潘兴II为抗衡苏联而生,与SS-20导弹同时销毁,配备末端制导能力

潘兴II导弹是一种机动式中程弹道导弹,作为抗衡前苏联SS-20分导式多弹头中程机动弹道导弹,潘兴II导弹创造性地使用了带有末端制导的弹头,大大提升了精度,从而获得了发射钻地弹头的"独门绝技",可以打击大坝、船闸、机场等高精度需求目标,并且由于具备了末端雷达制导能力,稍经改装即可打击海上移动目标——眼不眼熟?对了,这就是某型、某型和某某型快递的"师傅"。下面,让我们一起解析这款因美苏中程弹道导弹条约而最终寿终正寝的极具代表性的"真理的力量"。

潘兴II为抗衡苏联而生,与SS-20导弹同时销毁,配备末端制导能力

一、概述

潘兴II导弹于1974年开始研制,主承包商为马丁·玛丽埃塔公司,但其末端雷达制导系统于1972年就已经开始研制了。1977年底开始,若干枚潘兴IA型导弹更换上了这种雷达末制导弹头进行了飞行试验,无论是弹头投送能力、弹头机动能力、弹头命中精度还是钻地弹头结构完整性和穿透力全部达到预期。随后,潘兴II技术原型导弹开始生产,射程可达1800公里。1983年底,潘兴II完成了18次飞行试验,开始在西德进行部署。

1987年,美苏签署了《美苏消除两国中程和中短程导弹条约》,条约规定美苏各自销毁全部的潘兴II导弹和SS-20导弹。到1991年6月,潘兴II导弹已全部销毁完毕。

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二、潘兴II导弹的主要性能

尽管被称为是潘兴I的改进型,然而潘兴II导弹可以说是一款划时代的全新的弹道导弹。她长10.61米,直径1.1米,起飞重量为7400公斤,最大飞行速度为音速的14倍,使用固体燃料火箭发动机,弹头长4米,重量为641公斤,装载有一个W85型0.5-5万吨的威力可调的核战斗部,发射准备时间只需要5分钟。制导系统为惯性导航加雷达区域相关末制导,命中精度为圆概率误差(CEP)30米。其主要优点主要是三个方面:一是有继承性,继承了潘兴I的操作手册大部分内容;二是操作简便,作为一款机动式弹道导弹,准备时间仅5分钟,有很大可能能够在苏联导弹落地之前完成发射。三是战术性能好,体现在①射程远,能够打击前苏联欧洲部分的大多数军事目标,②命中精度高,可以使用钻地核弹对加固设施进行准确打击,从而具备了摧毁地下指挥中心、洲际弹道导弹发射井等目标的能力,同时较高精度也使得可以减少核武器当量,减少对环境的破坏。③突防能力强,全程飞行时间不超过12分钟,速度快拦截困难。简单地说,300枚潘兴II导弹基本可以解除苏联欧洲部分的武装。

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三、潘兴II导弹的弹头

相关数据:潘兴II导弹的弹头飞行时攻角(弹头纵轴指向和飞行方向的夹角)在±25°之间,末端制导时攻角可达±35°;过载在稳态飞行时为±25G之间,制导变向时最高可达32.5G,其中助推段为17G,再入段为﹣20G。空气舵偏转角在俯仰与偏航调整状态下范围在±20°之间,末端滚转时由于速度大偏转角被限制在±10°范围以内。铰链力矩为847牛米,舵法向力高达30千牛。该弹头具有细长的双锥外形,内部从前至后由雷达部分、核战斗部部分和制导控制部分组成。

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潘兴II导弹弹头的雷达部分位于弹头的最前端,头部有一个端头帽,用钛铬钼合金制成,期内装有触发引信和射频能量接收器,端头帽耐烧蚀但不透电磁波,其中的射频能量接收器用于吸收散射的电磁波使端头帽散射的电磁波不影响雷达使用。端头帽后是一段雷达天线罩,用透波性能和耐烧蚀性能优良的特种玻璃制成,制作难度非常大。核战斗部位于弹头中部,壳体为铝合金,里面有一层橡胶改性的二氧化硅酚醛防热层,战斗部为除了W85型外,还试验过W86型钻地核弹头,并且研制过专门反跑道的子母炸弹(后中途停止)。这种子母炸弹壳分为76个钻地子弹头,每个重8公斤左右,能够穿透0.6米左右的混凝土层。战斗部后则是制导和控制部分,外壳材料改为铝制,使用同样的防热层,内部装有惯性制导装置、计算机、液压动作系统、反作用控制系统、冷却系统、分离机构。舱内的压力和温度进行了控制以保证精密部件的运行,底盖则为半球形铝合金罩,底盖内部设有抗电磁脉冲的防护装置。

潘兴II导弹的惯性导航系统由一个四维平台(方位角、内俯仰、滚动、外俯仰)、3台陀螺仪和3个加速度表构成,发射前能够与弹载计算机配合自动寻北,是实现5分钟发射的关键技术。末制导系统则有一部J波段雷达和三维稳定的抛物面天线组成。

潘兴II导弹弹头的动作系统则有两部分组成:空气舵系统和冷气矢量推力系统。弹头在大气层外飞行时,通过一个高压氮气瓶,推力为8.8牛、工作时间仅0.035秒喷管组成的矢量推力系统控制姿态;再入大气层时,当高度达到65KM左右,弹头动压达到1000帕时,姿态转由空气舵控制,弹头内部装有涡轮能源系统,给空气舵的操控提供动力,涡轮能源系统在切换至空气舵控制时自动启动。

四、潘兴II导弹飞行与末制导程序

潘兴II导弹飞行与末制导程序见下图

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潘兴II导弹采用速度关机,最大飞行高度约300公里,开始中段飞行时,弹头指向目标方向,以便为再入调定方向并且减小弹头的RCS,潘兴II导弹的末段弹道如下图

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该末段弹道最突出的特点是进行拉起-下压机动飞行来降低弹头速度,修正弹道误差,最后使最末段弹道垂直命中目标。再入大气层时,弹头进行第一次速度控制机动,在40KM的高度将弹头拉起来,通过增大气动阻力将弹头速度减慢到雷达制导系统能够正常工作的速度,避免出现"黑障",减速的目标6-8倍音速,这个拉起的过程伴随着弹道的变化,能够顺便起到避开对方反导系统的作用。弹头拉起一段时间后,开始做锥形运动,弹头前部开始下压,在弹头飞到低于15.25KM的高度时,雷达开机,并以2圈/秒的速度做圆形扫描,其中潘兴II导弹圈用于获取目标区域的图像,另一圈用于测定高度,并循环往复。和空对空的雷达制导方式不同,潘兴II导弹的雷达是以一种近似于合成孔径+地形匹配的原理进行制导的,既使用雷达扫描探测下方地形,再与事先装订的数字地图匹配从而寻找到目标。潘兴II导弹的雷达扫描范围在4.5KM高度处为35KM²——大约6X6公里的区域,雷达获取的目标图像被变换为128X128个像素矩阵的数字化基准图像,并同计算机中的数字地图比较,并具备双速搜索能力,既对匹配度高的区域仔细搜索,对匹配度不高的区域快速跳过。搜索至目标后,计算机计算出精确的位置误差和所需修正量,以此修正惯导系统,向空气舵发送指令操纵弹头击中目标。制导的最终高度为900米左右。计算机内事先装订了四套不同高度的数字地图,用于在不同高度上进行地形匹配。

对于末制导来说,除了要求它把弹头准确投向目标外,还有弹道倾角和命中精度的要求,尤其是作为钻地核弹头,因此,可以将对精度有特别需求的钻地弹头弹道称为"准弹道投送"。在这种多次变轨的弹道中,特别需要将命中速度和命中角度进行协调——毕竟命中角度不为0°,钻地弹无法正确钻地;而命中速度过慢,也会影响钻地弹的钻地性能;然而要提高命中精度必然会要求导弹拉起-下压的动作尽可能多次,为雷达提供尽量多扫描匹配的机会,但是这样又势必造成了导弹命中时的速度偏低。因此,拉起-下压过程中的圆锥形运动的角度被控制在了15°-20°,位移不超过500米,命中速度最快可设定为1070m/s,最慢可为410M/S,仅为音速的1倍多一点。

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现在看来,潘兴II导弹更换先进雷达后实在是用来攻击敌方大型舰艇的利器——飞行时间仅为12分钟,以30节(55.56km/h)速度行驶的航空母舰才能驶出11公里,这使得潘兴II导弹的雷达只需要扫描400平方公里不到的面积。在15KM的高度上开机的当前较先进的雷达,扫描面积100KM²并非难事,只要4枚即可基本保证命中航母——何况事实上航母的航向一经确定,扫描面积将会大大减小。最低1马赫多一点的速度,完全可以充分发挥空气舵的效能,打出类似常规反舰导弹同样令人惊叹的命中率,而来自天顶的垂直打击,则几乎无法防御。因此,美国自己以潘兴II导弹的技术告诉后来人:拿这玩意改改打自己的航母,绝对靠谱。

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