为什么普通导弹速度很难达到5马赫以上,洲际导弹却可以轻松超过20马赫?

天下布武


这个就牵涉到多方面的原因了:

1、飞行区间。普通导弹多是在大气层,特别是大气层低处飞行。在大气层中飞行,要受到空气阻力的作用;而且越接近地面,大气密度越高,阻力越大。一个简单的例子,一般先机战机在高空(8000米以上)最大速度能够超过2马赫;但是,在低空,其最大速度也就1400公里/小时,也就是1.15马赫左右。这个速度还有个定义,叫低空大表速,一些2代机只有1200-1300公里/小时,歼10能到1350公里/小时,FC-31能到1400公里/小时。

而洲际导弹是要飞出大气层的,大气阻力基本降为0,当然速度可以增加到比较大。

2、发动机工作时间。一般导弹发动机的工作时间还是比较短的,甚至短的让人惊讶——比如格斗导弹发动机工作时间只有3-10秒,中远程空空导弹发动机工作时间也就20-30秒左右。因此,格斗导弹一般最大速度为2-3马赫,中远程空空导弹一般最大速度为3.5-5马赫,而一些体积比较大的远程防空导弹,最大速度可以达到6马赫左右。

3、弹体是否分离的差别。洲际弹道导弹一般是几级的,在飞行过程中,不断抛掉下面的推力级部分,以达到大幅度减轻重量,减少体积,降低雷达反射的目的。最终,最后一级在体积、重量上要比之前小许多。而普通导弹基本不存在这种现象。

4、速度与射程的妥协。速度越大,飞行阻力越大,而且,是平方级别的增大。所以,高速度对于射程的削弱是很厉害的;要么,就要搞大许多的体积。如果打击目标普遍速度在0.5-2马赫,那么导弹速度达到3-5马赫也就差不多了。当然,随着打击目标速度的逐渐增加,导弹的最大速度也是在增长的。

这几年,高超音速武器开始盛行,这主要是因为,常规的亚音速的,或者2-3马赫的超音速导弹,面对如今的最大速度4-6马赫,系统反应时间很短的远程防空导弹,突防能力已经不太强了,急需通过隐身、高超音速等手段来增强突防能力。而实际上,这两条路都在走。


晨曦谈兵


“天下武功,唯快不破”。对于导弹来说,速度也是越快越有利。普通导弹的最大速度通常只有几马赫,而洲际导弹的最大速度甚至可以达到20多马赫,美国的民兵3和俄罗斯的RS-28都处于这一水平。洲际导弹与普通导弹速度相差如此之大,主要还是在于二者的作战定位和作战方式不同。一味追求导弹速度并不实际,依据导弹的用途和作战方式选择最合适的攻击速度,才是最合理的选择。

(美国的民兵3洲际导弹)

(俄罗斯的RS-28导弹)

普通导弹和洲际导弹的作战方式不同。洲际导弹作为大国重器,是三位一体核打击力量的重要一环,它往往要携带核弹头,执行核威慑和核反击任务。这就要求导弹的射程必须要远,所以它通常采用抛物线弹道,采取大气层外飞行。洲际导弹采用的火箭发动机动力强劲,而且往往是多级火箭,可以使导弹加速到第一宇宙速度7.9米/秒。导弹在大气层外飞行一段时间后,再入大气层进行攻击,此时在重力作用下导弹速度上升得很快,尽管有空气阻力等因素影响,但是其末端速度依旧可以达到20马赫以上。洲际导弹多具备分导式多弹头能力,可以凭借速度优势和机动变轨能力躲避拦截,给予敌方重要战略目标以毁灭性的打击。洲际导弹要么静静地躺在发射台上,要么就是一击致命,直插敌方要害,而普通导弹则不具备这样的威慑能力和打击能力。不同的导弹因目标不同,对速度的要求也不一样。比如:反舰导弹主要针对的是军舰,空空导弹主要打击是飞行器,巡航导弹则打击地面目标。空空导弹看重的是过载能力和跟踪能力,速度太快反而不利于攻击飞机。巡航导弹看重的则是打击能力和低空突防能力,速度也不需要太快。

(洲际导弹弹道示意图)

(空空导弹对机动能力和制导性能较为看中)

(战斧式巡航导弹对于速度的要求并不高)

其次,就是成本上的考虑。洲际导弹是国之重器,承担着保卫国家安全和利益的任务,在导弹发动机、隔热材料、核弹头小型化等方面得技术要求非常高,世界上没有几个国家具备这种技术,在相关技术研发上很少考虑成本问题。普通导弹则不同,它们属于常规武器,战时的消耗量会很大,所以也不可能不计成本和代价。普通导弹多是在大气层内飞行,空气阻力和空气摩擦产生的热量就成了必须考虑的问题,那么再把大量力气花在提高速度上显然不合适。

(洲际导弹再入大气层时温度很高)

最后,就是作战定位不同。洲际导弹的目标通常在8000公里以上,采用高抛物线弹道,大气层外飞行既可以保证射程又可以提高突防能力。它们打击的目标多是固定大型目标,如大城市、导弹发射井等,这些目标多属于敌方反导拦截的重点区域。因此,洲际导弹要具备更高的突防速度才能突破敌方得拦截。普通导弹则不同,作为常规武器,其作战目标为某些特定目标,在导弹尺寸不变的情况下,射程与速度之间存在着矛盾。如:一些反舰导弹需要较大速度来突破舰队的空防系统,但速度的提升往往意味着射程的下降,这就不得不牺牲一些速度以达到速度与射程间的平衡。

(洲际导弹的分导式核弹头)

(图22M3轰炸机挂在的KH-22反舰导弹)

综合来看,洲际导弹速度快,与其作战方式和作战定位密不可分。普通导弹属于常规武器,需要考虑综合作战效能和成本问题,速度只是主要技术指标之一。导弹越快越有优势,但是也不能盲目追求速度,需要考虑导弹的整体作战效能。


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因为洲际导弹大部分时间都在大气层外飞行,速度很容易提高起来,但是普通导弹不行,即便是短程弹道导弹都是在大气层内飞行,现在的普通巡航导弹,高的在几千米的高度飞行,掠海的只是在5米-10米飞行,根本不具备达到高飞行速度的条件。

当然,也不是所有的大气层内飞行的导弹都不能飞出高飞行速度,比如高超音速导弹基本就都在5马赫以上飞行,高的能到10马赫左右。在高超音速武器的研发当中,有一个很重要的设备就是空气舵,现在的人类最高水平的材料技术,也只能确保导弹的空气舵在18马赫速度下继续使用,这还是测试中的实验室数据,现役导弹的空气舵最多只能承受10马赫的速度不损坏。

另外还有通信问题,如果速度过快,那么导弹和后方指令,包括导弹自身的主动雷达探测都要受到干扰和影响。速度快到一定程度,就会在弹头附近形成通讯黑障,一旦进入这个阶段,那么后方的指令就对导弹无效。这个黑障也同样对导弹的主动雷达有影响,因此,高超音速导弹的导航是一个很难突破的瓶颈,现在掌握的国家也不多。

再者,洲际导弹在经过了数千公里的大气层外加速后,下坠的时候是自由落体,速度只能更快,最后落地的速度慢则10多马赫,快则20马赫,基本难以拦截。但是一般的大气层内飞行导弹,在攻击的末端不但不是这种垂直打击的方式,而且还需要伴随着蛇形机动或者线路调整,以提高命中的精确度和突防的概率,因此这种导弹飞行速度不会很快。

现在世界上已经出现了大气层内飞行的新一代高超音速导弹武器,比如俄罗斯的锆石反舰导弹,我国的凌云2导弹,俄罗斯的匕首导弹等,飞行速度一般在5-7马赫之间。还有在临近空间高度飞行的高超音速导弹,比如我国的东风21D和东风26,他们的飞行速度都在10马赫左右,未来,不排除科技的进步会让这些导弹的飞行速度进一步提高到20马赫的可能性。


海事先锋


导弹飞行速度5马赫以上并不是不能,一些固体火箭发动机作为动力的导弹其实都可以达到5马赫的速度的。

例如美国的AIM-120,中国的PL-15,甚至早早年间的AIM-54导弹都是可以打到5马赫的速度等级的。

然而对于更多的大气层内飞行的导弹来说,速度继续提高意义并不大了,而且还会遇到一些技术问题(稍后讲)。

通常大气层内飞行的导弹需要打击的目标速度都在3马赫以内,在这种状态下,5马赫已经有了较大的速度冗余,就没有必要继续提高速度了。

否则一味的提高速度会带来两个问题:

第一,在大气层内飞行的物体所受到在阻力是和速度的平方成正比。简单的说就是速度增加一倍阻力增加4倍。这样会导致导弹发动机需要以更大功率进行工作,因此会大大的缩短射程。

第二,从导弹的控制来说,速度加快后,气动控制面的效率会大幅度降低,因此很多改型的导弹需要以燃气舵甚至姿态火箭发动机来进行航迹控制。这样一来就又大幅度的降低了导弹的推进荷载。又会进一步降低导弹的射程,这就有点得不偿失了。

所以对于空对空导弹来说,基本上5马赫是一个现在还算用的过去的一个速度等级。也就没什么必要继续加大了。


而对于巡航导弹来说,加大巡航导弹的速度的确可以提高攻击突然性,并且可以大幅度提高突防能力。然而射程上千公里的巡航导弹,是使用喷气式发动机的。

大部分高速巡航导弹用的其实都是冲压发动机。

例如最近爆红的CX-1

这就是一个利用冲压发动机的巡航导弹。还有印度的布拉莫斯:

这些都是超音速巡航导弹。

利用冲压发动机原理进行推进。但问题就来了,冲压发动机的确有一个5马赫的坎要过,因为即便是利用冲压管路的结构对空气进行压缩,在高速的状态下,冲压发动机的燃烧室內气流速度还是有可能超过音速,造成燃料无法点燃。


在这种状态下就需要使用超燃发动机了。

当然了,这些东西目前也就不是导弹了而是高超音速乘波飞行器。

例如美国的X-51A,这个东西目前还是在实验阶段。

而X-51A是一个乘波体的技术,它的超燃发动机利用激波降压减速的方法降低了发动机内的气流压力。

但是这种方式整体上还不是一个特别完美的解决方案,气压是降低了,但同时的结果就是可用的空气质量也降低了。并不能很好的发挥燃料推进能力了。


所以啊超燃发动机目前还没有办法实用到巡航导弹上。



说题主提到的洲际导弹,洲际导弹是射程在8000公里以上的导弹。本身射高有的已经可以打到2000-3000公里,在这么高的距离上即便是地球的重力加速都可以讲导弹加速到20多马赫的速度上。所以说,弹道导弹速度快并不是人设计得这么快,而是弹道导弹的种族天赋。

相反,如果想设计出来一个再入速度只有10马赫的洲际弹道导弹而提高一下精度,这同样也是一个技术难题。


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普通导弹一般在大气层内飞行,超过5马赫就属于高超音速巡航导弹(HCM)了。本身超音速气流和亚音速气流就有很大不同,当飞行器在超音速附近时,其附近的空气特性会剧烈改变,而飞行器被加速至超高音速就更加困难。洲际导弹发射后不久后就进入太空了,例如东风-41初始阶段就能加速至第一宇宙速度,东风-41的分弹头在入大气层时,在机动变轨的前提下,最大速度能达25马赫,这几乎让所有拦截措施实效。

早在第二次世界大战时期,德国科学家桑格尔百年提出在导弹高层大气层滑行的设想,它主要用来飞跃大西洋直捣美国本土,当然这只停留在纸面上。后来,钱学森在桑格尔的基础上提出自己新的想法,这也被称为“钱学森弹道”,也就是“助推-滑翔”。而受限于当时的科技条线,这些想法均为实现。后来在冷战时期弹道导弹的兴起,也让反导技术蓬勃发展起来,为了让反导系统失效,超高速飞行器又被拿了出来。

目前主流的超高音速飞行器主要分为高超音速滑翔飞行器(HGV)和高超音速巡航导弹(HCM),前者被速度极快的载具带到大气层边缘,依靠地球引力和自身动力加速至极速。而后者则和传统巡航导弹类似,它们的速度和洲际导弹的速度不可同日而语

洲际弹道导弹应该归属到航天器领域,其借助于火箭发动机被推送至天空中,高度能达150~400公里。接着就进入了亚轨道飞行阶段,这时洲际导弹沿着大气层的椭圆轨道飞行。最后就是再入大气层阶段,最高速度能达到25马赫。


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常规导弹装配的是常规高爆弹头,一般地,洲际弹道导弹由于其高达几百米的误差,一般只能装备战略核弹头,而远程、中程、近程弹道导弹和巡航导弹误差精度最多不超过十几米,因此一般装备常规高爆弹头,当然也可以装备战术核弹头。

洲际导弹

洲际导弹是指导弹的射程是在洲之间,如东风31A射8000公里以上,可以从亚洲打到北美洲,所以叫洲际导弹;弹道导弹是指导弹飞行轨道方式,按照一定轨迹飞行且速度快的就是弹道导弹,按照点对点航迹飞行且速度慢的就是巡航导弹啦!

洲际导弹是按照射程分类的:洲际就是能够跨洲攻击,大多数洲际导弹都是弹道导弹。我们常说洲际弹道导弹。射程一般能达到8000公里。一般分为地对地和潜对地两种。

导弹需要发动机进行加速,如火箭发动机、涡喷发动机、涡扇发动机或者冲压发动机等。普通导弹中飞行速度最快的是防空导弹,最大速度可以达到4-6马赫,而洲际弹道导弹的末端打击速度可以达到20马赫以上!二者之所以有如此大的差距,原因是常规导弹要克服重力、空气阻力飞行,且发动机工作时间较短;而洲际弹道导弹发动机工作时间很长,自有速度很高,且在末端打击是有重力加持协助克服空气阻力,可以保持较高的飞行速度。

而且洲际导弹飞行并不是都保持在20马赫


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两者在结构和工作环境上有着根本的区别,普通的导弹主要在大气层内工作,其飞行速度从亚音速到几倍音速不等,使用的一般是喷气式发动机,某些型号会使用火箭发动机;而洲际导弹,主要飞行阶段在大气层外,速度基本上是接近了7.9公里/秒的第一宇宙速度的(超过20马赫),使用火箭发动机和分级发射的方式。说白了就是洲际导弹的发射跟我们平时用多级火箭发射卫星时有点大同小异,需要把弹头送到大气层外,其最大速度出现在最后一级发动机关闭之前。下图为洲际导弹分级发射模拟图:


▲洲际导弹分级发射模拟图

导弹的最后一级发动机关闭之后,此时基本上就已经到了弹道的最高点,在惯性的作用下弹头部分(返回舱)会保持这个速度(大于20马赫略,小于第一宇宙速度)飞行,直到弹头开始重新进入大气层,而进入大气层后,空气阻力的作用会使弹头减速,而重力的作用则是使弹头加速,不过两者的合力在整体上对弹头的作用是减速的

,但即使是这样,因为弹头再入大气层时就已经有很高的初速度了,所以弹头的落地速度通常也能达到在十几马赫~二十马赫左右,所以为什么洲际导弹为什么轻松达到20马赫?总结一下主要有这几点:

1、主要飞行阶段在大气层外;

2、使用火箭发动机和分级发射技术;

3、分级加速后最大飞行速度已经接近第一宇宙速度。

▲第一宇宙速示意图

至于为什么说洲际导弹的最大飞行速度已经是接近第一宇宙速度了?我们可以这样理解,假如一个物体在近地轨道做平抛运动,它的速度达到了7.9公里/秒的话,在理想状态下这个物体就能绕地球做圆周运动而不会重新被地球引力捕获,如上图所中的轨道C所示,而如果平抛的速度小于7.9公里/秒的话,那么其飞行轨道就会像图中的A和B一样最终重新落入地球。

▲6公里/秒做平抛运动简图

所以,我们就可以把洲际导弹在彻底关闭发动机的那个瞬间理解成是在做“平抛运动”此时导弹的速度有多快,基本上就决定了导弹能飞多远,然后我们再来看上面那个动图,上图中的是一个以6公里/秒的速度在近地轨道做平抛运动的物体能飞行的距离,这个距离连地球赤道的1/4都不到,也就是还不到10000公里,而洲际导弹分分钟可以打上万公里远,因此,洲际导弹在关闭发动机前的速度肯定是大于6公里/秒的。当然,上面的这个解释是比较简单和粗暴的的,只是用来帮助大家理解,将就看一下。

▲低空掠海的“飞鱼”反舰导弹

接着再来说,为什么普通导弹的速度很少能达到5马赫的?跟前面提到的一样,这个主要跟导弹的结构和工作环境有关,我们平时说的那些导弹(不包括弹道导弹),比如反舰导弹、空空导弹、巡航导弹等,其射程一般从十几公里到数百公里不等,巡航导弹可以达到数千公里,主要工作环境就是在大气层内,使用的基本上是喷气式发动机(主要包括涡轮发动机、涡扇发动机、冲压发动机等),所以,普通的导弹很少达到5马赫以上的原因就出来了,主要有这几点:

1、在大气层内飞行,可针对固定或者运动目标,本身就就需要有一定的机动能力,可以随着目标的运动而改变自己的飞行轨迹,比如防空导弹、空空导弹等;

2、需要掠海、掠地飞行,比如某些反舰导弹和巡航导弹,而且像反舰导弹这种在低空掠海飞行时同样需要保持一定机动性,所以飞行速度不能太快,因为速度太快,机动性能越难保证;

3、跟弹道导弹相比体积、重量更小,所以发动机的体量以及可携带燃料都有严格的限制,先天设计限制了其最大飞行速度。

▲巡航导弹发动机

▲火箭发动机

因此,跟弹道导弹不同,主要在大气层内工作的普通导弹不管是从设计上,还是从需求上来看,完全用不上5马赫那么快的速度,不管是用来对付飞机、还是军舰,亦或者是打击固定目标,亚音速~几倍音速就完全够用了,速度并不是越大越好,因为速度越大,做机动时的过载就越大,这对导弹材料以及气动外形的设计会是一个很大的挑战。


哨兵ZH


飞行区间的问题

普通的空空导弹速度比较快的可以达到6马赫,而洲际弹道导弹末端速度不止20马赫甚至更高。

普通空空导弹属于导弹中速度最快的一种,因为战斗机通常可以超音速飞行如果你速度不够是追不上的,就跟防空导弹系统也是一个道理你必须比被拦截物快。普通空空导弹采用火箭发动机所以提速会很快,空空导弹的整个工作时间很短的通常就几分钟有效时间,空空导弹在大气层内飞行受到地球引力和空气阻力影响,所以速度在洲际导弹面前是很慢的。

洲际导弹它飞行方式跟空空导弹不同,洲际弹道导弹它的助推段大部分时间是在大气层以内,中段在大气层外飞行末端再入大气层。洲际导弹的原理其实就是利用火箭发动机把洲际导弹的轨道送的更高,然后飞行一段时间之后姿态发动机调整方向实施再入动作,而在再入的过程中受到地球引力的加速度会让洲际导弹越来越快,所以末端20马赫在洲际导弹的末端速度中属于普通水平,个别的洲际导弹再入速度接近30马赫没有任何防空导弹能够追上,所以末端拦截基本属于搞笑。



李晓伟


大家可以这么理解,普通导弹就如同在海上逆风而行的船,阻力重重能快才怪。而洲际导弹可以视为顺风顺水而行的船只,想慢也慢不下来。

普通导弹包括防空、反舰、巡航导弹等,采用涡喷发动机、涡扇发动机或冲压发动机,整个飞行过程都处于大气层内,最大飞行速度从亚音速到6马赫之间。速度无法再进行提升主要受空气阻力,以及地形匹配、攻击目标时的高机动操作等影响。

而弹道导弹的飞行轨迹呈抛物线,可以区分为短程、中程和洲际弹道导弹,再入大气层末端攻击速度很快。从短程的6-8马赫、中程的10-15马赫,再到洲际弹道导弹最大的20马赫速度,不考虑爆炸威力,直接用动能都可以砸瘫一艘航母。

由于洲际弹道导弹大推力火箭发动机,发动机工作时间较长,整个发射需要经历三个过程。整个过程大要以是这样的:

发射推进加速阶段,火箭发动机全负荷工作脱离地球引力,当发动机停止工作时导弹已进入距地面至少150公里,最大速度超过23马赫。

中段飞行阶段,升到顶点的弹道导弹需要在大气层外飞行一段时间,瞄准目标沿特定轨道飞行。

再入阶段,洲际弹道导弹从太空返回大气层,由弹体小型发动机调整姿态对准目标,重力加速度式的自由落体攻击。由于受空气阻力影响,这时的弹头最大速度差不多在20马赫左右,以目前的防空技术而言,只要对方瞄的准基本无法拦截。


河东三叔


导弹需要发动机进行加速,如火箭发动机、涡喷发动机、涡扇发动机或者冲压发动机等。普通导弹中飞行速度最快的是防空导弹,最大速度可以达到4-6马赫,而洲际弹道导弹的末端打击速度可以达到20马赫以上!二者之所以有如此大的差距,原因是常规导弹要克服重力、空气阻力飞行,且发动机工作时间较短;而洲际弹道导弹发动机工作时间很长,自有速度很高,且在末端打击是有重力加持协助克服空气阻力,可以保持较高的飞行速度。
洲际弹道导弹分导式多弹头再入大气层后的景象,犹如闪电插入大地!

普通非弹道式导弹需要根据目标的位置实时更换自身飞行状态去,飞行轨迹也不确定,如各类防空导弹、反舰导弹、巡航导弹等,飞行速度最快的是远程防空导弹,我国的红旗-9系列防空导弹速度在4.5马赫左右、美国PAC-3“爱国者3”防空导弹的最大飞行速度约为5马赫、俄罗斯S-400系列导弹的最大速度可达6马赫;其他如超音速反舰导弹的最大速度在3马赫左右、巡航导弹基本上都是亚音速。这些导弹都是在大气层内飞行,发动机的工作时间也就十几秒至几十秒(除了巡航导弹到小型涡扇发动机外),加速到一定程度后依靠惯性飞行,在机动的过程中需要克服空气阻力和操控舵面产生的额外力矩,进一步提升飞行速度的难度很大!
红旗9远程防空导弹,最大速度在4.5马赫左右


美国PAC-3“爱国者3”防空导弹,最大速度可达5马赫
美国“撒德”防空导弹组成,动能拦截器最大速度可达10马赫左右

弹道导弹的飞行轨迹是抛物线,按照射程不同分为短程、中程和洲际弹道导弹,不同层次的弹道导弹末端打击速度也不相同,短程弹道导弹最大速度可达6-8马赫、中程弹道导弹可达10-15马赫、洲际弹道导弹则可达20马赫以上!弹道导弹一般采用推力较强的火箭发动机,洲际弹道导弹的发动机工作时间可达数百秒,可以将弹头加速至地球逃逸速度(7.9千米/秒,也就是23马赫以上),飞行速度弹道最高点可达几千甚至上万公里。洲际弹道导弹核弹头在再入大气层阶段,虽然有重力的加速作用,但由于速度太快、大气层的摩擦力超过重力阶段会有一定程度的减速,但是即便如此末端打击速度也能够保存在20马赫左右!
发射中的“三叉戟II”潜射弹道导弹,发动机推力非常强悍!


分导式多弹头的外形结构就是为了超高速飞行设计的

虽然洲际弹道导弹的末端打击速度可以达到20马赫以上,但是并不是所谓的“轻松达到”,弹头的飞行速度与外形结构、材料性能和打击方式有关(是否末端机动),而且一般的中近程弹道导弹由于发动机推力、工作时间等因素也达不到20马赫的高速。导弹速度自然是越快越好,但是加速需要看发动机性能、燃料量以及气动外形等,在目前的技术阶段,各型导弹的速度肯定是能力范围内的最高水平。如果未来战场扩展至大气层外,摆脱空气阻力的影响,那么导弹的速度肯定能够大幅提升!


发射中的俄罗斯A235反导导弹,据称最大速度可达10马赫以上
导弹如果应用在太空作战中,速度可以快得多!


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