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张兵:最后一道防线
——记中国船舶工业集团有限公司首席专家张兵

作者:本刊记者 蔡巧玉 户 万  来源:科学中国人  发布时间:2018-08-30

导读:  张兵说:“我所从事的工作,平凡而又光荣。”的确如此,尽管为了维护国家秘密,付出的心血、流过的汗水无人能知,但看着舰炮系统从一个个概念变成实实在在的、保家卫国的武器,那种感觉无与伦比。

  ——记中国船舶工业集团有限公司首席专家张兵


  本刊记者  蔡巧玉  户 万
 

 

 
  
  1982年4月2日至6月14日,为争夺马尔维纳斯群岛(以下简称“马岛”)的主权,在南大西洋爆发了一场现代条件下的岛屿争夺战——英(国)阿(根廷)马岛之战。
  这场战争留给人们思索的远远不止战争双方的主权之争。作为“二战”以来规模最大的一场海战,马岛之战的规模虽然不及“一战”“二战”期间那些声势浩大的海战,但其投入的舰空导弹、反潜武器、近程防御系统等各类新式武器装备,无疑给世界各国人民敲响了警钟——高科技战争时代来临了。
  “那场战争也促使人们对现代海战有了一个全新的认识,特别是各类舰船的应用以及防御系统方面。”中国船舶工业集团有限公司首席专家张兵说道。与此同时,这场战争也带来了一场武器系统发展史上的反转——以舰炮为代表的近程防御武器系统重新走上了历史舞台。伴随着舰炮武器的重新崛起,一场近程防御武器系统的拉锯战也在云谲波诡中展开......
  

海上风云


  舰炮是海军最古老的舰载武器,自14世纪诞生到“二战”前,它一直是水面舰艇最重要的主战兵器。“一战”期间,水鱼雷的出现并没有威胁舰炮作为海战主战兵器的地位。但到“二战”,载满舰载机的航母已经取代以大口径火炮为主要作战兵器的战列舰,成为海上作战新的霸主,而舰炮的作用已经大大下降。20世纪60年代,反舰导弹、舰空导弹以及巡航导弹等一批精确制导武器的大量应用,使舰炮武器面临有史以来最大的一次挑战。
  海军舰艇上到底还要不要装备火炮?
  一时之间,东西方均不同程度地出现了“导弹制胜论”的思潮,甚至提出了“舰炮可完全为导弹所取代”的极端观点。受此影响,美国拆除了“密西西比”号战列舰上的尾部炮塔,换上“小猎犬”导弹发射装置;英国甚至建造没有火炮的纯导弹军舰......20世纪六七十年代,舰炮迎来了前所未有的低谷时期。
  然而,火山沉寂之后并不会湮灭,平静的表面下酝酿着风暴。在受到一段长时间的冷遇之后,舰炮在马岛战争的炮火中重返舞台。
  “适逢英阿马岛战争刚刚结束,英国‘谢菲尔德’号导弹驱逐舰被阿根廷‘飞鱼’反舰导弹击沉,引起世界各国震动。这时人们才真正意识到舰炮武器系统的重要性。”张兵说道。
  两次世界大战证明,飞机一旦参加海战,军舰就被逼到绝境。因为飞机速度快、体积小、活动余地大,在与战舰的较量中居于绝对优势。那么,飞机加上导弹,水面舰艇该如何应对?
  半个世纪以来,各海军强国已逐步形成了对反舰导弹防御的完整体系:首先是早期警戒并配有远程攻击武器的第一道防线;其次是中程警戒并配有中程舰空导弹的第二道防线;然后是配有近程防御武器系统的第三道,也就是最后一道防线,因其特殊意义也被人们称为“守门员”。实践证明,舰对空导弹在各种高度范围内,特别是低空,对付空中目标并不是最有效的。相反,具有较强抗干扰能力、射速高、弹药储备量大的小口径舰炮则是一种低空近程防御的优良武器,对于抗击低空飞行目标和高速水面目标的进攻非常重要。
  “也因此,马岛战争之后,各国纷纷装备反应时间快速的末端反导系统作为舰艇的‘守门员’,国内也迫切需要装备这样的系统,为此海军成立了第一代近程反导舰炮武器系统(8×7工程)综合论证组,工业部门以系统院为牵头单位,开始我国国产近程反导舰炮武器系统研制的征程,并在1986年把该系统研制的技术责任单位(总师单位)交给了系统部。”张兵介绍道。也许是冥冥中自有天意,正是在这一年,大学刚刚毕业的张兵来到了中国船舶工业系统工程研究院,并加入了8×7工程项目组,亲身参与见证了我国第一代近程反导舰炮武器系统的诞生。
  从1986年论证到2003年设计定型、列装部队,8×7系统工程历经了整整17年时间。而这17年,同样也是张兵的17年。预研论证、样机研制、部队试验、综合保障......工程项目的每一个关键性节点都刻印上了张兵的痕迹。
  “我一直都说自己很幸运,赶上了好机遇。项目整个研制过程覆盖了带有立项背景的预研、初样机研制、正样机研制、设计定型(包括设计定型试验),甚至包括装备、综合保障等装备研制全过程,所有流程我均参与其中,不管是以前还是现在,这样的机会着实不多。”张兵感慨道。
  然而,机会往往只会留给有准备的人。作为我国第一代近程反导舰炮武器系统,8×7系统工程涉及作战使用、雷达原理与应用、机械设计与应力分析、舰炮设计和射击原理、弹道学、毁伤机理和目标易损性、火控原理、指控原理、系统工程理论导航技术、计算机与网络技术、六性技术等数十个领域,其巨大而庞杂的知识体系无不让人望而却步。对于初出茅庐的张兵而言,知识上的巨大落差成为他走向系统工程的“天堑”。
  与其坐以待毙,不如主动出击。利用一切空余时间,张兵开始了各大领域知识的自学时光。只要不出差在外,每天晚上张兵都会到办公室自习到深夜;开会讨论过程中也总是笔耕不辍,认真记下各人的智慧“火花”。并且,作为我国最早将系统工程理论和方法应用于海军装备技术发展、最早以“系统工程”命名的军工科研单位,中国船舶工业系统工程研究院于1970年4月成立之初,便抽调了各大单位的优秀人才,每个科室都集结了相关领域的精英。为此,张兵也抓紧一切机会向院里的老同志请教学习,无论寒来暑往,从未有丝毫懈怠。
  “院里的老同志都是各个行业的专家或骨干,对我们言传身教,受益良多。这么多年来,我也感觉得到,刚到院里来的那段时间是我知识学得最多、成长得最快的时光。而且,更重要的是,在这个过程中,我也真正认识、理解、喜欢上了我的工作,甚至有时把这个装备当成自己的孩子一样,细心呵护,无论有什么问题,都会想方设法解决,精益求精。”张兵笑着说道。也许在别人眼中,舰炮武器系统代表着冰冷无情,但对张兵而言却像他的孩子一样,充满了生命力。他竭尽全力所要做的就是让“孩子”茁壮成长,能够在未来承担起保家卫国的重担。
  

初代“守门员”


  从无到有,究竟是一个什么样的历程?没有经历过的人实难体会得到。
  1985年7月,8×7工程第一次研讨会召开之时,美国海军制造的6管20毫米口径自动旋转式火炮系统“密集阵”以及荷兰信号公司研制的“守门员”近程防御舰炮武器系统均已开始装备,走在国际前列。天差地别的现状让工程人员想到了技术引进。然而,没过多久这一梦想就彻底破灭了。
  1989年,中国经济遭到西方国家操控的“巴统”制裁,高技术产品被全面禁运,原来依靠进口的东西当时即使有钱也买不到,涉及国家安全的军事力量更是遭到了全方位封锁和保护,任何军事人员都不得参与中国项目的会议研讨。8×7工程首当其冲。
  “我印象非常深刻,在1989年之前,西方国家在军事方面与我们的合作还是比较密切的。8×7工程有一次在长征宾馆举行研讨会议时就来了很多科学家,荷兰、美国的都有。但1989年之后再也没有发生过了,技术全面封锁,包括交流、讨论、参观也全部取消了。”张兵回忆道。
  力量掌握在别人手中,永远也没有话语权。正如拿破仑所言:“要生存,只能靠自己。”没有技术方案,项目人员就根据现有的知识琢磨、倒推,不断地推出、改进、完善。为了一个小小的细节彻夜研讨已是家常便饭。在张兵的记忆中,这早已成为项目中最平常的一幕。
  为了尽快推动工程项目,院里在研制过程中还引入了“智爆”理论,也就是说在工作中遇到任何技术问题,大家全部坐在一起,不分地位高低,每个人都可以从不同角度发表意见,先不管对错,通过相互的启发、研讨,逐渐厘清问题的本质,最终在一定范围内讨论形成解决方案。这不仅极大地推动了工程的良性循环,更加促进了科技人员的积极性,让年轻人茁壮成长。“这样一来,我们年轻人也敢说话了,参加研讨,进行辩论和交流,对自己日后独立处理问题帮助很大。”张兵说道。
  不仅如此,年轻人还能挑起大梁、承重担。刚毕业没几年的张兵,因为出色的表现马上被院里赋予重要任务——负责8×7系统的全自动控制流程设计。不得不说,即使放在现在,这也同样是一项严峻的考验。
  在当时,自动控制系统没有任何可供借鉴的经验,8×7系统就是首次尝试。尽管在学校里只学过简单的软件设计,但接到任务后张兵也没有丝毫退怯。在了解各设备的工作流程之后,张兵就找到有经验的老同志,向他们“取经”。在全面了解舰炮防空作战的人工控制流程之后,结合系统的多种工作方式,张兵一步步摸索、尝试,拿出了自己的方案。在给老同志把关的同时,他还到各单位沟通、交流、学习,以便对方案更好地进行修改完善。最终,张兵负责设计的全自动控制流程在8×7系统几次大型试验中得到了充分验证,形成了全军第一个能全自动智能化的全自动武器系统,开创了一个前所未有的新时代。
  “整个系统开机后,可以不用人参与直接进行作战,这在之前是从来没有过的。试验成功之后我也感到非常高兴,很有成就感。这更加坚定了我对武器系统的热爱。”张兵淡淡地笑着说,神情中带着一丝愉悦和骄傲,多年付出的心血总算没有白费。
  到了20世纪90年代末,张兵已成为8×7系统的副总设计师。沿着老一辈科学家的精神思想,张兵带领着工程人员向着最终目标一步步更加坚实地迈进。尽管,这一路风波坎坷不断。
  XXXX年6月6日,张兵记得非常清楚,那是8×7系统进入海军试验基地做定型试验的日子。所有的方案设计到这一刻都将化为实际,任何误差疏漏都可能导致工程无法继续进行。每个人的心中都像压着一座大山,不敢有丝毫遗漏。
  “偏偏那时我们遇到了最大的难关。综合系统负荷控制出了问题,但是由什么原因导致的,又如何解决,完全不知道,束手无策。”张兵说道。
  8×7系统采用的是综合体结构,也就是将跟踪雷达、光电跟踪仪、火炮、捷联垂直参考基准综合安装在一起,雷达和光电分别安装在火炮的左右托架上,雷达、光电和火炮的运动相互耦合,互相影响,一旦处理不好,就会造成恶性循环,全系统跟踪抖动不稳定,无法正常工作。“刚开始认识不是很充分,认为是调试参数不匹配,系统带宽不够引起的,就反复进行调整相关参数,效果不是很理想。”张兵回忆道。
  系统不稳定,直接导致工程无法进行。为了解决这一问题,所有人不眠不休、彻夜讨论,不断地分析、验证,但又一次次地失败。随着时间的流逝,每个人的心头都变得沉重起来。作为总负责人的张兵更是如此。“以前从来没有发生过这样的情况,没有任何头绪,束手无策的感觉确实非常无奈。”他说。
  但是,无论如何也不能放弃。一次次失败,那就一次次重来。在历经了无数次检测之后,他们终于发现了问题所在——火炮的实际指向和火炮反馈回来的指向不一致,特别是在高速运动和大加速度起动时误差更大。
  “分析后发现是火炮伺服系统在高速运动时,其传动机构受力很大导致变形产生的,这是固有特性,过去系统中也有,但因为跟踪速度不高,变形不明显,数据在误差范围内,因此没有出现这种现象。”张兵介绍道。
  找到问题之后,解决策略就变得相对容易起来。根据既有条件,张兵和各方面专家协调采用在火控模型中加限制条件,并进行位置补偿的方式,同时调整检查时的增益匹配参数,保证了系统的跟踪稳定性,确保试验顺利进行。“解决问题要有耐心,还要灵活把握,有时尽管不是最好的方法,但在特定条件下可以起到很大作用,当然最终肯定要彻底解决。”张兵说道,“尽管经历了很长一段时间的灰暗,但试验结束时那种快乐是真正从心里发出的,过程的辛苦艰难已经不重要了。”
  2003年,8×7系统通过了国家一级定委(国务院、中央军委)的设计定型;2004年,获得国家科技进步奖二等奖;如今,8×7系统已列装高新工程多型主战水面舰艇,形成批量和战斗力。17年的时间,6000多个日日夜夜,无数个不眠不休,终于获得了最为厚重的回报——8×7系统的完成,开创了我军近程反导舰炮武器系统从无到有的神话,为我国国防安全贡献了无与伦比的力量。
  

跨越的旅程


  2017年,是海军装备发展史上里程碑式的的一年。第二艘航母和万吨驱逐舰接连下水,令国人振奋,令船舶军工行业感到自豪。这标志着我国航母作战力量更加壮大,海军实力和装备水平显著提升。
  “随着海军逐渐走向深蓝,舰炮武器系统需要向远程信息化、近末端精确、多种任务兼备等方面发展,切实提高远程火力支援、近区信息支援和对抗、末端反导拦截、近区防卫及具备非军、特种等多任务执行等能力,为我国海军的实力增砖添瓦。”张兵说道。在用武器装备国防的路上,他们从不敢有丝毫懈怠。
  2003年,就在8×7系统刚刚完成设计定型的同时,我国第二代舰载近程反导武器系统(万×系统)的演示验证也已经悄然开始。
  “万×系统是在8×7系统基础上自主开发、独立研制的用于末端拦截更为先进的反舰导弹的第二代舰载近程反导武器系统,主要是舰炮射速有了大幅提高,重点拦截超音速导弹,已批量装备部队,该系统处于国际领先水平,可以拦截目前世界各国装备的大多数反舰导弹。”张兵介绍说,万×系统交付部队后已进行了实战化检验,在贴近实战情况下,两个小时内完成4个方向多架无人高速靶机的拦截,除了一架被击伤以外,其余全部被击落毁伤,试验强度高,密度大,在海军舰炮装备历史上尚属首次。
  实难想象,这样一个先进的系统竟然只用了短短4年——从2007年立项开始,到2011年部队列装,万×系统创造了又一个奇迹。
  “因为时间比较紧急,所以当时研制和装备基本是同步进行。而且,尽管我们有了8×7系统的成功经验,但很多事情还是要重新开始,试验用的也是货真价实的炮弹,这在以前从来没有过,压力非常大。”张兵说道。
  不仅如此,这一次,在担任系统总设计师之外,张兵还承担了管理的重担。技术和行政双管齐下,他肩头的担子越发沉重起来。
  白天,方案设计、试验组织、合作商谈,各方面的工作都需要张兵协调处理;晚上,他还要召集工程人员讨论技术问题。到2010年定型的关键时期,他又一次住进了试验现场,四处奔波、昼夜不停,就连生病都成为了奢侈。
  “时间确实太紧,不过万×系统能力的提升也是显而易见的。试验过程中两次靶弹都命中成功,头一回尝试实弹练习就成功了,这和我们的团队积累分割不开。从8×7系统沿革下来,我们团队已成为了名副其实的‘国家队’,齐心协力自不必说。每次出现问题从不推诿,首先从自己身上找毛病,配合非常默契。”张兵说道。
  有一次,在对超音速靶弹进行拦截的试验中,工程人员发现跟踪雷达跟踪目标到快过勾径时,跟踪严重滞后,因为试验任务是结合其他试验进行,时间紧,问题不易复现,只有跟踪超音速靶弹才有可能出现。为此,张兵首先组织系统内的骨干和军代室有关人员进行技术分析,再提出方案设计。在大学里学的技术控制知识在这时也派上了用场。张兵提出了跟踪滞后会出现的两种情况:一是伺服带宽不够;二是伺服系统前馈速度出现状况,高速时主要靠速度控制,前馈不够便会导致滞后。
  “这个问题在第一代系统中已经得到过验证,不会出现情况。但现在出现之后我们经过商量还是决定重新验证。结果发现,在跟踪靶弹时,原来信号处理杂波部分有个阈值设置在跟踪靶弹时超出阈值了,起动了前馈限制措施,就造成跟踪滞后的现象。这个问题说明过去验证过的不一定就是对的,有些特定环境没有考虑到,自然就会有可能发生,任何人都不能说自己绝对正确。团队的传统也是这样,出了问题首先自己检查,不推诿,多协作。”张兵说道。
  2012年,万×系统完成系统设计定型,已批量装备大型综合登陆舰、两栖攻击舰等主战舰艇40余套,成为维护国家安全的又一重磅力量。然而,对于张兵而言,攀登永无止境。
  在末端反导舰炮领域,以万×系统为基础,他又带领团队不断修改完善,进一步提高万×系统拦截反舰导弹的能力。针对未来十多年海军反导防御需求,以末端攻击速度更快的反舰导弹,以及各种高空俯冲攻击、反辐射导弹等反舰武器为防御对象,团队研究突破了各种新型防御技术、防御武器、防御机理、贴近实战和边界条件的试验机理方法等技术,在火控解算、系统控制技术等方面发明了多项专利,为系统升级提高进行了技术储备。
  在弹炮结合武器系统方面,张兵团队又取得了突破性进展。完成了两型武器的共架技术、综合控制技术和导弹制导技术,完成了防空导弹和舰炮的共架硬结合和综合作战使用的“弹炮结合武器系统”关键技术突破,并在国内首次成功梯次拦截靶机目标,达到了国际先进水平。
  在远程打击舰炮武器系统领域,首次使用信息化弹药进行超视距对岸远程精确打击,具有立体化信息获取、多样化打击手段、远程对陆精确打击等特点,使舰炮武器系统首次具备远程对岸精确打击能力,为我海军远程对陆攻击提供了重要的手段。
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  说不尽的成就,道不完的情怀。从踏上军工行业的那一天,用武器装备国防的梦想就从没有一天消散。
  

从军行


  1982年马岛战争爆发之时,张兵怎么也不会想到万里之遥的事件竟然会影响到自己的一生。在那之前,他也只是一个平凡的普通人。
  因为出生于偏僻的农村家庭,张兵从小就生活在艰难困苦的环境中。尽管如此,父母还是排除万难早早地就将他送到了学校:用知识改变命运。为此,张兵格外珍惜。从小学、中学一直到大学,他的成绩永远是班上最好的。
  俗话说,“穷人的孩子早当家”。父母的辛劳,张兵都看在眼里、记在心中。高中3年要到离家十几里外的镇上读书,一到周六,张兵就和同学一起结伴走回家中,周日再背着一周盒饭的米和少量菜走到学校,无论刮风下雨,从无怨言。他说:“那时候没有别的想法,就想好好学习,别给家里添负担。”
  1982年考入哈尔滨船舶工程学院自动控制系专业时,张兵也没有想过自己会离战争那样近。这一生,他的全部心血都将投入到国防装备力量上。
  “黄沙百战穿金甲,不破楼兰终不还。”半个多世纪的和平时期,几乎已让人遗忘了战争的号角。但其实,祸患从未远离。1999年5月8日,美军最先进的战略隐形轰炸机B-2,轰炸了中国驻南斯拉夫大使馆,同时也“炸”醒了国民——武装力量不强大,国民安全永远也无法得到保障。
  1970年4月,以建设强大海军、服务国家为己任的舰炮武器系统研发团队成立。它是我国第一个开展舰炮武器系统论证、设计、装备、试验及保障的研究团队。40多年来,秉承着“舍我其谁”的信心和“功成不必在我”的气度,张兵团队先后承担了中国海军三代舰炮武器系统的研制任务,在舰载武器系统领域实现了从跟随研仿、填补空白到自主研发、国际领先的跨越性发展,为我国国防安全贡献了最为宝贵的力量。
  哪有人出生在和平时期,不过是生活在和平的国家。2001年阿富汗战争、2003年伊拉克战争、2006年以色列和黎巴嫩的冲突、2012年叙利亚战争......每天都有人承受着战争和炮火,而当今中国却沐浴着和平。这一切,正是无数默默无闻的人用智慧和心血换来的。
  张兵说:“我所从事的工作,平凡而又光荣。”的确如此,尽管为了维护国家秘密,付出的心血、流过的汗水无人能知,但看着舰炮系统从一个个概念变成实实在在的、保家卫国的武器,那种感觉无与伦比。
  从8×7系统一路走来,张兵和团队成员一样,几乎从没有一天放松过。跌跌绊绊、酸甜苦辣,样样俱全。有定型试验成功的喜悦,也有零下三十多度继续坚持试验和因技术问题百思不得其解的困惑,更有艰难困苦中的砥砺前行、不断坚持。他说:“只要你对所从事的工作产生了浓厚的兴趣,你就会克服一切困难,去把工作做好,这时候再辛苦,受再多委屈,你也不会退缩。”30多年来,对武器系统的热爱和无怨无悔的付出,正是支撑着他愈挫愈勇、不断前行的信念。下一个30年,无论战争还是和平,他仍将一如既往。
 

 
  张兵,现任中国船舶工业集团有限公司首席专家、大连舰艇学院客座教授。1986年毕业于哈尔滨船舶工程学院自动控制专业,长期从事近程反导武器系统的研究、研制、装备工作,在国防重大科研项目研制中做出了不平凡的业绩,多次获得奖励及荣誉称号。2012年被授予“全国优秀科技工作者”荣誉称号,2010年被评为中央企业先进职工;2009年获国务院政府特殊津贴;2004年获国防科技工业有突出贡献中青年专家称号,被评为船舶工业集团劳动模范;2003年获国防科学技术工业“511人才工程”学术技术带头人荣誉称号;2001、2005、2007年3次被评为中国船舶工业集团公司优秀党员;1997年获中国船舶工业总公司优秀青年科技工作者称号。
  先后担任了H/P××2型近程反导舰炮武器系统(8×7系统)主任设计师、副总设计师,H/P××1型近程反导舰炮武器系统(万×系统)总设计师;获国家科技进步奖二等奖1项,国防科技进步奖一等奖2项;获中船总科技进步奖二等奖2项、三等奖1项,中国船舶工业集团公司科技进步奖特等奖1项、一等奖1项、二等奖1项;军队科技进步奖三等奖1项。

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