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分导式多弹头

归档日期:07-09       文本归类:弹头威力      文章编辑:爱尚语录

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  在有制导装置的母舱内装多个弹头,由母舱按预定程序逐个释放,使其分别导向各自目标的导弹弹头。母舱由整流罩、末助推发动机、制导装置和释放装置等组成。分导式多弹头能攻击相隔一定距离的数个目标,也能集中攻击一个面目标,从而提高了导弹的突防能力、命中精度和毁伤效果。

  MIRV(Multiple Independently (Targetable) Re-entry Vehicle)

  上世纪50年代的冷战初期,美苏曾为洲际弹道导弹展开军备竞赛。当时受到技术限制,每枚导弹只能携带1颗弹头。为了提高投送效率,有人提出一枚导弹携带多枚弹头的设想,但由于导弹载荷和多载荷分离技术水平的限制而无法实现。1957年和1958年,苏联和美国陆续成功发射卫星,这初步解决了导弹载荷和不同载荷的分离技术问题,于是,多弹头(Multiple reentry vehicle,MRV)和分导式多弹头(Multipleindependently reentry vehicle,MIRV)技术的发展再次被提了出来。

  集束式多弹头技术发展分导式弹头技术的国家大多都将集束式多弹头作为入门课程,这种弹头是在一个母弹舱内装配若干个子弹,母弹和子弹均无制导能力,在程序设计的预定高度和速度,母舱内的若干个子弹同时释放。它不需要太复杂的分离技术,只要导弹满足载荷要求即可。苏联在60年代中期开始研制,并很快将SS-9导弹改进为集束式多弹头型。当时苏联在发展SS-9导弹时将导弹最大投送重量提高到了5.8吨。担负分导式弹头技术开发的南方设计局首先利用SS-9导弹研制了集束式弹头。集束式多弹头虽然是分导式多弹头技术的试验阶段,但仍有重要军事意义。它不但能提高攻击的突防效果,提高导弹投送效率,而且可以实现子弹头在目标区内的均匀散布,克服大当量单弹头在打击面目标时破坏效果强弱不均的情况。但也可以看出,这种投放方式子弹头无制导能力,在飞行弹道中和落点区域内的分离距离都不太大,因此效果有限。苏联只是在SS-9和SS-11两种导弹上采用了集束式弹头,美国只对此进行了试验,并未真正服役。 “一箭多星”技术谈到分导式弹头技术就不能不谈到“一箭多星”技术。“一箭多星”是指用一枚运载火箭发射多颗卫星入轨。早在上世纪五十年代末六十年代初,美国就先后研制了几种用一枚火箭发射多颗卫星的末助推装置。例如1960年,美国应用“艾布尔”运载火箭的末级,首次将3颗卫星送入近地轨道。“艾布尔”使用自燃推进剂,使发动机既能关机又能重新启动。它还有制导控制系统、一套程序机构和加速度计,这些装置正是分导式多弹头的末助推控制系统的重要部件。后来美国又研制出性能更好的、被称为“过渡级”的末助推控制系统。该系统中有一个能够惯性飞行和再次启动的推进装置,能作多样化的机动飞行。 1966年,美国用一枚“大力神”3C火箭和“过渡级”把8颗卫星送入8条不同的赤道轨道。苏联的卫星轨控技术比美国要早,因此其分导式多弹头的技术发展路线颗卫星送入轨道,为以后发展分导式多弹头奠定了基础。

  分导式多弹头技术与集束式弹头不同,分导式多个弹头飞行轨道各不相同,不但可打击

  横向几十千米范围内的多个目标,还可以打击纵向上百千米的多个目标。美国从1964年开始进行了多次多弹头飞行试验,对集束式和分导式多弹头技术进行了研究,并最终通过“一箭多星”中的“过渡级”开发掌握了分导式多弹头必需的末助推控制技术,因此在1966年“大力神”3c火箭应用“过渡级”成功后仅3年,美国空军就完成了分导式多弹头技术的开发。由于当时服役的 “民兵”一2导弹的载荷只有725千克,无法满足多弹头载荷要求,美国空军为此开发了“民兵-3导弹,载荷达到907千克。“民兵”一3在1968年8 月成功首飞,采用同样分导技术的“海神”C-3导弹几乎同时完成了首飞。“民兵”一3使用了3颗MK12/W62分导式子弹头,“海神”C-3使用了 6~10颗MK3/W68分导式子弹头。

  苏联的首批分导式多弹头部署在SS-17上。该导弹使用了4个分导式子弹头,于1972年下半年完成首飞。苏联潜射导弹首批装备分导式多弹头的是SS-N-18,使用了3~7个分导式子弹头,于1975年成功首飞。可以看出,苏联陆基导弹的分导式多弹头技术发展比美国要晚4年,潜射导弹要晚近 7年,这主要是因为苏联在弹头的轨道控制技术上落后于美国。英国虽然也开发了可使用2枚分导子弹头的“北极星”A3TK导弹,但其技术主要源于美国。法国直到上世纪80年代中期才通过M4潜射导弹的发展完成了分导式多弹头技术的开发。 分导式多弹头技术的开发使战略导弹技术发展进入了全新时代,其威力和突防能力大幅度提高。由于该技术的军事效益显著和开发难度,一直被誉为战略导弹技术的皇冠,各国对其技术原理也总是闪烁其词。

  分导式多弹头的释放方法是:用一枚导弹发射多个分别瞄准不同目标或沿着不同再入轨道(导弹发射升空到外层空间后再返回大气的轨道)打击同一目标或多个目标的多弹头。具有多弹头导弹的飞行过程比单弹头要多一个释放子弹头的过程。其最初的助推段与一般弹道导弹一样,依次起动第一级及第二级火箭发动机,使导弹持续加速,直到获得足以飞完全程所需的速度。助推段后头体分离,当母弹头飞行弹道到达最高点之前,母弹头便在适当位置上,根据控制指令使抛罩机构工作,抛掉母弹头上的整流罩。分导式多弹头导弹在第二级或第三级火箭后还设置有小型火箭的平台,即末段助推控制系统,实际上构成三级或四级火箭。该系统是区别分导式多弹头导弹与其他导弹的关键,也是其技术核心。战略导弹的主火箭发动机把弹头母舱投送到预定的弹道点后,最后一级火箭发动机燃料耗尽,弹头母舱与主火箭分离,作弹道飞行,此后,母舱由末段助推系统提供推进及制导控制。母舱上的惯性制导系统控制多个小火箭或燃气喷管工作,不断修正母舱的速度和姿态。当速度和角度达到预定弹道值时,释放机构释放第一个子弹头。此后可以有以下几种控制方式:一是母舱沿原目标方向加速,使得第二个弹头的落地射向距离增大;二是火箭反向点火,产生与速度方向相反的推力,使弹头母舱减速发射,弹头落地点比第一个目标近,这可以最大限度发挥导弹动力,使

  最后一枚弹头的打击距离最远;三是弹头落在原目标侧向扇区内,以扩大弹头打击散布面积;四是给母舱一个在原弹道平面内,且基本垂直于其运动方向的推力,使第二个弹头将从较高或较低的角度接近目标,比第一个弹头滞后数分钟,以躲避前一弹头爆炸的毁伤效应,避免“自我摧毁”。原则上每个弹头共用一套制导及推进系统控制母舱,并按一定顺序弹射弹头,每弹射一个弹头后,母舱就调整一次速度及方向,这样每个弹头就可以指向不同的目标,直到全部子弹头释放完毕为止(见图18)。这时母弹头又可以飞回原来的弹道上来,作为一个诱饵再入大气层,以迷惑敌方反导系统的“视觉”,掩护子弹头投放到预定的目标上去。带末制导装置的分导式多弹头。

  分导式多弹头是继集束式多弹头之后,在精确制导系统、高比威力核弹头和小型火箭发动机等关键技术获得突破的基础上于20世纪60年代开始发展的。

  战略导弹的多弹头根据制导程度可以分为集束式、分导式和全导式。集束式多弹头是在到达预定目标点时一次性释放出所有弹头,用于攻击同一个目标。分导式多弹头是在母舱增加了分离释放机构,可根据需要分别释放母舱中的弹头,攻击一个或多个目标,各弹头落点距离最大可达数百千米。全导式多弹头不仅具有分导能力,而且每个弹头可机动飞行。集束式多弹头已经在发达国家战略导弹设计中淘汰,全导式多弹头美俄都曾进行过试验,但由于当时技术局限、效果不理想而未装备。新一代全导多弹头还处于研制期,美俄的滑翔弹头基本走的是这一思路。

  分导式多弹头的组成各国曾提出多种方案。如弹簧或小发动机方案,即依靠调整弹簧或小发动机,使子弹达到击中规定目标和重建再入弹道所需的速度增量。但由于弹簧强度难以控制,而未采用。还有一种是子弹头自备发动机和制导系统,以便在从母弹中投放出来后单独进行助推和制导,这类似前面提到的全导式多弹头。这在当时技术过于复杂,难以实现,因此也未应用。最后一种是采用末助推技术,这就是前面提到的“一箭多星”技术。该技术经过实践检验,是当前分导式多弹头的主要应用技术。 从美俄公布的图片来看,分导式多弹头通常由末助推控制系统(PCBS)和再入系统(RV)组成。末助推控制系统又由末助推舱和制导舱组成,再入系统包括释放舱、整流罩、突防装置和子弹头等。其中,末助推控制系统和释放舱、整流罩也被称为母舱或母弹头,子弹头则固定在母舱的释放系统上。末助推控制系统是分导式多弹头的技术核心,其主要功能是给子弹头以必要的机动能力,并在预定的姿态和弹道上逐个释放子弹头和突防装置。

  末助推舱包括主发动机、姿态控制发动机、推进剂储箱及电气系统等。主发动机用于为母舱提供动力,姿态控制发动机用于提供俯仰、偏航和滚动所需要的推力。“民兵”-3导弹的MK-12弹头有1台主发动机、10台姿控发动机,“和平卫士”MX导弹的末助推系统包括l台主发动机、8台姿控发动机。美国的潜射“海神”C-3和“三叉戟”C-4采用了几乎相同的末助推系统设计,都是有16个喷管,其中4个产生轴向正推力,4 个产生轴向负推力,8个产生使母舱偏航、俯仰或滚动所需的控制力,制导舱用于控制导弹的飞行和子弹头的释放。

  制导系统的任务是控制导弹的飞行、级间分离、推力终止、解除保险、释放子弹头和突防装置以及其它飞行功能。制导舱下端与推进舱连接,上端与释放舱相连。

  释放舱是子弹头的分离释放机构,位于制导舱的上方,用于在导弹贮存或飞行期间支承并固定子弹头。分离释放机构的支座用爆炸螺栓将子弹头固紧,释放子弹头时炸开爆炸螺栓。突防装置(诱饵和金属箔条)也固定在释放舱内,和子弹头伴随释放。

  分导式多弹头的布局子弹头在母舱中的安装布局根据子弹头的多少和导弹的总体要求不尽相同。例如,陆基导弹对总体长度要求不高,因此,子弹头的排列较为规律,子弹头释放装置与末助推发动机呈串联方式布局,这使母舱释放子弹头的过程简单化。从美国MX和“民兵”导弹的子弹头排列可以看出,它们较为均匀地排列在末助推控制系统之上,苏联的SS-24导弹的10个子弹头也是排列在一层中。而潜射导弹由于高度限制,大多短而粗,因此母舱空间较为局促,子弹头释放装置与末助推发动机呈并联方式布局。美国“三叉戟2D5导弹的末助推发动机被子弹头包围。

  苏联/俄罗斯导弹的子弹头排列根据导弹类型不同而不同,较具特色。其SS-18的8个子弹头底对底两两相对地配置在制导舱的上下两面。其潜射导弹为解决母舱狭小的问题,多将子弹头反向倒悬于制导舱下,这种设计虽然使每次释放过程变得复杂,但减少了整流罩,简化了结构,例如,SS-N-18和 SS-N-20潜射导弹均采用了这种布局。其困难之处是每次子弹头释放时,末助推都要翻转一次,并调整姿态。最值得一提的是,SS-20的3个子弹头虽然正向设置,但其没有整流罩,这减少了导弹的整体长度和质量,在导弹设计中非常少见。

  分导式多弹头的工作过程多弹头导弹的飞行过程比单弹头要多一个释放子弹头的过程。其最初的助推段与一般弹道导弹一样,依次启动第一级及第二级火箭发动机,使导弹持续加速,直到获得足以飞完全程所需的速度。助推段结束后头体分离,分导式多弹头导弹在第二级或第三级火箭后还设置有小型火箭的平台,即末助推控制系统,实际上构成三级或四级火箭。该系统是区别分导式多弹头导弹与其它导弹的关键,也是其技术核心。

  战略导弹的主火箭发动机把弹头母舱投送到预定的弹道点后,最后一级火箭发动机燃料耗尽,弹头母舱与主火箭分离,作弹道飞行。此后,母舱由末段助推系统提供推进及制导控制。母舱上的惯性制导系统控制多个小火箭或燃气喷管工作,不断修正母舱的速度和姿态。当速度和角度达到预定弹道值时,释放机构释放第一个子弹头。此后可以有以下几种控制方式:一是母舱沿原目标方向加速,使得第二个弹头的落地射向距离增大:二是弹头落在原目标侧向扇区内,以扩大弹头打击散布面积;三是给母舱一个在原弹道平面内,且基本垂直于其运动方向的推力,使第二个弹头将从较高或较低的角度接近目标,比第一个弹头滞后数分钟,以躲避前一弹头爆炸的毁伤效应,避免“自我摧毁”。原则上所有弹头共用l套制导及推进系统控制母舱,并按一定顺序弹射弹头,每弹射一个弹头后,母舱就调整一次速度及方向,这样每个弹头就可以指向不同的目标。美国在发展“三叉戟”1C-4的多弹头系统时,除MK4分导式弹头外,还发展了一种具备机动功能的 MK500子弹头,它在与母舱分离后,子弹头自身还携带有末助推控制系统。这两种子弹头可以混合装配在“三叉戟”1C-4的母舱中,但由于当时技术局限,MK500弹头的机动能力有限,打击精度也差,因此没有实际部署。

  打击效率高分导式弹头作为多弹头技术的一种,具有用1枚导弹攻击多个目标的显著特点,使导弹的投送效率大为提高,在相同核导弹数量的情况下,可大大增加核打击能力,使打击效率大为提高。

  特别是,从前面的介绍可以看出,与简单的集束式多弹头相比,分导式多弹头可以根据作战意图不同,在较大区域内选择要打击的独立目标,并可调节打击次序和一定的时间间隔,满足不同的战术需要。美国“海神”潜射导弹子弹头的纵向分导距离为480~640千米,横向分导距离约为纵向分导距离的一半。 “民兵”-3导弹的子弹头落点间距离可达60~90千米,3个弹头的覆盖距离就可达到270千米。法国潜射M4A导弹的最大目标范围达150×350平方千米,这么大的布撤范围足以覆盖一个经济区内的所有目标。

  突防能力强分导式多弹头是改进突防技术的重要措施,因为分导式多弹头的轨道几乎各不相同,且弹头数量较多。当子弹头增加到一定程度时,就可使敌方的防御系统处于“饱和”状态,而无法拦截或全部拦截来袭弹头。如果防御系统的拦截概率是50%,则单个弹头到达目标的概率是50%,而对于有10个子弹头的多弹头导弹来说,10个子弹头都被拦截的概率是0.001,而至少有一个子弹头到达目标的概率是99.9%。可见,对于同样的防御系统、同样的攻防模式,多弹头导弹可有效提高突防能力。而且多个弹头的投送能力还可用于轻、重诱饵的投放。例如,美国“民兵”-3导弹的弹头母舱每次释放子弹头几乎都是将子弹头或诱饵置于金属箔条云团之中,最终在弹道上分别形成围绕3个子弹头的3个由真、假弹头和金属箔条云团组成的目标群,使敌方的导弹防御系统真假难辨,无所适从。

  破坏威力大落点和时间规划合理的多弹头对地面目标,特别是地下工程目标的破坏并不单纯是破坏效应累加的结果,会产生聚焦作用,成倍地增大破坏效应。冷战时期,国外科研人员就发现,将多枚钻地核弹头投送到目标区同时爆炸,利用多弹爆炸所产生的聚集效应,可在地下一定深度处形成高应力叠加区,这对深地下工程破坏十分大。美国通过大量化爆模拟试验得出:7枚500千吨钻地核弹呈六角形布置,钻深12米,相互距离400米时,爆炸的聚集地冲击效应比单弹爆炸所产生的地冲击效应,即爆炸效应提高了5~6倍。 此外,多弹头的均匀散布远比等当量威力弹头的累加破坏要均匀,这是因为单弹头的破坏效应随着距离的增大而削弱,而均匀散布的多个弹头可以在更大面积范围内均匀破坏。冷战时期,美苏均利用这种效果,计划将多弹头导弹用于“弹幕式”打击地面机动的战略导弹发射车等在一定区域内高速机动的目标,以提高杀伤概率。

  核威慑能力灵活分导式多弹头技术可以使国家决策者根据战略需要在现有导弹上分别部署不同数量的子弹头,从而使战略核力量的威慑能力变得更加灵活。例如,美国为应对美俄《战略武器削减条约》的要求,曾将3个子弹头的“民兵”-3导弹改为单弹头,以后又部分恢复了3弹头部署;其“三叉戟”2D5导弹设计可装10枚子弹头,后为满足条约要求,将子弹头数削减到6枚以下,而为满足最近签署的《战略武器削减条约》要求,可能将子弹头数减少到3枚。此外,英国和法国的“三叉戟”和M4多弹头导弹有部分仅装有单弹头,以执行打击恐怖集团或应对战区冲突的“亚战略”任务。可见,灵活的子弹头组合可使战略核力量的威慑能力更加灵活。

  打击精度高分导式多弹头比典型的单弹头导弹多了一个末助推控制装置,当分导式多弹头的母弹头与导弹火箭主发动机分离后不久,末助推控制系统就按制导计算机的指令开始工作,对弹头的飞行速度和方位进行调整,以修正主动段的发射误差。这实际比一般单弹头多了一级控制系统和一次精度校准,弹头的命中精度必然会得到提高。 此外,分导式多弹头导弹只需发展弹头数量,而无需投资运载工具和发射阵地,也就是说,维护几乎相同的导弹,也可成倍增加打击能力,这无疑使核力量的效费比保持在较高水平。

  应对分导式多弹头的攻击一直是导弹防御难以克服的难题,至今仍是美国导弹防御技术发展的重中之重。

  核爆拦截技术核爆拦截是最原始的导弹防御技术途径,美国和苏联都曾发展过,其特点是拦截效率高,但对环境和地面的附带伤害大而持久。在高空或大气层外核爆拦截不像在地面会产生巨大的冲击波,其对子弹头的破坏主要是x射线、中子射线、核爆电磁脉冲等效应。其中,核爆炸在线%的核当量以X光形式释放,其辐射的瞬间能量非常大,会加热子弹头很薄的材料层,使外壳变形脱离弹头,从而使子弹头失去再入保护。而中子射线能穿透子弹头外壳,引起子弹头的铀或钚部件裂变,释放出的能量不足以引爆核弹,但可使铀或钚加热变软,而高速旋转或运动的弹头内部离心力可能使材料变形,导致其无法爆炸。核爆产生的电磁脉冲将使子弹头金属部件瞬间耦合巨大能量,从而击穿电子器件。

  冷战时期,美苏科研人员通过计算发现,拦截导弹弹头在100千米高空爆炸时,破坏半径为9~11千米,在80千米高空爆炸时,破坏半径为 6.6~8.5千米。破坏半径大于6千米时,单发摧毁概率可达到100%,随着对爆心距离的增大,破坏概率逐渐降低。可见,利用核爆拦截方式可以轻易将一定通道内的子弹头一网打尽,但其附带伤害不得不考虑,这也是美俄逐渐放弃这种效率较高的拦截方式的主要原因。

  多杀伤器拦截(MKV)技术多杀伤器拦截技术是随着美国现代导弹防御计划而发展起来的一种针对多弹头目标的新兴拦截技术。它是在一枚拦截弹上携带多个轻小型杀伤器,拦截多个弹头或诱饵的防御方案。美国导弹防御局在2002年首次公布该方案。多杀伤器拦截弹由助推火箭、多杀伤组成,其中母舱带一个运载器和两排杀伤器,每排均包含8枚杀伤器,前排杀伤器头部向后倒置,在分离后需转1800。母舱主要用于评估威胁目标、调度和派发杀伤器,并指挥作战:微型杀伤器主要用于目标威胁分析及实施拦截。 多杀伤器拦截弹对弹道导弹的拦截过程如下。预警系统探测到敌方弹道导弹的发射,对目标进行跟踪并引导拦截弹发射。拦截弹发射后,利用弹道导弹防御系统的海基x波段雷达、空间跟踪与监视系统以及杀伤的寻的器进行目标识别。在大气层外,助推火箭与携带多个微型杀伤器的运载器分离后,借助火箭抛撒出多杀伤器,抛撒出的每个杀伤器都将与母舱保持联系,借助母舱的远程红外探测器探测、跟踪及识别弹头和诱饵。每一个杀伤器都会从母舱收到瞄准信息,对于每一个已经识别出来的目标可能需要分配一枚或几枚杀伤器进行拦截,最后各个杀伤器以数倍音速与目标碰撞将目标摧毁。

  美国导弹防御局目前计划在几乎所有的中段拦截系统上装备多杀伤器拦截弹,包括海基“标准”-3 Block2B、动能拦截弹(KEI)及地基中段拦截弹(GBI)。导弹防御局要求每枚GBI上装10~20个,动能拦截弹上的数量大致为 GBI的1/2~2/3,“标准”-3 Bloek2B拦截弹最多安装5个。 可以看出,多杀伤技术可实现对每个子弹头的多次拦截,即用多个微型杀伤器同时或者先后拦截一枚弹头,从而提高拦截概率;其次,多杀伤携带的杀伤器数量多,不仅可拦截真弹头,而且有足够的数量拦截或对抗诱饵、仿真弹头和包裹弹头等突防措施。

  分导式多弹头技术是导弹发展史上的一个里程碑。据专家介绍,分导式多弹头技术由母舱及其末端助推系统、小型化的弹头组成。母舱通过同时或者逐次释放多个子弹头,借助母舱末助推控制系统,分别释放子弹头去攻击同一个目标或者各自不同的目标,其子弹头分布范围较大。

  在分导式多弹头技术诞生之前,多弹头技术主要是集束式多弹头技术,也就是当导弹飞行达到预定弹道参数,弹头整流罩抛掉之后,在有利的时间与高度同时释放所有子弹头,同时攻击一个面目标。

  分导式多弹头技术带来的优势有两个,首先是提高了导弹的效费比。以前,一枚导弹只能对付一个目标,如今一枚多弹头导弹可能相当于多枚导弹的威力,在具有同样打击目标能力下,大大减少导弹武器装备的费用,在具有相同导弹数量的情况下,则极大地提高导弹的威力。其次,有利于导弹的突防。多弹头可使敌方反导系统处于饱和状态,自身的突防概率更高。

  需要指出的是,分导式多弹头技术并非什么新技术,上世纪70到80年代美苏研制装备的洲际弹道导弹普遍采用了该项技术,例如,美国“民兵-3”采用了3个分导式子弹头,美国海军的“三叉戟”II潜射弹道导弹,装有8个分导式多弹头,苏联的SS-24地地洲际导弹则装有10个分导式子弹头。英国、法国的现役导弹也采用了这项技术,印度也在发展分导式多弹头技术。

  分导式多弹头的子弹头从母舱中释放后,由于自身没有控制系统,只能沿着预定弹道做惯性飞行,这就给反导系统提供了拦截的条件。因此,在此基础上,有国家研制了全导式多弹头技术,其不仅具有分导能力,而且每个子弹头都带有控制系统,可以做机动飞行来躲避反导系统的拦截,具有很强的突防能力。

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