弹道导弹
弹道导弹是指在火箭[1]发动机推力作用下按预定程序飞行,关机后按自由抛物体轨迹飞行的导弹。这种导弹的整个弹道分为主动段和被动段。主动段弹道是导弹在火箭发动机推力和制导系统作用下,从发射点起到火箭发动机关机时的飞行轨迹;被动段弹道是导弹从火箭发动机关机点到弹头爆炸点,按照在主动段终点获得的给定速度和弹道倾角作惯性飞行的轨迹。
分类弹道导弹按作战使用分为战略弹道导弹和战术弹道导弹;
按发射点与目标位置分为地地弹道导弹和潜地弹道导弹;
按射程分为洲际、远程、中程和近程弹道导弹;
按使用推进剂分为液体推进剂和固体推进剂弹道导弹;
按结构分为单级和多级弹道导弹。
主要特点弹道导弹的主要特点是:
1导弹沿着一条预定的弹道飞行,攻击地面固定目标。
2通常采用垂直发射方式,使导弹平稳起飞上升,能缩短在大气层中飞行的距离,以最少的能量损失克服作用于导弹上的空气阻力和地心引力。
3导弹大部分弹道处于稀薄大气层或外大气层内。因此,它采用火箭发动机,自身携带氧化剂和燃烧剂,不依赖大气层中的氧气助燃。
4火箭发动机推力大,能串联、并联使用,可将较重的弹头投向较远的距离。
5导弹飞行姿态的修正,用改变推力方向的方法实现。
6弹体各级之间、弹头与弹体之间的连接通常采取分离式结构,当火箭发动机完成推进任务时,即行抛掉,最后只有弹头飞向目标。
7弹头再入大气层时,产生强烈的气动加热,因而需要采取防热措施。
8导弹无弹翼,没有或者只有很小的尾翼,起飞质量和体积大,结构复杂。
9为提高突防和打击多个目标的能力,战略弹道导弹可携带多弹头(集束式多弹头或分导式多弹头)和突防装置。
10有的弹道导弹弹头还带有末制导系统,用于机动飞行,准确攻击目标。
发展
弹道导弹能按预定弹道飞行并准确飞向地面固定目标,主要是由制导系统实现的。
其制导方式有无线电指令制导、惯性制导、星光-惯性制导等。
无线电指令制导是早期弹道导弹采用的制导方式,它易受无线电干扰,地面设备复杂,不能满足现代作战使用要求。因此,自20世纪50年代以来,各国研制的弹道导弹绝大多数采用惯性制导。
惯性制导属于自主式制导。它采用惯性测量元件,不受外界干扰。按照惯性测量装置在导弹上的安装方式,惯性制导可分为平台式惯性制导和捷联式惯性制导。
平台式惯性制导的惯性测量装置具有测量精度高、计算机运算较简单、利用平台本身还可进行元件误差分离、发射时调平和瞄准也较简单等优点。因此,被广泛采用。与平台式惯性制导相比,捷联式惯性制导的惯性测量装置受弹体振动的影响较大,测量精度受到一定限制,对计算机的要求较高,随着微型计算机的发展,正日益受到重视。
惯性制导技术的不断发展,使弹道导弹的命中精度有很大提高。例如60年代初期,美国研制的"民兵"ⅠA洲际弹道导弹,射程8000千米,命中精度(圆概率偏差)为1.8千米;70年代研制的"民兵"Ⅲ洲际弹道导弹,射程13000千米,命中精度已提高到0.185千米。星光-惯性制导是在惯性制导的基础上,增加了星光测量装置,利用宇宙空间的恒星方位来判定初始定位误差和陀螺漂移 , 对惯性制导误差进行修正,进一步提高了导弹命中精度。
二战时期的弹道导弹V2火箭
V2工程开始于1940年。
第二次世界大战期间,正是德国的V2火箭曾给英国带来巨大灾难,当时又叫“飞弹”。V2工程起始于A系列火箭研究,由冯·布劳恩主持,是1936年后在佩内明德新建火箭研究中心的重点项目。A系列火箭经过许多新的改进,性能大大提高。是世界上第一种实用的弹道导弹。"V"来源于德文Vergeltung,意即报复手段,这是纳粹在遭到盟国集中轰炸后表示要进行报复的意思。V1和V2表示这两种型号仅仅是整个系列的恐怖武器的先驱。
V2长13.5米,发射全重13吨,能把1吨重的弹头送到322千米以外的距离。火箭由液体火箭发动机推动,燃烧工质为液氧和甲醇。发射时火箭先垂直上升到24-29千米高,然后按照弹上陀螺仪的控制,在喷口燃气舵的作用下以40度的倾角弹道上升,也可由地面控制站向弹上接收机发射无线电指令控制。一分钟后,火箭已飞到48千米的高度,速度已达每小时5796千米。此时,无线电指令控制系统指令关闭发动机,火箭靠惯性继续上升到97千米的高度,然后以每小时大约3542千米的速度大致沿一抛物线自由下落,击中目标。由于当时制导系统的精度所限,误差较大。
V2工程的目标是扩大容积和承载重量,以容纳自控、导航系统和战斗部。1942年10月3日,V2试验成功,年底定型投产。从投产到德国战败,前德国共制造了6000枚V2,其中4300枚用于袭击英国和荷兰。
1943年初按盟国情报人员的情报,盟国发现这一计划,并由对佩内明德的空中侦查得到证实。1943年8月17日夜,英国皇家空军对佩内明德进行了一次著名的大规模空袭,毁伤了V2的地面设施。为预防重蹈8月17日灾难,纳粹将V2工厂迁到德国山区的山洞工厂,这个过程耽误了预期的火箭攻势。
1944年6月13日(诺曼底登陆后六天)V1开始攻击伦敦,9月份第一枚V2落到伦敦。火箭攻击造成了严重的平民伤亡和财产损失。如果在六个月前对登陆部队集结地进行集中攻击而不是伦敦的话,即如艾森豪威尔将军所说,盟国将遭到难以克服的困难。对伦敦的攻击都是在上午7至9时,中午12至2时,下午6至7时交通高峰期进行的,企图吓垮英国的民心士气。可是,对经过1940年空袭的英国人民,在全面胜利已如此接近时,这种新的恐怖算不了什么。在诺曼底前线的英国士兵更尽了最大努力用最快速度向威胁他们家庭的火箭发射地挺进。除了向伦敦发射外,在盟军9月4日占领安特卫普港后,纳粹向安特卫普港进行了大规模导弹攻击。
1945年德国投降前夕,布劳恩和400余名火箭专家向美军投降,后到美国,成为美国火箭技术和空间技术的奠基人之一;苏联也缴获了大量V2的成品和部件,并俘虏了一些火箭专家,以此为起点,开始自己的火箭和空间计划。
V2是单级液体火箭,全长14米,重13吨,直径165米,最大射程320千米,射高96千米,弹头重1吨。V2采用较先进的程序和陀螺双重控制系统,推力方向由耐高温石墨舵片操纵执行。V2在工程技术上实现了宇航先驱的技术设想,对现代大型火箭的发展起了承上启下的作用。成为航天发展史上一个重要的里程碑。