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一枚弹道导弹从发射到命中目标的全过程,地球虽然叫“球”

在这个问题上发挥重要作用的是各种弹道导弹制导系统。

弹道导弹已经存在了几十年。今天,现代弹道导弹使用多种制导方法。

(现代弹道导弹)

这些指导方式各有特点,因此有不同的工作要求和应用场景。

下面,笔者将基于弹道导弹从发射到命中目标的全过程,介绍几种常用的弹道导弹制导方法。

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发射前的准备

首先,我们要发射弹道导弹,发射前需要弄清楚几条信息。

第一条信息是目标的位置。毕竟,我们要使用弹道导弹来攻击这个目标。我们怎么可能不知道目标位置呢?

目标位置数据主要是目标的经纬度和目标的海拔高度。通过这三个数据,可以在数字地图上标出一个点,即目标所在的位置。

(只有在目标位置已知的情况下才能发动打击)

如果要命中的目标是移动的目标,除了上述数​​据外,还必须知道目标移动的速度和方向。

如果可能,最好保持对目标的长期侦察测量,并将运动目标的位置信息实时传输给导弹。

第二个信息是导弹发射场的位置信息。还需要知道导弹发射场的纬度、经度和高度,然后在数字地图上标出发射场的位置。

如果用导弹发射器发射弹道导弹,很难将导弹发射器停放的地面平整,因此还需要测量导弹发射器的姿态。

(导弹发射器发射前需要测量姿态)

测量导弹发射车姿态的目的是为了知道导弹发射时的发射姿态和角度,这对导弹后续的飞行控制非常重要。

第三条信息是地球的引力场数据。很多人可能不知道,地球引力场的信息是什么,有什么作用呢?

但对于射程上万公里、命中精度在百米左右的弹道导弹来说,就非常重要了。

虽然地球被称为“球”,但地球的形状实际上是一个不规则的球体,内部的物质分布并不均匀。

(地球不是标准球体)

因此,地球引力场的分布是不均匀的,不同地区的引力场数据也不同。对于弹道导弹,最轻微的干扰都会影响精度。

因此,在弹道导弹发射前,必须考虑地球引力场的影响和干扰,这就需要掌握地球引力场的数据。

地球引力场数据的测量一般由天上的卫星完成。经过长期测量,形成了地球引力场的数学模型。

(地球重力场模型)

有了以上三条信息,就可以计算出从导弹发射位置到目标的飞行路线。

这条飞行路线传送到导弹上的电脑,导弹发射的准备工作就完成了。

一些更先进的导弹还可以存储多条飞行路线,并在导弹飞行过程中改变它们,以增加反导系统的突防能力。

2

加速/上升指导

发射前的准备工作完成后,就该导弹发射升空了。

弹道导弹在飞行过程中,其数万公里的飞行距离可分为三个段,即加速段或上升段、中段或滑翔段、末端或再入段。

加速段是导弹火箭发动机的主要工作范围。在加速部分,导弹各级火箭将在最短的时间内将导弹加速到最快的速度。

(加速段也是我们看到的最常见的导弹发射画面)

在加速段结束时,导弹的速度称为停机速度,是导弹整个飞行过程中最快的时间。即使在再入段,由于空气阻力,速度也比停机速度慢。

跑跑卡丁车飞行导弹钻石_导弹抛物线弹道_导弹按飞行弹道可分为

即使是高超音速导弹也无法逃脱这一物理定律。所以如果你看到导弹末端速度快于停机速度的说法,那肯定是错的。

那么,在加速阶段或上升阶段,弹道导弹是如何进行制导的呢?

首先要了解弹道导弹在加速段的特点,这些特点对弹道导弹的制导方式有什么要求。

(天基红外预警卫星是现代反导系统的标配)

由于天基红外预警卫星的存在,要求现代弹道导弹在最短的时间内完成导弹的加速,从而减少火箭发动机的工作时间,降低被发现的概率。

弹道导弹刚发射的时候导弹按飞行弹道可分为,还是比较慢的。当导弹完成加速时,导弹将达到最大速度。

由于弹道导弹射程较远,加速段稍有误差就可能导致精度出现较大偏差,甚至超出后续弹道修正范围。

从这三个特点,我们可以知道弹道导弹在加速段对制导系统有什么样的要求和限制。

(弹道导弹在加速阶段的时间很短)

首先,制导系统需要快速响应,因为弹道导弹的加速周期很短。其次,制导系统应能适应不同速度下的制导要求。最后,制导系统必须足够准确。

基于以上要求,现代弹道导弹在加速段主要采用高精度惯性导航,卫星制导为辅。

高精度惯性导航是最经典的弹道导弹制导装置。它用于弹道导弹的历史可以追溯到世界上第一枚弹道导弹——V-2导弹。

(高精度惯性导航)

惯性导航系统不断测量内部陀螺仪的姿态,并通过积分计算出导弹的飞行姿态,从而对导弹的飞行起到引导作用。

惯性导航有一个问题,就是随着使用时间越来越长,每次测量不可避免产生的误差都会累积起来,形成累积误差。

时间越长,累积误差越大,惯性导航的导航精度会不断下降。所以惯性导航适用于短时飞行。

现代卫星定位系统的军用定位精度已经达到厘米级,对于体长十几米甚至几十米的弹道导弹来说,可以说是非常精准的了。

(现代卫星定位系统主要起辅助作用)

但是卫星定位系统在定位高速运动物体时会产生比较大的误差。因此,卫星定位系统主要在弹道导弹的加速段起辅助作用。

在导弹刚刚发射且速度不太快的情况下,卫星定位系统可以辅助确认导弹发射时的姿态等相关数据,让导弹上的计算机有更多的参考。

当导弹完成加速段时,将到达弹道导弹整个飞行过程中最长的滑翔段/中间段。

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出租车段/中段指导

“中段”对于很多关注军事的朋友来说并不陌生。我们看看美国的各种反导系统,比如GBI、标准3等,被称为“中段反导系统”。

这是因为弹道导弹在整个飞行过程中,中段速度比较慢(刚好比导弹完成加速前快),飞行时间长,弹道相对固定,这些都是反导拦截的有利条件。

(中段拦截是主要的反导手段)

说到弹道导弹在中段飞行的制导问题,正如我们上面提到的,弹道导弹在该段飞行时间较长,速度相对较慢,这为多种制导方式提供了条件。

当然,最经典、最重要的制导方式还是高精度惯性制导。

没有他,这种不需要参考外界条件,使用时间越短,精度越高的制导方式,简直就是为弹道导弹量身定做的。

不过,弹道导弹虽然飞行时间短,但也有二十、三十分钟的飞行时间。

在此期间,虽然高精度惯性导航的累积误差很小,但对于日益严格的精度指标来说也有些不足。

(一些洲际弹道导弹使用星光制导)

因此,在弹道导弹的中途飞行中,也引入了星光制导进行辅助修正。

星光引导听起来可能很高,但实际上在数百年前的大航海时代,航海家使用星星作为海上导航方向的参考。这其实是最原始的星光引导。

同样的原理也适用于现代洲际弹道导弹的星光制导。在弹道导弹计算机上导弹按飞行弹道可分为,预先存储了不同时间的星图。

在导弹结束加速阶段进入中间阶段后,此时的导弹已经在大气层之外,可以清晰的看到整个星空。

这时,弹道导弹上的星光制导窗口,也就是安装在箭体上的摄像头,将拍摄导弹看到的星空。

(星光导引装置结构图)

通过匹配特定的星图,弹道导弹可以知道自己的位置和姿态,测量精度非常高。

星光制导获得的数据可用于修正高精度惯性导航误差,减少惯性导航累积误差对弹道导弹精度的影响。

星光制导只有两个要求,看星空需要比较长的测量和计算时间,而弹道导弹中段的飞行特性刚好可以满足这两个要求。

此外,卫星制导近年来也开始应用于弹道导弹的中段飞行制导,发挥辅助导航作用,作为惯性制导和星光制导的补充。

4

再入/结束段指导

在弹道导弹飞行结束时,即在击中目标前重新进入大气层进行最后冲刺时,主要的制导方式更加多样化。

这种导弹飞行过程的主要特点是速度快,留给制导系统的时间很少。同时,大多数弹道导弹都需要经过重新进入大气层的过程。

重新进入大气层的过程会与空气发生剧烈摩擦并产生大量热量,这就需要弹道导弹的制导系统在如此恶劣的条件下正常工作。

(弹头在重新进入大气层时与空气剧烈摩擦)

在这种情况下,首选的引导方法仍然是我们的好朋友,高精度惯性导航。毕竟,无论外部工作环境多么恶劣,都不会影响高精度惯导的正常运行。

同时,高精度惯性导航响应相当快。可以说,导弹的飞行姿态几乎可以实时获得,对末段工作时间短的问题毫无压力。

当然惯性导航也面临最后阶段累积误差的问题,而这是导弹飞行过程的最后阶段,累积误差已经达到最大值(如果中间阶段不修正的话) .

好在中段有星光引导修正高精度惯导,让惯导在最后一段保持足够的精度。

如果还是不放心,还可以在弹道导弹上加装雷达或红外窗口,对弹道导弹进行末段制导。

(雷达制导)

弹道导弹末端雷达的作用是对预定着陆点进行成像,并将其与存储在弹道导弹计算机中的目标雷达图像进行比较。

只需很短的时间对比两次成像的误差,就可以对弹道导弹进行最后的调整,准确命中目标。

雷达成像制导弹道导弹的精度相当高,可以达到十几米甚至几米的精度。

但雷达成像制导需要面对黑障问题,即弹道导弹再入过程中与空气剧烈摩擦产生的等离子体的电磁屏蔽问题。

这听起来很难理解,但我们只需要知道结论,即与空气的摩擦在一定程度上会影响雷达的正常工作。

(剧烈摩擦产生的等离子体会形成黑色屏障现象)

与空气的摩擦程度取决于弹道导弹的速度,而速度与弹道导弹的射程直接相关。

因此,目前采用雷达制导的弹道导弹多为中近程导弹,很少有中远程弹道导弹采用雷达制导。

美国“潘兴2”弹道导弹是雷达制导的中程导弹,但需要减速到2倍音速才能使用雷达制导。

减速到2倍音速,意味着“潘兴2”的突防能力相当弱,更不用说反导系统,普通的防空系统都能将其击落。

DF26同样采用雷达制导,但DF26雷达可以在6倍音速以上正常工作,甚至可能达到7-8倍音速。

(DF26的雷达能够在高超音速下正常工作)

这使得 DF26 非常准确和远程,同时还具有很高的穿透能力。DF26 也是服役中射程最远的雷达制导弹道导弹。

借助DF26的红外制导窗口,DF26具备打击移动目标的能力。这也是为什么东风26可以攻击大型水面舰艇,成为“航母杀手”的原因。

中国如何解决黑壁垒问题?不知道相关信息是高度机密的,但很显然,中国是目前唯一一个解决了黑障雷达工作问题的国家。

经过上述制导系统的导航,弹道导弹可以准确命中目标。

可以说,弹道导弹的飞行过程只有几十分钟,却凝聚了导弹制导技术的精髓。只有中国这样的大国才能做到,普通国家根本玩不了。