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超音速的武器最大的瓶頸就是,如何產生更快的速度?
我們都知道,炮彈或者火箭在空中的速度越快,彈道就越筆直,而且毀傷效能也會越大。
因此,現代彈藥技術都朝著射彈的速度去突破和二次研究,如果穿甲彈不僅超音速而且還能遠超音速的話,那再硬得裝甲都扛不住超高速的撞擊。
那為什麼瓶頸就是速度呢?
因為空氣是一種流體,當炮彈在空氣中飛行的過程中會受到空氣的巨大阻力,速度越快則阻力越大,在沒有超音速的時候是線性增長。
當超音速時,此時還產生了激波阻力,是以幾何倍數增長。
因此,炮彈在超音速的過程中要承受著空氣阻力的線性增長和激波阻力的幾何倍數增長。如果炮彈彈體不夠堅硬,即使遠超了音速,也會在極高的阻力下引發自毀機構或者提前啟動引信引爆彈藥。
高超音速導彈最大的效能優勢就是速度,但是速度過快也導致其相比於普通導彈而言,產生了新的問題,大體上有下面三個方面:
1、制導精度要求提高了。
以現代反艦導彈為例,歐美方面主要研發和裝備多種型號的亞音速反艦導彈,比如美國魚叉系列、法國飛魚系列等,這些導彈一般採用慣導+半主動/主動雷達制導方式,射程一般在300km以內,飛行速度達到0.8Ma左右。在發射之後主要依靠導彈自身的慣導系統進行導航飛行,飛向目標的大致方向,在接近敵方目標一定範圍內,開啟自身彈頭雷達進行照射,從而捕捉目標,進行彈道修正,攻擊對方。
現在如果導彈飛行速度達到高超音速層次,比如飛行速度達到2.0-3.0Ma之間,這樣對於導航精度要求就比較高了。原先亞音速階段,可能百分之一秒誤差不過偏離航向2.5米左右,現在在3.0Ma階段,百分之一秒誤差偏離就要達到近10米左右,為了確保之前的精度,就要將導航系統精度提高到原來的10倍甚至100倍以上,這樣才可以滿足符合實戰要求。
2、發動機和燃料技術難度加大。
無論是飛機還是導彈,在大氣層內飛行,空氣阻力不可忽視,特別是速度越快,空氣阻力也就越高。由於空氣密度隨著高度增加而快速降低,因此戰鬥機飛高速一般在10000米以上高空,如果低空飛高速,油耗就非常大了。反艦導彈如果採用高超音速飛行,早期為了降低彈體重量和體積,一般初期和中期採用高彈道飛行,接近目標時下降高度,採用掠海飛行低空彈道進行突擊衝刺飛行。不過這種高彈道+低空掠海飛行方式隱蔽性不佳,容易被敵方遠端警戒雷達發現,因此,現在的高超音速反艦導彈追求的是全程低空高超音速飛行,這樣突防效果就很牛逼了。
但是全程飛行消耗的燃料就比較高,發動機推力輸出也要求較大,要想實現遠端攻擊能力,這種導彈就會製造的非常巨大,比如蘇聯P-500型玄武岩超音速反艦導彈,單枚重量達到5噸重,普通艦艇和飛機就根本無法搭載。
要想讓這種技術的導彈在保持威力不下降的情況下進行小型化設計,對於任何一個國家而言如果沒有在固體火箭發動機/衝壓發動機+燃料化學工業方面有很大技術突破,就不可能實現這種效果,否則就只能研發出射程比較近的超音速反艦導彈,這種產品在現代海戰中就比較差了。
3、抗高溫材料。
超音速飛行,特別是高超音速飛行,空氣摩擦產生的熱量就不能忽視了,這對於彈體材料結構就有了很高要求。
此外在高速飛行過程中資料鏈通訊問題也是必須要考慮的。高超音速導彈從某種程度上也體現出一個國家航天科技水平的綜合實力,沒有幾十年的技術積累和沉澱,那是玩不轉的。
這個問題呢就回答到這裡吧。