【科普中国军事科技】要准，更要“稳”，坦克火炮稳定跟踪的秘密

火炮是坦克的主要攻击平台，伴随着科技发展火炮稳定器扮演了重要的作用。坦克在运动中会随地形的起伏发生颠簸震动，炮管也会随车体上仰下俯，高低角发生变化。此时高低向稳定器中的陀螺传感器立刻感受到了炮管高低角发生了变化。于是将感受到的变化量转换成电信号，经放大后通过执行机构对火炮加上修正力，使之迅速恢复到原定位置。此时传感器便没有信号输出，修正力也随之消失，炮管不再转动。如果车体在避开障碍物时发生转向，则方向稳定器也会把感受器感受到的变化量变成电信号输出放大，通过执行机构给炮管加上方向修正力。这样，尽管车体可能是尾朝前，头朝后，但炮管始终指向目标方向，从而提高了坦克在运动中的射击精度和首发命中率。

在扰动式火控问世之后，坦克炮手的主要任务从精准的“射击”变成了稳定的“跟踪”。但是由于扰动式火控必然会影响现有的瞄准线，必须调整炮塔进行瞄准，耽误时间的同时还增加的炮手的工作量和工作压力。为此，为了让炮手的瞄准效率更高，瞄准一次就可以精确射击，对于非扰动火控的研究由此展开。

非扰动？微扰动！

为了解决炮手二次瞄准的问题，英国首先开始了这个领域的尝试。英国工程师给出的答案是电同步火控，炮长瞄准镜并没有和火炮进行任何钢性连接，而是通过设备监测炮管的俯仰角度，然后用电机控制炮镜的视角俯仰。当火炮需要进行垂直方向的提前量装定时，瞄具完全不需要运动，改变俯仰角的指令只会传达到火炮上。在垂直方向上的瞄准线实现了彻底的稳定，有效的降低了炮手的工作压力。

（图为英国“酋长”式坦克，安装有IFCS电同步火控 图片来源：百家号）

然而，在水平方向的提前量装定上，电同步火控也做不到尽善尽美。不同于扰动式火控，电同步火控的分划不会运动，一直处于视场中心。当完成测距进行水平方向的提前量装定时，移动的不是分划板和准星，而是整个视场。换句话说，电同步火控的水平方向提前量装定更接近于双步进电机式火控，只不过移动的不是分划线，而是整个炮镜视野。在炮手看来，相当于当前的跟踪有一些误差，可以直接在炮手操作手柄上完成修正，动作非常自然。所以，电同步火控可以更有效的帮助炮手精准而自然的命中目标，反应速度也相当优秀，一直被英国用到了“挑战者”主战坦克上。

（IFCS使用了一个电动可控的上反射镜总成，昼间瞄准镜和夜间瞄准镜共用该上反射镜，当主炮仰俯时，通过炮解算器计算主炮仰俯角度，控制上反射镜的角度，从而达到炮镜同步的目的。 图片来源：搜狐）

然而，电同步火控也并非尽善尽美。在电同步火控开始装定提前量的时候，炮手会体验到相当于“目标加速”的感觉。而当提前量装定完成，又会体会到“目标减速”。本质上，炮手的手部运动和扰动式火控是一样的，只是视觉上更加稳定。同时，电同步火控非常依赖坦克供电，一旦断电必然无法使用，各国使用电同步火控的坦克上也大多配置了备用瞄准镜用于应对这一情况。

何以解忧，唯有稳像

而在铁幕彼岸，苏联的工程师们则开始了稳像式火控的研发。1967年，苏联火控系统的工程师们收到了第一台1D7型激光测距仪，这成为了日后苏联火控研发的起点。1970年，基于1D7激光测距仪的1G20火控进入测试环节，苏联科学家很快便意识到，激光测距仪能做的事不止于此。仅仅一年后，苏联科学家就利用激光测距仪精确定位目标的能力开发出了1G21型稳像火控，成为了世界上第一台稳像式火控。

（图为苏联1G42型稳像火控炮长镜，是基于之前的型号1G21的改进型，放大倍率为3.9x 至 9x可调整，视角为20°至 8.4°，首次实现了视场在垂直和水平方向上的稳定，原理是通过具有两个自由度的大型机械陀螺仪进行稳定。 图片来源：知乎）

不同于扰动式火控，稳像式火控追求在跟踪-测距-攻击的全部流程中瞄准线没有任何运动，炮手也只需要维持稳定的跟踪，也没有电同步火控的“视场移动”，极大的降低了炮手的工作压力。为此，炮长镜需要被独立双向稳定，火控计算机将会独立负责全部的调炮工作。换句话说，炮手只需要稳定的跟踪目标，其他的全部由火控计算机完成。这种工作方式让炮手的工作更加轻松，射击速度也有大幅度提高，只要看到示意“火炮到位”的提示就可以发射，非常便捷好用。

苏联的第一代稳像式炮长镜1G21于1973年前后完成，但是由于激光技术的缺陷，面对发射的浓厚烟雾，并不能很好的适配炮射导弹。改进工作于1974年开始，并且在1976年完成了最终产品1G42。1G42炮长镜拥有1G21的全部优良特性，并且具备了发射炮射导弹的能力。该火控系统同年装备T-64B坦克，让苏联坦克的火控水平一度超越了西方，具备了优秀的昼间动对动射击能力。

为了减小炮塔外开口的尺寸，1G21和1G42炮长镜尽量压缩了暴露空间，上反射镜只进行俯仰方向稳定，下反射镜只进行水平方向稳定。这一方案带来的好处是炮塔顶部的开口尺寸得到了控制。面对榴弹或爆炸超压武器攻击时，更有可能保证火控不会损坏。同时由于苏联稳像火控采用了机械连接的方案，即便车体断电也不会影响炮镜使用，可以不设置备份观瞄窗口。但是，由于苏联稳像火控同样需要使用棱镜，导致通光量不足，在使用夜视仪或热成像仪时光亮过低，难以成像。

热成像和上反

紧随苏联之后，德国和美国的工程师们也开始了稳像式火控的开发工作。为了解决苏联稳像式火控面对的问题，美德两国的工程师不约而同的选择了上反方案。所谓上反火控，即针对上反射镜同时进行水平和俯仰方向的稳定，下反射镜可以固定不动，也不再需要棱镜体。这一方案保证了通光量足够，可以在稳像式火控中使用热成像设备或夜视仪。

（图为模拟器中的M1A2坦克稳像式火控，测距后准星没有任何移动，稳定跟踪即可 图片来源：哔哩哔哩）

由于上反射镜需要进行独立稳定，上反式火控的暴露尺寸则要大得多。同时，由于上反射镜稳定，下反射镜固定，火炮的调整需要依靠电同步进行。上反式火控也存在和电同步火控一样的问题：断电情况下无法运作。为此，使用上反火控的坦克都设置了独立的白光备用瞄准镜以防万一。但是瑕不掩瑜，上反火控的维修和更换、升级都相当方便，也可以更方便的实现炮镜合一：白光通道、红外通道可以从一个同一个窗口观看，随时切换，减少了炮长需要操作的设备，也可以将瞄具的位置设置在更符合人体工程学的位置。使用国产下反式火控的我国和使用苏联式火控的俄罗斯也在千禧年之后逐渐换装上反式火控，提高夜战和索敌能力。

稳像式火控是目前现役最先进的火控方案，其操作难度低，精度较高，炮手瞄准快，受到了各国的一致认可。未来，坦克火控又将何去何从？

出品：科普中国

监制：光明网科普事业部

作者：黄天（海东青科创团队）

审核专家：刘晓峰（资深军事科普作家）

策划：金赫