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弹道导弹原理与军事效能

发布人:管理员

弹道导弹的祖宗V2

V1导弹的制导系统严格来说与V2没太大区别都是惯性制导,V1的制导组件是分别是陀螺方位仪组件(用于测量导弹的飞行方向并使导弹保持航向),空速计组件(用于测量控制导弹的飞行速度),机械计时器组件(用于测量导弹的飞行距离),高度计组件(用于测量控制导弹的飞行高度),油路切断器组件(用于切断导弹发动机的供油,使导弹失去动力落地)。导弹发射前首先进行场地测量,测量出发射场地的地图坐标,并根据发射场地与目标区域的位置对照,得出导弹发射后的飞行方向与飞行距离,当导弹起飞后,即在陀螺方位仪组件的控制下,按预定方向飞行,并在空速计组件的控制下保持航速,在高度计组件的控制下保持飞行高度,由机械计时器组件控制导弹飞行时间,当飞行到规定时间后,也就大致到达了目标距离,机械计时器就控制油路切断器组件切断导弹的供油线路,导弹失去动力就掉下去了。V2导弹的制导组件则是陀螺姿态仪,加速度计,定时器,燃料供应切断器,发射时也要先测量发射场地,然后得出目标距离发射场的距离,以及导弹飞行方位,不过导弹是垂直发射,并且是在4万米高度上转向目标方向,因此要用比较复杂的陀螺姿态仪测量导弹的立体飞行姿态,靠加速计掌握导弹的适时运动速度,这样就得到了导弹的立体运动数据,可控制导弹在规定高度转向目标方向。而在导弹发射前地面先行计算出导弹完成转向后飞抵目标所需的速度,但由于当时导弹发动机落后,计算弹道的设备落后,不可能迅速计算出导弹转向后的准确需求速度以及弹道,因此需要导弹发动机继续工作,一直推动导弹抵达接近目标的距离,只计算出导弹关机位置即可,所以用机械计时器即可,当到了规定时间,如果导弹燃料还未耗尽,计时器就控制燃料供应切断器终止导弹发动机的工作,如果计时器与加速计的数据配合显示导弹已经飞行到目标上空,并且导弹速度依然还很大,那么导弹的陀螺系统就会控制导弹翼面让导弹俯冲落下,反之则锁住翼面,使导弹继续按惯性飞行。

现代弹道导弹的制导

至于现代弹道导弹由于计算机的进步,在导弹发射前就先计算出一条可命中目标的弹道,当导弹的飞行立体航路以及速度与事先规划的弹道吻合时,就立即关闭发动机,使导弹沿预先计算好的弹道惯性飞行,最终落入目标区。在导弹进入预定弹道,并达到预定速度后,发动机就可以与弹头分离,不必一直推动导弹前进了,因此射程大大增加。现代弹道导弹的制导组件实际与V1和V2也没多大区别,只是测量与控制精度更高,弹道计算也更准确而已。在1960年代普通水平的洲际导弹就可以把关机精度控制在百万分之一秒内,使入轨精度达到分米级(进入预设弹道的精度),这当然是靠二战时期的机械计时控制是达不到的,不过尽管入轨精度达到分米级,洲际弹头的实际命中半径仍达到5-7公里左右,可想而知为什么二战时期V1与V2射击距离区区300公里远的大城市都有大量导弹未能命中了。实际上惯导导弹的惯导系统并不比早就在飞机上使用的自动驾驶仪有什么明显的进步,二战时期一条直航鱼雷都有这套惯导系统,只是没有发动机关机系统而已,而没有发动机关机系统的惯导系统被称做简易惯导系统,目前世界上射程超过40公里的火箭通常都有简易惯导系统,装有简易惯导系统的远程火箭并不被称做弹道导弹或惯导导弹,而被称做无控火箭或自由飞行火箭。而这无控火箭的简易惯导系统,实际也不比弹道导弹上带关机系统的惯导系统便宜到哪去,但精度却差的远,对40公里外同样射程上的目标如果用无控火箭去对付,达到同样的毁伤效果,实际花费比使用弹道导弹还昂贵的多。所以老美现在的火箭炮不追求超过40公里的射程,免得需要装简易惯导系统大幅度提高火箭弹的成本,而是着重提高发射车的瞄准控制系统精度,以及提高火箭弹的飞行稳定度。武器的投射精度与毁伤效率是成正比的,而火箭是精度最糟糕的一种武器,这是由于火箭也好弹丸也好,他的加工无论无何也做不到外型尺寸的绝对精确,比如壁厚,圆度,都存在加工误差,因此在空气中飞行时不可避免的会发生弹道偏移,炮弹可以通过来复线的作用进行高速旋转,有效克服外型误差带来的精度下降,而火箭则无法依靠来复线获取足够的旋转速度,因为火箭的初速度都是不大的,而通过尾翼的作用控制旋转同样转速不大,而用尾翼稳定同样无法达到炮弹的稳定程度,而且突出的尾翼本身也不可能加工完全精确对称,至于用安装偏转火箭发动机的方法仍不可能达到炮弹的稳定程度,而且火箭比炮弹长的多,里面的药柱燃烧不可能绝对均匀,药柱的加工各部位密度同样不可能绝对无误差,即使是液体火箭,火箭的燃烧喷射,喷嘴位置也不可能绝对精确,所以火箭的精度是糟糕的,这就是为什么到了一定射程后,其精度将无法被接受,以致一定要用制导系统来控制的原因。

现代弹道导弹的辅助制导方式

与早期弹道导弹不同,现代弹道导弹都有一些辅助手段提高入轨精度,并非单纯惯导,其中目前使用的主要有,星光制导,雷达地形匹配,GPS辅助等等。其中最先进的则是MX导弹所运用的星光导航装置。

所谓星光制导是弹头脱离火箭后,弹头上有观测一些恒星位置的装置,可以根据一些恒星的方位变化,获得导弹的准确位置信息,利用弹头上的微调发动机,不断的修正偏移误差,确保弹头始终保持在预定弹道内,并使弹头速度与预先计算的弹道速度全程吻合,能克服未知的大地重力场变化带来的弹道飘移影响,也就是入轨精度误差达到接近0,这种方式由于是被动的,不发射任何联络信号,也没有固定的导航星标,无法预知是利用哪几颗恒星或星系做为导航参照,因此不可干扰。不过这一手段会在重返大气层时失效,因为远程导弹重返大气层的速度非常快,当接触大气层后会与大气摩擦发热,使弹头包裹在高亮炽热等离子体中,无法接收任何外界信号,自然也就不再具有导航能力,而星光制导组件也将烧毁,因此进入大气层前已经分离丢弃,或缩入保护罩装置之中,因此在有大气作用的大气层厚度范围内,也就是90公里高到地面这一段,还是会受气流以及重力场变化的影响产生弹道偏移,一般来说1公里距离发生1米左右命中圆的弹道漂移难以避免,也就是说最终会是90~120米的命中圆精度

所谓雷达地形匹配制导,就是在预设弹道经过区域下面收集若干区域的地形参数,这样弹头在进入弹道后,每经过一个弹道校正区,就可以通过地形测绘雷达,对比携带的地形参数进行对照,即可知道是否保持在正确的弹道之中,修正弹道漂移,地形匹配修正因为地形雷达扫描速度快时间短,加上无法预知导弹的的地形匹配区域在哪几段,也就无法预知导弹何时雷达开机,开始进行地形比对,所以也很难干扰。与远程导弹类似,中程导弹重返大气层的速度也非常高速,在进入大气层后地形匹配修正也就无法使用了。也同样要面临90公里高到地面这一段发生的弹道漂移,最终也会是90~120米的命中圆精度。

所谓GPS辅助就是弹头通过GPS导航卫星来获得合适位置的情报,可以确保弹头保持在预先规划的弹道内,并即使预定弹道有错,只要误差不是太大,弹头也能命中目标,命中圆精度最高可以达到米级到10米级,这是因为GPS导航辅助常用于弹道高度低的中近程弹道导弹,这种导弹重返大气层速度不大,不可能包裹在等离子体内,也不至于烧毁弹头的控制翼面或修正弹道的推力装置,可以进行全程GDP导航,如用于中导则必需有弹头减速装置。但这种辅助方式就很容易被干扰,因为各种导航卫星都是靠发射信号来让装有接收装置的各种设备获得具体方位信息,而这些信号完全可以被干扰屏蔽,使导弹无法获得导航信号甚至是获得错误的导航信号,如果导弹不具有一定智能,不能在受干扰后察觉导航有误自动换回惯导,那会使导弹发射后不知去向,甚至受到反引导去攻击发射方自己的区域。

军事 导弹-弹道导弹原理与军事效能

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