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没有GPS以前,洲际导弹是怎么保证精度的?

十万个为什么 空空 2024-3-23 21:00:20 2次浏览

关于问题没有 GPS 以前,洲际导弹是怎么保证精度的?一共有 2 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【诗云历史】的最佳回答:

洲际导弹用 GPS?这纯粹是找死的节奏啊!

洲际导弹是终极大杀器,核武运载工具,妥妥的国之重器。而 GPS 是美国开发的全球卫星导航系统,精度可达米级。

那么,把 GPS 和洲际导弹的数据来个匹配,不就可以实现指哪打哪了嘛?多简单,多省事!

然而,如果战时,美国把 GPS 的导航服务关掉怎么办?那么洲际导弹还怎么命中目标?更可怕的是,如果美国修改一下 GPS 的数据,给一个虚假的数据,那么洲际导弹甚至会打到自己人的头上!另外,GPS 的另一个弱点,是很容易受到无线电干扰。

答案显而易见,GPS 虽然用起来一时爽,但是,自驾车可以用,手机可以用,渔船可以用,到了洲际导弹这儿,那就绝不能用!

所以,各个大国的洲际导弹,从研发之初,就根本不考虑采用 GPS 导航这种极不靠谱的方式,而是采用另外的导航方式。

具体来说,最基本方式的是惯性导航,辅助方式是天文导航。

所谓的惯性导航,就是以洲际导弹发射初始的位置为相对 0 点,点火时间为相对 0 秒,然后把目标数据输入弹体计算机,在洲际导弹上,安装有陀螺仪,速度计,加速度计。

这样,根据陀螺仪的数据,就能确定导弹弹体的姿态,是竖着飞,还是平着飞。然后取得速度计,加速度计的数据,输入弹体内的计算机,依靠专门的计算公式,计算得到弹体的位置。

陀螺仪

然后,根据预定的弹道轨迹,操纵导弹在适合的时间段,实施姿态调整。就这么一路飞啊飞,直到飞到目标点,起爆!

如今的激光陀螺个头很小,精度也很高,做一套这样的惯性导航系统,价格并不是特别的高,体积也可以做得很轻巧。但是在洲际导弹刚出现的时代,根本没有激光陀螺的技术,那时候还全部是机械陀螺,用一个巨大的机械陀螺来完成这个任务。

激光陀螺

事实上,不但洲际导弹需要用到这个惯性导航,在另一样重器,核潜艇上,也是使用惯性导航来保证自己位置的。这是因为,核潜艇的战术使用要求就是,要求可以在水下长航数十天。几十天不出水面,怎么确定核潜艇的位置?就靠这个!

至于天文导航,则是根据某些星星的位置,来确定洲际导弹的位置。这种方法最早在航海学上得到了广泛引用。比如百年前的船长,要知道船航行到了什么地方呢,就要用六分仪,来确定纬度。

六分仪

因为宇宙中星星距离地球的位置非常非常非常遥远,我们可以认为在短时间内,星星的位置是固定的,那么只要测量特定星星之间的连线角度,就可以确定自身位置,这就是天文导航的原理。洲际导弹上需要用到的天文导航仪器,主要是星体跟踪器。该仪器的原理是,采用光电装置,自动寻找捕获天空中某些星星的位置,然后根据一定的数学公式,得到洲际导弹自身的位置信息。

那么,把惯性导航装置和天文导航装置结合起来,都装在洲际导弹上面,再用程序控制,以惯性导航为主,以天文导航为辅,就可以很好的让洲际导弹按照预定轨迹飞行,直到打到目标了。

至于精度,洲际导弹对于精度的要求很宽松。这是因为,洲际导弹的弹头都是核武,杀伤半径以十公里级别计算,那么,只要洲际导弹的导航精度,能够达到千米级,也就是 1 公里,2 公里,3 公里,都可以接受!

在早期的洲际导弹,由于采用的机械陀螺仪误差比较大的缘故,所以 2 公里,3 公里的精度误差很常见。但是随着激光陀螺仪异军突起,洲际导弹的精度一下提高了一个数量级,达到了百米级别。

达到百米级别,你还不满意咋滴?对于核武运载工具,再去追求十米级精度,米级精度,就毫无意义了。洲际导弹,科技树已经发展到了顶点。从科技的角度来说,已经是一种完美的武器。

好了,就写到这里吧。

文字原创,配图来自公共网络,侵删。

【2】、来自网友【军武数据库】的最佳回答:

如果说洲际导弹用 GPS 那么本身就是一个错误的说法。可以这样告诉大家,有了 GPS 以后弹道导弹也不是用 GPS 制导的。

不仅仅弹道导弹不能用 GPS 导航,而且就连大部分超音速飞机在高速飞行的时候也是脱离 GPS 导航的。

其实原因特别简单,GPS 系统是有限速条件的。GPS 系统智能为速度 1000 节以内的设备导航。1000 节是什么概念呢?就是一小时行驶 1000 海里,大约是 1852 公里/小时。如果换做米/秒计算的话大约是 554 米/秒。也就是 1.5 马赫速度多一点。

所以大家可以看到,大部分军用战斗机其实都会飞到这个速率之外,更别提末端速度达到 20 多马赫的洲际导弹了。GPS 不靠谱吧?

对于为什么 GPS 不能达到给高速战斗机或者弹道导弹提供导航的能力,这主要还得从 GPS 卫星的发射机频率说起了。

我们都知道 GPS 是一组在地球轨道上运行的卫星系统。

这些卫星会定期的将带有时间码的无线电信号发送出来。当接收机接到一组时间信号后就可以通过三角定位法来计算出自己的位置。

但前面说了 GPS 卫星会定期的发送时间码信号,这个定期是多久?——0.2 秒。也就是 GPS 发送定位信号的频率是 5Hz(不是无线电波频率)。如果是通过三角定位法去定位,那么一个定位点上至少要收到 3 个 GPS 卫星所发出的信号。我们可以做假设接受到 1 号卫星的时候是 0.00 秒,接受到 2 号卫星的信号的时候是 0.05 秒,接受到 3 号卫星的信号的时候是 0.08 秒。那么在 0.00 秒至 0.08 秒之间,1000 节速度的物体移动了多少米呢?大约是大约 41 米吧。利用这个方式去定位,那么就会产生大约 160 米以上的误差,GPS 就已经失去了它的作用。现在来看导弹误差超过了 100 米基本上就是没打中。那么导弹也就根本不会利用 GPS 作为导航设备了。

其实美国当年设计 GPS 系统的时候也没有指望这个东西能够给弹道导弹进行导航。

弹道导弹的导航其实还是靠惯性制导系统来做的。简单的说就是陀螺仪。也就是这个东西:

这是民兵导弹系统的惯性陀螺仪。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。

单一的看一个时间点上导弹飞行的共识其实很简单,只需要计算 XY 两个坐标的加速度就可以了。看下面的公示

这组公示的解就是:X 和 Y 轴上需要的加速度。

如果知道了需要的加速度,那么就依靠控制装置来实现这个加速度就可以了,因此,在导弹上往往会利用以下装置:

上面的东西叫做“燃气舵”,燃气舵使用耐高温的材料在火箭喷口位置工作,通过燃气舵的偏转火箭尾焰就可以让火箭在某一方向上获得额外的加速度。

另外,还可以使用安装在火箭箭体周围的小型火箭发动机——“姿态发动机”。依靠不同角位置的姿态发动机的打开和关闭,也可以修正 X、Y 轴上的加速度,靠这些手段导弹就会在某一时间片上使火箭获得正确的加速度。

从理论上来讲,只要修正一次就可以准确的命中既定目标。但从实践上来说其实要一秒之内修正很多次。这主要来自于未知的大气、空间、引力扰动,甚至火箭发动机自身的震动都会使火箭偏离方向。因此在火箭飞行的过程中要实时的计算加速度修正量。

而导弹射击的精度其实就是由每秒修正的次数来确定的,二战期间德国的 V-2 导弹在飞行过程中每秒大约会修正 60 次这只是机械设备的修正频率,整体上和一台钟表没有太大区别。而现代的弹道导弹由于电子技术的大幅度发展,已经可以通过石英震荡晶体取得更小的时间片,基本上每秒可以作出高达 10 万次的修正指令。这可比 GPS 每秒 5 次的频率要高得多也准确的多了。

当然了,现在我们在看某些型号的弹道导弹的时候,会发现这些弹道导弹也带有 GPS 装置。这些导弹的 GPS 装置其实并不是在飞行的时候导航的,而是在发射前对导弹进行位置确认和矫正的。在战时如果 GPS 卫星全被摧毁,那么导弹起始位置的测算就不能用 GPS 了,那么就得手工使用六分仪来测定导弹所在的位置了。

但六分仪侧位置,其实还真不是多困难的事情。

读过这篇文章,W 君期望:

1.大家知道 GPS 不是给弹道导弹和超音速飞机导航的

2.大家要了解弹道导弹导航的手段

3.多多关注 W 君,这些事其实早就说过了。

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