1941年7月14日,德軍中央集團軍群的一支先頭部隊在奧爾沙火車站等候補充給養,突然一排排的炮彈在犀利的呼嘯聲中向他們飛去,頃刻間奧爾沙火車站成為了一片火海,等到德軍組織反擊時襲擊的蘇軍炮兵部隊早就消失的無影無蹤。這種恐怖的武器就是蘇聯大名鼎鼎的“喀秋莎”火箭炮,在此後的作戰中,“喀秋莎”火箭炮屢建奇功,幾乎和t-34中型坦克一起成為了蘇聯衛國戰爭的標誌。其實火箭彈的歷史最早可以追溯到969年,當時北宋軍官嶽義方、馮繼升造出了世界上第一種以火藥為動力的飛行兵器,進入19世紀以後英國人康格里夫率先發明了真正意義上的火箭彈。現在火箭彈已經深入海陸軍三軍的各個領域,各國研製的不同型別的火箭炮也是多種多樣,下面我們就來了解一下火箭彈的祕密。
▲火箭彈是一種依靠數量在短時間內進行面覆蓋的武器,所以相比於射擊精度,火箭彈更看重的是射擊密集度
火箭彈的特點火箭彈,顧名思義就是依靠火箭發動機產生的高溫高壓燃氣反作用力推動前進的彈藥,它不同於常規炮彈也不同於導彈,火箭彈是一種依靠飽和攻擊,以數量來打擊敵軍的武器,這種武器的密集度較差,因為成本和結構複雜的原因,一般的火箭彈並沒有精確的制導裝置,這種火箭彈被稱之為無控火箭彈。一些比較特殊的火箭彈因為需求也會安裝制導裝置,這種火箭彈被稱之為有控火箭彈(也就是導彈),導彈和火箭彈完全相反,它追求的是精確打擊甚至是全球精確打擊。火箭彈最大的特點就是它的火力密度,因為火箭彈在發射的時候並不會產生後坐力,能並列數管甚至是數十管制成多管火箭炮,並以很快的速度發射出去,突襲時間極短,能在較短的時間內完成彈藥的投放,壓制能力極強的同時生存性也比傳統火炮優秀。一般來說一門火箭炮的投彈數量能夠媲美一兩個傳統炮兵營在同等時間內的投彈量。
▲105毫米榴彈炮和107毫米火箭炮的對比圖,參考人員就能看出火箭炮在靈活機動方面優於傳統火炮,而且火箭炮發射裝置結構簡單,工藝性較低,只不過火箭彈本身卻要比常規炮彈複雜、昂貴
▲上圖為哈馬斯發射的火箭彈,從上圖中就能看出火箭彈的外彈道性極差,而導彈可以在飛行過程中進行調整,這種無控的火箭彈只能打到哪算哪
但是任何事物都不是完美的,火箭彈的缺點和優點同樣很明顯。首先就是成本問題,傳統炮彈只需要一個藥筒和一定數量的發射藥就能發射,但是火箭彈不同,火箭彈發射過程中需要消耗一具火箭發動機和比火炮發射藥更加昂貴的固體發射藥,再加上火箭發動機對能量的利用了遠遠低於常規炮彈,所以等口徑的火箭彈成本要高出常規炮彈將近10倍。常規炮彈在飛出炮管後只受到重力和阻力,再加上炮管的引導以及超高的炮口初速,在飛行過程中抗擾動因素較強。但是火箭彈則不同,飛行過程還會受到一個極大的推力,再加上用於導引的軌道較短,初速較低,很容易在微小的擾動因素下偏離速度向量方向,較差的外彈道性直接導致了其落點散佈較大,對點目標的打擊能力極差,只能依靠數量毫無道理的覆蓋一定面區域內的目標(這也是火箭彈最大的魅力所在)。而且火箭彈發射過程中會產生大量的高溫高速氣流、飛揚的塵土和極大的噪音,火箭彈在飛行過程中也會產生大量的熱訊號,容易暴露發射陣地的同時火箭彈本身也容易被探測裝置偵查捕捉。
火箭彈的分類火箭彈按照穩定方式可以分為尾翼式和渦輪式,兩種火箭彈在穩定方式以及外形上的差別還是比較大的,下面我就詳細介紹一下:
▲火箭彈尾翼分為同口徑尾翼和超口徑尾翼,同口徑尾翼火箭彈適合筒式火箭發射裝置,但是該尾翼存在致命缺陷,彈丸超音速飛行時後部會產生紊流,因為同口徑尾翼直徑和彈丸直徑相同,所以尾翼全部處在紊流中,這樣一來穩定效率極差(現在多用於一些低速火箭彈上)。後來又出現了一種張開式的超口徑尾翼,這種尾翼穩定效率高而且緊湊,是現在最常見的一種結構
尾翼穩定式火箭彈,這種火箭彈的飛行穩定靠後部的尾翼實現,尾翼在飛行過中可以在彈體後部(火箭彈的質心後部)產生一個壓力中心,這樣一來彈體就會在一個穩定力矩下平穩飛行。這種彈藥的穩定性不會受到彈體長度和品質的影響,所以尾翼式火箭彈最為常見,但是有了尾翼並不代表這類火箭彈沒有自旋,因為低速旋轉可以減少火箭發動機推力偏心對密集度的影響。一般來說有兩種方法,首先就是將尾翼斜置達到低速旋轉的目的,這種方法多用於單噴管的火箭彈上。在多管火箭彈上面則會通過改變噴管軸線的切向斜置角來產生一個旋轉力矩,此外一些火箭彈的噴管出還會放置一個傾斜的尾翼片來達到低速旋轉的目的。
▲渦輪式的火箭彈,該火箭彈通過自旋來保持飛行穩定
渦輪式火箭彈是一種通過自旋穩定的彈藥,在講之前我先回答一個評論裡面老是出現的問題:為什麼旋轉穩定彈藥的長徑比要比尾翼穩定彈藥的長徑比小很多?其實旋轉穩定彈藥在高速自旋時會產生一個離心慣性力,這個力會影響飛行穩定性從而影響射擊密集度,此外還會影響內部的裝藥和影響等結構(高速轉動會破壞內部結構),為了消除這些不利因素,彈丸長徑比就比較小。渦輪式火箭彈就是多個傾斜噴管併產生旋轉力矩,到達高速自旋的目的。因為炮彈在飛行過程中推力作用線和彈丸軸線會因為一些因素產生一定的角度(因為轉配不可能百分百精準,所以所有的彈丸都不可能消除這個偏心),這時候會產生一個推力偏心從而影響彈丸的射擊密集度,而通過自旋可以有效的克服這個推力偏心。此外炮彈在裝配時氣動外形也是做不到完全對稱的,而通過高速自旋就能消除這種氣動外形的不對稱帶來的彈道偏離。一般來說射程一旦過遠,彈丸的翻轉力矩就越大,所以中遠端火箭彈一般都不採用渦輪式的穩定方式。
火箭彈的組成和發展火箭彈一般由戰鬥部、動力裝置和穩定裝置組成:
▲常見的無控火箭彈的結構組成
戰鬥部:最終發揮作戰效能的部分,火箭彈的戰鬥部根據作戰任務的不同可以分為多種多樣,破甲戰鬥部、殺傷戰鬥部、爆破戰鬥部以及子母彈戰鬥部,此外戰鬥部還有兩個重要部件,一個是用於調節射程的阻力環,一個是用於適時可靠擊發戰鬥部的引信,火箭彈的引信主要分為三大類,觸發引信、時間引信以及無線電近炸引信動力裝置:火箭彈的動力裝置就是一具火箭發動機,分為固體和液體兩種。先將作為推動能源的推進劑放置在燃燒室中,並用擋板固定(此外擋板還可以防止未燃燒完畢的推進劑殘渣噴出或者堵塞尾噴管),發射時通過點火裝置提供能量瞬間引燃推進劑,並在燃燒室中將化學能轉換為熱能,所以燃燒室也是火箭發動機最重要的部件,承受著高溫高壓燃氣的作用,一般都採用複合材料製造。最後通過先收斂,後擴散的尾噴管來控制燃燒室的壓力,這樣一來亞音速的火藥燃氣就會變成超音速並控制燃氣流量穩定裝置:該裝置可以保證火箭彈的飛行穩定性,就是上文提到的尾翼穩定和渦輪式旋轉穩定。在尾翼式火箭彈上面還會安裝一個導向裝置,通過導向器可以調整彈體直線運動或者是螺旋運動,亦或者是低速旋轉▲上圖分別為採用管筒式和軌道式發射的火箭彈,這種軌道並不能像火炮身管那樣對炮彈起到極高的約束作用,所以發射時微小的擾動都有可能使火箭彈的落點散佈偏離
火箭彈通過發動機產生的反作用力運動,發射方式有管筒式和導軌式兩種,該裝置只賦予火箭彈一定的射角和射向,並負責點火,不提供任何飛行動力。上文提到火箭彈主要是用數量來消滅敵方叢集目標,這就導致了火箭彈對射擊精度並沒有多大的要求,但是為了能覆蓋到區域內的大部分目標,射擊密集度必須足夠的高。但是推力偏心、發射時的擾動、氣動外形以及像狂風這樣的外界影響都會影響到射擊密集度,所以如何提高射擊密集度這一直都是未來火箭彈要解決的重要問題。為了消除發射時的擾動因素,火箭彈的發射管(或導軌)都會採用一種同時離軌技術,就是將軌道設計成前後兩節直徑不同的設計,防止出現火箭彈前半截離開軌道後,還在軌道內的後半截擾動彈體出現傾斜的情況(因為火箭彈發射管和彈體存在較大間隙,在飛出半截後容易在間隙範圍內傾斜),除了儘量的優化各個結構外,可以為火箭彈安裝簡易的控制裝置,這種簡易裝置既不能主動探測,作用範圍也很小。雖然能提高射擊密集度,但是問題是火箭彈原本的射擊密集度就極差,這點小小的提升並不能起到多大的作用。