淺談坦克火控

07-14

淺談坦克火控

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坦克火控系統是指安裝在坦克內，能迅速地完成觀察、搜索、瞄準、跟蹤、測距、提供彈道修正量、結算射擊諸元、自動裝表、控制武器指向並完成射擊等功能的裝置。火控的好壞直接影響到坦克的作戰能力。本文以我軍火控發展為主線，介紹坦克火控的結構和原理。受本人水平和所用參考資料的限制，可能存在錯誤，歡迎指正。本文謝絕一切形式的轉載，敬請諒解。

第二次世界大戰末期，國外坦克裝備的火控系統一般只配備和火炮相連的光學瞄準鏡，和一個用來高速轉動炮塔以達到轉移火力目的的炮塔電動機，瞄準要靠手搖的高低機和方向機來完成。50年代，我軍從蘇聯引進了T-54A型坦克，一同引進的仍然是望遠鏡式瞄準鏡。

望遠鏡式瞄準鏡安裝在火炮左側，鏡頭部分固定在火炮搖架左側的瞄準鏡支架上，目鏡部分則固定在炮塔頂部垂下的吊架上。火炮仰俯時，通過鉸鏈裝置使鏡頭部分相對於目鏡部分可有一定的仰俯角度。圖中炮塔左側有一條形開口（黃色箭頭所指），即為望遠鏡式瞄準鏡物鏡口。瞄準鏡跟火炮是同步轉動並仰俯的。

從瞄準鏡目鏡中看出去，不僅能看到外部，還能看到一塊分劃板，上面有表尺分劃、瞄準指標、測距分劃和超越射擊分劃。簡單介紹下怎麼用，這個分劃板除了中間那根橫線是不動的外，其餘內容都可以上下移動，通過第一張圖中炮長左手旋動的旋鈕即可上移或下移，根據測距分劃測得的距離，以及選擇的相應彈種，選定表尺（大橫線和相應彈種的表尺距離線重合，單位是百米），此時使用下方最大的倒V的尖端即可瞄準射擊，如射擊移動目標，需自行判斷並增加提前量。這種火控非常簡單可靠，但實際上只在900米以內的距離才能獲得良好的命中率，一旦超過900米，命中率顯著下降。原因是分劃測距誤差較大，而射擊前的測距的精確度對於射擊的命中率至關重要。

這一時期出現了另一種測距方式，機槍測距（MG Rangefinder），圖為英國 AV59 Mk.1型瞄準鏡視場，用於早期型的酋長（Chieftain）坦克，它利用並列機槍發射曳光彈射擊目標，同時根據機槍表尺進行測距，測距精確度相對於表尺測距而言有所提高，但也有很多弊端，容易暴露自己，無法保證進攻的突然性。為了增加測距的精確性，同期還出現了合像式光學測距儀，通過光學原理進行測距，精度相對較好且不會暴露目標，還可以配合機械計算機使用，構成了現代火控系統的雛形，這種火控系統只能計算目標距離和彈種對瞄準角的修正，命中率還是比較低，但是和原來的火控系統相比，性能還是有了明顯提高，對距離位1300米的標準靶射擊，首發命中率可達到50%。

這一時期普及了電動調炮，炮長可利用操縱台調整火炮，快速進行瞄準，圖為蘇系炮長工作台，將操縱台沿橙色軸向轉動即可控制炮塔轉動，將手柄沿綠色軸向轉動即可控制炮管仰俯。一般右手大拇指用於主炮擊發。

西方坦克操縱台略有不同，區別在於沿方向盤方向轉動為控制炮塔轉動。圖為日本90式坦克操縱台，操縱台上帶有刻度，可沿刻度延申方向轉動。

60年代現後出現了模擬式計算機、激光測距儀和微光夜視技術，70年代利用這些技術出現了綜合火控，這類火控可以完成觀察搜索目標、跟蹤瞄準、測距、提供修正量、結算高低瞄準角和方向修正量、裝定表尺及自動調炮和射擊等功能。這類火控系統能在坦克靜止或短停時射擊固定及運動目標。在原地對固定目標射擊時，首發命中率為50%的距離可達2000米以上。這一時期我軍通過加裝激光測距儀、模擬式計算機等，在原有望遠鏡式瞄準鏡的基礎上增加了晝間對運動目標射擊的能力，因為瞄準分劃內垂直瞄準線和水平瞄準線分別由兩個步進電機進行裝表，這一時期的火控通常稱為雙向步進電機裝表火控系統。早期型雙向步進電機裝表火控系統使用外置激光測距儀，後期型將激光測距儀集成在望遠鏡式瞄準鏡中。在射擊運動目標時，首先要瞄準目標並持續跟蹤測距，一般持續2-3秒，待測距結束後，計算機會自動計算射擊諸元並自動裝表，此時瞄準分劃會自動偏離目標，需要進行二次瞄準，才能擊發。由於需要兩次瞄準，也就是兩次瞄準之間準星會出現擾動，所以該火控也被稱為擾動式火控。雙向步進電機裝表火控只是擾動式火控中的一種。

另外一種用望遠鏡式瞄準鏡改的擾動式火控叫光點投射式火控，它與雙向步進電機裝表火控不同的是不再使用傳統的瞄準線進行瞄準，而是根據結算的射擊諸元直接將一個橢圓形光斑投射在分劃板上，這個橢圓形光斑根據目標距離會變化大小，尺寸正好可以套住該距離目標，將目標用橢圓型光斑套住後即可擊發。光點投射式火控的特點是：1、瞄準速度快，大致將目標套住即可射擊；2、尺寸與目標大小自動匹配，如果明顯過大或過小，說明測距錯誤，具有糾錯功能。目前大多數的國產一代坦克都改裝了該火控。

表尺歸零時，主炮炮身軸線和瞄準線一般相較於遠方（通常是1000米）某瞄準點，當火炮仰俯時，要求瞄準線要始終保持和炮身軸線的這種關係，即要作同步仰俯轉動。實現同步轉動的方式有很多。例如前面提高的望遠鏡式瞄準鏡，利用光學鉸鏈實現瞄準線和火炮同步，也有很多潛望鏡式瞄準鏡是通過四連桿機構實現瞄準鏡和火炮同步轉動。圖中四個點即為四連桿機構的四個支點，即可保證炮鏡同步。

70年代末期，我國引進了英國IFCS（Improved Fire Control System）火控系統，用於國產一代坦克的改進。該火控系統將晝間瞄準鏡和夜間瞄準鏡集成在了一起，並採用了一種全新的炮鏡同步方式，稱為電同步，這種火控國內也稱之為電同步火控系統。

之所以稱電同步，主要是因為IFCS使用了一個電動可控的上反射鏡總成，晝間瞄準鏡和夜間瞄準鏡共用該上反射鏡，當主炮仰俯時，通過炮解算器計算主炮仰俯角度，控制上反射鏡的角度，從而達到炮鏡同步的目的。看到這裡肯定有人會問，那這是不是上反火控？其實並不是，IFCS仍然是擾動式火控。

IFCS是一個設計非常巧妙的火控，當主炮不動時，通過轉動上反射鏡可以讓視場上下移動，通過旋轉光路中的旋轉光楔可以讓視場左右移動，所以電同步火控在裝表時，瞄準分劃不動，視場移動，再加上這個過程中火控會自動調炮，將主炮自動調至大概的瞄準分劃處，所以整個裝表過程，從視覺效果上來看，畫面是幾乎不怎麼動的（此處需要腦補畫面），所以電同步火控又稱為微擾動火控。英國人就是用簡單的結構實現了類似穩相火控的效果。直到挑戰者1（Challenger1）坦克，英國人還在使用電同步火控。

電同步火控有個缺點，就是在系統斷電的情況下，上反射鏡無法實現炮鏡同步，也就是無法進行瞄準，所以使用電同步火控的坦克都裝備有輔助瞄準鏡。我國一代改進型坦克，在加裝電同步火控（橙色）後，仍然保留原望遠鏡式瞄準鏡（藍色）作為輔助瞄準鏡。黃色箭頭為車長鏡。

在我國，電同步火控並沒有大量裝備，取而代之的是下反穩相式火控。電同步火控的上反射鏡總成與上反式穩相火控在技術上有很多類似之處，通過電同步火控的引進，對後來上反火控的發展還是有一定的幫助作用。

下反火控，炮鏡通過四連桿同步，整個瞄準鏡都會跟著火炮仰俯而前後擺動，通過一個雙自由度陀螺儀直接穩定瞄準鏡中的120°稜鏡，起到穩定視場的作用，結構簡單，屬於雙向穩定。坦克行進時，炮手從瞄準鏡往外看，目標和背景幾乎穩定不動。跟蹤測距結束後，火炮自動調炮，瞄準線保持不動，整個瞄準過程無擾動。

特別要說明的是，這裡說的穩相，是指瞄準線獨立穩定，現代坦克火炮都有穩定機構，但是由於火炮重量大，火炮穩定很難達到很高的精度，所以擾動式火控雖然在火炮穩定器穩定火炮的同時也在穩定瞄準鏡，但達不到高精度的要求。只配備火炮穩定器的坦克達不到行進間射擊移動目標要求穩定的精度，所以只能進行短停射擊移動目標。只有裝備穩相火控的坦克才具備行進間射擊移動目標的能力（這裡並不是說擾動火控不能動打動，只是在交戰距離上命中率太低，沒有實戰價值）。

下反火控主要裝備國產二代坦克，火炮到位後採用重合門自動射擊（也是因為主炮穩定器精度差，為了提高精度，只有火炮運動到某些能保證精度的位置才自動允許射擊）。分為兩個通道，左側為一倍鏡/夜間瞄準通道，右側為晝間瞄準/激光測距通道。左側介面可一倍潛望鏡與微光夜視儀互換。

下反火控物鏡，晝間瞄準通道（紅色），激光測距通道（綠色），一倍鏡/夜間瞄準通道（橙色）。下反火控當瞄準鏡中陀螺被閉鎖時，不加電的情況下也可以實現炮鏡同步，所以下反火控不需要輔助瞄準鏡。

下反火控最大的問題是，120°稜鏡難以滿足夜視儀的通道要求，導致夜間瞄準時無法進行穩相，所以下反火控的夜間通道採用「穩線」工作方式。夜間通道通過四連桿機構使用火炮穩定器穩定，穩定精度不足，目鏡中視場晃動，對射擊瞄準造成干擾，「穩線」就是使用可以實時生成的電子分劃，力圖使視場晃動時，瞄準分劃與視場一起晃動，之間沒有相對運動，從視覺上分劃就相對視場靜止，可以提高射擊精度。圖為裝備下反火控的國產二代坦克。

下反火控雖然結構簡單，但是光路設計有缺陷，僅在瞄準線和炮身軸線夾角＜3°時系統精度高，＞3°則精度下降，更重要的是夜視儀無法通過120°稜鏡，夜間瞄準精度下降。瞄準鏡和火炮同步採用四連桿機構，起伏路時鏡體會前擺動，高速時不利於射手瞄準。

與下反火控相比，上反火控有著明顯的優點。光路結構簡捷，只需要穩定上反射鏡，瞄準鏡鏡體不擺動，穩定視場大，夜視儀通道依然可以穩相，並容易擴展成自動跟蹤火控系統。圖為俄羅斯SOSNA-U上反火控，晝間通道和夜間通道通常使用相互獨立的反射鏡，通過1/2機構進行控制。

上反火控利用雙軸穩定平台進行雙向穩定。由於上反射鏡重量很小，穩定起來比較容易，精度比較高，而且瞄準線和炮身軸線夾角大時仍然有很高的精度，比較貼近實戰需求。圖為雙軸穩定平台結構。

但是上反火控也有缺點，和電同步火控一樣，在系統斷電的情況下，上反射鏡無法實現炮鏡同步，無法進行瞄準，所以使用上反火控的坦克也裝備有輔助瞄準鏡。圖為M1 Abrams坦克炮長位，最左側那根細管就是輔助瞄準鏡（綠色），中間是晝間瞄準鏡（藍色），右側是熱像儀顯示屏（紫色）。

M1坦克的輔助瞄準鏡是望遠鏡式鉸鏈瞄準鏡，物鏡安裝在炮盾右下方，圖中黃色箭頭所指處。當車輛電路短路或主瞄失效時，可使用輔助瞄準鏡進行瞄準。

工廠中未安裝炮盾的M1坦克，黃色箭頭所指處可以清楚的看到輔瞄鏡頭。

我國在研發三代坦克時，當時國內上反火控性能並不佔優，而下反火控使用多年性能可靠且不需要輔助瞄準鏡，所以三代坦克最終選擇了上反+下反混合式火控，晝間瞄準通道和激光測距通道使用下反原理，熱像儀使用上反原理，並裝備國產三代坦克。圖為上反+下反混合式火控物鏡，晝間瞄準通道（綠色，下反）、激光測距儀通道（藍色，下反）、一倍鏡通道（紅色，下反）、熱成像儀通道（黃色，上反）。熱像儀通道的鏡片為提高特定波長的通過率，表面有鍍膜。

上反+下反混合式火控的特點就是熱像儀不會動，但晝間瞄準鏡會跟隨主炮的仰俯前後擺動。圖為三代坦克炮長位，晝間瞄準鏡通過四連桿機構與主炮相連（四連桿並不一定需要四根連桿，只要構成平行四邊形關係即可實現炮鏡同步），圖中橙色箭頭所指處為鏡體連桿支點，其上連接的連桿為鏡體連桿。

隨著國內上反火控技術的成熟，二代改進型坦克和三代改進型坦克均採用上反火控。採用上反火控意味著需要加裝輔助瞄準鏡，國外坦克輔助瞄準鏡普遍使用望遠鏡式結構，安裝在炮盾上，但由於我國坦克繼承了蘇系坦克小炮盾的特點，如果使用望遠鏡式輔助瞄準鏡就意味著要在炮塔前裝甲上開孔，這對於炮塔的防護是非常不利的，最終國產上反火控採用潛望鏡式輔助瞄準鏡，並巧妙的將輔助瞄準鏡安裝在主瞄準鏡旁。

圖為國產上反火控物鏡，輔助瞄準鏡上反射鏡（綠色）、晝間瞄準通道（紅色）、激光測距（黃色）、CCD通道（紫色）、一倍鏡通道（藍色）、熱像儀通道（橙色）。特點是增加了CCD通道，可實現可見光條件下對目標的自動跟蹤。

MBT-2000外貿坦克使用了上反火控，值得一提的是照片中看到的所有鏡頭實際都是垂直安裝在炮塔內的，我們看到的只是上反射鏡中的鏡像。

MBT-2000外貿坦克炮長位，左側為熱像儀，右側為晝間瞄準鏡，綠色箭頭所指處為主瞄/輔瞄切換手柄，用於晝間瞄準通道和輔助瞄準通道的切換，也就是說它倆共用一個目鏡。

圖為使用上反火控的二代改進型坦克炮長位，橙色箭頭所示的三根連桿為輔助瞄準鏡的四連桿機構，實現輔助瞄準鏡的炮鏡同步，紫色箭頭所指處只是兩根連桿的轉軸，並不固定在主瞄準鏡上。

穩相火控的使用相對簡單，只要用瞄準分劃對準目標，測距並保持跟蹤，持續2-3秒，之後計算機會計算射擊諸元，火炮會自動調整到位，期間瞄準鏡畫面不會擾動，待火炮就位後，按下發射鍵，主炮自動擊發，這種模式稱為穩像模式。穩相火控也可降級為裝表模式，裝表模式與擾動火控使用方法一致。穩像火控的使用難點在於穩定跟蹤，只要跟蹤好了，射擊命中率就有保障。

圖為上反火控射擊模擬器，可見計算機模擬的晝間瞄準鏡視場。下部數字為測距距離；綠色指示燈為裝彈指示燈，該燈亮，表示自動裝彈機已經裝彈完畢；紅色指示燈為諸元指示燈，當火控計算機解算出射擊諸元，點亮該指示燈；紅色指示燈和綠色指示燈一同亮起，表示可以進行射擊。

長期以來，我軍的一代坦克和二代坦克都使用蘇系指揮潛望鏡，指揮潛望鏡安裝在指揮塔上，供車長觀察戰場、搜索目標。

圖為蘇系指揮潛望鏡視場，分劃鏡上有高低分劃、方向分劃和測距分劃，可使用測距分劃對2.7米高的目標實現快速測距。

車長發現目標後可以為炮長指示目標，當車長使用指揮潛望鏡對準目標，並按下指示按鈕時，坦克會將車長瞄準線自動移動至該目標。此外還有一個用於目標指示的方位指示儀，圖中粗指針（黃色）為炮長瞄準線指向，細指針（綠色）為車長瞄準線指向，刻度盤上的四根紅線（紅色，一根被擋住）為炮管超出車身兩側指示線，炮長瞄準線指向超出這根線，說明炮管超出車身一側。