洲際導彈是怎麼導航的?

南煙齋筆談



洲際彈道導彈主要使用兩種制導方式打擊目標:

慣性制導


慣性制導使用靈敏的測量裝置來計算導彈離開已知位置後的加速度。早期的機械慣導系統並不十分精確,需要某種外部調整,以使它們能夠擊中甚至城市大小的目標。現代洲際導彈系統使用固態環形激光陀螺,在10000公里範圍內精確到米以內,不再需要輸入目標修正信號。慣導陀螺儀的發展以美國MX導彈上的AIRS為頂峰,這使得洲際射程的精度低於100米。

許多民用飛機使用環形激光陀螺儀進行慣性制導,這種陀螺儀不如洲際彈道導彈中的機械系統精確,但它提供了一種獲得相當精確的定位的廉價手段(當大多數飛機,如波音707和747被設計出來時,全球定位系統並不是今天這樣在商業上廣泛使用的跟蹤手段)。如今,制導武器可以結合慣性導航系統、全球定位系統和雷達地形測繪來實現極高的精度,就像現代巡航導彈一樣。



慣性制導最受戰略導彈初始制導和再入飛行器設計師的青睞,因為它沒有外部信號,也不會被幹擾。此外,這種制導方法相對較低的精度對於大當量核彈頭來說不是什麼大問題。



天文慣性制導

天文慣性制導是慣性制導和天文導航的傳感器融合/信息融合。它通常用於潛艇發射的彈道導彈。與發射點固定而可以作為參考的發射井式洲際彈道導彈不同,SLBM是從移動的潛艇上發射的,這使得必要的導航計算變得複雜並增加了圓概率誤差。這種天文慣性制導用於校正小的位置和速度誤差,這些誤差是由潛艇導航系統的誤差引起的發射條件不確定性以及飛行過程中由於儀器校準不完善而在制導系統中積累的誤差造成的。



潛射洲際導彈使用天文定位來微調發射後慣性制導系統的精度。由於導彈的精度取決於制導系統知道導彈在飛行過程中任何給定時刻的準確位置,恆星星光是計算該位置的固定參考點,這使得這成為提高精度的非常有效手段。



在美國三叉戟導彈天文制導系統中,這是通過單臺攝像機來實現的,該攝像機被設計成只在預期位置上定位一顆恆星(蘇聯潛艇發射的導彈將跟蹤兩顆獨立的恆星來實現這一點),如果它沒有完全對準它應該在的位置,那麼這將表明慣性系統沒有精確對準目標,將進行校正。



目前只知道這兩種洲際導彈制導方式,有知識面廣的大俠,歡迎補充。


軍機處留級大學士


洲際彈道導彈作為大國國防力量的中堅威懾力量,其制導模式從誕生以來基本構架方面變化並不大,這不是因為技術沒有進步,而是為了確保可靠性。

這種類型的導彈制導方式採用的是複合式制導模式,主要依賴於不同制導方法共同提供航向定位,從而能夠互相糾正偏差,確保CEP值處在設計範圍以內。

其中最為主要的指導模式主要有兩種:

1、慣導方式。

這種方式是一種經典方法,依賴於慣性導航設備實施測量導彈彈體空間六個自由度方向上的速率、加速度、角速度等運動參數,並依靠內部計時器,在彈載計算機的作用下,以導彈發射點的座標為原點,開始進行積分運算,從而能夠實時繪製出導彈的運動軌跡。

早期都是機械式慣導,現在慢慢的升級到激光慣導,慣導本身的精度也在提高。

不過這種方式有兩個天然性的缺點:

第一個,導彈發射點的座標必須事先精確測量,否則就失去積分運算的基準參照。這就是為什麼早期洲際彈道導彈往往需要設置幾個陸地發射場,這些發射場的發射架地理座標都是事先精確測繪好的,提前輸入到各枚導彈的計算機中,這樣才能夠確保縮短髮射準備時間。

第二個缺點,隨著導彈飛行時間的累計,積分誤差也在累計,並且不斷的放大,射程越遠,誤差就越大。正因為如此,洲際彈道導彈就無法配置常規彈頭,必須是核彈頭,這樣才能夠確保打擊效果。

2、星光制導。

正因為慣導具有天然的誤差累計效應,因此為了提高打擊精度,就必須在飛行過程中提供一種誤差修正方法,星光制導就被採用了。這種制導方式不依賴於地面任何負責設施,而是採用光學方法,以宇宙中的某些恆心作為參照物,在飛行過程中通過不斷測量導彈相對於恆心的位置和角度變化量,通過計算機的運算來完成對慣導系統的修正,從而提高對飛行軌跡的控制角度。

像其他的制導模式,比如地形匹配、衛星定位系統、光電電視制導等,這些都不適合洲際彈道導彈,畢竟這玩意要嚴格確保發射可靠性,全程只依靠導彈自己進行飛行,這就不會被他國進行干擾。


這個問題呢就回答到這裡吧。

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談到洲際導彈,那麼就是射程在10000公里以上的彈道導彈了。在萬里之外的導航似乎的確是一個很大的難題。尤其是當導彈以十幾甚至二十幾馬赫的速度再入的時候導航的真正能發揮效果的時間則只有十幾秒。

那麼導彈到底怎麼導航的也就成了很多軍迷很關心的問題了。


其實在洲際導彈發射點火之前、導航儀就已經在工作了。

通常洲際導彈並不以GPS或者類似系統進行導航,作為戰爭期間的最後手段,洲際導彈發射的時候已經不能保證GPS系統還能正常工作了,因此洲際導彈的導航方式要確保其不受摧毀和外界影響,那麼最具穩定性的導航條件就是利用——物理定律了。


這裡要說的就是——慣性導航系統。


當你有興趣拆開一枚美國的民兵導彈的時候,會發現導彈內有一個圓球形的機構。

這就是洲際導彈導航所使用的陀螺儀和導航計算機了,上圖的型號是D-37D。

洲際導彈的預定目標都在導航計算機的存儲器內保存,在發射前以代碼的形式輸入導彈導航計算機。

所以當導彈需要發射的時候,導彈發射基地的值班士兵只需要將攻擊代碼通過圖下的控制檯輸入到導彈內即可。

注意,這裡輸入的是代碼,值班士兵只知道代碼輸入的流程,但是這些代碼到底是什麼意思值班士兵並不知道。


哪怕是導彈的目標是基地本身士兵也會毫不猶豫的輸入進去。


那麼為什麼不使用衛星或者無線電控載波對導彈進行導航呢? 主要是因為基於陀螺儀的慣性導航嚴格符合物理定律,之前說過物理定律是無法被幹擾的。只要儀器做得足夠精密那麼導彈就可以按照預定路線飛行。


而使用GPS在大殺器上則是一個不安全的行為,之前也出現過伊朗通過偽造GPS信號捕獲美國無人機的事情。


導彈內的導航系統則不可以這麼傻。同時,作為陀螺儀的升級版本,現在有使用光纖陀螺儀的導彈導航器。

通過將幾公里的光纖以特定的纏繞方法纏到一個圓盤上。

幾個纏繞好的圓盤成角度安裝到框架內。這樣就形成了一個激光光纖陀螺儀。

其內部是這樣的

當光源通過垂直分光器進入到一根光纖的兩頭後會分別從另一端射出,射出後到檢測器(Detector)上可以檢測出干涉條紋。如果在光線傳輸過程中A水平旋轉,那麼按照光速度恆定的原理投射到檢測器上的干涉條紋就會有變化。

看——激光光纖陀螺也還是使用的基本物理定律,只不過從慣性陀螺儀的“角動量守恆”變成了“光速恆定”


至於很多人說的星光導航什麼、地面圖像導航其實都是輔助導航手段,並不完全在洲際彈道導彈上起主要的導航作用。


軍武數據庫


洲際彈道導彈只有一種制導方式,那就是慣性制導。全世界所有型號的洲際彈道導彈都採用慣性制導作為主要制導方式,沒有例外的。導彈發射前,先計算出一條可命中目標的理論彈道,導彈通過慣性陀螺儀和傳感器,測量導彈彈體空間六個自由度方向上的速率、加速度、角速度等運動參數,不斷計算並修正導彈飛行的真實航路和速度,當與事先規劃的理論彈道吻合時,就關閉發動機,使導彈沿預先計算好的彈道慣性飛行,最終落入目標區。

在上世紀60年代,使用高精度的機械式慣導,洲際導彈可以把關機的時間精度控制在百萬分之一秒內,使導彈進入預設彈道的精度達到分米級。這樣,一萬公里射程的彈道導彈的實際命中半徑(CEP)可以達到5公里左右,能夠滿足百萬噸級核彈頭的爆炸要求。到了80年代,美國率先應用了精度更高的激光光纖陀螺儀,以及更大計算規模的導航計算機,可以使洲際彈道導彈的末端CEP小於90米,這意味著可以直接使用核彈頭打擊敵國的加固導彈發射井。

至於其他的幾種制導方式,例如星光導航,GPS衛星導航等等,都是輔助工作方式,沒有一個作為主要制導方式的。

很多人以為隨著技術的進步,GPS衛星制導會成為主要的導彈制導方式。其實這是誤解,在武器應用領域,GPS衛星制導系統並不是人們想象的那樣神奇厲害,GPS基本都是作為輔助制導,極少有武器彈藥單純的使用GPS作為唯一制導系統。比較先進的導彈,一般都是GPS/INS組合制導,即慣性制導+GPS全球定位系統輔助制導,例如戰斧巡航導彈或JDAM衛星制導炸彈,都是以慣性制導為主,GPS導航為輔。

全球定位(GPS)輔助制導很少用於洲際彈道導彈,因為洲際彈道導彈的突防速度極高,一般要有20~30馬赫,這個速度是無法順暢使用GPS的。所以GPS輔助制導多用於速度比較低的巡航導彈,或者中短程彈道導彈。

為了提高洲際彈道導彈的入軌精度,美國在研製MX導彈時,首次使用了星光輔助制導。彈頭脫離火箭後,彈頭安裝有恆星敏感器,能夠測量一些恆星的位置,根據恆星的方位獲得導彈的準確位置信息,修正偏移誤差,能克服大地重力場變化帶來的彈道飄移,能使導彈的入軌精度誤差達到接近0。正是有了星光輔助制導,才使得美國的MX和三叉戟等幾種洲際導彈的末端精度小於100米。


科羅廖夫


目前洲際導彈的導航方式一般是慣性導航+星光輔助制導(以慣性制導為主),只有在早期的時候才是單純的採用慣性導航。那麼,什麼是慣性制導呢,就是在發射之前先用計算機計算出一條可以打到目標的模擬彈道,當實際發射導彈,等導彈飛出大氣層後,再根據航路和速度不斷的自主修正飛行參數,使導彈的真實彈道與預設彈道重合,此時就可以關閉發動機了,讓導彈沿著預設好的彈道進行慣性飛行,最終達到目標區域,而等到真實速度與預設速度也重合的時候,發動機也會與彈體分離,不再為導彈(彈頭)提供動力!

慣性導航根據組合方式的不同,分為平臺式和捷聯式兩種。這兩種方式的不同點在於:平臺式是通過附加的框架將陀螺平臺穩定在慣性空間,考慮到了陀螺儀的定軸性,然後再把加速度測量表安裝在平臺的臺體上,這種方法隔絕隔離了彈體在飛行時的振動以及角運動,避免了加速度測量表受到彈體振動的影響;而捷聯式則是直接將陀螺儀和加速度測量表安裝在彈體上面,測出相關參數後再由計算機進行處理轉換。相對於平臺式,捷聯式在測量的時候容易受到彈體振動的影響,所以對計算機的要求會更高,不過捷聯式也有優點,那就是整個系統更加簡單、可靠,而且隨著科技的發展,對高要求微型計算機的需求也很容易得到解決,所以,捷聯式慣性制導的方式正日益受到重視。

至於原理,慣性制導最主要的就是可以靈敏地監測到運動過程中導彈的加速度變化,再通過計算就可以得出運動速度和位移(比如加速度對時間的積分是速度,速度對時間的積分則是位移),由於導彈是在立體(三維)空間內運動的,所以需要三個兩兩垂直的加速度測量儀,測量出不同方向上的加速度分量,合成後就是總的加速度的數據了,得出的各種參數再經過計算機的計算和轉換,從而達到控制導彈飛行的目的。以上就是大概原理,說起來簡單,但是真正做出來並且做到極致,就不是我們這些普通人能做到的了!

最後,對於洲際導彈的導航方式,除了最主要的慣性制導之外,是還有其他輔助手段的,比如星光制導,所謂的星光制導,就是通過監測形體的位置以及方位的變化,進一步計算出導彈的具體座標信息,然後在利用微調動力系統不斷地修正彈道誤差,以達到最佳打擊精度的效果,至於大家平時聽到的GPS制導,是不會用在洲際導彈上面的,一旦打起核戰爭來,最先被幹掉的可能就是各種衛星,此時GPS基本上不會有多大的用處!


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導航方式有很多,各有優缺點,一般都是使用多種導航方式組合導航,常用的有以下幾種導航方式。

一、衛星導航。由於洲際導彈打擊的目標通常都是固定地點,所以衛星導航再合適不過了,但是有能力實現全球制導的國家,除了美國的GPS,也就是中國的北斗衛星導航系統了。中國早期試射導彈時,美國突然定向加大了GPS的干擾,導致我國的導彈偏離了預定目標,更是堅定了我國發展自己的導航系統的決心。

二、慣性導航。使用慣性模組進行導航抗干擾能力非常強,幾乎不受任何外界的干擾,但是內部的誤差累計隨著時間的增長會不斷的增大,所以必須定時由其他導航方式修正誤差,這種導航方式也是目前洲際導彈的標配。

三、星光制導。星光制導是利用彈載的星跟蹤器來追蹤選定的恆星的方位,結合發射的時間來標定導彈當前的位置進行導航的制導方式。美軍的“三叉戟” Ⅰ、“三叉戟”Ⅱ都採用了星光制導。

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要明白洲際導彈導航是怎麼回事,涉及制導武器定義,控制論,和導彈類別的劃分。根據不同劃分,又涉及其他的一些學科。簡明點說,導航就是導彈在彈上控制機構的作用下,按一定航跡尋找、併到達(有時稱擊中目標)的過程。導航定義較窄,常用於對飛航式對地導彈的尋徑方法的描訴。正式一點應是導引或制導。可分為主被動雷達制導、光學(電視、紅外、紫外、激光)制導、慣性制導、天文(星光)制導、無線電被動定位(GPS前身)制導、數字地型圖為基礎的地形跟蹤制導、無線(有線)指令制導(也包括光纖制導)。


雕刻時光WU


導彈這一類型的武器,在現代化戰爭中的地位是越來越重要,有的時候能發揮出千里制勝的關鍵作用。關於導彈的起源,早在二十世紀三十年代德國就在研發導彈,並率先在二戰後期把導彈應用於戰場上,不過早期的導彈命中精度很差。


至於洲際導彈是如何制導的?為了能使大家能簡單的看懂,海島小哥就列舉出導彈出一般的制導方式給大家參考一下。

1.無線電遙控制導
無線電接收裝置接收目標和導彈輻射或反射的電磁波,經過信息處理得出目標和導彈的運動參數,再經過信號變換形成制導指令。若制導指令在導彈以外的場所(如地面或載機)形成,則可以用密碼形式由指令發射機發出。彈載接收機接收到指令信號後經解碼變換用於控制導彈的飛行。它易受無線電干擾,地面設備複雜,不能滿足現代作戰使用要求。

2.慣性制導(也叫自主式制導)
利用慣性原理控制和導引導彈飛向目標的技術。慣性制導的原理是利用慣性測量裝置測出導彈的運動參數,形成制導指令,通過控制發動機推力的方向、大小和作用時間,把導彈自動引導到目標區。慣性制導是以自主方式工作的,不與外界發生聯繫,所以抗干擾性強和隱蔽性好。

3.星光慣性制導
利用恆星作為固定參考點,飛行中用星跟蹤器觀測星體的方位來校正慣性基準隨時間的漂移,以提高導彈的命中精度的制導方式。


在慣性空間裡從地球到恆星的方位基本保持不變。所以,使用星光一慣性制導可以克服慣性基準漂移帶來的誤差。在彈上採用星光一慣性制導系統,則可允許在發射前粗略地對準、調平,飛行中依靠星光跟蹤器進行修正,若再與發射時間聯繫起來,就能定出發射點的經緯度。由於這些突出的優點,加上系統的自主性和隱蔽性,使這種制導方式對機動和水下發射彈道導彈特別有吸引力。

4.導航系統制導
由於美國的GPS衛星導航系統在全球通用,通常又稱為GPS導航系統制導。利用彈上安裝的GPS接收機接收4顆以上導航衛星播發的信號,來修正導彈的飛行路線,提高制導精度。現在中國有了自己的北斗衛星導航系統,不用再像上世紀九十年代臺海危機時,使用DPS導航來制導導彈,美國關閉了GPS,導致當時中國軍演時發射的導彈失靈了。現在中國有了北斗衛星導航系統,不用像以前那樣受制於人了。

以上是海島小哥給大家列舉的導彈一般採用的制導方式,如果大家有什麼問題想交流,歡迎在評論區裡面留言。如果大家對海島小哥的解答還滿意的話,麻煩大家點個關注,謝謝大家。


新青小哥


基本使用慣性導航,外加星光制導。

另外,其他答案有說GPS的,洲際彈道導彈出來的時候GPS還在圖紙上,泥姿道麼。上一次我看見說大陸彈道導彈靠GPS的是灣灣磚家。

衛星制導可以提高精度,但世界大戰就是要做好了衛星全被揍下來的準備。

你可以攔截我,但不能干擾我―――沒點裸奔的魄力能叫洲際彈道導彈嚒。



陝西西安王佳



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