当前位置: 测量装置 >> 测量装置优势 >> 弹道导弹射程近上万公里,误差却是几十米,
弹道导弹是怎么才能做到打那么远的同时,还能够打那么准呢?
在这个问题上发挥重要作用的,就是各种弹道导弹制导系统。
弹道导弹从出现到现在,已经有几十年的历史了。如今,现代的弹道导弹使用的制导方式多种多样。
(现代弹道导弹)
这些制导方式各有各的特点,也因此有不同的工作要求和应用场景。
下面,笔者就以一枚弹道导弹从发射到命中目标的全过程,来介绍几种常用的弹道导弹制导方式。
1
发射前的准备
首先,我们要发射一枚弹道导弹,有几个信息是我们在发射以前就要弄清楚的。
第一个信息就是目标的位置,毕竟我们要用弹道导弹对这个目标发动攻击,不知道目标位置怎么可以呢?
目标位置数据主要是目标的经度、纬度以及目标的海拔高度。通过这三个数据就可以在数字地图上标注出唯一的一个点,这就是目标的位置。
(只有知道目标位置才能发起打击)
如果要打击的目标是一个移动中的目标,那除了上面几个数据以外,还要知道目标移动的速度以及方向。
如果有条件的话,最好对目标保持长期的侦察测量,实时把移动目标的位置信息传输给导弹。
第二个信息是导弹发射阵地的位置信息,同样需要知道导弹发射阵地的经纬度和海拔高度,然后在数字地图上标注出发射阵地的位置。
如果是使用导弹发射车发射弹道导弹的话,因为导弹发射车停放的地面很难做到水平,所以还需要测量导弹发射车的姿态。
(导弹发射车在发射以前要测量姿态)
对导弹发射车的姿态进行测量是为了得知导弹发射出去的时候,是以什么样的姿态和角度发射的,这对于后续导弹的飞行控制至关重要。
第三个信息是地球重力场数据。可能很多人都不知道,地球重力场信息是什么东西,什么作用?
但是对于一枚射程上万公里,命中精度要求在百米左右的弹道导弹来说却至关重要。
地球虽然叫“球”,但其实地球的形状是一个不太规则的球体,而且内部物质分布也不均匀。
(地球并不是一个标准的球体)
所以地球的重力场分布是不均匀的,在不同地区有不同的重力场数据。而对于弹道导弹来说,一点点细微的干扰都会影响精度。
所以在弹道导弹发射以前,必须要考虑到地球重力场的影响和干扰,这就需要拥有地球重力场的数据。
测量地球重力场数据一般由天上的卫星来完成,经过长期的测量之后,形成一个地球重力场的数学模型。
(地球重力场模型)
有了上面这三个信息以后,就可以通过计算,算出一条从导弹发射阵地到打击目标的飞行线路。
把这条飞行线路传到导弹上面的计算机,就完成了导弹发射前的准备工作。
有些比较先进的导弹还可以储存多条飞行线路,在导弹飞行过程中进行变换,以增加对反导系统的突防能力。
2
加速段/上升段制导
发射前的准备做完以后,就到了导弹点火升空的时候了。
一枚弹道导弹在飞行过程中,它几千上万公里的飞行路程可以分为三段,分别是加速段或者叫上升段,中段或者叫滑行段,以及末端或者叫再入段。
加速段是导弹的火箭发动机主要的工作范围,在加速段中,导弹的各级火箭将会在最短的时间内将导弹加速到最快的速度。
(加速段也是我们最常见到的导弹发射画面)
到加速段结束时,导弹的速度称为关机速度,这是导弹整个飞行过程中速度最快的时候,即使是再入段,因为空气阻力的缘故速度也比关机速度慢。
就算是高超音速导弹也逃不开这一个物理定律。所以如果看到说导弹末端速度比关机速度还快的说法,那肯定是错的。
那么,在加速段或者说上升段,弹道导弹靠什么方式来进行制导呢?
我们要先来了解一下加速段的弹道导弹有哪些特点,而这些特点又对弹道导弹的制导方式提出了哪些要求。
(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,现代弹道导弹要求要在尽可能短的时间内,完成导弹的加速,以减少火箭发动机的工作时间,降低被发现的概率。
在弹道导弹刚刚发射升空的时候,它的速度还比较慢。而当导弹结束加速以后,导弹将达到最大速度。
由于弹道导弹射程远,在加速段一点点小小的误差都可能会造成精度的极大偏差,甚至超出后续修正弹道的范围。
从这三个特点,我们就可以知道加速段的弹道导弹对于制导系统,有怎么样的一个要求和限制。
(弹道导弹在加速段的时间很短)
首先,制导系统要反应迅速,因为弹道导弹的加速段时间很短。其次,制导系统要能够适应不同速度下的制导需求。最后,制导系统要有足够高的精度。
基于以上几点要求,现代的弹道导弹在加速段使用的主要是高精度惯性导航,加以卫星制导作为辅助。
高精度惯导是最经典的弹道导弹制导装置,它在弹道导弹上使用的历史,可以追溯到世界上第一枚弹道导弹——V-2导弹。
(高精度惯导)
惯导通过连续测量内部的一个陀螺仪姿态,通过积分计算出导弹的飞行姿态,从而对导弹的飞行起到一个制导的作用。
惯导有一个问题,那就是随着使用时间越来越长,每一次测量中不可避免产生的误差被累积下来,形成累积误差。
时间越长,累积误差越大,惯导的导航精度也就会不断下降。所以惯导适合在短时间飞行中使用。
现代卫星定位系统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算是非常精确。
(现代卫星定位系统主要起辅助作用)
不过,卫星定位系统在定位高速运动的物体时,会产生比较大的误差。所以卫星定位系统在弹道导弹的加速段主要起辅助作用。
在导弹刚刚发射,速度还不太快的时候,卫星定位系统就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参考依据。
当导弹结束加速段以后,就来到弹道导弹整个飞行过程中,时间最长的滑行段/中段。
3
滑行段/中段制导
“中段”对许多
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