炮结合是提高一次打击的毁伤概率的有效途径。
防空导弹打击距离远，一般可以达到4～5km；命中精度高80%～90% 的毁伤概率；计算简单，自动寻的。小口径火炮的有效射击距离只有3km，但是火力猛，机动性好，对付高超音速目标具有特别优势，防空导弹和小口径火炮相结合，具有突出优点，火力覆盖范围阔，毁伤概率高。结合方式有软联接和硬联接2 种方式，软联接，弹、炮不共架，由统一指挥控制系统控制发射；硬联接，弹、炮共架，同一个机械转台，由一个指挥控制系统控制发射。
最完美的弹炮结合方式是火炮既能发射炮射导弹或弹道修正炮弹等智能化炮弹，也能发射普通炮弹。用火炮发射智能炮弹，能充分发挥炮弹初速大、瞄准未来点的特点，充分发挥智能炮弹跟踪目标、修正弹道的长处，简化武器系统，提高毁伤概率。
(4) 提高传感器威力
目标速度增大，传感器的威力必须随之增加。
研究表明，火炮武器系统，从捕获目标到火炮开火时间为6s，弹丸从出炮口到目标未来点的飞行时间为4s，粗略估计需要提前10s 发现目标，以速度为5 马赫的目标飞行为例，如加上火炮可射击最远点的距离约3km，提前10s 折算为火炮可射击最远点到目标距离约17km，这时目标离火炮约20km。如果跟踪传感器靠近火炮，需要其威力达到20km，这对跟踪传感器是新的挑战，现在跟踪雷达的威力一般在15km，光电传感器的威力在晴好天气能达到12km，如在夜晚，红外传感器的威力只有10km。如目标飞行高度较低或目标的反射截面较小，传感器威力大受影响，目标的反射截面减小一半，有效探测距离将减少75%，由于地球的曲率，传感器对低空目标的探测距离进一步缩短，即威力减小。这些因素的综合效果，归总到推迟火炮发射时间，不能实现最大有效射程的射击，缩短火炮可射击时间，甚至错过火炮的射击时间。故小口径速射火炮武器系统，抗击高速目标，必须提高传感器的威力。
提高传感器威力的有效途径之一是传感器联网，将多个传感器联成一个传感器网络，前置传感器探测的信号，通过有线、无线网络传给解算装置，求取火炮射击诸元，实现最大有效射程的射击。传感网络的建设，要地防空系统可通过光纤网络，联成传感器网络；野战防空反导系统，需要建立无线传输网络，将机动传感器联成传感器网络，实现传感器的共用机制。
6 结论
实践表明，小口径速射火炮在未来的信息化战争中，大有用武之地，是陆海空三军和二炮的必须装备。根据小口径速射火炮武器系统不断扩展的应用范围，需要加强应用基础的研究，促进自主创新；需要新的理论支持，推动炮口流场理论发展；开发智能化供输弹、补弹技术，提高持续射击时间；开发大威力、全天候传感器，网络化传感器，提高传感器威力。
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