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在上期《我军自用坦克什么时候才能用上空调？》中，有网友在后台留言，希望了解“上反稳像”和“下反稳像”具体指的是什么。那么今天我们不妨就此机会来简单介绍一下现代坦克火控系统的发展历程以及其背后那些听了令人头大的专有名词的具体意思。
在坦克发展的早期，“火控系统”还较为简陋。今天我们所说的坦克火控系统的三大组成部分：瞄准系统、稳定系统和传感计算系统中只有瞄准系统在坦克上得到了应用。所谓瞄准系统，主要是指坦克火炮的瞄准镜。早期坦克的瞄准镜通常是与火炮刚性连接在一起的，坦克炮手在控制火炮俯仰、回旋的时候，炮镜也会跟着火炮一起运动，即坦克的瞄准线和火线在垂直方向上是始终平行的。
不过由于炮弹会在重力作用下下坠，所以坦克在射击远距离目标时，通常需要抬高炮口来弥补弹道下坠带来的影响。一般在射击之前，坦克炮手会通过自身的经验以及炮镜上的简单分划来估算敌我之间的距离，并通过调整分划或简单抬高炮口的方式进行瞄准。而这种火控方式，现在我们一般称之为“简单火控系统”。
不过很快，人们发现由于坦克在行驶过程中的颠簸，使其很难在行进中射击。不仅如此，悬挂系统本身的减震效果，也使坦克在急停射击时会先“晃三晃”，直到其完全停稳后才能安定瞄准。这使其在完全停稳之前，与“活靶子”无异。而为了解决这一问题，美国人开始尝试把当时海军的垂直稳定器搬上坦克。这也就成为了我们上文所说的坦克火控系统中的第二大组成部分——稳定系统。
在原理上，火炮垂直稳定器是利用陀螺仪的进动性和定轴性对火炮进行稳定的。简单来说，就是在坦克内安装一个陀螺仪，该陀螺仪的陀螺部分在惯性空间内是稳定的。既然陀螺是稳定的，那么只要陀螺仪能够检测到固定于火炮上的陀螺框架与陀螺之间的角度变化，就可以根据这个角度变化来调整火炮，使其稳定在惯性空间内。这样一来，不管坦克如何颠簸，其火炮在垂直方向的指向都不会变化，这非常有利于坦克在行进间观察和射击。
目前已知最早安装了垂直稳定系统的坦克是美军在二战时期生产的M3格兰特中型坦克和M4谢尔曼中型坦克。这两款坦克的稳定器可以保证坦克在急停射击时和坦克以较低速度行进时火炮在垂直方向上拥有较好的稳定性。在二战结束后，虽然美国人自己放弃了在坦克上加装稳定系统的做法，不过其远房表亲英国人却如获至宝的开始大规模进行普及和升级。1948年，英国人投产了世界上第一种安装双向稳定系统的百夫长Mk3坦克。
所谓双向稳定系统（也称完全稳定），其原理与垂直稳定系统几乎完全一致，区别仅仅是垂直稳定系统只与火炮的高低机联动，稳定火炮的垂直方向。而双向稳定系统则还与炮塔的回旋机构联动，使坦克的炮塔也始终指向目标方向。这意味着不管坦克的车体如何扭动，坦克的火炮都可以稳定的指向目标，使得坦克第一次拥有了可靠的行进间射击能力。在世界范围内，除了英国坦克外，德国的豹1A1、苏联的T-55坦克也都装备了双向稳定系统。
不过新的问题也随之而来。第一个问题是，如果炮塔座圈本身歪了怎么办？虽然通过火炮高低机、炮塔方向机的联动，可以保证无论炮塔座圈出于什么样的空间状态，火炮均能顺利的指向目标，但炮镜分划是不会顺着重力方向自动稳定的。这意味着一旦车体处于倾斜状态，炮镜分划也将一起倾斜，这无疑会给炮手的瞄准造成困难。
为了解决这一问题，德国首先在1966年提出了“三轴稳定”的概念，并在豹1坦克的底盘上改装了一辆“三轴稳定试验车（Erprobungsträger mit 3-achs-stabilisiertem）”。这辆三轴稳定试验车摒弃了传统的“将炮塔固定在车体上”的做法，而是将炮塔底部做成了半球形，使之能够“浮”在车体上。这样一来，在稳定系统的控制下，无论车体处于什么样的空间状态，炮塔都能始终平行于水平面。完美解决了车体颠簸导致炮镜分划左摇右摆的问题。不过最后由于成本原因和电子分划的出现，这种三轴稳定系统并没有被正式采用。
此外，早期双稳系统依旧采用了“简单火控系统”中瞄准镜随动于火炮的安装模式。这就导致了另外两个问题：首先，如果行驶的路面比较颠簸，那么火炮和瞄准镜都免不了在炮塔内做“帕金森”式的摆动。这难免会导致瞄准镜的目镜与炮手的眼睛忽近忽远，其视场也会有“帕金森式”的小抖动，这非常不利于持续瞄准跟踪；其次，在需要定角装填的坦克上，一旦火炮扬起复位装填，炮镜也会随之上扬，这无疑会导致炮手暂时失去目标视野，不利于连续瞄准射击。
为了解决这两种问题，火炮与瞄准镜分别稳定势在必行。这也就是文章开头时所说的“稳像式火控系统”，由于在“稳像式火控系统”中，瞄准镜是独立稳定的，而火炮从动于瞄准镜，非常类似于海军舰艇上的射击指挥仪与火炮之间的关系，所以“稳像火控”也被称为“指挥仪式火控系统”。再后来，车长周视镜也拥有了对火炮的控制权。此时车长、炮手的瞄准镜分别独立稳定，而火炮可以随动于两者中的任何一个，这种火控系统便被称为“双指挥仪式火控系统”。
由于火炮在水平方向上是刚性固定在炮塔上的，所以在水平方向上是不存在稳像的问题的。那么只要瞄准镜能够保证在垂直方向上的稳定，炮手在瞄准镜中看到的图像也就是稳定的。而要在垂直方向上稳定一个本质上是潜望镜的瞄准镜，并不需要分别独立稳定瞄准镜中的每一个镜片。根据光学原理，只要潜望镜上下反射（棱）镜中的任何一个是稳定的，那么整个系统的光路就是稳定的。由此也引出了“稳像式火控”的两个重要流派——“上反稳像”和“下反稳像”。
所谓“上反稳像”，即通过稳定瞄准镜的上反射镜达到“稳像”目的的火控系统。不同于以往的“双稳系统”，“上反稳像”的瞄准镜整个镜体是刚性固定在炮塔上的，与炮塔内成员的相对颠簸较小，炮手能够轻易地保持眼睛与目镜的相对距离，即使炮管在“帕金森”、亦或是为了装弹而高高扬起，都不需要炮手“追着瞄准镜到处跑”。此外，由于潜望镜上部的可见光、红外光信号强度都非常不错，所以“上反稳像火控系统”能够轻易的集成微光、热像等夜视设备，并使之与白光瞄准镜一起获得“稳像”功能。这种稳像火控在西方坦克和我国96A、99A、15等新型坦克上得到了广泛的应用。
而“下反稳像”则恰恰相反，其是通过稳定瞄准镜下部的反光棱镜达到稳像目的的。这样做最大的好处是，陀螺仪检测到瞄准镜晃动了多少度，下反光棱镜就跟着调整多少度就行了，不存在角度的换算。相比于“上反稳定”系统要将上反射镜调整瞄准镜晃动角度的一半的做法，“下反稳定系统”的系统的技术难度和成本显然低了不少。不过总体而言，“下反稳定”还是弊大于利的：一方面，下反稳定为了“简单”起见，并没有让瞄准镜和火炮分别俯仰，所以瞄准镜镜体“帕金森”的问题，和火炮上扬装弹时瞄准镜突然远离炮手眼睛的问题依旧没有解决。
另一方面，由于上下反射镜中间有大量的其他镜体，几乎可以屏蔽目标辐射的红外线。所以“下反稳像系统”无法稳定火炮的微光和热像夜视仪。为了解决后一种问题，中苏两个广泛采用了“下反稳像系统”的国家采用了截然不同的解决办法。苏联人的解决办法是：为热像瞄准镜单独进行稳定，即炮手有两个分别稳定的瞄准镜，两个瞄准镜都可以控制火炮运动。
而中国则采用了将热像仪固定在白光瞄准镜镜体上，随着火炮一同稳定的方法。这样一来，在平时战斗中，热像瞄准镜使用起来与早期“双稳火控”并没有什么区别。而在炮管上扬装弹时，采用了电子分划的热像瞄准镜的分划线会自动下移以补偿炮管上扬造成的热像仪视野上扬，使瞄准十字线始终对准目标。这种介于“稳像”与传统双稳之间的“假稳像”被称为“稳线式火控”——顾名思义，只有划分线是“稳定”的。
而对于现代坦克火控的第三个组成部分——传感器与计算机的重要性则是从上世纪70-80年代开始凸显出来的，这主要得益于上世纪七八十年代电子计算机技术的突飞猛进。上文提到过，在传统火控系统中，炮手需要依照炮镜分划和经验手动抬高炮口来射击比较远的目标，这个过程我们一般称之为“装表”。在现代坦克火控系统中，这一过程已经完全被电子系统所取代，比如炮手发现目标后，可以使用激光测距仪测量目标距离，完成后火控计算机将根据预设射表自动抬高炮口。此外，在装表过程中，火控计算机还可以使用各种传感器感测气温、气压、风向、风速、耳轴倾斜等多种会影响火炮弹道的外部因素并加以修正。这个由计算机代替人力进行装表的过程，我们称之为“自动装表”。
此外，电子火控计算机的出现也使另一个问题迎刃而解——由于瞄准镜的棱镜重量轻、惯性小，所以稳定精度非常高，而从动于瞄准镜的火炮则重量大、惯性大，稳定精度也相对更差。这就导致了即使瞄准镜中的视场非常稳定，火炮也会存在一些“帕金森”抖动的问题。而如果在此时开火，射击的精度也不免会下降。为此，现代火控计算机还加入了一个被称为“射击门”的技术。这种技术的核心在于，既然我不能让火炮不“帕金森”，那么我只要控制炮口在帕金森到正确位置的时候击发火炮就行了。我们看到德国豹2坦克的啤酒挑战、我国99A坦克的罐头挑战都不是绝对的稳定，但射击精度却并不会因此受到影响，就是因为采用了这样的技术。
由于现代坦克火控系统本身十分复杂，加之作者自身水平有限，成文的时间也非常紧张，文中难免会出现一些疏漏或谬误，希望读者们能够在后台留言中与我们交流、互动。如果有关于坦克火控的其他问题也可以在留言中提问，我们将在本周五的《校场》栏目中集中解答。
