清疯

弹道导弹是如何导航的。是不是真如很多人说的“美国关闭GPS会导致其他国家的弹道导弹无法导航”？其实要搞明白这个问题，我们只需要看看GPS系统是什么时候开始组网上线的就可以清楚这是一个军事谣言了。GPS系统现在一共有33颗卫星在轨道上飞，其中31颗在为全球提供卫星定位服务。



但要知道，这种导航系统是从1978年发射的第一颗GPS卫星开始建立起来的，到了1989年第一颗工作卫星发射成功才可以在有限的区域内提供GPS服务，甚至全球可用的GPS服务则是在5年后，也就是1994年才真正的在全球以21 3的形式组网，让世界各地的GPS接收机能计算出自己的位置信息。GPS的历史远比大家认为的要短很多。但……导弹则是在1950年代就大规模的设计和进入服役。这些导弹系统天生的就根本不需要GPS导航。甚至可以说GPS、北斗、伽利略、格洛纳斯等等一众大家认为的明星“导航”系统根本和弹道导弹就毫无关联。造成导弹需要GPS“导航”的错觉主要是大家认为GPS是一个导航系统，毕竟日常生活中我们都是通过GPS或者北斗系统的导航APP把我们自己导向目的地的。认为GPS能够引导导弹飞行也就成了一个貌似顺理成章的事情了。但是你要知道GPS提供的并不是导航服务！GPS的全称是“ Global Positioning System，全球定位系统”。不仅仅GPS不提供导航服务，我们的北斗、欧盟的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯也都不提供“导航”服务，这些卫星系统仅仅提供定位服务，地面上的接收设备接收解算卫星信号后只能得到地理经纬度信息和时间信息。至于导航所需要的路径则是在依据经纬度信息结合地理信息系统在软件层面上解决的问题了。



至于弹道导弹如何打击目标，这一点和开炮是没有什么区别的。



我们知道速度V₀和发射角θ就可以参考公式计算出 火炮的射程X = V₀2sin(2θ)/g以及最大射高为Y = V₀²sin(θ)²/2g。当然了，在实际应用的时候火炮还会做出修正，例如在打击空中目标的时候往往会以Y作为射高，X/2作为射程来做出修正计算。弹道导弹的射击方式也遵循着火炮的弹道公式来进行计算——所以叫做弹道导弹。只不过，弹道导弹的射程远远高于火炮的射程，同时弹道导弹的火箭发动机是在距离地面一定高度才关机的，因此V₀并不在地面上而是在高空。因此弹道导弹的公式就变成了需要考虑关机点高度和速度的计算方式：



同时射程足够远的时候也就需要考虑地球曲率了这时候弹道的样子也就成了这样：



当然，有些数值可以有互换关系和速算方法。但我们要明确的一点就是弹道导弹的射击准确性和V₀关机点速度，Y₀关机点高度以及θ关机点角度三者密不可分。和GPS的确也没有太大关系，导弹在发射的时候将关机点速度、关机点高度和关机点角度做到精确就可以命中要打击的目标。 哎～这不是火箭炮吗？没错，如果单纯计算弹道公式的话，火箭炮也是这样算的，只不过火箭炮在助推的过程中并不受控制，因此火箭炮在发射之后散布比较大。



但是导弹射程远，差之毫厘失之千里，在弹道导弹助推的过程中就需要对弹道导弹进行控制。这里用到的东西就是陀螺仪。



弹道导弹的制导系统就是依靠陀螺仪的角动量守恒原理来取得在导弹发射之后每个时间切片所测得的XYZ轴上的加速度变化来修正弹道导弹的飞行轨迹的。到了关机点，弹道导弹的传统制导工作就已经结束了。



陀螺仪在这段时间内根据获取的加速度信号驱动燃气舵做出相应的动作



当燃气偏离导弹的轴心的时候，导弹的飞行路径就可以得到修正。等真到了关机点，弹道导弹也就失去了大部分动力只能依靠惯性做抛物线飞行。这时候，弹道导弹如果需要再做修正的话基本上也成了不可能的事情。毕竟，弹道导弹在发射后还会有几个不同的减负阶段，例如弹道导弹在离开大气层后就会迫不及待的丢掉整流罩。原因是保留的重量越少越符合火箭方程的加速原理，关机点的速度就可以越快。



在助推段结束后，关机后弹道导弹的也会迅速的形成只有再入器和弹头的结构特征。这是因为飞在太空中的目标越小，越不容易被对方的雷达所探测到。所以说你看到影视作品中一大截导弹高速的划过天顶的画面都是骗人的……在弹道导弹末端基本上是没有制导能力的。以民兵导弹为例：




它的MIRV中只有两瓶压缩空气，用来分离末级火箭以及所装载的3枚弹头。这个东西如果想制导都难以实现。毕竟作为执导导弹飞行的核心部件陀螺仪，虽然价值很高，但在火箭发动机关机的时候已经被抛弃了。



至于类似于三叉戟导弹在MIRV上有几个白色的姿态发动机的问题，这是因为三叉戟导弹的第三级被做在了MIRV中不可脱离，在导弹助推段使用这级火箭发动机的时候就需要利用姿态发动机最终调整姿态，并不是在最后再入段使用的。当然了，还有一类洲际弹道导弹，它的飞行距离远远大于其射程。这种弹道导弹叫做“部分轨道轰炸系统，Fractional Orbital Bombardment System，FOBS”，是苏联时期搞出来的。



由于使用弹道导弹的时候飞跃北极的弹道高度很高，很容易被北美防空司令部的警戒雷达所探测到。苏联人就反其道而行之通过向南极方向发射一枚FOBS，跨越大半个地球从南向北攻击美国的城市。由于采用的是高度150公里的近地卫星轨道要绕地球大半圈，精度的控制需求也就更大了，因此这枚导弹（GR-1）采用了航空使用的星光导航系统



根据已知既定星座的位置来调节自己的飞行方向。基本上弹道导弹的导航系统也就这些了，当然了，类似于潘兴、东风21D、东风26这些末段开挂的存在基本上都不属于传统的弹道导弹制导的范畴，反而回归为雷达寻的制导的方式了。主要原因则是速度太快，卫星信号反而难以提供足够的精度了。对于很多导弹的“说明书”上写着支持卫星导航。是指导弹在发射前定位，可以依靠卫星信号进行零点定位，确定更精确的发射点。这个功能当年没有卫星的时候是依靠六分仪来做到的。



这是最原始也是最有效的一种在地球上获得自己位置的方式。如果是潜射弹道导弹或者车载弹道导弹，还会使用更先进的自动的六分仪系统。



现在基本上卫星定位和六分仪在机动导弹发射平台上都有装备。也仅仅是确定零点使用。在真正按下导弹发射按钮的时候，这些“导航”手段就没有太大意义了。

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• ymir1234 金币 +8 感谢分享，论坛有您更精彩！ 2023-1-6 22:45

以茎至洞

我觉得大多数人之所以认为GPS导航导弹的原因，应该归根于当年美国的战斧巡航导弹，这个确实是用GPS加上地图修正进行导航的。

Pujin

楼主讲的很好

wangyuwei

感谢楼主科普，谢谢

thomas2022

引用:

原帖由 以茎至洞 于 2023-1-6 21:06 发表
我觉得大多数人之所以认为GPS导航导弹的原因，应该归根于当年美国的战斧巡航导弹，这个确实是用GPS加上地图修正进行导航的。

战斧巡航弹要到第三批次才引入GPS导航，第三批次开始服役是1993年，海湾战争时初秀的战斧导弹主要是第二批次，使用的是惯性制导加地形匹配修正，那时候并没有GPS导航