洲际导弹那么大的误差,为什么还要求那么高的命中率呢?
导弹的圆概率误差,也就是CEP精度,一直都是比较战略导弹性能优劣的一个重要方面,精度对于使用核武器的导弹为什么也这么重要呢?原来,核攻击的第一步往往不是无差别的攻击敌人的大量民用基础设施,而是敌人的核武器储备区域和各类型军事基地和通讯基站,打掉这些东西,就等于将敌人的核力量“缴械”了,令其暂时瘫痪,以为自己的第二轮打击赢得时间。
核弹发射井都是特殊加固过的,如果打不准,怎么摧毁他。
根据冷战时超级大国之间的核武器打击优先次序,核攻击的目标优先级别从前到后分别为:行政中枢、通信中枢、长波通信基站、空军基地、海军基地、战略导弹发射井、战略导弹储备基地、防空兵基地、海军舰队,最后在万不得已时才会对对方的大型民用目标进行攻击,比如核电站、水电站、大城市等,一般而言,即便是在最坏的情况下,指挥官也不会轻易作出核武器攻击大型聚集区的决定,但是攻击其他的战役战术目标,则必须要保证精度,否则威力不足以摧毁,必须保证瞄准的目标在爆心附近才能有效摧毁,比如核武器发射井,这些井都经过特殊加固,可以抗击较大当量的核武器攻击,如果不能准确命中,那么打击效果会打折扣。
美国核导弹发射井发射导弹瞬间。
另外,战略导弹现在都是分导式多弹头,只有能够准确保证精度,才能保证用一颗导弹摧毁多个目标,不然一通乱炸,反而不利于准确摧毁既定目标,分导式多弹头由于需要控制多个弹头飞向目标,因此对于控制和制导技术提出了更高要求,于是导弹本身的圆概率误差也就越来越小,这体现出战略导弹技术的不断进步。
核弹发射井的位置一般比较偏僻,不容易寻找,更不容易摧毁。
回答者简介:张浩,亚太智库研究员,《舰载武器》杂志评论员,在《兵器》、《舰载武器》等多家军事期刊发表《现代山地战怎么打》、《共和国炮艇小传》、《夺滩奇兵》等文章30余篇,在海军作战理论和海上作战武器装备等领域有独特见解,著有《预警机、电子战机》一书,获得军迷群体一致好评。
洲际导弹那么大的误差,为什么还要求那么高的命中率呢?
导弹问题还是问W君吧。
首先说,“洲际导弹误差大”这个理解存在误差的。理论上讲,射程在10000公里的洲际导弹可以做到圆概率误差在1厘米以内!没错,大家一点都没看错,是一厘米以内!
“理论上看精度高”这是弹道导弹的一个先天优势。
说说为什么?很多人的一个印象是“导弹”是依靠导引头“追逐”目标的武器系统。但弹道导弹不是,弹道导弹的制导是利用引导机构将导弹死死的钉在一个飞行路线上的武器。
整个飞行过程其实就是一个微积夹逼准则的现实化求解过程。
在导弹内部,有一个叫做陀螺仪的部件,在导弹发射前就开始高速旋转,并且根据当地地点信息进行校准。当导弹发射后,只要导弹受到了加速度影响这个陀螺仪上就会有相应的电压信号进行输出。这时导弹的控制机构就对这个加速度进行补偿。
如果我们将导弹运行过程中的时间片写一个算法来看就是这样的:
最后就会形成了两个解:X和Y轴上需要的加速度。
于是这些东西就开始上场了:
燃气舵,依靠改变火箭发动机喷射方向修正X、Y轴上的加速度,
姿态发动机依靠向不同角度喷射来修正X、Y轴上的加速度,靠这些手段导弹就会取得某个时间片上的正确位置。
从理论上来讲,修正一次就可以准确的命中目标。但从实践上来说其实要一秒之内修正很多次。
这里再多说一句,很多导弹的末段变轨机动,其实也是依靠的这个原理,在飞行过程中随机的加大X、Y轴上的加速度,然后再通过不断的反向修正来指向目标。那么问题来了,弹道导弹的精度是什么?
如果前面的话看明白了,就应该知道,在这个闭环的微积分过程中,最重要的事情是“一秒之内修正很多次”的频率,如果一秒之内修正60次就必然比一秒之内修正1000次精度低得多。
其实事实上就是如此,德国在二战期间使用的V2导弹就是采用了和现在最先进的洲际弹道导弹一样的原理
就是依靠陀螺仪测量加速度,并且依靠导弹尾部的燃气舵修正航向的。
然而由于当年还没有将下面这个东西实用化
因此V2导弹的一秒钟修正多少次的时序频率是一个机械结构。利用了一个类似于钟表的机构进行时序测量——每秒钟可以修正60次,最终导致V2飞弹可能会偏差到目标以外20公里的位置上。
上面的东西是什么?我们看到的是一个放大图片,这玩意特别小。
名字叫做“石英晶体谐振器”,简称“晶振”。是一个很基本的电子元件,利用石英的压电效应,只要通上了电就会稳定的不断输出脉冲信号。利用这个东西,每秒钟就可以对陀螺仪作出上千次采样测量。于是导弹的精度就成指数级的提高。
十几年前W君在801所的时候,我国的红外制导导引头上的晶震是1Mhz的——一秒钟内可以提供10万次基准测试信号,这还只是近程格斗导弹!
现在的洲际导弹普遍每秒钟会执行上千万次的基准陀螺仪测试信号。命中精度在100米以内。因此W君说,只要进一步提高基准信号的采集频率和伺服机构的响应速度,理论上洲际导弹的命中圆概率误差可以做到1厘米以内。
当然了,再“超频”弄到0.01mm问题也是不大的,关键——成本飙升到比要毁灭的城市还高,这就没必要较真儿了。
再说导弹装核弹头就不要精度了吗?也不是。
对于城市目标的攻击,30万吨-50万吨当量的核弹头偏差个100来米是可以接受的。
这个事情真是问题不大的,顶多是炸马路这边给炸成了马路对面。反正半个城市的人都得死,不差这么一个半个的。
但要注意的是还有更大当量的核弹头呢!例如150万吨、300万吨当量的核弹头。这些核弹头对精度要求反而要比中低当量的核弹头高。
——原因?
大当量核弹头并不是针对城市目标设计的,而是设计用来攻击对方的重要军事设施,例如——核弹发射井。
所有的核弹发射井都考虑了核弹攻后生存的问题。
通常会修建的特别坚固。可以抵抗30万吨级别的核弹打击。而百万吨级别的核弹实际上就是被设计用来摧毁敌方的核弹发射井的。
我们可以从图上看到发射井露出面积其实并不大。但是要注意核弹的爆炸威力随着距离的立方成反比。所以如果打威力核弹准确命中目标当量是100万吨的话,如果偏差100米对于要打击目标的话当量就还剩下十几万吨,这样就摧毁不了目标了。
所以对弹道导弹精度要求并不能因为是核弹就有所放松。
洲际导弹那么大的误差,为什么还要求那么高的命中率呢?
洲际导弹想要摧毁敌方的战略目标,必须具备三个条件:核弹头、射程和命中精度。而在这其中,命中精度是最为关键的条件,前两者是基础和前提。
洲际导弹的命中精度通常用圆概率误差来描述,英文缩写CEP,是指从目标算起的一个距离内(误差),瞄准目标发射的一批导弹,平均有一半的弹头能够落在以这个距离为半径的圆内。一般来说,洲际导弹的命中精度是一个统计量,如果用C表示误差半径,用L表示核弹头的毁伤半径,战略目标被摧毁的概率即杀伤概率为:
由此计算,我们可以得知,如果核弹头的毁伤半径大于或者等于误差半径,就可以认为这个洲际导弹的命中精度是可以接受;反之,则认为这个洲际导弹是不合格的。
在洲际导弹技术发展的早期,命中精度并不太高,主要用来打击人口密集的大城市(面目标),但是打击人口密集的大城市会带来巨大的人道主义灾难和强烈的舆论谴责,而且并不能摧毁敌方的反击力量。
(理论上,1.4个大气压的冲击波超压就能杀伤无防护的暴露人员,0.35个大气压的冲击波超压就能摧毁普通建筑物。因此,一枚百万吨级TNT当量威力的核弹头可以杀伤和摧毁50平方公里以内的人员和建筑物。)
随着美国和前苏联在冷战期间的核军备竞赛逐渐白热化,双方都部署了大量的地下井射式洲际导弹,那么如何进一步提高己方洲际导弹的命中精度,在第一波打击中就有效摧毁敌方的洲际导弹地下发射井,剥夺敌方的反击能力,成为了自1960年代以来最主要的战略难题之一。
(K是核弹头对洲际导弹地下发射井的杀伤力,Y是核弹头威力,由此可见,CEP对核弹头是否可以有效杀伤洲际导弹地下发射井起到至关重要的影响。)
如果能够有效提高洲际导弹的命中精度,就可以威力较低的小当量核弹头专门打击敌方的军事目标,而不造成比较严重的附带损失,从而在首脑机关制定打击计划和打击目标清单时更加具有灵活性和可选择,在战略上更具有威慑。
洲际导弹那么大的误差,为什么还要求那么高的命中率呢?
洲际弹道导弹是世界大国重要的战略装备之一,射程超过10000公里,可以携带多枚分导式多弹头,一枚洲际弹道导弹足以毁灭敌方几个甚至十几个中大型城市,是名副其实的“镇国重器”。洲际弹道导弹末端打击速度可以达到20马赫以上(也就是20倍音速),打击精度可以达到几十米的圆概率误差!有很多人认为相对于洲际弹道导弹动辄上百万吨TNT当量的威力来说,偏差百八十米完全不会影响打击效果,但是,如果想要使用洲际弹道导弹打击对方处于数百米地下或者山体内部的防核打击目标的话,高精度还是十分必要的!破水而出的美国“三叉戟II”潜射洲际弹道导弹洲际弹道导弹分导弹头末端打击如同利剑刺破夜空!
洲际弹道导弹,顾名思义就是以“弹道”轨迹飞行并实现远程打击的导弹,其飞行过程主要包括上升段、大气层外飞行段、再入大气层阶段以及末端修正段等。以美国“和平卫士”洲际弹道导弹为例,其最大射程达11000公里,可携带10-12枚W-87核弹头,威力超过33万吨TNT当量,圆概率误差约为90米。如此远的射程、如此高的精度,其难度早已超出所谓的“百步穿杨”,说“万步穿针”一点也不为过!发射中的“和平卫士”洲际弹道导弹洲际弹道导弹上的分导核弹头
按照“和平卫士”弹道导弹11000公里的射程,从发射到击中目标总时间不到30分钟(上升段速度较慢)!在如此短的时间的时间内可实现对全球绝大多数重要战略目标的打击,目前除了洲际弹道导弹外没有第二种武器可以做到!为了能够抵御敌方核打击,各主要核大国均建设了大量的防核打击掩体,有的是建造在地下上百米的钢筋混凝土掩体,有的是依靠山体建造了深藏在大山内部的掩体,而且内部各类生活设施、作战装备配套齐全,即便遭到对方核打击,也能够及时的发出反击信号并维持人员基本的生活需求。冒着生命危险拍摄核弹头末端打击轨迹!(也表明对打击精度的自信)地下核掩体厚重的大门
随着技术的不断进步,洲际弹道导弹的打击精度越来越高,高威力、再配置专用的高速钻地弹头,可以有效的毁伤敌方地下掩体的重防护目标。目前全球范围内各国装备的核弹头数量约有15000枚,绝大多数在美国和俄罗斯两国,如果发生核战争的话足以将地球毁灭几十个轮回,因此,即便是洲际弹道导弹技术愈加先进,也没有任何一个国家愿意爆发核战争。从某种程度上来说核武器也是维持世界大局势稳定的重要因素,人类掌握的威力最大的武器成为人类社会稳定的“保护器”,也不得不说一件“幸事”!
洲际弹道导弹是“国之重器”、是大国的象征!
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洲际导弹那么大的误差,为什么还要求那么高的命中率呢?
首先,现在先进的洲际导弹精度已经很高了,如美国上世纪80年代问世的MX和平卫士精度达到了90米!据说俄罗斯的白杨-M的精度也有200米左右。这样的精度,单纯从军事的角度看具备了打击硬点目标的能力,比如洲际导弹发射井,深埋底下的战略指挥所等。
其次,一味地追求洲际导弹的打击精度,其实是一种看待常规武器的传统思维方式的延续,其立足点是打赢核战争,而任何一个稍有理应的人都知道,核战争是没有赢家的,故核武器的功能不是为了打赢而是为了避免核战争,通过你有我也有、你打我也打的方式,威慑潜在对手发动核战争的企图。
在洲际导弹诞生之初,其精度很差,圆概率偏差可以达到几公里,所以用洲际导弹打对方的导弹发射井不划算,因为至少几枚导弹才能消灭一枚导弹,这样一来,如果大家开始时导弹数量差不多,那么先发动攻击的一方在攻击结束、自己的导弹打完之际,对手还会剩下很多导弹,这些导弹反过来可以对攻击方的城市目标进行报复,而攻击方因手里的导弹消耗殆尽只能被动挨打了。能不能不先打导弹而直接打城市?那就更危险了!对方保存完好的洲际导弹将迅速进行报复。由此可见,在双方都有洲际导弹的情况下,等待对方动手反而是明智的行为。从这一点看,早期的洲际导弹其实是一种防御性的武器,它可以阻止核战争的爆发,但打不赢核战争。
但是到上世纪70年代之后,情况有了一些变化。一是分导式多弹头出现了,这样一来,一枚导弹就相当于若干枚导弹(3~10枚),以前用几枚导弹才能消灭一枚导弹,先动手当然不划算,但是现在一枚分导式多弹头导弹可以消灭几枚导弹,那结果就完全不一样了。二是洲际导弹的精度大大提高,美国70年代初问世的民兵3洲际导弹精度达到了500米,到80年代初又进一步提高到185米,苏联70年代后期80年代初期服役的分导式多弹头的SS-18精度也达到了500米。精度的提高意味着洲际导弹可以实施精确打击了,甚至一个弹头就可以消灭一个导弹发射井。
上述两个变化曾经在美国引起极大恐慌,一些人认为苏联可以一次性彻底消灭美国的民兵3导弹而自己手里还握有相当数量的洲际导弹。其实,这种恐慌是没有道理的。苏联有能力并不等于有动机,况且即使洲际导弹是脆弱的,美国不是还有弹道导弹核潜艇和战略轰炸机吗?美苏核力量结构之所以是三位一体,一个非常重要的原因是,任何先发制人式的突然袭击都不可能一次性将陆海空核力量全部消灭掉,尤其是隐蔽在大洋深处的核潜艇,所以,对方依然具有确保摧毁的能力,这是慑止核战争的最强大的力量。
一方面,大家都知道核战争不能打,另一方又都致力于提高洲际导弹的打击精度,这反应了理性与本能,现实与传统之间的冲突。
洲际导弹那么大的误差,为什么还要求那么高的命中率呢?
不管什么武器,其作战效能的提升都离不开三方面的因素,战斗部威力、射程和命中精度,既然洲际导弹的精度差,误差大,就更需要追求高命中率才是呀。
在冷战初期,洲际导弹的精度并不高,当时美苏双方对核战争的理论认识都不成熟,在发展洲际导弹时,都将核弹头的威力放在首要位置优先考虑,但当双方核武器数量发展到可以互相毁灭时,形成了恐怖的核平衡,谁都没有胆量发动毁灭性的核打击,因此,洲际导弹的攻击目标就不再是城市人口密集区,而是敌方的重点军事目标,也就是说,打击手段已经从大规模的“面杀伤”转向了重点区域的点杀伤。
这种战略转变的背景下,要求在消灭敌方重要战略目标的同时,还有降低人口、经济区等附加目标的伤害,需要减小核弹头的当量,甚至采用常规弹头,因此洲际导弹的精度就成为了更加重要的因素。同时,由于各国都建立了地下核防护公式,美国夏延山军事基地就在地下几百米,对核武器来说,打击这一类目标,提高精度的作战效果要比提高核弹头威力更加重要,所以,洲际导弹的精度变得越来越重要。
由于电子器件和制导技术的发展,同时末端速度修正和姿态控制技术的不断发展,如今各国的洲际导弹精度都有了大幅度的提升,美国“和平保卫者”洲际核导弹的命中精度已经达到圆概率90米的标准,同战术导弹的差距已经非常小了。
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