洲際導彈是怎麼導航的?

南煙齋筆談


洲際導彈是核三位一體力量的主要板塊之一,也是真正的大國實力象徵。洲際導彈的使命,就是要在必要的時候將核彈頭傾瀉到對方頭上,所以洲際導彈必須飛得足夠遠,過程可以簡單粗暴,但務必到達。

因此,洲際導彈的制導模式,一般都以慣性制導為主,通過燃料推進,結合慣性飛行,洲際導彈在大氣層中的飛行速度可以達到10至20馬赫,這樣的速度遠超當前一般的防空導彈系統,所以要攔截洲際導彈是一件極為困難的事情。

美國的民兵3型洲際導彈使用了NS-20全慣性制導技術,這種導彈內置了一套很小的NS-20系統,該系統的作用在於幫助導彈修正軌道,這樣導彈在使用慣性制導模式完成飛行之後,可確保圓周誤差率不會太大,升級之後的民兵3型洲際導彈,誤差率在300米以內,對於一款洲際導彈而言,這樣的誤差率幾乎可以忽略不計。

俄羅斯的亞爾斯洲際導彈使用的也是慣性制導,但也有意配合格洛納斯衛星導航技術進行精準制導。如果使用衛星導航的話,應能夠確保信號不會受到干擾,否則有可能會導致導彈偏離軌道的情況出現。

需要指出的是,現在能夠發展洲際導彈的國家,基本上也能夠實現分導式多彈頭技術,這種技術的意義就是讓洲際導彈一次攜帶多枚彈頭,這些彈頭在特定階段會被釋放,每枚彈頭都有自己的飛行軌道。也就是說,一枚“母導彈”飛過來,最後可能變成多枚“子導彈”,這使得彈道軌跡更加複雜,也大大增加了攔截難度。

“子導彈”已經是直接攜帶核彈頭的裝備了,這些彈頭可以被分散用於攻擊不同的目標,也可以在變軌之後再度集中一處,重點攻擊一個重要目標。洲際導彈的彈頭威力是很大的,美國的三叉戟2型導彈的W-76四型彈頭當量為10萬噸TNT水平,而俄羅斯的薩爾馬特導彈分導式多彈頭單枚當量為75萬噸TNT級別,如果是單彈頭的話,可達2000萬噸TNT級別。

通常情況下,洲際導彈只會用於核威懾,以及試射訓練。歷史上,只有美國在二戰期間使用過原子彈。迄今為止,洲際導彈未被用於實戰。


白虎堂


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。


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老鷹航空


洲際導彈時一種超遠程彈道導彈,其射程動輒萬里,其設計用途為攜帶一枚或多枚核彈頭,該型導彈威力強大,是世界末日的核戰的終極武器。洲際導彈如果摧毀敵方戰略目標,必須達到核彈頭、射程和命中精度三個客觀條件。其中命中精度作為關鍵,這就需要依賴洲際導彈的制導系統,對於洲際導彈而言,最常見的是慣性制導方式,其次還有星光制導和衛星制導的複合制導方式。目前洲際導彈制導已經發展至第五代。

圖、1950年代,麻省理工學院研發出的慣性導航裝置

慣性制導是洲際導彈中最常見的制導方式,其通過慣性測量系統來測出物體的運動數據,可以形成制導指令來控制導彈。慣性導航系統不用依賴外界信息,也不向外擴散輻射信息,不容易受到干擾。第二次世界大戰時期,德國研發出的V2彈道導彈就是使用的慣性制導方式,但是當時的慣性導航裝置受限於工藝水平和製造技術,其發射後的精度不理想。在德軍發射的所有V2導彈中,有超過七成的導彈落在目標周圍三十公里以內,精確摧毀目標能力十分有限。

第二次世界大戰後,美國和俄羅斯在慣性導航的基礎上研發出了星光測量儀器,它能利用宇宙空間恆星的方位來判斷初始定位誤差和陀螺漂移,能對慣性制導誤差進行修正,提升了洲際導彈的命中精度。

隨著科技的進步,目前洲際導彈已經發展至第五代。俄羅斯研發的薩爾馬特洲際導彈採用了包括新型慣性導航、星光制導和衛星制導的複合型制導系統,這進一步提升了洲際導彈的命中精度。可以說隨著人工智能的崛起,新一代洲際導航的制導方式也迎來更新,屆時會出現精度更高的制導方式。


航空之家


我是薩沙,我來回答。

其實洲際核導彈,採用最原始的慣性制導就足夠了。

因為洲際核彈對於精度要求並不高。

反正現在核彈至少也是幾十萬噸當量,核彈精度相差幾百米甚至一二公里,其實沒有什麼影響,都可以將攻擊的城市摧毀。

而洲際導彈價格極為高昂,基本不可能用於攻擊戰術目標,也就不需要高精度。



二戰期間,慣性制導主要是通過機械零件,比如機械陀螺儀,誤差很大,導彈精度很差。

即便是幾百公里,也有數公里的精度誤差。

時代不同了。

目前先進的慣性導航設備,精度比當年高出若干倍,足夠實戰需要了。

同時,現代化洲際導彈,一般還會採用星光導航進行輔助。

大體上來說,就是以特定儀器觀測星空的位置進行定位,提高導彈精度。彈道導彈的運行軌道在大氣層外,也就是太空,觀星不受大氣層散射的影響,非常適合用這種定位方式。



而普通導彈常用的GPS和地形匹配這些,洲際導彈都不會用。

洲際導彈不是巡航導彈,它的速度太快,又是高俯角,根本看不到地形,所以地形匹配用不上。



至於GPS也好,北斗也罷。一旦開戰,我方定位衛星很可能被敵人擊毀,導致定位網絡癱瘓。如果導彈依賴GPS定位,就可能導致系統崩潰,無法定位。

目前主流洲際導彈的精度只需要控制在1000米之內,現有導航技術是完全可以實現的。


薩沙


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)輔助制導多用於速度比較低的巡航導彈,或全程制導的射程幾百和一千多公里的中短程彈道導彈。很少用於洲際彈道導彈的末端突防,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,美國在進行彈道導彈助推的HTV-2高超音速飛行器試驗時,發現飛行器速度超過17馬赫以後,就不能順暢的捕捉到GPS衛星信號。此外,採用GPS輔助制導還要考慮穿過黑障區的問題,GPS天線的設計要充分考慮再入過程的熱防護,儘量減少再入時產生等離子氣體對信號接收的影響。

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。

美國在90年代進一步發揮了GPS輔助制導的功效,使用GPS輔助制導,可以慣性制導系統在助推段關機時間和關機姿態有更好的控制精度。2009年,美國三叉戟2洲際導彈在慣性制導和星光輔助制導的基礎上,升級到可以接收GPS信號,作為助推上升段的另一種輔助制導形式。不過,由於GPS全球衛星地位系統比較脆弱,在發生核戰爭的情況下,能否順利使用,令人懷疑。戰略武器系統涉及到一個國家的生死存亡,必須要極端的可靠。所以,目前所有彈道導彈仍需要依賴非常可靠的慣性制導。


鐵桿軍迷


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!


哨兵ZH


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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編程鎮魔司


與一般導彈可以採用多種方式制導不同,洲際彈道導彈的制導方式比較單一,這主要是出於兩方面因素考慮,第一,安全性。像衛星制導、景象匹配製導、地形匹配製導這些制導方式往往容易被敵方干擾,洲際導彈這種大殺器自然要確保萬無一失,從這一點來講,上述制導方式統統不可取。第二,大多數制導方式無法滿足洲際導彈要求。要知道,洲際導彈末端攻擊的時候,其速度大都突破20馬赫,像GPS這些導航系統此時幾乎處於失效狀態,更何況,核戰爆發時,衛星系統是否可以安然存在還是一個未知數,各國又怎能把希望全部寄託在衛星導航系統上呢?因此,各國洲際導彈普遍採用兩種導航方式,一種是慣性制導,另一種則是星光制導,其中,第一種佔主要地位。

慣性制導指什麼呢?簡單來講,就是提前預設一條攻擊目標的軌跡,然後在導彈實際飛行過程中通過慣性陀螺儀和傳感器,不斷計算導彈在6個自由度上的速率、加速度以及角速度等其他各項相關數據,並儘可能修正導彈飛行軌跡確保其與預設軌跡儘可能吻合,當洲際導彈進入末端攻擊狀態前,關閉發動機,以慣性制導的方式打擊目標。

上世紀60年代的洲際導彈大多采用機械式慣導方式,那時的陀螺儀和傳感器技術都不太強,因此,在實際矯正導彈飛行軌跡時非常困難,即使是美軍,也只能把飛行誤差保持在分米級別,當導彈攻擊目標時,其地面攻擊點誤差甚至能達到5公里,當然了,這點距離與核彈的打擊範圍相比不算什麼。

直到八十年代,美軍率先使用激光光纖陀螺儀,並在導彈內部安裝計算能力超強的導航計算機,其糾正導彈飛行軌跡的能力才大幅上升,並最終做到打擊精度在百米上下,基於此,八十年代以後的洲際導彈大都具備攻擊敵方發射井的能力。

至於星光制導,也是美軍首次應用,當彈頭脫離火箭後,前者安裝的恆星敏感器可以捕捉到某顆恆星的具體位置,並以此來不斷調整彈頭的飛行軌跡或者減少重力對彈頭的影響,在星光制導的輔助下,洲際導彈的打擊精度更高,美國“三叉戟”、“民兵-3”的制導方式都採用了星光輔助制導。


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兵器世界


洲際彈道導彈通常是指射程在8000公里以上的遠程彈道式導彈。它是戰略核力量的重要組成部分,主要用於攻擊敵國領土的重要政治、軍事目標。世界上能夠研製洲際彈道導彈的國家屈指可數,主要有美國俄羅斯中國英國法國。印度也宣稱自己擁有洲際導彈,而實際上“烈火-5”的射程只有5000公里,還達不到洲際的標準,頂多算中遠程。

導彈的導航依靠的是制導系統,制導系統大致分為四類:遙控制導系統尋的制導系統自主式制導系統複合制導系統。洲際導彈通常都採用複合制導系統,因其採用兩種以上的制導方式制導,可綜合利用幾種制導方式的優點,提高制導精度。洲際導彈採用的複合制導系統又是以慣性制導為主,其它制導系統為輔的方式,因為慣性制導以自主方式工作,全程無需和外界發生任何聯繫,極大地提升隱蔽性,減少被敵方偵測的概率。

以下是世界主要幾款洲際彈道導彈的相關參數:

1.“民兵3”-美國,射程9800~13000公里,命中精度180~450米,制導系統:“改良NS-20慣性平衡導引控制系統”。

2.“三叉戟II”-美國,射程11100公里,命中精度90米,制導系統:“星光慣性制導”。

3.“白楊-M”-俄羅斯,射程10000公里,命中精度350米,制導系統:“計算機控制慣性制導”。

4.“東風31A”-中國,射程12000公里,命中精度300米,制導系統:“慣性陀螺+激光制導+北斗導航”。

5.“東風41”-中國,射程14000公里,命中精度100~200米,制導系統:“三軸液浮慣性陀螺+數字式空間計算機”。


夜貓也是好貓


早期的彈道導彈使用無線電制導,例如世界上第一種彈道導彈V-2導彈,就是使用無線電制導的。這種指導方式的精度特別差,而且很容易受到干擾。現代的彈道導彈和洲際導彈大多使用慣性制導,這種制導方式不僅不容易受到干擾,其本身的精度也是比較高的。

首先來說說洲際導彈的攻擊方式,洲際導彈一般是攻擊地面靜止的目標的,例如敵方的重要城市,兵工廠,能源儲存或開採地點等等。這些目標是無法移動的,正因如此,洲際導彈就不需要主動制導。相反,像是空空導彈,反坦克導彈,反艦導彈等攻擊移動目標的導彈,一般都要通過電視制導,紅外製導,激光制導等等,這樣才能跟蹤到目標,所以洲際導彈的制導原理是比較簡單的。

一般的洲際導彈就是在獲取對方的準確座標後,使用慣性制導方式襲擊敵對目標的。所謂慣性制導方式,就是單純依靠計算好的彈道,利用自由落體命中對方的一種制導手段,可能有的人覺得這種制導方式比較落後,事實上,慣性制導可靠度極高,直到現在仍然是世界主流洲際導彈的主要制導方式。

洲際導彈制導的主要流程是這樣的,首先洲際導彈的發動機點火,導彈升空後就開始沿彈道飛行,期間導彈上搭載的彈道計算機會根據外部儀器測量到的風向風速,以及氣候情況大氣壓等等,不斷修正彈道,同時導彈上的高精度陀螺儀也開始工作。玩過指尖陀螺的同學都知道,指尖陀螺在告訴旋轉的時候,偏離時會有一股阻力,這就是陀螺儀的原理,陀螺儀在旋轉時能夠隨時感知到導彈的姿態變化。除此之外,射程動輒一萬公里左右的洲際導彈還需要考慮地球自轉的力以及重力加速度等一系列因素,經過彈道計算機計算後,整個過程並不需要外界干涉,這也算是最可靠的一種制導方式。

正因這種制導方式,所以洲際導彈屬於彈道導彈,彈道導彈除了長程的洲際導彈之外,還有短程的戰術彈道導彈和中程彈道導彈等等,他們也都是用類似的方法進行制導的。可能有的人會問了,現在空間技術這麼發達,為何不使用衛星實時傳輸目標的動向,進行衛星制導呢?事實上,使用高精度衛星進行制導固然精準,但是其不穩定因素也會隨之提高。首先會受到地球曲率的影響,洲際導彈一旦飛到地平線以下,聯繫就中斷了。

另一方面,衛星制導也很容易受到干擾,目前各國的反輻射導彈都能夠在一定範圍內製造高強度的電磁干擾,我們想象一下,就連平時的通訊都能夠受到太陽黑子等的干擾,而反輻射導彈和電子干擾吊艙等製造的強電磁場就更厲害了,所以目前的主流洲際導彈使用的仍然是可靠的慣性制導方式。


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