问题

能否简单介绍一下现代坦克的火控系统?

回答
好的,咱们就聊聊现代坦克那叫一个“神乎其神”的火控系统,这玩意儿可不是简单地把炮管对准目标扣动扳机那么回事,而是现代科技集大成的体现,让坦克在战场上能“看见”、“计算”、“命中”一条龙服务。

话说回来,火控系统这玩意儿,说白了就是为了让坦克这大家伙,能在颠簸的战场环境下,快速、准确地命中移动中的目标,并且还得是对方还没反应过来的时候。所以,它得是个全能选手。

咱们把它拆解开来看,大致可以分成这么几个核心部分:

1. 观瞄系统:坦克的“眼睛”和“大脑”

这绝对是火控系统的基石。没了看得清楚,一切都是空谈。现代坦克的观瞄系统那可不是你家电视机那么简单。

车长观瞄镜: 这是车长大哥的专属设备,通常是全景式、多功能、高倍率的。别看它个头不大,但视野可广了,而且一般都有独立稳定的能力。车长可以用它来搜索周边环境,发现目标,然后把目标信息直接传给炮长去打。有些坦克的车长观瞄镜甚至具备夜视和热成像功能,就像装了个“透视眼镜”,不管白天黑夜,目标是跑不了的。
炮长观瞄镜/稳像仪: 这是炮手大哥的“主战场”。它通常集成在炮塔的正面,是整个火控系统的核心。最关键的是“稳像”技术。坦克在跑,炮管也在晃,如果炮手还得跟着这晃动去瞄准,那估计只能对着天开炮了。稳像仪通过陀螺仪、加速度计等传感器,实时检测炮管的震动和倾斜,然后通过液压或电动伺服系统,反向抵消这些运动,让你看到的景象保持稳定。你可以想象一下,就像你在摇晃的船上努力看一个远处的小点,而稳像仪就是那个帮你把画面稳定住的黑科技。而且,炮长观瞄镜里集成的东西可多了,有白天使用的白光通道,也有夜间使用的微光夜视和更高级的热成像仪。热成像仪能探测物体发出的红外辐射,所以就算目标藏在烟雾、伪装网或者黑暗里,只要它身上有温度,在屏幕上就是个显眼的“亮点”。
激光测距仪: 知道了目标在哪,怎么知道它有多远呢?这就得靠它了。炮长锁定目标后,会发射一束激光。这束激光以光速碰到目标,然后反射回来。火控系统计算激光往返的时间,就能精确到米地算出目标距离。这玩意儿比你估算、比老式的手摇测距仪那可高效多了,而且精度极高。

2. 火控计算机:大数据的“幕后黑手”

有了能看见的目标,还需要知道怎么打才能打中。这就是火控计算机的任务,它就是个超级计算器。

数据输入: 它需要接收来自各个“传感器”的各种信息,包括:
目标距离: 激光测距仪提供的。
炮管角度: 发射的炮弹是以抛物线轨迹飞行的,炮管仰角角度自然是关键。
坦克本身信息: 比如坦克的倾斜角度(车体是不是歪的)、炮管的温度(炮管热了会变形,影响精度)、甚至弹药的类型(不同弹药的弹道特性不同)。
环境信息: 风速、风向(对炮弹有很大影响)、气压、温度(这些都会影响炮弹的飞行)。
目标运动信息: 炮手在瞄准过程中,火控系统会持续记录目标的移动方向和速度,然后进行预测。
弹道解算: 这可是它的核心工作。计算机根据输入的各种数据,利用复杂的弹道模型,计算出炮弹从炮膛飞出,经过大气层,最终击中目标的准确角度和提前量。这个提前量就是你经常听到的“提前量瞄准”,意思就是你得瞄准目标前方一点点,让炮弹飞过去的时候,目标正好走到那个位置。
伺服系统控制: 计算出来的结果,会转化为指令,通过伺服系统控制炮塔的转动和炮管的俯仰,让炮弹朝着计算出的准确方向飞去。

3. 弹药及火炮整合:打出去的“硬通货”

火控系统最终的目的是控制火炮发射弹药,所以弹药和火炮本身也与火控系统紧密相连。

炮管稳定: 如前所述,炮长观瞄镜的稳像功能直接作用于炮管,确保炮管在瞄准过程中保持稳定。
弹药选择: 现代坦克可以发射多种弹药,比如穿甲弹(APFSDS,用来打装甲目标)、高爆弹(HE,用来对付步兵、轻装甲车辆或工事)、破片弹等等。火控系统可以根据目标类型和战术需求,帮助炮手选择最合适的弹药。
自动装弹机(部分坦克): 一些现代坦克配备了自动装弹机,这进一步提升了射速和效率。装弹机需要与火控系统联动,知道应该装载哪种弹药,然后以最快的速度将炮弹送入炮膛。

简单来说,现代坦克的火控系统就像一个“人机合一”的超级大脑:

车长是“侦察兵”和“指挥官”: 用他的全景视野搜索战场,发现敌人,指挥炮长。
炮长是“神枪手”和“数据处理员”: 通过他的观瞄镜锁定目标,看着屏幕上的信息,进行初步瞄准。
观瞄系统是“传感器”: 提供清晰的图像,测量距离,感知坦克的运动状态。
火控计算机是“超级大脑”: 整合所有信息,进行高速运算,发出精准的控制指令。
伺服系统是“神经传导”: 将大脑的指令转化为炮塔和炮管的精确动作。

正是因为有了这样一个精密的协作系统,现代坦克才能在极短的时间内,对移动中的目标完成“发现、识别、测距、瞄准、计算、射击”的全过程,并且命中率极高。这不仅仅是技术,更是战场上生存和取胜的关键。

所以,下次看到坦克,不妨想想它那套精密的火控系统,里面藏着多少工程师的心血和智慧!

网友意见

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坦克的火控系统比较简单,一般包括观瞄系统、弹道计算机、弹道修正传感器、瞄准线(火炮)稳定及伺服系统。按照对瞄准线、炮线的控制方式分为扰动式、非扰动式和指挥仪式三种,按照先进水平一般分为四代。

坦克火控从诞生到目前为止都是靠肉眼及光学瞄准镜来感知战场态势、捕捉目标、瞄准目标的,所以火控系统要解决的问题就是怎么让火炮击中瞄准镜里的目标。这就要引入几个概念,首先是瞄准线,这个就是瞄准镜里的观测基线,可以简单的理解为目标和瞄准镜准星的连线,另一个就是炮线,这个就是炮口指向。我们都知道火炮射出的弹丸的路径不是完美的直线而是一个不规则的抛物线,不同弹药的弹道也是不同的,很多因素也会影响弹道形状,简单把炮线在一定距离与准瞄准线相交是不能击中目标的,必须要根据弹道、目标距离等因素调整炮线才能准确击中瞄准镜里的目标,坦克的火控系统大致上说就是解决这一问题的。

较早期的坦克(发明之初到二战结束)火控系统基本就只有一个光学瞄准镜和手动或电动的火炮俯仰角及炮塔旋转装置,少部分坦克有垂直方向的火炮稳定器。这个时候弹道的计算简化为射击标尺,一般来说测距是假设知道目标的大致尺寸然后靠瞄准镜的密位线(距离1km处1米长度的距离在瞄准镜里长度是1密位)来实现,炮线调整靠一个简单的列表,表里根据弹种和距离可以查出火炮的俯仰角,然后再根据炮手的经验进行微调。这种就是简单的第一代火控系统,可以实现不太精准的静(自车精止)对静(目标静止)射击。

随着技术的发展,在二战之后到50年代火控系统发展到第二代,主要变化是增加了更可靠的测距仪和机械式弹道计算机,测距仪一般是景深式或者合像/裂像式测距仪,两种测距仪大致原理差不多,他们有两个不同位置的镜头,镜头对准目标后因为位置不同所以看到的图像当然也是不太一样的,坦克乘员会调整其中一个镜头的角度,让两个镜头的图像一样(景深方面一样就是景深式,轮廓方面一样就是合像/裂像式),因为两个镜头之间的距离是定死的,根据可动的那个镜头的调整幅度可以精确的算出目标距离。弹道计算机一般就是凸轮式的机械弹道计算机,选择弹种之后根据距离旋转凸轮可以直接得到炮口的俯仰角参数,从本质上来说和查表也没啥区别,但使用起来要方便、精确很多,这个时候基本普遍装备的手动控制、电力驱动的火炮俯仰、炮塔旋转装置,也普及了火炮垂直稳定器,某些坦克还有微光夜视或主动的红外线夜视系统,具有有限的全天候作战能力。第二代火控系统基本可以实现比较精确的静对静射击。

的60年代初到70年代左右火控系统进化到第三代,相比于第二代主要升级了弹道计算机,模拟电路式的弹道计算机取代了机械凸轮式的弹道计算机,这就意味着弹道的查询和修正可以引入更多的变量(以前只有弹种和距离两个变量),很多参数(气温、气压、药室温度、炮膛磨损、耳轴偏移等等)可以输入(自动或手动)弹道计算机,弹道计算机会自动计算出炮口需要调整的俯仰角及水平角度,某些比较先进的坦克甚至可以让弹道计算机直接控制火炮俯仰角及炮塔旋转的电机来自动把计算结果转换为火炮实际的俯仰角和水平角度,这个时候也基本标配了火炮的双向(垂直及水平)稳定装置和夜视系统(微光或主动红外)。第三代火控系统可以实现精准的静对静射击。

七八十年代之后随着微电子产业的大幅发展出现了第四代火控系统,相比于第三代比较核心的升级主要是配备了激光测距仪和数字式的弹道计算机。

激光测距仪是一种强大而操作简单的测距仪器,相比于之前采用的光学测距仪(景深式、合像式)最大的优点是快速、准确,光学测距仪一般得十几秒钟才能得到结果,而且得到结果的准确程度及时间很大程度上依赖乘员的操作水平,激光测距仪只需对准目标,按个按钮不到1秒甚至几毫秒就能出现准确的结果,激光测距仪也有缺点,主要是激光容易受到烟、雾、雨、雪等恶劣天气的干扰。数字式的弹道计算机,实际上可以理解为一个小型、功能单一的电脑,这种弹道计算机相比于模拟电路式的计算机突出的功能是计算能力强大,可以处理更多的弹道修正因素以及更快的得出计算结果。

激光测距仪加数字式弹道计算机可以实现对运动目标的射击,以往的测距手段和弹道计算机反应太慢,测距结果及弹道修正结果往往在瞄准目标十几秒后才能得出,如果是运动目标十几秒后早就不知道哪去了,得出了结果也没啥用。第四代火控系统只要瞄准镜准确的瞄准目标并跟踪一段时间,通过激光测距仪快速的测距结合两次测距之间炮塔转向角度及速度就可以得出目标的相对速度,把相对速度和其他弹道修正要素输入弹道计算机,弹道计算机可以极快的得出结果,弹道计算机根据结果调整火炮俯仰和水平角度,这样就可以对运动目标射击了。

这个阶段的火控系统已经都标配了火炮的双向稳定系统,之前的坦克火炮的稳定系统和瞄准镜的稳定系统一般都是同一套东西,瞄准镜通常是随动于主炮的。第四代火控系统要射击运动目标,需要瞄准镜精确的跟踪运动目标,火炮由于自身重量太大,稳定系统的稳定能力和响应时间都不太好,难以适应这种情况,所以第四代火控系统的瞄准镜一般都是有独立的稳定系统的,这种瞄准镜、火炮具有分别独立稳定系统,火控计算机分别控制两个稳定系统的火控系统被称作指挥仪式火控系统,这个是目前主流的第四代火控系统,因为这种特性指挥仪式火控系统的坦克可以在不转动火炮的情况下对目标进行捕捉并测量射击诸元,测得结果后可以快速调整主炮并射击,所以也叫猎(测量射击诸元)-歼(调炮射击)式火控系统。第四代坦克火控系统一般也都有焦平面成像式的红外线夜视系统,该夜视系统在夜间观测距离远大于主动红外式和微光夜视式的夜间观测系统,可以实现全天候作战。另外第四代火控系统往往配备了更多更精确的弹道修正传感器,比如96式上激光原理的炮管弯曲传感器等等,某些先进的弹道计算机还可以根据实际射击结果自动修正下次射击的弹道,实现高精度射击。

第四代火控系统可以实现极其精确的静对静射击,比较精确的静对动射击和有限的动对动射击。

目前坦克的火控系统正在往第五代进化,目前来看主要的方向是更加智能的战场态势感知及信息交互系统(数据链、小型遥控无人机等)、更加精确、抗干扰的测距仪(激光及毫米波雷达复合式的测距系统)、目标自动追踪系统、计算能力更加强大的弹道计算机、更加精确的火炮伺服系统等。我觉得第五代火控系统应该能实现更高精度的动对动射击,追踪目标、射击目标更加自动化,目标是不用炮手,实现车长、驾驶员两人车组。

你前面说的印度自研炮弹与T90S火控系统不匹配是挺正常的,虽然炮弹上没有电子芯片,但新弹种的弹道数据是不一样的,老的火控系统要匹配新弹种必须要修改弹道计算机,数字式的弹道计算机可能还比较好修改,可能重新写入一下程序就行(也不一定就可以),模拟电路式的弹道计算机要修改只能是重新设计电路板,换句话说就是重新设计一个新的弹道计算机。而且弹道计算机是坦克火控系统的大脑,想要修改弹道计算机就必须了解火控系统其他子系统的全部性能及通讯方式,换句话说必须对火控系统的每个子系统都全部了解并完全开放修改权限才能修改火控计算机。

要让新弹种和T90S火控系统匹配,要么是俄罗斯人手把手教印度人怎么重新设计、修改弹道计算机及整个火控系统,要么就是印度人愿意把自己新弹药的弹道数据完全共享给俄罗斯人,并且俄罗斯人还愿意根据弹道数据重新修改火控计算机。我觉得后面那个可能性更大,但一个问题是俄罗斯人肯定会要很多钱,再一个问题是印度人愿不愿意完全共享新弹种的弹道数据给俄罗斯人。

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