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談導彈之“導”
2010/07/05 15:30:34瀏覽1185|回應0|推薦6

YST預告了他有關中美軍事對抗的三部曲,最末一篇講彈道導彈打航母。本文淺顯介紹一下導彈的各种制導機制(Guidance Mechanism),作爲呼應。

“導彈”這個中文詞,與其説是由“Missile”翻譯而來,不如説是一個獨創的新詞,因爲“Missile”並無“導”(Guidance)的意思,而謂被“抛”、“射”之物。臺灣將其譯為“飛彈”,更貼切原文,但不及“導彈”的形神兼備。大陸現代科技關鍵詞彙的翻譯,多由錢學森指導把關,質量挺高。再如,個人認爲,大陸的“激光”對于臺灣的“鐳射”,又勝一籌。

導彈在實質上就是一枚火箭,由於裝上了能夠一步步引領火箭接近目標的導引裝置,因而命中精准。所以“導”是導彈的精髓。制導技術種類繁多,不光能夠用於導彈,很多還可用于炸彈、砲彈和魚雷,大大提高了這些傳統武器的精度。

導彈依據目標用途可分爲對地、對空、反艦、反裝甲等等,各用途又可根據五花八門的分類標準接著細分,比如依據飛行方式分爲彈道、巡航, 依據射程分爲近、中、遠、洲際,依據發射平臺分爲陸基、海基、空基、潛射,等等。而每種分類的制導系統都有自己的特點,一篇短文根本無法覆蓋全部,只能管中窺豹,介紹有代表性的這麽幾種:

* 用於遠距導彈(如彈道導彈和巡航導彈)的慣性制導衛星導航

* 用於對空導彈的雷達制導紅外制導

* 用於對地導彈的激光制導景物匹配制導

(一)慣性制導

世上第一种能稱得上導彈的東西是二戰中德國的V-2,從法國發射飛越海峽來襲擊英國城市。那麽V-2是如何制導的呢?絕大部分V-2使用“慣性制導”(Inertial Guidance),或稱“慣性導航”(Inertial Navigation)。

“慣性導航”是大家耳熟能詳的一個詞,它到底是怎樣的一種導航機制呢?我們先擧個簡單的例子。假設一個人要穿越一個大沙漠,他出發時只帶了一個指南針和一只計步器(即通過行走步數來測算距離的裝置),中途爲了找水和躲避風沙幾經曲折。那麽他還有可能知道他現在所処的位置嗎?有,只要他詳細記錄了自己的每次轉向和轉向后的行走距離,他就可以把自己的位置“算”出來,這是一個原理簡單的三角函數問題。這就叫慣性導航,之所以冠之以“慣性”(Inertial),是因爲這種導航方式完全“自給自足”,一旦啓動就再也不需外界提供任何信息了。

慣性導航依賴于兩個參數的精密測量:方向和距離。那麽導彈的慣性導航用什麽來測量方向呢?不能用指南針,極易受干擾不說,還只能測水平方位。這要用到“陀螺儀”(Gyroscope),見下圖:

圖1:陀螺儀原理

陀螺儀就是一個置於自由支架上的高速旋轉的陀螺,始終指向一個固定的方向。通過測量支架和陀螺軸向之間的夾角,就可確知導彈的飛行方向。值得説明的是,現代的陀螺儀已經不是機械式的了,而是利用光學原理製成的激光陀螺儀(見下圖),完全沒有運動部件,精度極高。

圖2:激光陀螺儀原理

方向測量的問題解決了,那麽距離呢?在慣性導航中,距離可不是測出來的,而又是算出來的。要知道,在一個運動著的物體内部,如果不參照外部環境,那麽唯一能夠測量的運動參數就是這個物體的“加速度”(Acceleration),這是因爲物體的加速度和物體的受力是嚴格相關的,只要把一個重物放在導彈内部,通過監測這個重物的受力情況,就可精確測量導彈的加速度,這就是“加速度計”的工作原理。學過中學物理的人都知道如何由“加速度”和“時間”推知“速度”,再由“速度”和“時間”推知距離。而在慣性導航的實際應用中,由於加速度的方向和大小是會極迅速地變化的,所以實施上述推算的時候要把數學技術稍稍提高一個檔次,用微積分就可以了。

方向和加速度有了,剩下的就是計算了。在V-2時代是沒有數字式(digital)電子計算機的,用的是“模擬”(analog)計算機,即利用機械或電氣模擬來實現運算。説到模擬計算機,大概很少有人見過純機械的“手搖計算機”。我很小的時候見過母親用這種計算機,而在上大學的時候,更有幸目睹一個特大號的。那是一台中國軍隊在70年代使用過的“炮兵指揮儀”,當時的炮兵就是用它將偵查數據算成射擊諸元的。知道它有多大嗎?它有4個輪子,要用炮車拉著走。把它拆開之後,呈現在眼前的不是什麽電子器件,而是一堆齒輪。現代的慣性導航設備,當然不會再用這些東西來作算術了。

慣性導航的優點是,它不依賴于外界信息輸入,完全是“自主”的,因而在任何環境下都不會失效,更不存在被干擾的問題。慣性導航的缺點是精度很難做得很高,因爲純粹靠算,纍計誤差在所難免。因而在現代導彈上,慣性制導常常和其他制導方式結合使用,即在導彈即將攻擊目標的時候,切換到其他制導方式以提高精度。這叫做末段制導(terminal guidance)。

還值得一提的是,慣性導航也適用於車輛、船艦、飛機和飛船。在沒辦法使用地面導航或衛星導航的時候,比如潛水艇在水下潛航,慣性導航就成了唯一可用的導航方式。

(二)衛星導航

衛星導航的精度很高,定位誤差在百米之内,導引頭的結構簡單成本低廉,但前提是必須建立自己的衛星導航體系。無法想象攻擊美國目標的導彈使用美國的GPS導航,美國人不會開這種國際玩笑。

這種導航方式用不着我多費口舌,只是想說,趕緊把我們的“北斗”建起來。

(三)紅外制導和雷達制導

這兩种制導方式主要用於攻擊空中目標,為空空、面空(即地空和艦空)導彈所採用。

紅外制導是一種被動制導方式,緊盯著飛機的尾噴口,那裏正發射著大量的紅外綫。而飛機也有辦法對付這種導彈,那就是,抛出一顆紅外彈,然後來個急轉彎,幸運的話,導彈就跟著那同樣發射著大量紅外綫的假体去了。紅外制導的作用距離較短,在空戰中一般用於近距格鬥。越戰中美國空軍使用的“響尾蛇”就是這種導彈。

雷達制導則使用雷達跟蹤目標,是一種主動方式。飛機對付這種導彈同樣可使用“分身術”,只不過抛出的不是紅外彈而是一堆鋁箔。雷達制導導彈的射程較遠,空戰中用於超視距的迎頭攻擊。

(四)激光制導

激光制導主要用於空對地攻擊。使用這種制導方式,先要用一束激光照射地面目標,這束激光可以是擕彈飛機自己發射的,也可以是友機發射的。然後,發射導彈或投擲炸彈,導彈或炸彈就瞄著地面的那個激光光點呼嘯而去。顯然,這是指哪打哪的命中精度。

使用激光制導有一個挺出名的戰例。在越戰中,美軍試圖摧毀建在峽谷中的一座橋。由於地形特殊,空軍投擲上百枚常規炸彈均未命中。最後用上了最新的激光制導炸彈,一發中的。

(五)景物匹配制導

數字式景物匹配(Digital Scene Mapping)是不折不扣的高科技,主要用於遠程導彈的末段制導。在這種制導方式中,偵查機拍攝到的目標圖像被存放在導彈的導引頭中;當導彈由慣性導航引領到距目標不遠處時,導引頭中的攝像機開啓,在拍攝到的景物中依據預先存儲的目標影像來識別和鎖定目標,然後徑行摧毀之。

讀者可能覺得奇怪,衛星導航的精度如此之高,精確命中一幢建築物是小菜一碟,研究景物匹配制導還有意義嗎?

答案的關鍵在這裡:衛星導航對付固定大目標綽綽有餘,但如果這個目標是移動的呢?比如説,一艘航母?

( 知識學習科學百科 )
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