DF41命中精度憑啥第一?雷射陀螺冰山一角,太空水漂冠絕全球

2020-12-28 騰訊網

世界上絕大多數陸基機動洲際彈道飛彈都不約而同選擇了冷發射技術路線,因為只有冷發射對發射支持系統的要求才能降至最低。

發射質量約52噸的DF-41彈體如果採用熱發射那麼對燃氣導流設備的依賴性就很大,同時也難以依託自適應橡膠延伸底座實現無依託發射。

長徵11號火箭冷發射

冷發射也被稱為「外推力發射」,不是由飛彈點火自力飛行出筒,而是發射筒內部的壓縮氣體將飛彈彈射出筒,飛彈在半空中點火,火箭尾焰無需導流,同時對路面承載力要求也較小。

DF-41助推段主要由三級固體火箭接力加速完成,這一飛行段對飛彈命中精度的影響權重至少有40%,該飛行段主要由官方披露的「先進慣性導航系統」發揮制導作用。

慣性導航系統是通過測量飛彈在坐標系中的加速度,並對時間進行積分,進而將其引入導航坐標系中獲得速度、偏航角和位置等信息,從而解算飛彈飛行彈道。

官方公開的國產某型慣性導航系統

陀螺儀是慣性導航系統的核心部件,主要有繞線陀螺、靜電陀螺、雷射陀螺、光纖陀螺、微機械陀螺等種類,其中雷射陀螺一直佔據著高精度控制領域裡的主導地位。

講到雷射陀螺就不得不提到為此付出一生心血的工程院院士高伯龍教授,他曾經甘坐冷板凳20年研製出「全內腔四頻差動雷射陀螺工程樣機」,又用將近十年時間力排眾議研製出國內精度第一的基於雷射陀螺儀的「旋轉式慣性導航系統」,並大規模應用於現役武器系統,令人感慨的是直到高伯龍院士去世前他還在向後人囑咐雷射陀螺的未盡事業。

雷射陀螺儀轉動部件少

一定要滿足武器型號需求,這是高伯龍院士時刻銘記於心的原則,雷射陀螺儀核心優勢是精度高,且轉動機構少不易受震動與衝擊的影響,為了發揚這種技術優勢,每一型產品研發成功後他都要組織實施一系列的高震動強衝擊試驗,確保產品在各種惡劣條件下都能發揮出最高精度性能。

DF-41究竟採用了何種慣性導航系統我們不得而知,但是今年5月5日海南文昌的一次航天發射則證明了國產慣性導航系統無與倫比的技術實力。

一級半構型的長徵五號B

當天服務載人登月用途的新一代載人飛船試驗船搭乘長徵五號B遙一運載火箭發射升空,該型火箭是世界現役火箭中唯一一款一級半構型運載火箭,其芯級火箭從地面點火到進入軌道要全程使用,飛行末段還要進行精確的速度調整,以確保飛船準確入軌。

長徵五號B芯級YF-77氫氧發動機作為一款海平面起飛發動機,要實施長達480多秒的超長待機工作,同時還要經歷更為複雜的空間環境,而且飛行末段發動機關機剎車對速度的控制要求更為精細,猶如讓一個壯漢去繡花一樣,推力大了不行,小了也不行,必須是剛剛好。

長徵5號B起飛級直接入軌

長徵五號B還有一對高達20.5米相當於6層樓房高度的超大尺寸整流罩,其分離時產生的震動必然對飛行安全產生影響。

大尺寸整流罩分離試驗

船箭分離也不同於尋常發射,火箭芯級與二十餘噸的飛船同屬大質量載荷,二者分離時的震動控制也是瓶頸。

還有更重要的一點,長徵五號B需要具備零窗口發射能力,因為屆時在天宮空間站任務中它有太空對接需求,不誇張地說這是要讓發射質量837.5噸的大胖子擁有中段反導級別的軌道精確控制能力。

長徵五號B船箭分離

縱然如此,最終事實告訴我們長徵五號B遙一火箭完成了人類前所未有的依靠起飛級精確入軌的壯舉,新飛船實現了高精度入軌。

該火箭與DF-41一樣都應用了基於雷射陀螺儀的慣性導航系統,同時又結合了衛星導航、攝動和迭代的接力式制導方案,使得火箭可以精確感知自身姿態、實際飛行彈道、速度等信息,從而助力箭載計算機做出正確決策。

長徵五號B表現依然如此優秀,那麼系出同門的DF-41入軌精度自然會更令人信服。

DF-41三級火箭完成接力式助飛後戰鬥部將進入自由飛行段,該飛行段處於太空空間,幹擾因素較少,戰鬥部將結合多種制導手段進行軌道修正,為再入大氣層做準備。

戰鬥部再入大氣層

再入段對飛彈命中精度將起著最後的決定性作用,DF-41誕生於本世紀第二個十年,作為重要的撒手鐧武器需要創新,但更多的還是繼承成熟技術,例如神舟載人飛船的標稱軌跡制導系統。

神舟載人飛船曾創造過距離理論落點僅100米的實際落點精度,這一數值與DF-41命中精度不謀而合。

載人飛船有降落傘減速帶來的幹擾,而飛彈戰鬥部無需考慮降落傘飛行控制難題,因此如果沿用神舟飛船的標稱軌跡制導系統,實際命中精度完全能夠控制在百米量級以內。

神舟九號返回艙著陸

1.4萬公裡射程實現百米級命中精度在全世界是獨一家,然而這就是DF-41的性能終點嗎?顯然不是。

上世紀九十年代至本世紀初,我們是軍工反哺航天,以DF-5號為原型的各型火箭相繼問世,太陽同步軌道有長徵四號系列,近地軌道長徵二號丙,載人火箭有長徵2F,地球同步軌道有長三甲系列,隨著載人航天工程、高分工程、嫦娥工程等重大航天工程深入推進,由此孵化的一系列尖端技術也將反哺軍工。

這還得說到由長徵五號B發射的新一代載人飛船試驗船,該船應用了一系列具有世界領先水平的航天技術,新飛船返回艙最終落點精度用總師張柏楠的話說是比10環還多0.8環的超優異成績,比神舟飛船提升了幾個數量級。

新一代載人飛船試驗船

正如前文所述,火箭起飛前的準備工作就已經開始影響著飛船返回艙的再入精度,由於長徵五號B火箭的零窗口發射、高精度入軌為新飛船實現高精度返回奠定了堅實基礎。

入軌後新飛船又應用了兩項具有世界領先水平的控制技術,首先飛船要從近地軌道通過7次軌道提升進入距離地面約8000公裡的高軌軌道,從而模擬近第二宇宙速度的再入熱流燒蝕環境。

新飛船自主變軌

以往飛船變軌飛行需要地面測控站提供數據支持,屬於半自動系統,而新飛船應用的是自主軌道控制技術,GNC分系統可以自主對飛船實時定軌、導航,而且它還可以分析飛船的發動機推力、軌道、速度等條件自主實施軌道變軌,是完全自動化、智能化的軌道控制技術,該技術可在洲際飛彈自由飛行段加以應用,進一步提高中段控制精度。

返回艙處於理論瞄準點上方

新飛船取得10.8環高精度落點成績的條件非常苛刻,除了自主導航變軌,它還要承受近第二宇宙速度的再入熱流燒蝕,為此新飛船返回艙應用了「全數字全係數自適應預測校正制導」,該技術由我國獨創,2010年以來世界其他航天強國也曾在自適應預測校正制導領域進行研究,但至今無一成功應用案例。

神舟飛船的標稱軌跡制導是世界各國廣為應用的制導方法,它需要給出一條理論假定軌跡,然後火箭基於實際飛行軌跡與理論軌跡比對進行制導控制,實時制導計算量小結構簡單容易實現,但它對初始飛行偏差要求高,且不穩定,這也是為什麼世界絕大多數洲際飛彈精度難以突破100米的根源。

高速半彈道跳躍式再入返回軌道

新飛船為了抵禦第二宇宙速度再入熱流燒蝕,採用了高速半彈道跳躍式再入軌道,就像太空打水漂一樣,整個再入航程5100至7000公裡左右,因此實現高精度落點控制的難度更高。

自適應預測制導可以結合飛彈狀態、飛行運動約束、飛行控制約束在線解算制導修正量,使得命中精度相較於傳統方案提高了幾個數量級。

光學設備跟蹤新飛船返回艙再入大氣層

該系統是空間技術研究院歷時20年攻克的世界級軌道控制技術,而這也並非第一次工程應用,早在2014年嫦娥五號T1任務中就首次應用了自適應預測制導技術,當年就刷新了返回艙開傘點精度的世界紀錄。

連續兩次工程任務的成功應用足以證明此項技術的先進性與高可靠性,此項技術也將應用於天問一號飛船的火星進入任務。

天問一號也已應用自適應預測制導技術

自適應預測制導技術不僅適用於月地軌道跳躍式再入返回、火星進入、火星大氣捕獲,也適用於地球軌道直接再入、大升力體初始再入,這意味著DF-41類型的洲際快遞打擊精度有望由100米提升至10米以內。

想像一下一枚飛彈跨越一萬四千公裡距離,以25馬赫速度從天而降,並且打出巡航飛彈級精度,這將是多麼攝人心魄的畫面。

大升力體初始再入也能應用自適應預測制導技術,意味著以DF-41為投送載具的洲際乘波體飛彈命中精度將更高。

DF-41是反超大洋彼岸的分水嶺

自適應預測制導技術率先由我國掌握是具有戰略意義的突破,它將使我們牢牢確立在空天技術領域裡的優勢地位,相較於技術優勢,時間優勢更關鍵,大洋彼岸自此又多了一項追趕我方步伐的科目,而他們並沒有時間優勢。

相關焦點

  • 巨浪潛射飛彈射程緣何第一?獨創出水控制原理,太空水漂冠絕全球
    ,打擊精度為100米,可以說做到了同類飛彈的世界第一。東風41洲際飛彈 目前世界上主要的潛射飛彈射程都在一萬公裡左右,像俄羅斯「布拉瓦」潛射洲際飛彈射程為9500公裡,大洋彼岸「三叉戟II」潛射飛彈射程為11000公裡,報導中提到的水下大型固體火箭射程世界第一
  • 中國又一個「太空水漂」是如何完成的?
    12月17日凌晨,嫦娥五號返回器以「太空打水漂」的形式返回地球,成功著陸在內蒙古四子王旗預定區域,中國首次月球採樣返回任務取得圓滿成功。  「打水漂」是中國一種古老而有意思的遊戲,嫦娥五號的返回是中國打出的第二個「太空水漂」,第一個已在探月三期再入返回飛行試驗器上實現。
  • 前瞻太空產業全球周報第29期:釐米級精度!北鬥三號全球衛星導航...
    北鬥三號全球衛星導航系統正式開通7月31日上午,北鬥三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式在北京舉行。為提高衛星在軌服務可靠性,北鬥三號衛星採取了多項可靠性措施,衛星設計壽命達12年,北鬥系統的水平和高程定位精度實測均優於5米,通過遍布全國2600個地基增強站組成的地基增強系統,可提供米級、分米級、釐米級等增強定位精度服務。
  • 嫦娥五號再入大氣層的「太空打水漂」有多難?
    環球時報-環球網報導 記者 劉揚【環球時報-環球網報導 記者 劉揚】「打水漂」是一種古老而有意思的遊戲,嫦娥五號返回器就是採用這種類似「打水漂」的形式返回地球的,嫦娥五號的返回是我國打出的第二個「太空水漂」,第一個是在嫦娥五號飛行試驗器上實現的
  • 一技能冠絕世界,令美軍航母防不勝防
    東風-17高超音速飛彈是世界近300年來,第一次有亞洲國家在軍事裝備上,跨代領先了整個西方,因此引發了全球的高度關注。東風-17飛彈的變軌有兩種方式,發射之後,可以有一次較大的打擊目標方位調整,比如說飛彈發射之後,航母移動了很遠的距離,那麼飛彈不需要著急下落,可以現在大氣層的邊緣進行「錢學森彈道」式機動,類似於在大氣層的表面打一個水漂,讓飛彈進一步加速的同時,還得以調整打擊目標的方位,用來一次性追上移動的目標。
  • 全球已知感染人數可能是冰山一角|專訪北大全球衛生學系主任鄭志傑
    目前病例少,可能是檢測沒到位,只發現海面以上的一小部分冰山,我們並不知道海面下到底多巨大。對全球來說,已知病毒感染人群也可能只是冰山一角,有臨床症狀的病人是我們看得到的冰山頂端。亞布力論壇:上述國家的公共衛生和醫療服務體系薄弱,如果暴發疫情,會產生什麼後果?鄭志傑:由於許多國家沒有能力進行大規模病毒檢測,我們很難評估疫情。
  • 科幻強作《遠漂》帶你上太空
    科幻強作《遠漂》帶你上太空奧斯卡影后希拉蕊史旺再度扮演太空人,遠徵宇宙,探索無垠星空。。
  • 遠漂:太空探索題材科幻美劇
    Netflix剛在9月4日上線了一部太空探索題材科幻美劇《遠漂》。《三體》美劇還很遠,讓我們先來看看這部劇如何。
  • C AllStar:《天梯》只是冰山一角
    原標題:C AllStar:《天梯》只是冰山一角信息時報訊 (記者 蔡慕嘉) 成軍7年的香港男子創作組合C AllStar將於10月15日在廣州體育館二號館開唱。昨日,組合現身廣州參加發布會,並宣布門票正式開賣。雖然提到C AllStar,許多人都只是想起那首耳熟能詳的《天梯》,不過組合成員放言:「《天梯》只是C AllStar的冰山一角。」
  • 享譽全球的「M200狙擊步槍」對於精度的要求苛刻到比一角分還要小
    點擊上方藍字 關注「槍花戰術裝備」在如今這個現代化武器不斷推陳出新的時代,狙擊槍的作用越來越發的重要,各國對於狙擊槍的精度要求的也是非常的苛刻
  • 射速快、威力猛、精度高,世界第一近防炮1130當之無愧
    說1130炮是世界最強近防炮那絕對不是王婆賣瓜,1130炮射速快、毀傷能力強、命中精度高,世界第一近防炮當之無愧。 第三,1130炮採用多種制導方式,命中精度高。
  • 韓國不服,打出精度1米的「世界波」!
    中國裝備的東風-26和東風-21D是當今世界上唯二的反艦彈道飛彈,其中東風-21D的射程是1500公裡,命中精度為30米左右,打擊位於港口的航母把握較大,攻擊移動航母就得多彈齊發;東風-26射程達到4000公裡,具有更先進的末制導能力,攻擊移動目標的把握更大。中國反艦彈道飛彈真的是世界獨一份嗎?
  • 2018全球男女平等排行榜出爐,菲律賓憑啥亞洲第一?
    近日,世界經濟論壇出爐了一份全球男女平等排行,亞洲排名第一的國家是菲律賓。該報告於2006年首次發布,衡量標準包括經濟參與、教育程度、健康和生存、以及政治賦權。根據該排行,前四位國家均為北歐國家,冰島連續10年位居榜首,後三位分別是挪威、瑞典和芬蘭。
  • 抵制「代拍」整治飯圈不止這冰山一角
    啥?這東西還能賺 錢?不少網友的反應就像章子怡一 樣。先解釋一下&34;這個行業。 代拍就是代替拍照的意思。有一些 粉絲想要偶像新鮮的一手照片,會 在網上買圖,代拍一般蹲守在藝人 上下班的門口或者是在機場等出行 地點,拍到圖片後第一時間賣給粉 絲,價格也因為藝人的流量和圖片 的質量而有所不同。
  • 海底侏羅紀《巨齒鯊》史前深海巨獸:顯露恐怖海底的冰山一角
    動作科幻冒險片《巨齒鯊》宣布將於8月10日全球同步公映,並發布了「深海降臨」版定檔預告片及定檔海報。這個被稱為「海底侏羅紀」的驚險故事正式拉開帷幕,史前深海巨獸巨齒鯊也露出了它真容的「冰山一角」。與以往的鯊魚電影不同,影片第一主角「巨齒鯊」並非現存於世的鯊魚物種,而是曾被認為只生存於2300萬年前的史前巨獸,其體型龐大,超過20米長,重達70噸,口腔撕咬力超過了霸王龍,給這次海底探險蒙上一層神秘未知色彩。此次發布的定檔海報中,儘管巨齒鯊只露出了一張利齒密布的恐怖大嘴,但通過和普通鯊魚以及人類的對比,展現出巨齒鯊無與倫比的航母級身材。
  • 《遠漂》:太空背景下的肥皂劇
    奈飛最近新出了一部太空題材新劇,《遠漂》(Away)。這部劇初看可能會被歸類到「科幻劇」,但其實10集看下來就發現,這完全是一部披著太空外衣的肥皂劇。 本片本來是有潛質成為一部質量還不錯的太空drama的,但編劇為了在有限的材料中刻意製造衝突卻又無法跳出固有套路,最終成品非常之俗套。
  • NASA提醒五角大樓小心:東風41被低估了
    值得注意的是,嫦娥五號返回器是選擇了「太空打水漂」的返回方案,其專業術語又叫「半彈道跳躍式返回」,即在返回器第一次進入大氣層一定「深度」並滑行一定距離後,調整返回器姿態,使其再次升高,隨著返回器的升高,其速度會進一步降低,然後以類似神舟飛船的返回過程返回地球,後面的過程就輕車熟路了。有意思的是,嫦娥五號的「探路先鋒」——再入返回試驗器「嫦娥5T」也是採用了這種返回方案。
  • 蒼莽太空 飛龍在天
    從生產和發射周期上看,第一枚飛天的「捷龍」僅僅用了不到18個月的時間,就完成了從研製到首飛的全過程,未來通過進一步完善,可實現籤約6個月後出廠,運達發射場後24小時發射,履約周期大大縮短。
  • 再大的公司都只是pi network生態中的冰山一角
    一座巨大的冰山呈現在你眼前,但冰山95%的面積都是藏在水裡,你看到的只是冰山一角!隨著開發方陸續公布發展計劃,其實為了項目安全平穩發展,很多已開發好的程序都沒公布,全球活躍礦工早就突破1000萬大關。今天上午發布的是開發KYC(實名認證)程序方案。有人早就說過,只少要三年時間才能看清Pi Network的全貌,隨著新的應用程式不斷浮出水面,果真如此!