洲際彈道導彈採用什麼制導方式?現在最先進的洲際彈道導彈精度多高?

裝機帝


洲際導彈具有打擊威力大、精度高、射程遠、突防能力強的特點。因此,各主要軍事強國對於洲際導彈極為看重,而其作為重要的戰略打擊力量,與戰略轟炸機、戰略導彈核潛艇一起並稱為三位一體的戰略打擊能力。不過,對於射程高達上萬公里的洲際導彈來說,其制導系統可謂是至關重要的設備,導彈能不能精準命中可就全靠它了。目前洲際導彈最可靠最依賴的制導方式是慣性制導系統,再配合衛星定位系統和星光導航系統等,可以為洲際導彈提供極為精確的制導,保證洲際導彈即使經過上萬公里也依然可以精準命中目標。現在各國主力的洲際導彈命中精度誤差通常可以控制在200米的範圍內。

(洲際導彈是重要的戰略武器)

所謂慣性制導原理其實並不複雜,其主要是利用物體的慣性來到達制導目的。慣性制導的理論基礎來源於牛頓第二定律,簡單來說就是首先測算得到導彈的加速度,隨後再進行一次和二次積分計算,從而得出導彈的飛行速度和位置參數。在將每一瞬間得到的導彈速度和位置數據,經過飛控程序,同設定的導彈目標座標進行對比,並將對比結果的偏差值轉換為控制信號,經飛行控制系統調整導彈的飛行姿態,使導彈始終向著目標飛去。

(慣性制導系統)

慣性制導系統主要是由測量系統、計算處理系統和飛行控制系統等構成。該制導系統的核心是由陀螺儀和加速度表等部件組成的測量裝置,其主要功能是用於獲得導彈的各種運動參數。慣性制導系統的優勢與劣勢也是比較突出的。其優勢在於其是自主式制導,僅依靠自身完成導航操作,不易受到外界的影響,具有很強的可靠性。不過,其缺點主要集中在精度上,由於慣性制導是通過計算來控制導彈的飛行,由於每一瞬間的計算數據都是存在少量誤差,隨著時間的推移,計算量越來越大,誤差的積累自然就就比較高了,使得導彈的誤差範圍比較大。例如美國的民兵3洲際導彈,其誤差範圍就在200米左右。不過,這樣的誤差對於進行戰略打擊的洲際導彈來說,其並不會對打擊效果造成什麼大的影響。

(美國民兵3洲際導彈)

隨著衛星制導、星光制導技術的發展,目前的洲際導彈多采用複合制導的方式。衛星制導只要是根據衛星定位系統提供的數據,調整導彈飛行姿態的制導方式。而星光制導則是利用太空中的星體位置與設定的星體圖對比,以此來調整導彈的飛行軌跡。現階段洲際導彈更多的採用複合制導系統,其以慣性制導為主,以此來保證可靠性,確保導彈可以順利打擊目標。再配合上衛星制導、星光制導等方式減小誤差範圍,提高命中精度。通過複合制導方式,洲際導彈的制導精度可以大幅度提升,如美國的三叉戟II洲際導彈就採用了複合制導方式,不僅使用慣性制導,還用星光制導輔助,使得三叉戟導彈的命中精度僅有90米左右。總體來看,目前世界各國的現役洲際導彈主要都是使用以慣性制導為主,其他制導方式為輔的制導系統。

(衛星制導已經得到而廣泛的應用)

(美國海軍裝備的三叉戟潛射洲際導彈)


戰情解碼


洲際彈道導彈(ICBM)一般採用慣性制導系統,現在最先進的洲際彈道導彈精度(圓概率誤差)為90米。

洲際彈道導彈(ICBM)屬於超遠程彈道導彈,是一種射程在5500公里以上的制導導彈,一般採用慣性導航系統(INS)。

慣性導航系統(英文: inertial navigation system,縮寫:INS)使用計算機、運動傳感器(加速計)和旋轉傳感器(陀螺儀),通過航跡推算來連續計算運動物體的位置、方向和速度(移動的方向和速度)而不需要外部參考座標的輔助導航系統。

慣性導航系統(INS)用在移動式遙控機械裝置,諸如輪船,飛機,潛艇,制導導彈和航天器之類。其他用於指代慣性導航系統或相關設備的術語包括:慣性制導系統、慣性儀器、慣性測量單元(IMU)和許多其他變體。

慣性導航是一種獨立的導航技術。慣性導航系統至少包括計算機以及包含加速計,陀螺儀或其他運動感應設備的平臺或模塊。最初,從外界(操作人員及全球定位系統接收器等)給慣性導航系統提供初始位置及速度,然後慣性導航系統通過對運動傳感器的信息進行整合計算,不斷更新當前位置及速度。 INS的優勢在於初始化後,無需外部參照就可確定當前位置、方向及速度。

慣性導航系統可以檢測其地理位置變化(如向東或向西的運動),速度變化(速度大小或方向)以及方向變化(繞各個軸的旋轉)。由於它具有不需要外部參考(初始化後)的特點,因此它不受外界的干擾或欺騙。

慣性導航系統最初是為火箭開發的。美國火箭先驅羅伯特·戈達德(Robert Goddard)試驗了早期的陀螺系統。戈達德博士的系統引起了包括德國火箭技術發展的領先人物韋恩·馮·布勞恩(Wernher von Braun)在內的當代德國先驅們的極大興趣。隨著航天器,制導導彈和商業客機的出現,該系統應用更加廣泛。

美國的陸基洲際彈道導彈民兵(Minuteman)就是採用的慣性制導系統,該系統完全依靠內部加速度測量。通過將加速度數據與地球重力場以及導彈在發射時的確切位置相結合,民兵的準確性很高。它由早期生產的集成電路構建的機載數字計算機存儲數據並執行必要的計算,同時還允許導彈在發射前迅速重新定向。

LGM-30G民兵III是美國現在唯一的陸基洲際彈道導彈。

洲際彈道導彈圓概率誤差(精度)

現在最先進的洲際彈道是美國的潛射彈道導彈(SLBM)UGM-133A三叉戟II(或三叉戟D5),導彈精度(圓概率誤差)為90米。

現代潛射彈道導彈與射程超過5500公里(3000海里)的洲際彈道導彈密切相關,許多情況下潛射彈道導彈和洲際彈道導彈屬於同一類武器。

圓概率誤差(英文:Circular error probable,縮寫:CEP),在軍事科學的彈道學中,是武器系統的度量精度。其定義是以目標為圓心劃一個圓圈,如果武器命中此圓圈的幾率最少有一半,則此圓圈的半徑就是圓概率誤差。比如美軍UGM-133A三叉戟II型導彈的圓概率誤差是90米,則一枚三叉戟II導彈有50%的幾率會落在目標90米以內。

我國的東風-41(DF-41,北約代號:CSS-X-10)移動式洲際彈道導彈最大射程14000公里超過美國的LGM-30G民兵III導彈(13000公里),圓周偏差率150米。東風-41可機動發射,有公路版和鐵路版。從中國大陸發射可以打擊地球上任何一個目標。

東風-41洲際彈道導彈可攜帶10枚分導式多彈頭,是射程最遠,攜帶核彈頭最多的洲際彈道導彈,能覆蓋美國全境。


血色黃昏的黃昏


洲際導彈基本都是以慣性制導為基礎,無線電指令或天文星光或GPS等進行輔助構成複合制導模式。目前世界上精度最高的洲際彈道導彈仍然是退役的LGM-118A“和平衛士”,圓概率偏差小於100米。再就是UGM-133A“三叉戟II”,圓概率偏差小於150米。


慣性制導

所謂慣性制導就是建立一個相對慣性的人工參考座標系,利用陀螺儀加速度計等測算出導彈目前運行參數(旋轉運動、直線運動),得到的信號通過計算機分析後對姿態和控制系統發出修正指令以修正導彈運行軌跡。

當然,我們可以再把這麼問題說的簡單點。在物理學當中,已知起點、速度和加速度三個量就能推定出終點。既然是這樣,導彈發射過程中發射點和導彈落點是我們已知的,也就是說導彈飛行過程中應該存在一條既定的飛行路線,也就是整個飛行過程中存在一套理論的速度和加速度對應數據組。這樣我們可以通過陀螺儀、加速度計不斷感知各個方向的加速度,加速度進行積分運算就是速度,速度再進行積分運算就是距離,通過這樣不斷的積分就能判斷出現在的位置。然後通過這個解算出的位置與預定位置進行對比,看看偏了多少,給姿態和控制系統發出指令修正姿態回到當前預定的位置。

一般一套慣性制導系統需要3個加速度計和2個三自由度陀螺儀(或3個兩自由度陀螺儀)。其中三個加速度計的敏感軸互成90度,與慣性座標系三個軸保持一致,測量加速度運動的所有分量。而陀螺儀利用其定軸性保持慣性測量平臺的運行的穩定性並提供導彈的俯仰、偏航和橫滾的數據。慣性制導是彈道導彈制導的基礎,因為他是一個完全獨立的制導平臺,不受任何外界條件的影響,形成完全封閉的制導。

當然,傳統的機械陀螺儀因為存在軸承轉動帶來的摩擦力矩等一些列干擾力矩,所以存在一個“漂移”,使最終結算出現誤差,運行時間越長誤差越大。為了降低誤差帶來的影響,陀螺儀也是不斷地更新換代的,其根本問題在於如何解決這個摩擦問題。從最開始的機電陀螺儀(誤差1-15°/h)到液浮陀螺儀(0.01°/h)、撓性陀螺儀、動力協調陀螺儀、靜電陀螺儀(0.001°/h)、激光陀螺儀等等。當然,完全消除誤差暫時不太可能,因為只要有相對運動就有相對阻力,只是大小而已。

世界上能生產高精度導彈級陀螺儀的國家基本用手指頭就能數過來,主要還是中美俄,其中美國的技術還是處於最高狀態的,從導彈的圓概率偏差就能看出這個問題。美國上世紀的LGM-118A“和平衛士”的圓概率偏差達到90米左右。下圖是民兵III使用的陀螺儀


上面提到,慣性制導是一定存在誤差的,那麼如何在陀螺儀精度不夠的情況下來彌補導彈精度呢?這就要引入另一個概念:複合制導。所謂複合制導就是不止一種制導模式,利用2種或以上的制導種類提高導彈的精度。在彈道導彈的制導當中,以慣性制導為基礎,再用無線電、星光或GPS三種當中的某一種或兩種進行輔助,以提高彈道導彈的精度。

無線電指令制導

無線電指令制導是最早出現的一種,上世紀40-60年代廣泛用於導彈和火箭的輔助制導。他的原理比較簡單,根據地面雷達測算出導彈實時運行參數,將這些參數與理論參數相對比,利用地面無線電將正確的修正參數發送給導彈的姿態和推進控制系統進行導彈運行軌跡修正。但是無線電指令制導應用的時間並不是很長,因為無線電存在一個極易干擾的缺點,而且需要大量地面設備配合,所以慣性制導+無線電指令制導這種模式很快被淘汰。下圖是一個防空導彈無線電指令制導的圖,洲際導彈無線電指令制導原理是一樣

天文星光制

天文星光制導是繼無線電指令制導之後出現的一種穩定的制導模式,他的原理是通過導彈引導部安裝的星敏感器感應到的天文圖像與預設值相對比,得出誤差後給姿態和控制系統發送信號,修正姿態。簡單來說,導彈實際看的星星位置和應該看到的星星位置進行對比,看偏了多少就調整多少。

慣性制導+天文星光制導已經是目前洲際導彈制導的主流形式,這兩種制導模式都是能夠封閉運行的,不受外界干擾。隨著陀螺儀和星敏感器精度的不斷提高,導彈的圓概率偏差也是逐步縮小的,精度不斷提高。

GPS制導

GPS制導這個相必大家就更熟悉了,就是不斷比對導彈運行實時經緯度數據與預設數據進行對比,當然這個過程需要定位衛星的輔助。而世界上擁有獨立的定位體系的國家只有美國、中國、俄羅斯和歐洲,理論上只有這幾個國家能將GPS制導融入自己的洲際導彈制導當中。當然,現階段洲際導彈的制導還是以慣性+天文星光制導為主,GPS基本是“錦上添花”的作用,進一步提高導彈打擊精度。


從上面這些我們可以看到一個問題,以前網絡上總是說:“美國把GPS關掉,別的國家連導彈都打不出去了。當年就是因為美國關掉GPS衛星,所以我們的彈道導彈全偏了。”這些說法顯然都是不對的,因為GPS都只是作為一個輔助而已,況且大部分洲際導彈都沒有安裝GPS制導系統,只有少部分洲際導彈會因為GPS關閉而略微影響誤差,注意我說的只是誤差而已,不會影響導彈的實際攻擊。



導彈精度

目前世界上圓概率偏差(CEP)最低的導彈(精度高)還是美國的LGM-118A“和平衛士”洲際彈道導彈,他的CEP達到90米級,已經小於100米了。當然,“和平衛士”因為政治原因在21實際初全部退役銷燬,這是美國當時除LGM-30G“民兵III”之外的另一種井射洲際彈道導彈,可以攜帶12枚當量47.5萬噸的熱核彈頭

再就是美國UGM-133A“三叉戟II”型潛射洲際彈道導彈,CEP值大概120米左右,比“和平衛士”略差一些。

當然有朋友說,洲際導彈運載的都是核武器,講什麼精度?這句話對於打擊大型城市來說沒有毛病,反正偏點不影響打擊震懾力。但是對於地下發射井來說,打擊精度直接決定能否有效摧毀對方導彈發射井,因為核武器打擊核設施是利用衝擊波,這裡面又涉及一個超壓的問題。理論上講,爆心離目標越近衝擊波越大,毀傷效率越高。如果偏差太大,超壓急速衰減後對發射井的摧毀效果就要大打折扣,甚至根本無法摧毀。

舉個例子,通過下面3張圖我們可以得出這麼一個結論:對於抗力達到3500公斤/平方釐米的導彈發射井,50萬噸級熱核彈頭在距離370米爆炸時只有3.8%的摧毀可能性。但如果爆炸距離降低到92.5米,那麼摧毀概率則上升到46.5%,基本提高10倍。所以不要再說洲際導彈的精度沒有用,這是摧毀對方核反擊能力的重要參數。


雛菊西瓜Peterpan


▲起來落下去,誰都一個樣。武器從來不走尋常路,隨著時間的發展和技術進步,彈道正在被逐步打破。

洲際導彈使用慣性制導,主要是陀螺儀,不是秘密,然陀螺儀與陀螺儀不一樣,燃料與速度不一樣,飛行控制方式不一樣,因此洲際導彈的性能也千差萬別。

俄羅斯新造“先鋒”,使用了舊有導彈,但在飛進大氣層前,即開始脫離,採用滑翔式彈頭的“先鋒”,機動方式與制導方式,變得十分詭異。一是速度高,達到了27倍音速;二是機動方式神秘,可以臨近目標做超機動,現有反導技術根本攔不住。“先鋒”特立獨行,那是因為舊有的制導方式,保證不了被攔截,而加裝了滑翔式彈頭以後,開始變得不一樣,正式打破了舊有制導方式的窠臼。

現在再來看慣性制導,似乎已走到盡頭,能保證落點在百米以內,再向前走,變得非常不容易。

在火箭技術上發展起來的慣性制導技術,與洲際導彈相互促進,至今天,可以取得了相當的進步。洲際導彈從開始的概略瞄準,即在陀螺儀一條道上跑到黑,有的只是改進控制和燃料等,俄羅斯首開高超音速彈頭方式,其緣於在高超音速武器上取得的進步,其他四個還是舊有的慣性制導。

它的好處不少,首先一點已應用得非常成熟,二是不怕被電磁干擾,武器最大的王道,簡單即實用。然而世間的事,總在變與不變之間找平衡,永遠沒有墨守陳規的說法,一旦有了某種先進技術,總是最早使用於武器,有“先鋒”可證。


魂舞大漠


洲際導彈的制導可以採用無線電、慣性、天文和衛星等制導方式,或幾種制導方式的組合,其中慣性制導處於核心地位。慣性制導系統通常由慣性測量裝置(陀螺平臺)、計算機、控制或顯示器等組成。

1.慣性制導。對於彈道導彈來說,慣性制導是最常見的制導方式,它是通過慣性測量裝置來測出物體的運動參數,從而形成制導指令進行控制。這種系統工作時不依賴外界信息,也不向外輻射能量,不易受到干擾。例如,德國在第二次世界大戰期間研製的V2彈道導彈採用的就是慣性制導系統。

2.天文星光制導。 第二次世界大戰結束後,彈道導彈的制導技術得到了快速發展,洲際彈道導彈的制導精度也得到不斷提高,包括美國、俄羅斯等國家在慣性制導系統的基礎上,還增加了星光測量裝置,即利用宇宙空間的恆星方位來判定初始定位誤差和陀螺漂移,對慣性制導誤差進行修正,進一步提高了導彈命中精度。

3.衛星制導。目前服役的洲際導彈也採用了衛星制導的方式,利用GPS、北斗或者其他衛星定位導航的方式。

4.無限定製導。無線電遙控制導是早期彈道導彈曾採用的一種制導方式,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。

目前頂尖的洲際彈道導彈命中精度可以做到百米之內的誤差。


軍迷老虎


目前洲際導彈精度最好還是美國4o年前研發的和平衛士,世界各國近十幾年研發的還沒達美國4o多年前的標準


手機用戶71090105702


我是雪松,洲際彈道導彈有兩種制導方式,一,輸入既定目標飛行程序及足夠推送燃料。其次由衛星指導飛行軌跡到達目標。


雪松127947852


這是國家機密,你想幹什麼?!


靜虛齋主


保密


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