潛射彈道導彈,研製的過程中為何會困難重重?

花捲默默


因為水下發射彈道導彈的技術難度就要遠遠超過陸地上發射,這個技術難點不僅僅體現在導彈上面,對於潛艇也是一樣的。畢竟水下環境的複雜程度和陸地上是完全不同的,需要考慮的可以影響到導彈發射成功率的因素有很多,比如不同的深度所帶來的水壓的變化,導彈出水後由於介質變化(水-空氣)所帶來的阻力的變化等,都對導彈的成功發射帶來巨大的挑戰。

舉個例子,比如導彈出水後的姿態控制,這就是一個明顯的技術難點,導彈出水後的姿態基本上就決定了它能往哪裡打。我們都知道,水的密度和空氣的密度是不同的,兩者之間的密度差距非常大,導致的後果就是導彈在水中運動時受到的阻力和出水後受到的阻力大小也完全不同,所以,如何保證導彈出水後在阻力急劇變化的情況下保持姿態穩定就是一個需要解決的問題了,比如要有一個高精度、高靈敏的出水傳感器。老美的“三叉戟”在1989年進行的首次試射中失敗,原因之一就是導彈出水後由於後方的水流乾擾了火箭噴嘴,由此產生的不對稱推力使得導彈出現了翻滾,四秒鐘後出現了爆炸。

然後在這裡順帶提一下,潛射洲際彈道導彈一般都是水滴形整流罩,也就是鈍型的,為什麼要這樣做?因為鈍頭的在水中更容易保持穩定,同時鈍頭也會在水中產生一定的“空泡效應”,可以在一定程度上減少水中的行進阻力,而尖頭的話,在空氣中是可以減少阻力,但是在水中就更容易失穩。不過鈍頭在空氣中的時候阻力會很大,所以,一些洲際導彈會在彈頭的前端裝一個“減阻針”,比如法國M51洲際導彈,彈頭的前面就有一個“減阻針”,如上圖所示,這個減阻針的作用就是介紹空氣中高速行進時產生的激波阻力。

最後,還有一個難點就是潛艇的變深度問題,這個問題會影響到彈道導彈的連續發射,潛艇在發射導彈時,由於反作用力的作用(這個反作用力無法抵消,因為水中沒有任何借力的依靠),潛艇的位置就會出現改變,這樣一來,就會影響到下一次的發射,因為在導彈的發射總能量不變的情況下,發射位置的不同,就會影響到導彈的出筒速度以及出水姿態,所以,除非潛艇重新回到第一次的發射位置,不然就會直接影響到導彈下一次的發射,但是重新調整位置是很浪費時間的,尤其是在戰爭時期。因此,如何解決潛艇變深度發射導彈的問題又是一個技術難點。


哨兵ZH


潛射彈道導彈是核武器,這個世界上只要是核武器就困難重重,不僅有技術上的困難還有政治上的困難!到目前為止,世界上公認擁有潛射彈道導彈的國家有5個,即中美俄英法。此外,一直愛搞笑的印度也宣稱擁有了潛射彈道導彈,但是並未看到有任何實質性突破的新聞公佈。倒是前不久,北邊一個國家倒是公佈了成功試射潛射彈道導彈的事情,不過目前還處於試驗階段,離服役還需要很長時間。而且很有可能會受到大國制裁,最終潛射彈道導彈只能流產。



政治上的困難就不說了,五大國是不允許有人碰蛋糕的,所以我們主要來聊聊技術上的困難。彈道導彈核潛艇在三位一體核打擊體系中屬於威脅性最大的一環,具備其他平臺無法比擬的隱蔽性,可以打敵人一個措手不及。除此之外,核潛艇在國家戰爭時會立即離開母港,進入預定陣地潛伏,可以在核戰爭中存活下來,擔負核報復和二次核打擊任務。潛射彈道導彈是彈道導彈核潛艇的標配武器,和陸基洲際彈道導彈的區別在於需要使用核潛艇搭載,並實現水下發射。

實現洲際彈道導彈潛射的技術難點在於三個方面。

第一,彈體小型化。洲際彈道導彈射程上萬公里,需要性能先進的火箭發動機推進,需要攜帶大量燃料以保證將其送出大氣層,需要複雜的電子設備和導航儀器,還要攜帶可以攜帶多個核彈頭的再入返航艙。這些設備加在一起,讓洲際彈道導彈的體積相當巨大。以美國的民兵III陸基洲際彈道導彈為例,其彈體長度超過18米,至今1.67米,以目前人類核潛艇的體格,根本放不下,所以潛射洲際彈道導彈需要小型化。


核潛艇需要下潛到水底下,對抗巨大的水壓,需要非常堅固的耐壓艇殼。耐壓艇殼的製造不僅需要屈服強度超高的鋼材,還要可以捲曲大直徑鋼板的卷板機。這兩個技術要同時實現,才有可能製造出性能出色的核潛艇。目前人類核潛艇直徑最高水平已經超過12米,只有美國和法國的洲際彈道導彈的小型化可以基本達到這個水平。美國的三叉戟II導彈的小型化就比較出色,可以完全放進俄亥俄級彈道導彈核潛艇內,龜背非常小,是目前世界上最先進的核潛艇之一。

第二,導彈水下發射。洲際彈道導彈水下發射對深度有要求,不能下潛太深,只能在一定深度緩慢航行,在接到基地指令之後發射導彈。目前潛射彈道導彈的發射方式有兩種,一種是溼式,發射前打開發射筒,海水灌入平衡內外壓。這個時候導彈點火,利用發動機推力直接將導彈推出發射筒。第二種方式是乾式發射,發射前利用燃氣發生器產生高壓燃氣,將導彈彈出發射筒,利用慣性將導彈拋出水面,在空中點火發射升空。同時水櫃充水,保證潛艇平衡。


第三,導彈在水中和出水時的姿態控制。潛射彈道導彈在發射時,核潛艇不是靜止不動的,還有複雜的水流,導彈從發射筒離開之後,需要採用特殊的技術手段保證導彈在水中時姿態平穩。除此之外,導彈出水瞬間的姿態控制更是一大難題,如果不能保證出水時導彈姿態平衡,很有可能就是這樣子▼。這是乾式發射法,是美國的三叉戟II導彈,它出水之後點火,丟失重心,在空中轉圈圈,最後自爆,宣告失敗。

總得來說,要實現彈道導彈潛射,首先要將導彈小型化,塞進核潛艇狹小的空間。接下來經過摸索,研究出適合自己的水下發射技術。繼而進行大量的分析,計算,模擬,收集相關數據,最後設計出一套導彈姿態控制系統。這三個技術難關隨便一個都是目前世界軍工領域內的頂級技術,解決一項都非常難。而要實現導彈潛射,需要都解決,更是需要融化運用,難度可想而知。目前世界上能夠研製彈道導彈的國家不多,把導彈搬上潛艇更是少之又少,能夠實現洲際彈道導彈潛射的國家更是隻有一個巴掌。


赤焰噠噠噠


潛射彈道導彈作為三位一體核打擊力量中的重要一環,是二次核反擊的主要力量,因此潛射彈道導彈技術一直被視為大國維護自身安全和利益的重要支柱。目前,世界上擁有導彈技術的國家不少,但是真正掌握潛射彈道導彈這一技術的國家卻寥寥無幾,這又是為什麼呢?

潛射彈道導彈技術通俗地說,就是由潛艇發射導彈攻擊敵方目標的技術。要想實現導彈潛射,用普通的潛艇肯定不行,因為普通潛艇的體積太小,根本裝不下導彈,而且為了保證作戰需求,潛艇的動力還要儘可能地足,航程也要儘可能的遠。這幾點也很容易理解,只有潛艇體積大了才能把導彈裝進去,動力強勁才能開起來,航程足夠遠才能離敵方國土更近。按照這樣的標準,也只有核潛艇這樣的重器才能滿足條件。但是,製造一艘核潛艇卻不是一件容易的事,一般國家很難做得來。另一方面,彈道導彈核潛艇在設計時還需要對普通核潛艇做進一步得優化,比如消除龜背,減小噪聲,增加導彈攜帶數量等,方方面面無疑又進一步增加了製造難度。

(彈道導彈潛艇的設計和製造需要很高的技術水平)

有了潛艇,接下來考慮的就是導彈了。潛射彈道導彈一般要具備洲際射程,也就是說射程要達到8000-10000公里,可是放眼世界來看,擁有洲際導彈技術的國家卻少之又少。除了五常外,很多國家雖然也具備導彈研發能力,但是他們關注的更多還是短程和中程導彈。把導彈裝到潛艇上,同時還要保證導彈的威力和射程,這樣的技術會比普通洲際導彈技術還要難。

(美國三叉戟潛射彈道導彈)

而且,潛射彈道導彈的發射方式與陸基導彈有著很大的區別。海水密度是空氣的近800倍,潛射彈道導彈要想從水下發射,它穿出水面的姿態、速度和點火時間等因素都會有嚴格的要求,因為稍有不慎就會導致導彈發射的失敗。

潛射導彈的發射方式主要有三種,分別是直接點火、水中點火和彈出水面點火。直接點火就是導彈在發射筒內直接點火出水升空,這種方式的缺點在於發射筒需要忍受導彈尾焰的高溫,這對發射筒的要求比較高,所以發射筒的設計製造也變得比較困難。水中點火的方式雖然對發射筒的要求不高,但是對導彈自身的要求卻比較高。因為水下環境比較複雜,所以導彈需要克服海水對導彈姿態的影響,這樣才能保證導彈出水後的狀態。這種發射方式的可靠性一直存在著問題。彈出水面的發射方式則是依靠高壓氣體,先將導彈彈出水面,然後在空中點火。這樣做的好處是導彈離開水面點火,可確保導彈不再受水下環境的影響。不過導彈的點火時機需要嚴格控制,因為稍有不慎導彈就會掉下來。

(俄羅斯布拉瓦潛射導彈直接點火發射出發射筒的瞬間)

(法國的M51潛射導彈可以在水中點火發射)

(三叉戟導彈彈射出水後點火瞬間)

綜合來看,潛射彈道導彈要比陸基導彈技術複雜得多,這其中涉及了潛艇、導彈等諸多技術問題,所以它的研製對一個國家的技術能力提出了很高的要求。這也是潛射彈道導彈研製過程困難重重的最根本原因。可以說只有具備強大綜合實力的國家,才會有發展潛射彈道導彈的能力。


戰情解碼


縱觀全球主流國家的潛射導彈研製歷史,無一不是一把辛酸淚!由於我國薄弱的工業和科學基礎以及潛射導彈的高技術含量,巨浪系列潛射導彈的研製過程尤其艱辛!即使是美國這樣工業發達的國家,其第一代的北極星潛射導彈也是連續經歷了6次失敗後才最終在1959年成功試射!而蘇聯的第一枚潛艇水面導彈P-11早在1955年就問世,比美國還早4年,但是直到9年後的1964年,其真正具備潛射能力的SS-N-5導彈才宣告面世!


▲巨浪1導彈研製

潛射導彈由於必須在體積狹小的潛艇中發射,其體積必然不能太大,因此很難使用比衝低(單位能量),攜帶燃料過多的液體發動機導彈。美國從一開始就選擇了固體火箭發動機作為自己潛射導彈的標配,發展到至今的三叉戟2,具備了體積小、射程遠、載荷大的明顯優勢。而蘇聯因為固體燃料發動機技術較為落後,一直以來都是研發液體發動機潛射導彈,由於體積過於臃腫,因此蘇聯潛艇只能被造的又大又粗,但是攜帶的導彈數量卻明顯比美國要少,總體技術並不先進。


▲蘇聯颱風級雖然採用了
P-39固體燃料導彈,但是技術上不成熟,體積仍然巨大

我國從一開始就認識到蘇聯液體導彈的道路行不通,選擇了與美國一樣的固體導彈道路,但是固體火箭發動機由於構造更加複雜,燃燒溫度更高,技術含量也是與日俱增,我國雖然在之前研發過東風1、東風2兩款固體燃料導彈,但是射程都沒有超過1500千米,所以一切幾乎都是從零開始。火箭發動機主要由點火裝置、殼體、燃燒室、噴管這四部分組成,其原理就是固體燃料在燃燒室燃燒後向外噴射產生反作用力,而燃料燃燒會產生2500℃到3500℃的高溫,當時我國在東風系列導彈上的耐熱材料已經不足以支持新式潛射導彈的需要,因此必須重新研製,而這些合金材料的配方和成分必須經過一次次反覆的計算、配比、試驗,過程堪稱煉獄級。


▲火箭發動機

解決了發動機殼體材料問題,還需要研製新型的固體燃料,潛射導彈體積小,攜帶的燃料不會很多,但是又必須要求推力大、射程遠,因此高燃燒值的燃料是關鍵。固體燃料推進劑是由氧化劑、固體燃料(金屬燃料或者硝化棉)、高分子粘結劑、燃燒穩定劑、燃速調節劑等混合搭配而成的,這其中每一種的成分和配比都需要經過長時間的研究而反覆試驗才能得到。而即使研製出固體燃料推進劑,如果要將是裝入火箭殼體之內,還要經過微米級的高精度加工塑型,難度可想而知。


▲火箭推進劑整形

當然了,相對於潛射導彈的姿態控制,以上這些問題都是小兒科,潛射導彈從發射筒出筒後必須經過數十米的水下前行,就是這麼一段小小的距離,需要經受洋流、暗湧、海浪等多種不同的流體因素影響,而這些因素幾乎都是難以預測的。除此之外,導彈在出水瞬間還會因為阻力的劇烈減少而發生強烈的抖動,所以潛射導彈必須擁有自身的微姿態控制系統,而這個系統的控制必須依賴於海量的基礎數據作為基礎,稍微產生一點偏差就可能讓導彈姿態失穩而爆炸,而計算這些理論數據本身就是一件海量工作,沒有大型計算機的輔助,甚至可能需要數年。


▲巨浪2試驗

即使造出了潛射導彈,由於發射時的諸多不確定性,很可能發射失敗將潛艇直接炸燬,因此不可能像陸基導彈那樣馬上進行實彈試驗,一般需要先在陸地或者淺海搭建一個模擬水體發射場,現在這裡進行模擬發射,模擬發射成功之後,再製作模型彈在潛艇上進行真實環境條件發射。只有當這兩種發射全部成功,才能再進行實彈實艇的試射,這三種發射的每一次都很可能失敗,只有在一次次的失敗中不斷總結經驗,不斷積累數據,不斷進行微調補漏,最後才能得到一款成熟的具備實戰能力的潛射導彈!


▲法國M51潛射導彈陸臺試驗


軍武吐槽君


兔哥回答:潛射彈道導彈是戰略導彈核潛艇的主要武器,也是核大國陸海空三位一體核打擊力量的海基部分。戰略彈道核潛艇是目前核打擊力量中最主要的打擊手段,潛艇深藏於茫茫大洋之下,具備天然的隱蔽優勢,雖然反潛武器發展迅速,但面對整個地球三分之二都是海洋的自然環境下,沒有任何一個國家能做到全球性的反潛能力。另外,潛艇和反潛武器的對抗中潛艇依然是佔據著主動,也就是反潛探測和攻潛技術依然是落後於潛艇的技術發展的,這也讓戰略導彈核潛艇成為一個可靠的戰略核威懾武器。然而,好東西都有一個特點,就是難於製造,戰略核潛艇的主要武器就是潛射彈道導彈,這是戰略核潛艇戰鬥能力的表現,下面我們探討一下戰略核潛艇的拳頭,潛射彈道導彈的研製難度有哪些?


潛射彈道導彈的難度就在於水下發射;潛射彈道導彈是戰略導彈核潛艇上的重要武器,有了它就成為戰略核威懾能力,沒有它戰略導彈核潛艇就是一個昂貴的大玩具,沒有任何威懾作用。潛射彈道導彈就是安裝在核潛艇上的彈道導彈核武器,具備數千至上萬公里的射程,能夠攜帶核彈頭進行戰略核威懾打擊。潛射彈道導彈的難點在於潛艇和導彈本身兩個方面,潛艇在水下需要知道自己的位置,但電磁波是無法穿透海水的,因此,潛艇的定位和通訊都需要有專業的技術設備做保障。潛射彈道導彈發射時潛艇不能上浮到海面,主要是防止被發現,因此,水下發射時潛射導彈需要承受發射時海水巨大的壓力,海水是潛射彈道導彈所面臨的最大難題,戰略導彈核潛基本都是圍繞如此解決海水對潛射核導彈的影響展開的。



潛射彈道導彈的發射方式造成了研製難度:潛艇從水面下發射彈道導彈時,海水的壓力對彈道導彈的影響非常大,水的密度是空氣的800蓓,這就意味著壓力和阻力都大的多,潛射彈道導彈等於是從海水中擠出來的,潛射彈道導彈的殼體要能承受住海水的擠壓,同時潛艇由處於移動中,這樣潛射彈道導彈就必須要快速的出發射筒,否則海水阻力會把導彈折斷。潛射彈道導彈從發射到飛出海面的時間只有0.5秒,潛艇通常情況下距離水面都是二十米以內的距離,這個速度是很快的。潛射彈道導彈的發射方式有多種,一個是彈射方式,也叫乾式發射,通常是由燃氣發生器產生的燃氣和水形成的燃氣蒸汽混合氣高壓做為潛射彈道導彈發射的能量,燃氣發生器獨立於發射筒外面,導彈在高壓燃氣蒸氣的作用下彈射出發射筒,導彈衝出水面後火箭發動機點火。導彈在水中的姿態,出水後海浪的衝擊,如何保持一定的垂直角度,突破出水後瞬間的減壓產生的振動對於導彈元器件的影響等等技術問題都需要千百次的實驗,難度可想而知了。



乾式發射主要是美國以及法國等國家採取這種發射方式,其中法國和美國還有差別,法國也是乾式發射,但導彈出發射筒就點火,和美國出水後再點火不同。俄羅斯多采用熱發射,也就是溼發射,所謂的溼發射就是導彈直接在發射筒裡點火,然後直接射出海面飛行。溼發射需要先往發射筒裡注滿水,通常是淡水,使發射筒裡的壓力和發射筒外海水的壓力平衡,然後打開發射筒蓋,直接點火發射導彈。溼發射的好處是不受深度的影響,更有利於隱蔽,缺點是技術含量高,導彈在水裡時間長,受海水影響大,另外也需要拋棄熱發射火藥推進模塊。俄羅斯為了解決這個問題採取增加導彈速度的方法,例如,在導彈頭部設計吹氣設備,讓導彈頭部形成空泡效應,減少海水阻力。


潛射彈道導彈的難度出水後介質的改變如何保持穩定;潛射彈道導彈通過兩種介質,一個是水下飛行階段的海水,一個是出水後的空氣。水的密度大於空氣800倍,水中能保持穩定並不代表進入空氣中後能保持穩定,通常情況下從水中射出後由於阻力突然性的減小,導彈會瞬間改變原有彈道,到處亂飛。我們也看到過導彈出水後有明顯的傾斜的現象,就是瞬間阻力改變造成的,這個看似簡單,其實解決起來很難。還有就是出水速度,理論上越快越好,為了獲得出水高速度,潛射彈道導彈頭部都設計成鈍型,這樣有利於水下高速度,但空氣中卻需要銳角,這樣在空氣中飛行的速度快,這些都需要進行解決,都是難題。再有就是潛射彈道導彈的制導,彈道導彈也就是有固定彈道的,然而潛艇到處跑,潛艇發射潛射彈道導彈後是無法給導彈扶正的,制導就是一個大難題,潛射彈道導彈通常都是慣性制導加星光制導,每一個都是難題。

總之,潛艇彈道導彈由於特殊的性能要求,導致研製難度異常大,這個難度並不單純來自導彈本身,潛艇,自然環境,都是難點,不用說去搞潛射彈道導彈的研製,就是第一關,核潛艇就能難死一堆人。很多國家連實驗用的水下設備都沒有,也搞不出來更別想進行導彈發射實驗了。潛射彈道導彈是世界上公認的導彈領域最難於研製生產,實驗,使用的導彈,就是現在,潛射彈道導彈都不能說技術成熟了,仍然在不斷探索中。



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