中国高精度弹道导弹数量世界第一 因为采取这项技术
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11月初以来,沙特对也门的军事打击,因为飞毛腿导弹的出现而骤然升级。11月6日上午,一枚也门胡塞武装向沙特境内发射了一枚飞毛腿导弹,但被沙特发射的两枚爱国者导弹成功拦截。弹道导道作为一种高技术武器,向来只有高技术军队才能掌握。连统一制服都没有的也门胡塞武装能够发射飞毛腿导弹,着实让外界吃惊。根据公布的飞毛腿导弹弹道情报显示,导弹理论落点偏离目标30公里远,这使得人们又一次对飞毛腿导弹臭名昭著的精度误差产生了轻视。
正如一句真理名言所说的:这世界上没有什么事情是一发常规弹道导弹能解决的,如果有,再打一发也不能解决。从二战末期以来,常规弹道导弹开始进入战场,历经了近五十年来的几乎所有主要战争,这件威猛的武器受到使用方和防御者的高度重视,但实际使用效果却十分令人失望,除了核导弹没人敢用,在历次战争中发射的常规弹道导弹都从没影响过战争进程,也没取得过什么有效的战果。
原因就一条:打的不准
弹道导弹武器的首次大规模战争应用是在二战末期,纳粹德国发明了世界上第一种实用的弹道导弹——V-2飞弹,这种导弹射程320公里,全重13吨,采用酒精与液态氧推进剂,最大速度4.8马赫,战斗部为一枚800公斤高爆弹头。从1942年3月至1945年5月战败为止,德国一共生产了5200枚V-2弹道导弹,其中有3000枚射往英国,射向伦敦的数量就占到了1358枚。剩下用于打击诺曼底登陆以后在比利时和法国境内作战的美国和英国军队。整个战争中约有9000人伤亡于V-2导弹的袭击,1945年3月27日,最后2枚V-2射向英国,一枚炸死了一名肯特郡的妇女,她是最后一位死于V-2的平民。这样平均算下来,每一枚V-2飞弹仅仅造成1.7人的敌国人员损失,而V-2飞弹的造价则高达12万德国马克,接近一架战斗机。如此昂贵的弹药,产生如此之少的战果,直接原因是V-2导弹那高达1公里至10公里的精度偏差。
世界上首次使用弹道导弹精确打击点状目标,也是二战时期的V-2飞弹,目标是连接莱茵河两岸的雷马根大桥,它是盟军进入第三帝国核心的最后关口。德军撤退时没能及时将大桥炸毁,1945年3月7日至17日,为了炸毁被美军占据的雷马根大桥,德军动用了包括炸药包敢死队,水下蛙人,远程大炮,轰炸机等多种手段,最后甚至出动了V-2弹道导弹,共发射了11枚V-2导弹,德军甚至使用无线电为V-2提供辅助制导,但只有2枚导弹落到了距大桥只有200多米的地方,未造成任何损害。后来大桥不负重压,自己垮塌了。
此次作战是V-2导弹取得的历史最佳精度:导弹落点距离目标200米。战后苏联取得了V-2导弹的技术,在此基础上发展了R-2弹道导弹(很碰巧,R-2导弹在1959年被中国仿制为东风一号弹道导弹),随后苏联又以R-2导弹为基础,发展了著名的飞毛腿战役战术弹道导弹(还是很碰巧,中国的东风11战术导弹与飞毛腿也有一些渊源)。飞毛腿导弹是北约组织给起的绰号,美国命名为SS-1型导弹。苏联的正式型号为R-17型战役战术导弹,系统代号8К14。
地球上的弹道导弹,飞毛腿导弹可算是大明星,家喻户晓。一是它的明星效应,飞毛腿可能是除了纳粹德国V2导弹以外,实战应用和发射数量最多的,尤其是海湾战争中CNN的实况转播,更令这导弹为全世界人民所熟知。二是这种武器对一些国家间战略博弈影响之大,美国这些年对于导弹技术扩散的围堵,很多都是冲着飞毛腿来的。三是这种导弹扩散范围之广,大概是有史以来装备国家最多,以其为基础研制山寨产品最多的战术弹道导弹。
人们熟知的飞毛腿导弹是其改进型R-17M。R-17М导弹是原苏联60年代中期研制的8К14战术导弹的改进型,系统代号为9К72,北约绰号“飞毛腿B”,1965年在红场阅兵式上公开露面,发射车已由履带车改为轮式车,发射车型号9П117,用玛斯543(МАЗ-543)8x8越野车改装而成,整套导弹系统由彼得巴普洛夫斯克重型机械制造厂生产。
在苏联的部队中,根据飞毛腿的射程而习惯称呼为R-300导弹。这种习惯我军也有,譬如著名的300毫米龙卷风火箭炮,我国引进山寨以后,通常习惯称呼为70公里远程火箭炮。而俄军则将伊斯坎德尔M导弹的巡航导弹型号称为R-500导弹,原因是其发射的布洛克巡航导弹拥有500公里的射程。
时间到了1987年,美苏签署了《中导条约》,苏联开始全面销毁中程导弹,刚刚装备苏军SS-20中程战略导弹和SS-23蜘蛛短程战术导弹(奥卡导弹)被彻底销毁,导致苏联武装力量的火箭-炮兵部队的远程突击火力被整体削弱。从1989年起苏联陆军已经没有能够对敌500公里纵深常规火力突击的导弹武器,只能够靠射程120公里圆点导弹和射程300公里的飞毛腿导弹撑门面。
1990年,苏联根据实战使用的经验教训和国际形势发展的需要,对飞毛腿导弹进行重大改进,研制性能更好的飞毛腿C型导弹(R-17э),外形尺寸基本相同,但战斗部重量从1吨减轻到600公斤。仍采用液体火箭发动机,增大了功率,最大射程增大到550公里,采用头体分离式战斗部,增加了突防概率,也可保持较高的稳定性,从而可以提高命中精度。
飞毛腿导弹的精确打击型号
早期飞毛腿导弹的惯性制导体制极其落后,采用捷联式惯导概率补偿加射表修正的制导体制,射表修正采用人工计算,对控制系统要求不高,因此元器件结构简单,可靠性高。这也是苏联解体后,很多发展中国家能够大量仿制和改进飞毛腿B的主要原因。但这种制导方式精度极差,圆概率误差高达300~500米,远不能满足炮兵-火箭兵首次战役火力突击的要求。
早在1977年,苏联即开始研制飞毛腿导弹的精确打击型号,采用光学制导体制,1979年首次实弹发射,1985年研制成功。1990年驻白俄罗斯的近卫导弹第381旅曾在卡普斯京亚尔靶场试射了两枚光学制导飞毛腿导弹,对外宣称150公里射程上的圆公算偏差CEP分别是6.2米和10米,由此可见这种制导体制精度极其惊人(个人分析这有可能是苏军在吹牛,因为这个旅的光学飞毛腿在此后不久就被全部撤装封存了)。一般认为依靠光学制导有很多不可克服的局限性,譬如气象条件要求苛刻,不能在夜间和恶劣天气使用,更容易被伪装迷惑,敌方使用烟雾或气溶胶就可以有效反制等等。这玩意并不比雷达区域相关末制导更好用。
光学图像区域相关末制导技术。说的通俗点就是类似于战斧式导弹的数字式图像区域相关匹配末制导,其实原理很简单,就是用光学成像相关器代替了雷达成像,但匹配原理相同。以下是发表在俄罗斯《红星报》上的介绍:首先由光学侦察卫星①或侦察机②拍摄目标所在地区③的轮廓照片,将目标区图像通过数据链传送到指挥中心④,导弹指挥系统的计算机将目标区侦察图像数字化⑤,汇编成目标区域网格图,再输入导弹制导系统的计算机⑥,导弹发射后⑦,先由弹载惯性导航系统制导,导弹火箭发动机关机后,箭弹分离⑧,弹头飞入弹道轨迹,经减速后进入稳态扫描,通过惯性系统和激光测高仪测定距离地面的高度,在合适高度开启光学导引头,作圆锥扫描目标区域⑨,把扫描后得到的目标区域图像,与弹载计算机内存里事先装订的识别图像进行精确匹配⑩,如符合,就一头扎下去,毁灭之。
该系统由苏联莫斯科中央自动化与流体力学研究所(ЦНИИА)研制,该所成立于1949年,最早叫173工程设计局,主要任务就是为陆军和海军研制精确制导系统。该所从70年代起为短程地地导弹研制了两种末制导系统,雷达区域相关末制导和光学区域相关末制导。其中雷达末制导被用于一种未投产的新型地对地战术导弹——采用BAZ-69481M底盘的伏尔加导弹。
整套光学末制导系统包括惯性导航辅助光学末制导,后期加装格洛纳斯卫星辅助导航,而且这套系统不光用于著名的P-17飞毛腿改进型,也用于伊斯坎德尔导弹。光学末制导的优点是抗电磁干扰能力强,但缺点也明显,在有云层遮挡、雾霾,以及低照度(无月光)条件下,无法发现目标,只能适合气象条件极好的战场环境,全天候作战能力极差。这种光学图像匹配制导的技术确实很先进,理论精度能达到米级,但使用条件非常苛刻,因为你没法保证使用的时候着弹点是晴空万里,目标上空半点遮挡都没有。
弹道导弹一般采用惯性制导,但由于惯性系统具有精度误差随着使用时间累增的缺点,这使得制导精度受到极大限制,难以达到精确打击的要求,为了提高弹道导弹的命中精度、缩短发射时间和增加目标选择能力,通常采用先进的末制导技术,主要有INS/GPS复合制导、光学和红外成像、半主动激光、合成孔径雷达和激光雷达制导技术等。
苏联式的光学末制导由于受气象条件影响较大,现已被淘汰,取而代之的是红外成像和合成孔径雷达(SAR)末制导。这两种末制导体制都能实现全天候、全天时、高分辨力的遥感成像,具有探测目标能力强和形成图像清晰的优点,再与导航和惯导信息进行融合,可以有效提高导弹再入段的自主性和射击精度。1992年美国才正式提出研制开发小型合成孔径雷达制导技术,要求制导精度达到3米以内,实现真正意义的精确打击。
弹道导弹图像末制导的核心技术是图像配准技术,最早在美国七十年代研究中提出,并且得到军方的大力支持与赞助。经过多年研究最终成功地应用于潘兴Ⅱ式中程导弹及战斧式巡航导弹上, 使其弹着点平均圆半径误差达到10米级,从而大大提高了导弹的命中率。
中国的图像配准技术起步相对较晚,但后来获得了很大的发展。中国从2000年开始陆续突破了巡航导弹和弹道导弹的光学红外成像和合成孔径雷达导引头的研制,设计了用于弹道导弹图像区域相关末制导的完整匹配算法。这种技术已经大规模应用于东风10巡航导弹,以及东风11B,东风15B,东风21C等多种现役和弹道导弹上面,从而使中国拥有世界上数量最多的能够精确打击的弹道导弹。
军事技术领域的顶尖手艺
图像目标探测、识别和定位技术,以及光学和图像区域相关末制导的算法,可能是保密度最高的一项军事技术之一。国内出版的《图像制导原理》一书曾经说过,由于卫星照片或航空侦察照片与导弹获取图像的分辨率差异、再入段姿态,目标气象条件等等引起的误差,弹上计算机进行图像匹配计算的难度极大,尤其是合成孔径雷达图像的处理。即便是使用速度较快的小型机,使用常规的计算式,计算一枚弹道导弹或巡航导弹的最小像素末端图像匹配,也需要数百小时。所以说远程巡航导弹和弹道导弹是大国专属的玩具,鼻屎小国只能玩票。很碰巧,中国拥有这项技术。(作者署名:科罗廖夫)
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