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水漂彈vs滑翔彈

作者:由 晨楓老苑 發表于 舞蹈時間:2020-09-16

東風-17在國慶閱兵上展現後,人們對水漂彈和滑翔彈的興趣空前高漲,桑格爾彈道、錢學森彈道、全程滑翔也走出了航天科技的象牙之塔,走入尋常百姓家。

水漂彈vs滑翔彈

桑格爾彈道、錢學森彈道、全程滑翔

彈道導彈的精彩之處在於大氣層外。出了大氣層後,沒有空氣阻力,彈道導彈不僅速度很快,還可以飛很遠。但彈道導彈的拋物線彈道在發射時就確定了,對方如果能早早探測到初始彈道,就可以相當精確地推算出其餘的彈道,這是反彈道導彈的基礎。這也是大氣層外沒有空氣阻力的壞處:很難改變彈道,各種機動再入彈頭技術改變彈道的能力很有限。

桑格爾彈道、錢學森彈道、全程滑翔都是對簡單高拋彈道的改進,出發點不同,特點也不同。

桑格爾彈道也稱水漂彈,利用重返大氣層時空氣密度驟然增加的特點,適當控制再入角度,形成水漂,彈回大氣層外。根據初始彈道和速度的不同,這樣的水漂可以只有一次,也可以有幾次,最後一次不再彈起,而是轉入大氣層內自由下落,或者受控滑翔,直至擊中目標。

這個設想最初在1941年由德國人(其實是奧地利人,那時已經併入德國了)歐根·桑格爾提出來的,所以也稱桑格爾彈道。桑格爾最初的意圖是研製火箭動力轟炸機,從德國起飛,越洋攻擊紐約,然後在太平洋日本控制區滑翔降落。當然這構思過於超前了。

桑格爾彈道的初始彈道就是簡單彈道,是可預測的。在每一次彈起時,都相當於又一次彈道飛行。彈起的速度、角度、“彈道弧”的長度都是可以計算的,所以依然是可以預測的彈道,只是比簡單的拋物線彈道複雜一些。不過要是對再入姿態控制得當,比如說,帶一點側傾,桑格爾彈道是可能在每一次彈跳時轉向朝背朝的方向的。這不可能是90度急轉彎,但由於速度快、射程遠,哪怕10度轉彎也可顯著改變彈著點。不過每次彈跳起來後,依然是一段彈道飛行。

最後一次進入大氣層後,如果是自由下落,依然是可以預測的彈道。如果是滑翔,那就是完全機動的。

桑格爾彈道的精度是個有趣的問題。末段自由下落的經典桑格爾彈道的精度可能還不及簡單彈道,因為每一次彈跳都可能由於各種大氣因素而影響精度,最後的累計誤差可以很可觀。但要是末段有制導滑翔的話,只要還有足夠的剩餘動能,精度就相當於制導炸彈,只是速度也相當於制導炸彈,沒有彈道導彈的高速再入了。

桑格爾彈道的初衷是利用水漂增程,但進入角有一定限制,大角度下來就是扎猛子了,打不了水漂。這決定了初始彈道相對低平,純彈道射程大不了。對於純彈道射程本來就不足的納粹德國時代,這不是問題。但現代火箭技術發達了,純彈道就可以達到洲際射程,用桑格爾彈道增程就有點提不起興趣。但技術條件也不一樣了,在每次彈跳的時候可以重啟火箭發動機,加速彈出,增加後續射程,還是可以用較小的火箭發動機達到較大的射程,但這要求用便於多次啟動的液體火箭,而除印度以外,中短程導彈已經基本上固體化了。所以桑格爾彈道現在較少見。

每一次彈跳實際上都要在大氣層上層邊緣“淺遊”一段,才能在反彈力和空氣浮力作用下完成彈跳。這一段距離正好可供吸氣式發動機趁機工作一段時間,加一把速,大大增加射程,但這已經不是經典意義的桑格爾彈道了,而是動力-滑翔的混合桑格爾彈道,而且要等超燃衝壓技術過關才行,現在還做不到。

在飛行器構型上,桑格爾彈道可用前段尖銳、後端略微張開的雙錐體實現,銳度較低的後“裙體”是產生彈跳的關鍵,但在技術上容易實現,軸對稱的外形也使得設計和分析相對簡單。不過要“轉彎彈跳”的話,就不能用這樣的簡單軸對稱飛行體,而需要更復雜的氣動外形。

錢學森彈道當然是錢學森在1949年加州理工學院噴氣推進實驗室期間提出的。這是基於桑格爾彈道的改進彈道,在第一次再入後,不再彈起,而是直接轉入滑翔,直到擊中目標,所以也稱助推-滑翔彈。初衷是利用更加可控的滑翔在增程時同時提高命中精度,但在制導時代,精度不再是重點,滑翔彈道的自由度成為重點。

與桑格爾彈道相比,水漂的增程作用得不到利用。滑翔的空氣阻力影響大於水漂阻力,所以射程也受到損失。但遠距離滑翔的機動範圍大得多,命中點可以與初始發射方向相差很大,末端速度的控制餘地也比桑格爾彈道更大、更精細。由於滑翔比水漂更可控,末端自由下落的話,命中精度高於桑格爾彈道,末端為有制導滑翔的話,命中精度與桑格爾彈道相當。

從彈道可預測性來說,初始的彈道段依然是可預測的,以後的滑翔段則是不可預測的。但彈道段頂點依然很高,便於對方遠端預警,這一點與桑格爾彈道相同。另外,初始的彈道段也需要相對低平。與桑格爾彈道一樣,在滑翔段可以再次啟動火箭發動機加速,或者在超燃衝壓成熟後採用動力-滑翔交替的方式增加射程。

美國的諸多高超音速武器(如AHW家族)基本上都是錢學森彈道。這也是超燃衝壓最初實用化的最可能構型,因為超燃衝壓需要首先達到M5-6的高超音速才能啟動,錢學森彈道在再入點通常滿足這個要求。

在飛行器構型上,錢學森彈道的升阻比要求比桑格爾彈道要高,但雙錐體依然適用,不過需要增加一些短小的彈翼,以提供額外的滑翔升力。

水漂彈vs滑翔彈

東風-15B是中國第一種公開的採用雙錐體的導彈,這是早期的雙錐體,先鈍後銳

水漂彈vs滑翔彈

美國正在研製的AHW家族也是雙錐體,這是更先進的雙錐體,先銳後鈍,升阻比更高

水漂彈vs滑翔彈

與簡單高拋彈道(藍)相比,滑翔(紅)可以大大增加命中點的靈活性和不可預測性

全程滑翔比錢學森彈道更進一步,在上升段快要出大氣層時就關閉火箭發動機,在重力的作用下自然停止上升,然後轉向,火箭發動機二次啟動,水平加速,直到關機、轉入滑翔,或者採用超燃衝壓的動力-滑翔交替方式,以後的彈道與錢學森彈道相同。

全程滑翔也稱滑翔彈,關鍵在大氣層內起滑,初始彈道只有上升段,彈道頂點低,難以遠端預警,而且彈道全程不可預測,極大地增加了反導的難度。反過來,全程滑翔受空氣阻力的影響也更大,射程損失更大。

在飛行器構型上,全程滑翔的升阻比要求最高,必須採用箭簇形的扁平升力體,設計和分析的要求大大提高。

水漂彈vs滑翔彈

水漂彈vs滑翔彈

東風-17是扁平升力體,厲害就在於這不是在研的,而是已經部署的

據認為,東風-17是全程滑翔,在技術上代表當前高超音速導彈技術的最高水平。

水漂彈vs滑翔彈

標簽: 彈道  滑翔  桑格爾  水漂  錢學森