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案例——物理学与防御

发布日期:2009/3/18 16:50:50浏览次数:3469 作者:刘福根

高玉涛

利用光、电对来袭的武器进行空中打击,达到防止敌人侵犯的目的,这是一种重要的防御手段。另一种是利用电磁干扰破坏对方的信息传递,使指挥使灵,影响作战能力。

1  拦截导弹

导弹  一般有两类,一类是弹道导弹,另一类是巡航导弹(又称“巡航导弹”)。

弹道导弹是指在火箭发动机推力作用下按预定程序飞行,关机后按自由抛物体轨迹飞行的导弹。这种导弹的整个弹道分为主动段和被动段:主动段弹道是导弹在火箭发动机推力和制导系统作用下,从发射点起到火箭发动机关机时的飞行轨迹;被动段弹道是导弹从火箭发动机关机点到弹头爆炸点,按照在主动段终点获得的给定速度和弹道倾角作惯性飞行的轨迹。

弹道导弹按作战使用分为:战略弹道导弹和战术弹道导弹;按发射点与目标位置分为:地地弹道导弹和潜地弹道;导弹按射程分为、洲际、远程、中程和近程弹道导弹;按使用推进剂分为:液体推进剂和固体推进剂弹道导弹;按结构分为:单级和多级弹道导弹。

特点

①弹道导弹除一小段在大气层中做有动力飞行并实施制导外,其余时间均沿着只受地球重力作用的椭圆弹道飞行。

②弹道导弹在起飞阶段必须穿越大气层,但平飞前进阶段则主要是在空气稀少的高空或外层空间,下降阶段(一般距地面80公里左右)再入大气层,此后利用惯性制导攻击目标。

③导弹大部分弹道处于稀薄大气层或外大气层内,因此,弹道导弹不需要弹翼和操纵面,有的则连尾翼都没有。它采用火箭发动机,自身携带氧化剂和燃烧剂,不依赖大气层中的氧气助燃。

④通常采用垂直发射方式,使导弹平稳起飞上升,能缩短在大气层中飞行的距离,以最少的能量损失克服作用于导弹上的空气阻力和地心引力。

⑤其外形近似于普通炮弹和火箭弹,轻则几吨,重则几十吨乃至上百吨。

⑥弹道导弹的发动机推力大,能串联、并联使用,可将较重的弹头投向较远的距离。由于不能靠外界空气工作,所以一般采用固体或液体火箭发动机以获得足够大的推力。固体火箭发动机的结构较为简单,其燃料燃烧迅速,应急发射能力强,目前已成为弹道导弹的主要推进方

⑦导弹飞行姿态的修正,用改变推力方向的方法实现。

⑧弹体各级之间、弹头与弹体之间的连接通常采取分离式结构,当火箭发动机完成推进任务时,即行抛掉,最后只有弹头飞向目标。

⑨弹头再入大气层时,产生强烈的气动加热,因而需要采取防热措施。

⑩为提高突防和打击多个目标的能力,战略弹道导弹可携带多弹头(集束式多弹头或分导式多弹头)和突防装置。有的弹道导弹弹头还带有末制导系统,用于机动飞行,准确攻击目标。

优点

弹道导弹的优点是飞行速度较快,飞行距离也较远,按照射程,可分为短程(1000公里以内)、中程(1000至4000公里)、远程(4000至8000公里)和洲际导弹(射程一般为8000~13000公里)。洲际导弹目前最大射程可达16.7万公里,足以攻击地球上的任何目标。而且基本都装有核弹头(当量为几十万吨至上千万吨不等),是核战略威慑力量的象征。朝鲜的“劳动”、“大浦洞”系列和伊朗日前试射的“流星-3”均属弹道导弹。

制导方式

弹道导弹能按预定弹道飞行并准确飞向地面固定目标,主要是由制导系统实现的。其制导方式有无线电指令制导、惯性制导、星光-惯性制导等。无线电指令制导是早期弹道导弹采用的制导方式,它易受无线电干扰,地面设备复杂,不能满足现代作战使用要求。因此,自20世纪50年代以来,各国研制的弹道导弹绝大多数采用惯性制导。惯性制导属于自主式制导。它采用惯性测量元件,不受外界干扰。按照惯性测量装置在导弹上的安装方式,惯性制导可分为平台式惯性制导和捷联式惯性制导。平台式惯性制导的惯性测量装置具有测量精度高、计算机运算较简单、利用平台本身还可进行元件误差分离、发射时调平和瞄准也较简单等优点。因此,被广泛采用。与平台式惯性制导相比,捷联式惯性制导的惯性测量装置受弹体振动的影响较大,测量精度受到一定限制,对计算机的要求较高,随着微型计算机的发展,正日益受到重视。惯性制导技术的不断发展,使弹道导弹的命中精度有很大提高。例如60年代初期,美国研制的"民兵"ⅠA洲际弹道导弹,射程8000千米,命中精度(圆概率偏差)为1.8千米;70年代研制的"民兵"Ⅲ洲际弹道导弹,射程13000千米,命中精度已提高到0.185千米。星光-惯性制导是在惯性制导的基础上,增加了星光测量装置,利用宇宙空间的恒星方位来判定初始定位误差和陀螺漂移 ,  对惯性制导误差进行修正,进一步提高了导弹命中精度。

巡航导弹

巡航导弹也称飞航式导弹,是指导弹的大部分航迹处于巡航状态,用气动升力支撑其重量,靠发动机推动力克服前进阻力在大气层内飞行的导弹。它具有突防能力强、机动性能好、命中精度高、摧毁力强等优点。如果按照这一定义,除远程巡航导弹外,各种飞航式反舰导弹和空地、空舰飞航式导弹也属于巡航导弹。目前,世界上只有美国和俄罗斯装备有实施核威慑和核打击的战略巡航导弹以及远程常规巡航导弹。此外,英国、法国、中国和印度等国也都具备了制造巡航导弹的能力。
  美国研制的BGM-109“战斧”多用途巡航导弹是世界上最著名的巡航导弹,它时速可达880公里,最远射程达2500公里。1991年海湾战争以来,这种巡航导弹在美国发动的高技术局部战争中得到广泛应用,已成为美军实现战场“零伤亡”构想的主力兵器之一。俄罗斯远程航空兵装备的Kh-55空地导弹可对3000公里处的目标进行精确打击。
  短、中、远程以及洲际导弹都属于弹道导弹。它们和巡航导弹的最大区别在于飞行方式不同。弹道导弹除一小段有动力飞行并进行制导的弹道外,其余时间均沿着只受地球重力作用的椭圆弹道飞行。弹道导弹在发射时一般要穿越大气层,弹头重返大气层后才能对目标实施攻击。各国对导弹射程的界定不尽相同,一般来说,将射程超过8000公里的导弹叫做洲际导弹,射程在4000至8000公里的导弹称之为远程导弹,射程在1000至4000公里的导弹称为中程导弹,而将射程在1000公里以内的导弹称为短程导弹。

导弹拦截

由于弹道导弹进入外层空间后,助推器全部脱落,只剩下弹头按照预定程序进行飞行,因为它速度快,要对它进行探测和拦截是十分困难的,所以比较理想的办法是拦截刚刚发射升空的弹道导弹。因为这时它的体积大、速度低,加上有火箭助推器的尾焰,因此比较容易发现和摧毁,遭拦截的导弹不仅无法攻击对方目标,还会落在发射国的领土内由于发现目标和使用拦截武器的武器的反应时间只有数秒种,所以难度还是相当大的。另一种是末端防御,就是当导弹再次进入大气逼近目标时使用防空导弹系统对其进行拦截,这时其拦截高度低,一般在30km以下,所以命中率相对要底一些,海湾战争中“爱国者”大战“飞毛腿”中的爱国者PAC-2型就是属于这一类,它们的命中率达到达到50%-70%,这类导弹还可以抗击来袭的飞机和巡航导弹。

要想有效地拦截来袭的导弹,一定要有一个一体化导弹防御系统,其核心要素是能够提前发现,所以发射导弹预警卫星是十分必要的,只要导弹一点火,它就能在20-30秒内将情报传递给地面的预警中心。由于正在爆发的火山、燃烧的森林大火都可能造成虚警,所以还需要结合卫星的摄像资料及其他探测情报进行综合分析,给出鉴别和判定。

2  电磁干扰

指挥、控制、通信和信息系统是现代战争的灵魂,如果能通过电磁干扰,使对方的系统失灵,就可以使对方的战争机器陷入瘫痪。电磁干扰是利用本方的干扰机发射与对方工作频率相同,且功率更强的电磁波,使对方的信号淹没在噪声中。而本方的电磁发射机如果遭到对方的电磁干扰,则可以利用反干扰法将信息传递出去。反干扰法有两种,一种是进一步提高本方的发射功率,另一种是更换发射频率,使它工作在物干扰的频段,后者需要与本方的接受方事先有约定。

EMI(Electromagnetic Interference),有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。


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