出鞘：99A的火炮如何克服“帕金森”抖動問題

在上期《我軍自用坦克什麼時候才能用上空調？》中，有網友在後臺留言，希望瞭解“上反穩像”和“下反穩像”具體指的是什麼。那麼今天我們不妨就此機會來簡單介紹一下現代坦克火控系統的發展歷程以及其背後那些聽了令人頭大的專有名詞的具體意思。

在坦克發展的早期，“火控系統”還較為簡陋。今天我們所說的坦克火控系統的三大組成部分：瞄準系統、穩定系統和傳感計算系統中只有瞄準系統在坦克上得到了應用。所謂瞄準系統，主要是指坦克火炮的瞄準鏡。早期坦克的瞄準鏡通常是與火炮剛性連接在一起的，坦克炮手在控制火炮俯仰、迴旋的時候，炮鏡也會跟著火炮一起運動，即坦克的瞄準線和火線在垂直方向上是始終平行的。

不過由於炮彈會在重力作用下下墜，所以坦克在射擊遠距離目標時，通常需要抬高炮口來彌補彈道下墜帶來的影響。一般在射擊之前，坦克炮手會通過自身的經驗以及炮鏡上的簡單分划來估算敵我之間的距離，並通過調整分劃或簡單抬高炮口的方式進行瞄準。而這種火控方式，現在我們一般稱之為“簡單火控系統”。

不過很快，人們發現由於坦克在行駛過程中的顛簸，使其很難在行進中射擊。不僅如此，懸掛系統本身的減震效果，也使坦克在急停射擊時會先“晃三晃”，直到其完全停穩後才能安定瞄準。這使其在完全停穩之前，與“活靶子”無異。而為了解決這一問題，美國人開始嘗試把當時海軍的垂直穩定器搬上坦克。這也就成為了我們上文所說的坦克火控系統中的第二大組成部分——穩定系統。

在原理上，火炮垂直穩定器是利用陀螺儀的進動性和定軸性對火炮進行穩定的。簡單來說，就是在坦克內安裝一個陀螺儀，該陀螺儀的陀螺部分在慣性空間內是穩定的。既然陀螺是穩定的，那麼只要陀螺儀能夠檢測到固定於火炮上的陀螺框架與陀螺之間的角度變化，就可以根據這個角度變化來調整火炮，使其穩定在慣性空間內。這樣一來，不管坦克如何顛簸，其火炮在垂直方向的指向都不會變化，這非常有利於坦克在行進間觀察和射擊。

目前已知最早安裝了垂直穩定系統的坦克是美軍在二戰時期生產的M3格蘭特中型坦克和M4謝爾曼中型坦克。這兩款坦克的穩定器可以保證坦克在急停射擊時和坦克以較低速度行進時火炮在垂直方向上擁有較好的穩定性。在二戰結束後，雖然美國人自己放棄了在坦克上加裝穩定系統的做法，不過其遠房表親英國人卻如獲至寶的開始大規模進行普及和升級。1948年，英國人投產了世界上第一種安裝雙向穩定系統的百夫長Mk3坦克。

所謂雙向穩定系統（也稱完全穩定），其原理與垂直穩定系統幾乎完全一致，區別僅僅是垂直穩定系統只與火炮的高低機聯動，穩定火炮的垂直方向。而雙向穩定系統則還與炮塔的迴旋機構聯動，使坦克的炮塔也始終指向目標方向。這意味著不管坦克的車體如何扭動，坦克的火炮都可以穩定的指向目標，使得坦克第一次擁有了可靠的行進間射擊能力。在世界範圍內，除了英國坦克外，德國的豹1A1、蘇聯的T-55坦克也都裝備了雙向穩定系統。

不過新的問題也隨之而來。第一個問題是，如果炮塔座圈本身歪了怎麼辦？雖然通過火炮高低機、炮塔方向機的聯動，可以保證無論炮塔座圈出於什麼樣的空間狀態，火炮均能順利的指向目標，但炮鏡分劃是不會順著重力方向自動穩定的。這意味著一旦車體處於傾斜狀態，炮鏡分劃也將一起傾斜，這無疑會給炮手的瞄準造成困難。

為了解決這一問題，德國首先在1966年提出了“三軸穩定”的概念，並在豹1坦克的底盤上改裝了一輛“三軸穩定試驗車（Erprobungsträger mit 3-achs-stabilisiertem）”。這輛三軸穩定試驗車摒棄了傳統的“將炮塔固定在車體上”的做法，而是將炮塔底部做成了半球形，使之能夠“浮”在車體上。這樣一來，在穩定系統的控制下，無論車體處於什麼樣的空間狀態，炮塔都能始終平行於水平面。完美解決了車體顛簸導致炮鏡分劃左搖右擺的問題。不過最後由於成本原因和電子分劃的出現，這種三軸穩定系統並沒有被正式採用。

此外，早期雙穩系統依舊採用了“簡單火控系統”中瞄準鏡隨動於火炮的安裝模式。這就導致了另外兩個問題：首先，如果行駛的路面比較顛簸，那麼火炮和瞄準鏡都免不了在炮塔內做“帕金森”式的擺動。這難免會導致瞄準鏡的目鏡與炮手的眼睛忽近忽遠，其視場也會有“帕金森式”的小抖動，這非常不利於持續瞄準跟蹤；其次，在需要定角裝填的坦克上，一旦火炮揚起復位裝填，炮鏡也會隨之上揚，這無疑會導致炮手暫時失去目標視野，不利於連續瞄準射擊。

為了解決這兩種問題，火炮與瞄準鏡分別穩定勢在必行。這也就是文章開頭時所說的“穩像式火控系統”，由於在“穩像式火控系統”中，瞄準鏡是獨立穩定的，而火炮從動於瞄準鏡，非常類似於海軍艦艇上的射擊指揮儀與火炮之間的關係，所以“穩像火控”也被稱為“指揮儀式火控系統”。再後來，車長周視鏡也擁有了對火炮的控制權。此時車長、炮手的瞄準鏡分別獨立穩定，而火炮可以隨動於兩者中的任何一個，這種火控系統便被稱為“雙指揮儀式火控系統”。

由於火炮在水平方向上是剛性固定在炮塔上的，所以在水平方向上是不存在穩像的問題的。那麼只要瞄準鏡能夠保證在垂直方向上的穩定，炮手在瞄準鏡中看到的圖像也就是穩定的。而要在垂直方向上穩定一個本質上是潛望鏡的瞄準鏡，並不需要分別獨立穩定瞄準鏡中的每一個鏡片。根據光學原理，只要潛望鏡上下反射（稜）鏡中的任何一個是穩定的，那麼整個系統的光路就是穩定的。由此也引出了“穩像式火控”的兩個重要流派——“上反穩像”和“下反穩像”。

所謂“上反穩像”，即通過穩定瞄準鏡的上反射鏡達到“穩像”目的的火控系統。不同於以往的“雙穩系統”，“上反穩像”的瞄準鏡整個鏡體是剛性固定在炮塔上的，與炮塔內成員的相對顛簸較小，炮手能夠輕易地保持眼睛與目鏡的相對距離，即使炮管在“帕金森”、亦或是為了裝彈而高高揚起，都不需要炮手“追著瞄準鏡到處跑”。此外，由於潛望鏡上部的可見光、紅外光信號強度都非常不錯，所以“上反穩像火控系統”能夠輕易的集成微光、熱像等夜視設備，並使之與白光瞄準鏡一起獲得“穩像”功能。這種穩像火控在西方坦克和我國96A、99A、15等新型坦克上得到了廣泛的應用。

而“下反穩像”則恰恰相反，其是通過穩定瞄準鏡下部的反光稜鏡達到穩像目的的。這樣做最大的好處是，陀螺儀檢測到瞄準鏡晃動了多少度，下反光稜鏡就跟著調整多少度就行了，不存在角度的換算。相比於“上反穩定”系統要將上反射鏡調整瞄準鏡晃動角度的一半的做法，“下反穩定系統”的系統的技術難度和成本顯然低了不少。不過總體而言，“下反穩定”還是弊大於利的：一方面，下反穩定為了“簡單”起見，並沒有讓瞄準鏡和火炮分別俯仰，所以瞄準鏡鏡體“帕金森”的問題，和火炮上揚裝彈時瞄準鏡突然遠離炮手眼睛的問題依舊沒有解決。

另一方面，由於上下反射鏡中間有大量的其他鏡體，幾乎可以屏蔽目標輻射的紅外線。所以“下反穩像系統”無法穩定火炮的微光和熱像夜視儀。為了解決後一種問題，中蘇兩個廣泛採用了“下反穩像系統”的國家採用了截然不同的解決辦法。蘇聯人的解決辦法是：為熱像瞄準鏡單獨進行穩定，即炮手有兩個分別穩定的瞄準鏡，兩個瞄準鏡都可以控制火炮運動。

而中國則採用了將熱像儀固定在白光瞄準鏡鏡體上，隨著火炮一同穩定的方法。這樣一來，在平時戰鬥中，熱像瞄準鏡使用起來與早期“雙穩火控”並沒有什麼區別。而在炮管上揚裝彈時，採用了電子分劃的熱像瞄準鏡的分劃線會自動下移以補償炮管上揚造成的熱像儀視野上揚，使瞄準十字線始終對準目標。這種介於“穩像”與傳統雙穩之間的“假穩像”被稱為“穩線式火控”——顧名思義，只有劃分線是“穩定”的。

而對於現代坦克火控的第三個組成部分——傳感器與計算機的重要性則是從上世紀70-80年代開始凸顯出來的，這主要得益於上世紀七八十年代電子計算機技術的突飛猛進。上文提到過，在傳統火控系統中，炮手需要依照炮鏡分劃和經驗手動抬高炮口來射擊比較遠的目標，這個過程我們一般稱之為“裝表”。在現代坦克火控系統中，這一過程已經完全被電子系統所取代，比如炮手發現目標後，可以使用激光測距儀測量目標距離，完成後火控計算機將根據預設射表自動抬高炮口。此外，在裝表過程中，火控計算機還可以使用各種傳感器感測氣溫、氣壓、風向、風速、耳軸傾斜等多種會影響火炮彈道的外部因素並加以修正。這個由計算機代替人力進行裝表的過程，我們稱之為“自動裝表”。

此外，電子火控計算機的出現也使另一個問題迎刃而解——由於瞄準鏡的稜鏡重量輕、慣性小，所以穩定精度非常高，而從動於瞄準鏡的火炮則重量大、慣性大，穩定精度也相對更差。這就導致了即使瞄準鏡中的視場非常穩定，火炮也會存在一些“帕金森”抖動的問題。而如果在此時開火，射擊的精度也不免會下降。為此，現代火控計算機還加入了一個被稱為“射擊門”的技術。這種技術的核心在於，既然我不能讓火炮不“帕金森”，那麼我只要控制炮口在帕金森到正確位置的時候擊發火炮就行了。我們看到德國豹2坦克的啤酒挑戰、我國99A坦克的罐頭挑戰都不是絕對的穩定，但射擊精度卻並不會因此受到影響，就是因為採用了這樣的技術。

由於現代坦克火控系統本身十分複雜，加之作者自身水平有限，成文的時間也非常緊張，文中難免會出現一些疏漏或謬誤，希望讀者們能夠在後臺留言中與我們交流、互動。如果有關於坦克火控的其他問題也可以在留言中提問，我們將在本週五的《校場》欄目中集中解答。