潜射弹道导弹,研制的过程中为何会困难重重?

花卷默默


因为水下发射弹道导弹的技术难度就要远远超过陆地上发射,这个技术难点不仅仅体现在导弹上面,对于潜艇也是一样的。毕竟水下环境的复杂程度和陆地上是完全不同的,需要考虑的可以影响到导弹发射成功率的因素有很多,比如不同的深度所带来的水压的变化,导弹出水后由于介质变化(水-空气)所带来的阻力的变化等,都对导弹的成功发射带来巨大的挑战。

举个例子,比如导弹出水后的姿态控制,这就是一个明显的技术难点,导弹出水后的姿态基本上就决定了它能往哪里打。我们都知道,水的密度和空气的密度是不同的,两者之间的密度差距非常大,导致的后果就是导弹在水中运动时受到的阻力和出水后受到的阻力大小也完全不同,所以,如何保证导弹出水后在阻力急剧变化的情况下保持姿态稳定就是一个需要解决的问题了,比如要有一个高精度、高灵敏的出水传感器。老美的“三叉戟”在1989年进行的首次试射中失败,原因之一就是导弹出水后由于后方的水流干扰了火箭喷嘴,由此产生的不对称推力使得导弹出现了翻滚,四秒钟后出现了爆炸。

然后在这里顺带提一下,潜射洲际弹道导弹一般都是水滴形整流罩,也就是钝型的,为什么要这样做?因为钝头的在水中更容易保持稳定,同时钝头也会在水中产生一定的“空泡效应”,可以在一定程度上减少水中的行进阻力,而尖头的话,在空气中是可以减少阻力,但是在水中就更容易失稳。不过钝头在空气中的时候阻力会很大,所以,一些洲际导弹会在弹头的前端装一个“减阻针”,比如法国M51洲际导弹,弹头的前面就有一个“减阻针”,如上图所示,这个减阻针的作用就是介绍空气中高速行进时产生的激波阻力。

最后,还有一个难点就是潜艇的变深度问题,这个问题会影响到弹道导弹的连续发射,潜艇在发射导弹时,由于反作用力的作用(这个反作用力无法抵消,因为水中没有任何借力的依靠),潜艇的位置就会出现改变,这样一来,就会影响到下一次的发射,因为在导弹的发射总能量不变的情况下,发射位置的不同,就会影响到导弹的出筒速度以及出水姿态,所以,除非潜艇重新回到第一次的发射位置,不然就会直接影响到导弹下一次的发射,但是重新调整位置是很浪费时间的,尤其是在战争时期。因此,如何解决潜艇变深度发射导弹的问题又是一个技术难点。


哨兵ZH


潜射弹道导弹是核武器,这个世界上只要是核武器就困难重重,不仅有技术上的困难还有政治上的困难!到目前为止,世界上公认拥有潜射弹道导弹的国家有5个,即中美俄英法。此外,一直爱搞笑的印度也宣称拥有了潜射弹道导弹,但是并未看到有任何实质性突破的新闻公布。倒是前不久,北边一个国家倒是公布了成功试射潜射弹道导弹的事情,不过目前还处于试验阶段,离服役还需要很长时间。而且很有可能会受到大国制裁,最终潜射弹道导弹只能流产。



政治上的困难就不说了,五大国是不允许有人碰蛋糕的,所以我们主要来聊聊技术上的困难。弹道导弹核潜艇在三位一体核打击体系中属于威胁性最大的一环,具备其他平台无法比拟的隐蔽性,可以打敌人一个措手不及。除此之外,核潜艇在国家战争时会立即离开母港,进入预定阵地潜伏,可以在核战争中存活下来,担负核报复和二次核打击任务。潜射弹道导弹是弹道导弹核潜艇的标配武器,和陆基洲际弹道导弹的区别在于需要使用核潜艇搭载,并实现水下发射。

实现洲际弹道导弹潜射的技术难点在于三个方面。

第一,弹体小型化。洲际弹道导弹射程上万公里,需要性能先进的火箭发动机推进,需要携带大量燃料以保证将其送出大气层,需要复杂的电子设备和导航仪器,还要携带可以携带多个核弹头的再入返航舱。这些设备加在一起,让洲际弹道导弹的体积相当巨大。以美国的民兵III陆基洲际弹道导弹为例,其弹体长度超过18米,至今1.67米,以目前人类核潜艇的体格,根本放不下,所以潜射洲际弹道导弹需要小型化。


核潜艇需要下潜到水底下,对抗巨大的水压,需要非常坚固的耐压艇壳。耐压艇壳的制造不仅需要屈服强度超高的钢材,还要可以卷曲大直径钢板的卷板机。这两个技术要同时实现,才有可能制造出性能出色的核潜艇。目前人类核潜艇直径最高水平已经超过12米,只有美国和法国的洲际弹道导弹的小型化可以基本达到这个水平。美国的三叉戟II导弹的小型化就比较出色,可以完全放进俄亥俄级弹道导弹核潜艇内,龟背非常小,是目前世界上最先进的核潜艇之一。

第二,导弹水下发射。洲际弹道导弹水下发射对深度有要求,不能下潜太深,只能在一定深度缓慢航行,在接到基地指令之后发射导弹。目前潜射弹道导弹的发射方式有两种,一种是湿式,发射前打开发射筒,海水灌入平衡内外压。这个时候导弹点火,利用发动机推力直接将导弹推出发射筒。第二种方式是干式发射,发射前利用燃气发生器产生高压燃气,将导弹弹出发射筒,利用惯性将导弹抛出水面,在空中点火发射升空。同时水柜充水,保证潜艇平衡。


第三,导弹在水中和出水时的姿态控制。潜射弹道导弹在发射时,核潜艇不是静止不动的,还有复杂的水流,导弹从发射筒离开之后,需要采用特殊的技术手段保证导弹在水中时姿态平稳。除此之外,导弹出水瞬间的姿态控制更是一大难题,如果不能保证出水时导弹姿态平衡,很有可能就是这样子▼。这是干式发射法,是美国的三叉戟II导弹,它出水之后点火,丢失重心,在空中转圈圈,最后自爆,宣告失败。

总得来说,要实现弹道导弹潜射,首先要将导弹小型化,塞进核潜艇狭小的空间。接下来经过摸索,研究出适合自己的水下发射技术。继而进行大量的分析,计算,模拟,收集相关数据,最后设计出一套导弹姿态控制系统。这三个技术难关随便一个都是目前世界军工领域内的顶级技术,解决一项都非常难。而要实现导弹潜射,需要都解决,更是需要融化运用,难度可想而知。目前世界上能够研制弹道导弹的国家不多,把导弹搬上潜艇更是少之又少,能够实现洲际弹道导弹潜射的国家更是只有一个巴掌。


赤焰哒哒哒


潜射弹道导弹作为三位一体核打击力量中的重要一环,是二次核反击的主要力量,因此潜射弹道导弹技术一直被视为大国维护自身安全和利益的重要支柱。目前,世界上拥有导弹技术的国家不少,但是真正掌握潜射弹道导弹这一技术的国家却寥寥无几,这又是为什么呢?

潜射弹道导弹技术通俗地说,就是由潜艇发射导弹攻击敌方目标的技术。要想实现导弹潜射,用普通的潜艇肯定不行,因为普通潜艇的体积太小,根本装不下导弹,而且为了保证作战需求,潜艇的动力还要尽可能地足,航程也要尽可能的远。这几点也很容易理解,只有潜艇体积大了才能把导弹装进去,动力强劲才能开起来,航程足够远才能离敌方国土更近。按照这样的标准,也只有核潜艇这样的重器才能满足条件。但是,制造一艘核潜艇却不是一件容易的事,一般国家很难做得来。另一方面,弹道导弹核潜艇在设计时还需要对普通核潜艇做进一步得优化,比如消除龟背,减小噪声,增加导弹携带数量等,方方面面无疑又进一步增加了制造难度。

(弹道导弹潜艇的设计和制造需要很高的技术水平)

有了潜艇,接下来考虑的就是导弹了。潜射弹道导弹一般要具备洲际射程,也就是说射程要达到8000-10000公里,可是放眼世界来看,拥有洲际导弹技术的国家却少之又少。除了五常外,很多国家虽然也具备导弹研发能力,但是他们关注的更多还是短程和中程导弹。把导弹装到潜艇上,同时还要保证导弹的威力和射程,这样的技术会比普通洲际导弹技术还要难。

(美国三叉戟潜射弹道导弹)

而且,潜射弹道导弹的发射方式与陆基导弹有着很大的区别。海水密度是空气的近800倍,潜射弹道导弹要想从水下发射,它穿出水面的姿态、速度和点火时间等因素都会有严格的要求,因为稍有不慎就会导致导弹发射的失败。

潜射导弹的发射方式主要有三种,分别是直接点火、水中点火和弹出水面点火。直接点火就是导弹在发射筒内直接点火出水升空,这种方式的缺点在于发射筒需要忍受导弹尾焰的高温,这对发射筒的要求比较高,所以发射筒的设计制造也变得比较困难。水中点火的方式虽然对发射筒的要求不高,但是对导弹自身的要求却比较高。因为水下环境比较复杂,所以导弹需要克服海水对导弹姿态的影响,这样才能保证导弹出水后的状态。这种发射方式的可靠性一直存在着问题。弹出水面的发射方式则是依靠高压气体,先将导弹弹出水面,然后在空中点火。这样做的好处是导弹离开水面点火,可确保导弹不再受水下环境的影响。不过导弹的点火时机需要严格控制,因为稍有不慎导弹就会掉下来。

(俄罗斯布拉瓦潜射导弹直接点火发射出发射筒的瞬间)

(法国的M51潜射导弹可以在水中点火发射)

(三叉戟导弹弹射出水后点火瞬间)

综合来看,潜射弹道导弹要比陆基导弹技术复杂得多,这其中涉及了潜艇、导弹等诸多技术问题,所以它的研制对一个国家的技术能力提出了很高的要求。这也是潜射弹道导弹研制过程困难重重的最根本原因。可以说只有具备强大综合实力的国家,才会有发展潜射弹道导弹的能力。


战情解码


纵观全球主流国家的潜射导弹研制历史,无一不是一把辛酸泪!由于我国薄弱的工业和科学基础以及潜射导弹的高技术含量,巨浪系列潜射导弹的研制过程尤其艰辛!即使是美国这样工业发达的国家,其第一代的北极星潜射导弹也是连续经历了6次失败后才最终在1959年成功试射!而苏联的第一枚潜艇水面导弹P-11早在1955年就问世,比美国还早4年,但是直到9年后的1964年,其真正具备潜射能力的SS-N-5导弹才宣告面世!


▲巨浪1导弹研制

潜射导弹由于必须在体积狭小的潜艇中发射,其体积必然不能太大,因此很难使用比冲低(单位能量),携带燃料过多的液体发动机导弹。美国从一开始就选择了固体火箭发动机作为自己潜射导弹的标配,发展到至今的三叉戟2,具备了体积小、射程远、载荷大的明显优势。而苏联因为固体燃料发动机技术较为落后,一直以来都是研发液体发动机潜射导弹,由于体积过于臃肿,因此苏联潜艇只能被造的又大又粗,但是携带的导弹数量却明显比美国要少,总体技术并不先进。


▲苏联台风级虽然采用了
P-39固体燃料导弹,但是技术上不成熟,体积仍然巨大

我国从一开始就认识到苏联液体导弹的道路行不通,选择了与美国一样的固体导弹道路,但是固体火箭发动机由于构造更加复杂,燃烧温度更高,技术含量也是与日俱增,我国虽然在之前研发过东风1、东风2两款固体燃料导弹,但是射程都没有超过1500千米,所以一切几乎都是从零开始。火箭发动机主要由点火装置、壳体、燃烧室、喷管这四部分组成,其原理就是固体燃料在燃烧室燃烧后向外喷射产生反作用力,而燃料燃烧会产生2500℃到3500℃的高温,当时我国在东风系列导弹上的耐热材料已经不足以支持新式潜射导弹的需要,因此必须重新研制,而这些合金材料的配方和成分必须经过一次次反复的计算、配比、试验,过程堪称炼狱级。


▲火箭发动机

解决了发动机壳体材料问题,还需要研制新型的固体燃料,潜射导弹体积小,携带的燃料不会很多,但是又必须要求推力大、射程远,因此高燃烧值的燃料是关键。固体燃料推进剂是由氧化剂、固体燃料(金属燃料或者硝化棉)、高分子粘结剂、燃烧稳定剂、燃速调节剂等混合搭配而成的,这其中每一种的成分和配比都需要经过长时间的研究而反复试验才能得到。而即使研制出固体燃料推进剂,如果要将是装入火箭壳体之内,还要经过微米级的高精度加工塑型,难度可想而知。


▲火箭推进剂整形

当然了,相对于潜射导弹的姿态控制,以上这些问题都是小儿科,潜射导弹从发射筒出筒后必须经过数十米的水下前行,就是这么一段小小的距离,需要经受洋流、暗涌、海浪等多种不同的流体因素影响,而这些因素几乎都是难以预测的。除此之外,导弹在出水瞬间还会因为阻力的剧烈减少而发生强烈的抖动,所以潜射导弹必须拥有自身的微姿态控制系统,而这个系统的控制必须依赖于海量的基础数据作为基础,稍微产生一点偏差就可能让导弹姿态失稳而爆炸,而计算这些理论数据本身就是一件海量工作,没有大型计算机的辅助,甚至可能需要数年。


▲巨浪2试验

即使造出了潜射导弹,由于发射时的诸多不确定性,很可能发射失败将潜艇直接炸毁,因此不可能像陆基导弹那样马上进行实弹试验,一般需要先在陆地或者浅海搭建一个模拟水体发射场,现在这里进行模拟发射,模拟发射成功之后,再制作模型弹在潜艇上进行真实环境条件发射。只有当这两种发射全部成功,才能再进行实弹实艇的试射,这三种发射的每一次都很可能失败,只有在一次次的失败中不断总结经验,不断积累数据,不断进行微调补漏,最后才能得到一款成熟的具备实战能力的潜射导弹!


▲法国M51潜射导弹陆台试验


军武吐槽君


兔哥回答:潜射弹道导弹是战略导弹核潜艇的主要武器,也是核大国陆海空三位一体核打击力量的海基部分。战略弹道核潜艇是目前核打击力量中最主要的打击手段,潜艇深藏于茫茫大洋之下,具备天然的隐蔽优势,虽然反潜武器发展迅速,但面对整个地球三分之二都是海洋的自然环境下,没有任何一个国家能做到全球性的反潜能力。另外,潜艇和反潜武器的对抗中潜艇依然是占据着主动,也就是反潜探测和攻潜技术依然是落后于潜艇的技术发展的,这也让战略导弹核潜艇成为一个可靠的战略核威慑武器。然而,好东西都有一个特点,就是难于制造,战略核潜艇的主要武器就是潜射弹道导弹,这是战略核潜艇战斗能力的表现,下面我们探讨一下战略核潜艇的拳头,潜射弹道导弹的研制难度有哪些?


潜射弹道导弹的难度就在于水下发射;潜射弹道导弹是战略导弹核潜艇上的重要武器,有了它就成为战略核威慑能力,没有它战略导弹核潜艇就是一个昂贵的大玩具,没有任何威慑作用。潜射弹道导弹就是安装在核潜艇上的弹道导弹核武器,具备数千至上万公里的射程,能够携带核弹头进行战略核威慑打击。潜射弹道导弹的难点在于潜艇和导弹本身两个方面,潜艇在水下需要知道自己的位置,但电磁波是无法穿透海水的,因此,潜艇的定位和通讯都需要有专业的技术设备做保障。潜射弹道导弹发射时潜艇不能上浮到海面,主要是防止被发现,因此,水下发射时潜射导弹需要承受发射时海水巨大的压力,海水是潜射弹道导弹所面临的最大难题,战略导弹核潜基本都是围绕如此解决海水对潜射核导弹的影响展开的。



潜射弹道导弹的发射方式造成了研制难度:潜艇从水面下发射弹道导弹时,海水的压力对弹道导弹的影响非常大,水的密度是空气的800蓓,这就意味着压力和阻力都大的多,潜射弹道导弹等于是从海水中挤出来的,潜射弹道导弹的壳体要能承受住海水的挤压,同时潜艇由处于移动中,这样潜射弹道导弹就必须要快速的出发射筒,否则海水阻力会把导弹折断。潜射弹道导弹从发射到飞出海面的时间只有0.5秒,潜艇通常情况下距离水面都是二十米以内的距离,这个速度是很快的。潜射弹道导弹的发射方式有多种,一个是弹射方式,也叫干式发射,通常是由燃气发生器产生的燃气和水形成的燃气蒸汽混合气高压做为潜射弹道导弹发射的能量,燃气发生器独立于发射筒外面,导弹在高压燃气蒸气的作用下弹射出发射筒,导弹冲出水面后火箭发动机点火。导弹在水中的姿态,出水后海浪的冲击,如何保持一定的垂直角度,突破出水后瞬间的减压产生的振动对于导弹元器件的影响等等技术问题都需要千百次的实验,难度可想而知了。



干式发射主要是美国以及法国等国家采取这种发射方式,其中法国和美国还有差别,法国也是干式发射,但导弹出发射筒就点火,和美国出水后再点火不同。俄罗斯多采用热发射,也就是湿发射,所谓的湿发射就是导弹直接在发射筒里点火,然后直接射出海面飞行。湿发射需要先往发射筒里注满水,通常是淡水,使发射筒里的压力和发射筒外海水的压力平衡,然后打开发射筒盖,直接点火发射导弹。湿发射的好处是不受深度的影响,更有利于隐蔽,缺点是技术含量高,导弹在水里时间长,受海水影响大,另外也需要抛弃热发射火药推进模块。俄罗斯为了解决这个问题采取增加导弹速度的方法,例如,在导弹头部设计吹气设备,让导弹头部形成空泡效应,减少海水阻力。


潜射弹道导弹的难度出水后介质的改变如何保持稳定;潜射弹道导弹通过两种介质,一个是水下飞行阶段的海水,一个是出水后的空气。水的密度大于空气800倍,水中能保持稳定并不代表进入空气中后能保持稳定,通常情况下从水中射出后由于阻力突然性的减小,导弹会瞬间改变原有弹道,到处乱飞。我们也看到过导弹出水后有明显的倾斜的现象,就是瞬间阻力改变造成的,这个看似简单,其实解决起来很难。还有就是出水速度,理论上越快越好,为了获得出水高速度,潜射弹道导弹头部都设计成钝型,这样有利于水下高速度,但空气中却需要锐角,这样在空气中飞行的速度快,这些都需要进行解决,都是难题。再有就是潜射弹道导弹的制导,弹道导弹也就是有固定弹道的,然而潜艇到处跑,潜艇发射潜射弹道导弹后是无法给导弹扶正的,制导就是一个大难题,潜射弹道导弹通常都是惯性制导加星光制导,每一个都是难题。

总之,潜艇弹道导弹由于特殊的性能要求,导致研制难度异常大,这个难度并不单纯来自导弹本身,潜艇,自然环境,都是难点,不用说去搞潜射弹道导弹的研制,就是第一关,核潜艇就能难死一堆人。很多国家连实验用的水下设备都没有,也搞不出来更别想进行导弹发射实验了。潜射弹道导弹是世界上公认的导弹领域最难于研制生产,实验,使用的导弹,就是现在,潜射弹道导弹都不能说技术成熟了,仍然在不断探索中。



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