弹道导弹是怎么才能做到 打那么远的同时,还能够打那么准呢?
在这个问题上发挥重要作用的,就是各种 弹道导弹制导系统 。
弹道导弹从出现到现在,已经有几十年的历史了。如今,现代的弹道导弹使用的制导方式多种多样。

(现代弹道导弹)
这些制导方式各有各的特点,也因此有不同的工作要求和应用场景。
下面,笔者就以一枚弹道导弹 从发射到命中目标的全过程 ,来介绍几种常用的弹道导弹制导方式。
1
发射前的准备
首先,我们要发射一枚弹道导弹, 有几个信息是我们在发射以前就要弄清楚的 。
第一个信息就是目标的位置 ,毕竟我们要用弹道导弹对这个目标发动攻击,不知道目标位置怎么可以呢?
目标位置数据主要是 目标的经度、纬度以及目标的海拔高度 。通过这三个数据就可以在数字地图上标注出唯一的一个点,这就是目标的位置。

(只有知道目标位置才能发起打击)
如果要打击的目标是一个 移动中 的目标,那除了上面几个数据以外,还要知道 目标移动的速度以及方向 。
如果有条件的话,最好对目标 保持长期的侦察测量 ,实时把移动目标的位置信息传输给导弹。
第二个信息是导弹发射阵地的位置信息 ,同样需要知道 导弹发射阵地的经纬度和海拔高度 ,然后在数字地图上标注出发射阵地的位置。
如果是使用导弹发射车发射弹道导弹的话,因为导弹发射车停放的地面很难做到水平,所以还需要 测量导弹发射车的姿态 。

(导弹发射车在发射以前要测量姿态)
对导弹发射车的姿态进行测量是为了得知导弹发射出去的时候,是以什么样的姿态和角度发射的,这对于 后续导弹的飞行控制 至关重要。
第三个信息是地球重力场数据 。可能很多人都不知道,地球重力场信息是什么东西,什么作用?
但是对于一枚射程上万公里,命中精度要求在百米左右的弹道导弹来说却至关重要。
地球虽然叫“球”,但其实 地球的形状是一个不太规则的球体 ,而且内部物质分布也不均匀。

(地球并不是一个标准的球体)
所以 地球的重力场分布是不均匀的,在不同地区有不同的重力场数据 。而对于弹道导弹来说,一点点细微的干扰都会影响精度。
所以在弹道导弹发射以前,必须 要考虑到地球重力场的影响和干扰 ,这就需要拥有地球重力场的数据。
测量地球重力场数据一般由天上的卫星来完成,经过长期的测量之后,形成一个 地球重力场的数学模型 。

(地球重力场模型)
有了上面这三个信息以后,就可以通过计算, 算出一条从导弹发射阵地到打击目标的飞行线路 。
把这条飞行线路传到导弹上面的计算机,就完成了导弹发射前的准备工作。
有些比较先进的导弹还可以 储存多条飞行线路 ,在导弹飞行过程中进行变换,以增加对反导系统的突防能力。
2
加速段/上升段制导
发射前的准备做完以后,就到了导弹点火升空的时候了。
一枚弹道导弹在飞行过程中,它几千上万公里的飞行路程可以分为三段,分别是 加速段或者叫上升段,中段或者叫滑行段,以及末端或者叫再入段 。
加速段是导弹的火箭发动机主要的工作范围 ,在加速段中,导弹的各级火箭将会在最短的时间内将导弹加速到最快的速度。

(加速段也是我们最常见到的导弹发射画面)
到加速段结束时, 导弹的速度称为关机速度 ,这是导弹整个飞行过程中 速度最快 的时候, 即使是再入段,因为空气阻力的缘故速度也比关机速度慢 。
就算是高超音速导弹也逃不开这一个物理定律。所以如果看到说导弹末端速度比关机速度还快的说法,那肯定是错的。
那么, 在加速段或者说上升段,弹道导弹靠什么方式来进行制导呢?
我们要先来了解一下加速段的弹道导弹有哪些特点,而这些特点又对弹道导弹的制导方式提出了哪些要求。

(天基红外预警卫星是现代反导系统的标配)
- 由于 天基红外预警卫星 的存在,现代弹道导弹要求要 在尽可能短的时间内 ,完成导弹的加速,以 减少火箭发动机的工作时间 ,降低被发现的概率。
- 在弹道导弹刚刚发射升空的时候,它的 速度还比较慢 。而当导弹结束加速以后,导弹将 达到最大速度 。
- 由于弹道导弹射程远,在加速段一点点小小的误差 都可能会造成精度的极大偏差 ,甚至超出后续修正弹道的范围。
从这三个特点,我们就可以知道加速段的弹道导弹对于制导系统,有怎么样的一个要求和限制。

(弹道导弹在加速段的时间很短)
首先, 制导系统要反应迅速 ,因为弹道导弹的加速段时间很短。其次, 制导系统要能够适应不同速度下的制导需求 。最后, 制导系统要有足够高的精度 。
基于以上几点要求,现代的弹道导弹在加速段使用的 主要是高精度惯性导航 ,加以卫星制导作为辅助。
高精度惯导是最经典的弹道导弹制导装置 ,它在弹道导弹上使用的历史,可以追溯到世界上第一枚弹道导弹——V-2导弹。

(高精度惯导)
惯导通过连续测量内部的一个陀螺仪姿态, 通过积分计算出导弹的飞行姿态 ,从而对导弹的飞行起到一个制导的作用。
惯导有一个问题,那就是 随着使用时间越来越长,每一次测量中不可避免产生的误差被累积下来,形成累积误差 。
时间越长,累积误差越大,惯导的导航精度也就会不断下降。所以 惯导适合在短时间飞行中使用 。
现代卫星定位系统*用军**定位精度已经达到 厘米级 ,对于体长十几米甚至几十米的弹道导弹来说可以算是非常精确。

(现代卫星定位系统主要起辅助作用)
不过,卫星定位系统在定位高速运动的物体时,会产生比较大的误差。所以卫星定位系统在弹道导弹的加速段 主要起辅助作用 。
在导弹刚刚发射,速度还不太快的时候 ,卫星定位系统就可以辅助确认导弹发射时的姿态等相关数据,让导弹上的计算机有更多参考依据。
当导弹结束加速段以后,就来到弹道导弹整个飞行过程中,时间最长的滑行段/中段。
3
滑行段/中段制导
“中段”对许多关注军事的朋友来说都不陌生,我们看美国各种反导系统,像GBI、标准3等等,都叫做“中段反导系统”。
这是因为在弹道导弹整个飞行过程中, 中段速度相对较慢(仅仅比导弹完成加速以前快)、飞行时间长、弹道相对固定 ,这些都是进行反导拦截的有利条件。

(中段拦截是主要的反导方式)
说回中段飞行的弹道导弹的制导问题,我们上面说到,弹道导弹在这一段飞行时间长,速度相对较慢, 这就给多种制导方式提供了条件 。
当然, 最经典也是最主要的制导方式,仍然是高精度惯性制导 。
无他, 这种不需要参考外界条件,使用时间越短精度越高的制导方式 ,简直是为弹道导弹量身定做的。
不过,虽然说弹道导弹飞行时间短,但也有二三十分钟的飞行时间。
在这段时间里,高精度惯导虽然说累积误差相当小,但是这对于现在要求越来越严苛的精度指标也显得有些不足。

(一些洲际弹道导弹就使用了星光制导)
所以在弹道导弹的中段飞行中, 还引入了星光制导进行辅助修正 。
星光制导可能听起来很高大上,其实几百年前大航海时代,航海家们在海上使用星星作为航行方向的参考,这其实就是 最原始的星光制导 。
现代洲际弹道导弹的星光制导也是同样的原理。在弹道导弹计算机上, 预先储存不同时间的星图 。
导弹结束加速段,进入中段以后,此时的导弹已经处于大气层以外,可以 清晰地看到整个星空 。
这时候弹道导弹上的星光制导窗口,也就是安装在箭体上的一个摄像头,就会 拍摄下导弹看到的星空 。

(星光制导装置的结构图)
通过和特定的星图进行匹配 ,弹道导弹就可以知道自己的 位置和姿态 ,测量精度水平很高。
而星光制导得到的数据,可以 用来修正高精度惯导的误差 ,减小惯导的累积误差对弹道导弹精度带来的影响。
星光制导唯二的要求是, 要看得到星空,还要有比较长的测量计算时间 ,而弹道导弹中段的飞行特点刚好能够满足这两个要求。
除此之外,近些年来卫星制导也开始被应用到弹道导弹的中段飞行制导中,起到一个辅助导航的作用, 作为惯性制导和星光制导的补充 。
4
再入段/末段制导
在弹道导弹的飞行末段,也就是再入大气层进行命中目标以前最后的冲刺时,主要制导方式种类比较多样。
这一段导弹飞行过程的主要特点是 速度快,留给制导系统的时间不多 。同时大部分弹道导弹需要经历再入大气层的过程。
而再入大气层的过程将会 和空气剧烈摩擦,产生大量的热 ,这就需要弹道导弹的制导系统能够在这种恶劣的条件下正常工作。

(弹头再入大气层过程中和空气剧烈摩擦)
在这种情况下, 首选的制导方式仍然是我们的好朋友,高精度惯导 。毕竟,外界工作环境再恶劣,也 不影响 高精度惯导正常工作。
同时,高精度惯导反应相当快,可以说几乎是实时得出导弹飞行姿态,对于末段工作时间短的问题也毫无压力。
当然,惯导在末段也要面对累积误差问题,而且这已经是导弹飞行过程的最后一段时间, 累积误差已经达到最大值 (如果没有在中段进行修正的话)。
好在有 星光制导在中段对高精度惯导进行修正 ,这才能让惯导在末段保持足够的精度。
如果还不放心的话,还可以给弹道导弹加上雷达或者红外窗口,用于弹道导弹的末段制导。

(雷达制导)
雷达在弹道导弹末段的作用是, 对预定落点进行雷达成像,然后和弹道导弹计算机中储存的目标雷达成像进行对比 。
只需要很短的时间,就可以 比较出两次成像的误差 ,从而对弹道导弹进行最后的调整,准确命中目标。
雷达成像制导的弹道导弹精度相当高, 可以达到十几米甚至几米的精度 。
不过,雷达成像制导需要面对 黑障问题 ,也就是弹道导弹再入大气层过程中,和空气剧烈摩擦产生的等离子体的电磁屏蔽问题。
这听起来挺难理解的,不过我们只需要知道结论,那就是 和空气剧烈摩擦到一定程度,就会影响雷达的正常工作 。

(剧烈摩擦产生的等离子体会形成黑障现象)
而和空气摩擦程度 取决于弹道导弹的速度,速度又和弹道导弹的射程直接挂钩 。
所以目前大部分使用雷达制导的弹道导弹都是 中近程导弹 ,少有中远程弹道导弹使用雷达制导。
美国的“潘兴2”弹道导弹是一款使用雷达制导的中程导弹,但它需要减速到2倍音速才能使用雷达制导。
减速到2倍音速意味着“潘兴2”突防能力相当弱 ,别说反导系统,普通的防空系统都能将它击落。
而DF26同样使用雷达制导,但D F26的雷达可以在6倍音速以上,甚至有可能达到7-8倍音速下正常工作 。

(DF26的雷达能够在高超音速下正常工作)
这使得DF26在精度极高,射程远的同时,还能拥有很高的突防能力。DF26也是现役雷达制导弹道导弹中射程最远的一个。
配合DF26的红外制导窗口,DF26就有了打击移动目标的能力 。这也就是DF26为什么能够打击大型水面舰艇,成为“航母杀手”的原因。
中国如何解决黑障问题的呢?不得而知,相关资料是高度保密的,但可以明确的一点就是, 中国是目前唯一一个解决黑障中雷达工作问题的国家 。
在经过上面这些制导系统的导航以后,弹道导弹就能精确地命中目标了。
可以说,弹道导弹短短几十分钟的飞行过程, 却凝结着导弹制导技术的精华 ,也只有中国这种大国才搞得定,一般的国家压根玩不动。