德國工業技術簡直完美到爆，坦克都能端著啤酒飛奔，不服不行

80年代，德國軍方對剛剛服役不久的「豹」2坦克進行了一場測試：在坦克炮炮口一段固定一個基座，基座上放一杯扎啤，坦克在野地里玩命跑，啤酒一滴都沒灑出來，這個技術看似新奇，實際上就是火炮穩定裝置在起作用。這項看似雜技表演的技術，具有相當重要的實戰意義，當坦克快速行進時，炮管能夠始終保持一個相對固定的方向。然而，在獵-殲式火控誕生以前，「火炮穩定」的工作原理通俗地講，並不是始終瞄準一個地方，而是始終保持一個姿勢。與觀瞄系統無關，其實就是兩個陀螺儀作用的結果。那麼，「火炮穩定裝置」究竟是怎樣被發明出來的？後來又經過那些改進？今天我們就來談一談這個問題。

世界上第一款安裝有火炮穩定裝置的坦克是在1959年，蘇聯為一輛T-54A坦克進行升級改造的過程中誕生的，這次改造當中的一項重要的升級部件就是在火炮的高低機上，安裝了一個機械式的角度陀螺儀感測器和一個平滑其加速作用的速率陀螺感測器。陀螺在檢測到車輛運動信號後，由控制系統將信號按照預先設定好的比例放大並交給液壓執行元件，調動火炮作相反的運動，從而達到穩定的目的，而在第一代坦克服役的時代，這一切指令和動作都是通過預設機構來完成，連計算機都沒用上。美國在80年代以後，才開始測試使用計算機完成計算瞄準的坦克。這款世界上第一款安裝了火炮穩定器的坦克，也就是後來的T-55坦克。而其採用的這種結構簡單、僅能對上下兩個方向進行糾偏的穩定裝置被稱為「單向穩定器」。

也許有讀者會問：「為什麼坦克上安裝火炮穩定裝置，首先考慮的是實現高低向穩定，而不是水平向穩定？」如果僅僅用技術不足的借口來解釋這個問題，就顯得十分片面。其實，在T-55坦克誕生的作戰環境當中，輪式裝甲車還沒有誕生，裝甲車多以履帶式為主，且行進速度一般不超過60千米、小時，所以坦克並不需要單槍匹馬地對付高速行駛的裝甲車，比較普遍的使用方法是許多坦克組成一個梯隊、多可梯隊組成一個集群，以最快速度向敵方陣地發起衝擊。在衝擊的過程中，T-54坦克的駕駛員在演習和訓練中感覺最明顯的是坦克在野外高速機動中，火炮隨坦克行進上下起伏很大，難以瞄準目標。蘇軍為此進行了專門試驗搜集相關數據。

坦克負責射擊的乘員是炮長。炮長從自己的瞄準鏡中選定一個目標，按下擊發按鈕到炮彈出膛，全過程存在0.034～0.16秒的時間差，而坦克在此過程中是不斷行進的，所以當炮彈射出炮膛的時候，炮管所指的方向已經不是炮長瞄準的目標了。以火炮穩定裝置誕生前夕，華約國家的主要裝甲突擊裝備T-34坦克為例，其85毫米炮在攻擊距離1000米的目標時，僅高度偏離一項引起的誤差就將近30米，這樣的誤差率基本就不用「散布」這個詞來形容了，根本不是「指哪打哪」，而是「打哪指哪」。所以，在高低機上安裝一部穩定裝置就成為了當時提高坦克火炮射擊精度的良方。經過實彈射擊測試，坦克炮的射擊精度從安裝穩定器前的30%提高到50%。

由於高低機上安裝穩定裝置取得了巨大成功，所以水平穩定裝置的研製任務自然而然地提上了日程。60年代，蘇聯繼續對T-55坦克進行升級改裝，這次改裝為坦克在高低向和水平向上各安裝了一個陀螺穩定器。在設計當中，根據實際使用需要，水平轉向的穩定沒有高低位移那麼嚴重，所以高低機的穩定精度被控制在-1～+1.5個密位，水平轉向精度被控制在-3～+3個密位之間。在後來的演習中，安裝了雙向穩定裝置的T-55坦克火炮命中率普遍達到了70%左右。

截止到一代坦克服役期間，火炮穩定裝置的主要性能只能達到「坦克行進當中粗略穩定、停車後轉為精確穩定」的水平。今天看起來略顯落後，但在當時確實是一項了不起的發明。通過普遍統計，蘇軍坦克在安裝了火炮雙向穩定裝置以後，短停射擊的準備時間僅為15秒，而當時沒有這項技術的西方坦克短停射擊一般需要1～2分鐘的準備時間。

蘇聯T-55坦克安裝的雙向穩定裝置還屬於純機械式原理的，而這種火炮穩定裝置並不是T-55坦克首創。在二戰當中，蘇聯科學家曾經在T-28坦克上進行過相關的技術探索，他們將單軌火車的重力陀螺拆下來，製作成了世界上第一部火炮穩定裝置，但是這部火炮穩定裝置重量達到了1噸以上，而且巨大的機械結構佔用了坦克內的大量空間。而且當時坦克普遍存在單位功率小、最大速度偏低的特點，加之T-28坦克本身加速性並不突出，所以當時的坦克炮穩定裝置並沒有轉化為成熟部件，但它的偉大意義正像當今很多新技術一樣，一項技術從概念到應用只是時間問題。這個1噸多的大傢伙讓科研人員知道了依靠陀螺儀的工作原理能夠實現火炮穩定，開啟了火炮穩定裝置的技術之路。

西方世界在趕超蘇聯坦克的過程中，由於做不出像蘇聯那樣出色的系統工程，只能在新技術上下文章。所以在60年代以後，西方世界的電子技術發展迅速，依靠新技術堆砌的先進部件被安裝在坦克上。當時世界上主要存在蘇、美兩大坦克研發思路，蘇聯的思路是將一種部件的性能發揮到極致，美國的思路是像狗熊掰棒子一樣，一個部件落後了就再研製個新的。受這種思路的影響，很多電子部件被用於坦克穩定裝置上。由於電子技術的發展，電子器件逐步成熟，控制機構的指令編寫也已經更趨於完善。測量元件和執行元件已經自成系統，因而，火炮穩定器用陀螺儀時，不再單獨負責直接穩定火炮的任務，而僅僅作為火控系統的一個組成部分，出現在當時十分簡單的火控系統中。具體的工作流程是，觀瞄器械負責發現目標，激光測距機測量到的目標信號傳輸給彈道計算機，彈道計算機根據預設的程序形成指令，再傳遞給放大器，信號放大後控制執行原件，將火炮調整至穩定狀態。西方的這套技術，原理曲折、結構複雜，不符合機械裝置越簡單越好的基本規律。同時，這種從光學儀器到計算機，再到機械機構之間的多重信號傳遞也暴露出西方坦克工業存在系統性差的弊病，這個問題當今已經成為阻礙西方坦克性能拔高的頑疾。

隨著時間推移到70年代，二代坦克逐漸登上戰爭舞台，各軍事強國對坦克的技術要求越來越高，不僅要求各自的坦克能夠先敵開火，同時也把坦克炮的攻擊距離從1000米提高到了1500～2000米。這對坦克火控系統提出了更高的要求，原先的彈道技術算計預設程序已經無法滿足新時期的戰技指標，而先敵開火對於坦克火炮穩定裝置的要求更為嚴苛，尤其是必須計算出坦克在進行短停射擊甚至動態射擊時，各種因素對坦克火炮保持穩定的影響。當時，西方國家系統工程薄弱，單純依靠新技術、新部件實現技術領先的弊病影響了新型火炮穩定裝置的研發。雖然大學教授們經將相關的諸多數據在數學模型上表現了出來，但科研所的工程師沒有可用的感測器，無法將數學模型上數據從坦克炮的機械運動中檢測出來，工廠的工程技術人員更談不上製造出相應的控制裝置。這種理念技術與工程實際無法銜接的窘境在很多走西方技術路線的科研項目中十分常見。為此，科學家們又繞回了蘇聯依靠陀螺儀的舊概念當中，研發了液浮陀螺，氣浮陀螺、靜電陀螺以及激光陀螺等種類繁多的陀螺儀。由於電子技術領先、工裝設備先進，西方國家製造出的陀螺儀從加工水平到精度等級都較蘇聯的同類產品有了很大提高。

以各種先進的陀螺儀組成的感測器為西方國家的坦克指明了技術之路，為了解決車體運動對於水平向和高低向對火炮穩定的影響，根據數學模型，科學家們在車體上分別加裝了水平向速率陀螺感測器和高低向速率陀螺感測器，而炮塔相對車體對火炮在水平向和高低向的影響也要按數學模型考慮進去，所以有的坦克，炮塔上也加裝了一個方向或兩個方向的速率陀螺感測器。這樣在原有穩定器的基礎上，車體、炮塔、火炮三者的水平向和高低向相對運動信號就都被檢測到了，這些信號經過放大處理後交給執行機構，從而成就了電子、機械相結合的火炮穩定裝置。

然而，完整的數學運動模型表明，在笛卡座標的三個方向上對火炮都有干擾的可能性存在。另一個方向，稱為側傾。解決側傾對火炮射擊精度影響的最好的辦法，就是像笛卡座標一樣，製造一個三軸活動炮塔，檢測出三個方向上的運動信號，加以控制和穩定。例如西德的黃鼠狼步兵戰豐，它是一款典型的三軸炮塔的車型。但是，主戰坦克的火炮一般重達10噸左右，由於受到慣性衝擊影響，以及受坦克車體內部空間所限，在二代坦克稱霸疆場的年代，任何國家的技術都無法實現為坦克安裝像步兵戰車一樣的三軸炮塔，於是只好採用折中的辦法，在火炮耳軸上加裝一個重力傾斜感測器。它把傾斜信號檢測出來後，分解成水平向分量和高低向分量，分別交給水平向穩定部分和高低向穩定部分，再加以控制和穩定，以彌補缺少側傾方向穩定的不足。所以，在70年代以後研製的二代坦克，陀螺感測器數目用的最多，有人稱它們為雙陀螺穩定系統、四陀螺穩定系統和六陀螺穩定系統等等。其穩定精度一般在0.5密位以內。裝有這類穩定系統的坦克，採用火控計算機後，在原定的1200米直射距離內基本可以在坦克低速運動時攻擊敵方坦克。而短停後射擊敵方靜止或活動目標在1500～2000米距離內，命中率可達70%。

三代坦克登場以後，火力、機動性和防護性能都有了很大提高，新的戰爭環境對坦克火力的要求從先敵開火延伸發展到提高首發命中率。但三代坦克與二代坦克相比，不僅僅是性能指標提高那麼簡單。以火炮穩定裝置這個小部件為例，其工作原理、工作方式等關鍵技術都有了巨大的變化。

二代坦克末期，由於使用了大量高精度的陀螺儀和依靠幾近完美的數學模型作為數據依託，這種機電結合的火炮穩定裝置似乎已經發展到了盡頭，為了進一步提高火炮穩定性能，科學家們跳出了穩定裝置這個小圈子，從火炮系統這個層面找突破點、從物理學的根本原理找突破點、根據最普遍的科學常識當中找突破點。終於，突破點找到了，炮鋼！就是炮鋼！重量越大、慣性也就越大。為了減輕火炮重量，德國科學家研製了新的炮鋼，採用新型炮鋼製造的火炮，身管薄、重量輕，80年代，瑞士曾經與德國聯合製造「豹」2坦克火炮，採用的就是這種新型高強度炮鋼，身管壁厚度比原先減少了1/3左右，再搭配上瑞士的身管鍍鉻技術，火炮的壽命和精度性能極佳。對於西方科學家而言，有了新技術，一切都好辦了。新型火炮質量小，對穩定裝置的要求有所降低。而控制論告訴我們，一旦出現偏差，將該偏差反饋回到控制迴路，同基準控制信號進行比較，就能夠消除掉該偏差。火炮總體重量已經降下來不少，取出這個偏差信號又不成問題。問題是比較的基準信號在哪裡呢？根據坦克的具體情況而言，該基準信號不但是穩定的，而且穩定精度要求高於火炮，這樣才能將火炮穩定偏差消除掉，最終達到的理想狀態是，整個系統的偏差僅僅是基準信號自身含有的偏差。為了達到這個理想狀態，很多三代坦克將二代坦克上一直同火炮並軸安裝的瞄準具獨立出來，並靠陀螺儀實現精度更高的第二次穩定。這種當前最先進的技術運用於三代坦克的火控系統上，以德國「豹」2坦克為例，其穩定精度達到了0.2密位以下。經過測試，「豹」2坦克在距離靜態目標1500～2000米範圍內，短停射擊的首發命中率一般在95%以上；速度在40千米/小時以下的動對動射擊的首發命中率也高達70%。由此實現了端著啤酒跑，一滴不灑的絕技。

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