高超声速武器的准确性:媒体的说法没有击中目标

2020年3月9日|上午9:00
果壳军事/维基共享资源
卡梅伦特雷西
前肯德尔研究员

高超声速武器是一种新兴的导弹技术,它能使弹头高速穿过大气层引起了很大的关注在媒体上。在最近的一篇文章我证明了他们所谓的“革命性”优势被高度夸大了。高超声速武器的飞行速度比现有的弹道导弹慢,可以被现有的卫星技术探测到,并且不会有意意义地改变导弹攻防之间的平衡。

但高超音速导弹还有一个更常被提及的优势:精度。据媒体报道,这些武器打击目标的精确范围从“非凡的“到”可怕的。”

虽然这些武器革命性的速度和隐蔽性的断言在更仔细的审查下站不住脚,但准确性的说法站得住脚吗?他们是否证明高超声速军备竞赛萌芽?

他们没有。事实上,高超声速飞行条件特有的几个因素阻碍了精确的战斗部投送。在这方面,高超声速武器的性能不会优于现有的弹道导弹技术。

为什么准确性很重要

导弹被用来远距离运送爆炸载荷。现有的弹道导弹通过将弹头发射到外层空间来实现这一目标。高超音速导弹飞行高度较低,穿越大气层。在这两种情况下,导弹都必须落在目标附近的地球上,因为它们携带的爆炸物只会在爆炸的一定半径内造成破坏。导弹越接近目标,目标就越有可能被摧毁。因此,提高精度可以渲染导弹更有效的

摧毁目标所需的精确精度取决于导弹携带的炸药类型。现代核弹头威力如此之大,即使精度不高也常常是可以接受的。许多为提高精度而开发的技术并没有部署在现代核导弹上,因为提高精度几乎没有好处。相比之下,较弱的常规炸药需要更高的精度。因为美国高超音速武器计划的重点是迅速交付常规炸药在美国,它需要高度精确的导弹。

准确性的来源

一旦目标被识别和定位,导弹必须知道它需要如何飞行才能到达目标(称为制导),并且必须执行必要的机动才能到达那里(称为控制)。

制导系统在特定时刻跟踪导弹的位置和运动。这可以通过几种方式来实现,并且通常会同时使用多种技术。惯性制导系统使用内部组件(加速计、陀螺仪等)跟踪导弹的每一个动作;然后,机载计算机使用简单的运动方程计算其轨迹。这些自给自足的系统可靠性很高,因为它们不需要外部信息就能运行,但在长时间的飞行中会积累大量的错误。如果能得到更好的精度外部引用使用。先进的制导系统跟踪导弹的相对位置星星地形,或GPS卫星

一旦导弹确定了它的位置和运动,它就可以通过机动来纠正任何偏离理想轨迹的情况。在飞行的最初阶段,当导弹被强大的火箭加速时,这是通过控制火箭推力的方向来实现的。之后,如果配备了必要的机翼或鳍,它们可以利用空气动力在大气层中机动。

所有这些引导和控制组件都必须与许多外部因素这会导致导弹偏离轨道。重力异常——局部实际重力与预测值之间的差异——给导弹导航带来了误差。当导弹在大气层中飞行时,不可预测的风和空气密度的变化会挤压导弹。高超声速在稠密空气中的飞行也会对导弹表面产生巨大的加热,从而冲刷掉材料。由此造成的破坏改变了导弹的空气动力学,降低了控制能力。

高超声速(dis)优势

考虑到这些因素,高超声速武器开始看起来不那么有吸引力。

可以肯定的是,高超声速导弹的机动性远远优于弹道导弹。由于高超声速武器在大气层中飞行,它们可以利用空气动力在大部分飞行路径上进行航向校正。相比之下,弹道导弹只能在最初飞出大气层和最后降落地球的很短时间内执行纠正机动,前提是它们安装了特殊的装置机动再入飞行器(MaRV)。因此,高超声速武器可能在控制方面具有优势。

但这种潜在优势被高超声速飞行带来的无数挑战所抵消。与高空弹道导弹相比,高超声速导弹的大部分飞行时间都在低空,因此它们在更长时间内受到不可预测的大气力的影响。事实上,弹道导弹的设计目的是在大气层中飞掠尽快在打击目标之前,因为这样可以最大限度地减少风和可变空气密度的影响,从而提高精度。在这方面,弹道导弹具有优势。

在长期的大气飞行中,高超声速武器还会经历更极端的加热。没有任何材料可以承受由此产生的温度长。这些导弹表面的热损伤已经造成在飞行试验中失控。由于弹道导弹主要在真空的外层空间飞行,因此不太容易受到热效应的影响。

在制导方面,高超声速导弹和弹道导弹都可以配备相同的导航技术。但长期的大气飞行仍然限制了高超声速武器的性能。高速低空飞行所产生的巨大热量周围空气中的化学反应,在这些导弹周围产生等离子体——一层带电气体。这种等离子体可以吸收电磁辐射,阻碍沟通利用卫星和其他外部制导资源。

高超声速武器不足

综合考虑这些因素,问题就变成了:高超声速武器增强的机动性是否超过了高速大气飞行的众多缺点?

但事实并非如此。试验记录表明,机动性不是精度的限制因素。配备marv的弹道导弹,如潘兴II,可以打击内部约30米早在20世纪80年代。到2002年,装备有实验性MaRV的三叉戟D5弹道导弹能够转向在几米之内它的导航系统的目标,尽管有限的机动时间所允许的弹道。

由于现有的弹道导弹技术为航向修正提供了足够的机动性,高超声速武器增加的机动时间几乎没有什么好处。相反,精度由制导精度和大气效应等因素决定——高超声速武器在这些领域面临独特的挑战。

外卖

简而言之,与配备marv的弹道导弹等竞争技术相比,高超声速武器不具有内在精度优势。在某些方面,他们实际上处于不利地位。

通过对设计和开发的大量投资,高超声速飞行的许多挑战可能会被克服。目前的工作先进的冷却系统例如,可以减轻导弹加热造成的表面损伤。

但最终,这将产生一种不比现有导弹技术更精确的武器。当谈到高超声速导弹所谓的精度优势时,那些称赞这些系统的人没有抓住重点。

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