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2008-01-02 12:48:02.0
◆定位与速度控制 

  对战略弹道导弹进行制导与控制是一项非常复杂而艰巨的工作。在发动机点火4分钟后,导弹燃尽时速度即主动段结束时的速度超过7000米/秒,经历7次重力速度后,导弹载荷的速度必须控制在原定速度加减6厘米/秒的速度隙缝范围以内。速度上的这种微小差别会对导弹的飞行弹道造成极大的影响。例如,将弹头燃尽时的速度增加6厘米/秒,弹头的最大飞行高度就会相应地增加100米,而且在飞行弹道的其它阶段,这种高度上的差别还会继续增加,造成了射程上的最终区别。

  由于中国的东风-5A导弹并没有安装助推段后飞行器用于对第二级火箭燃尽后的弹头速度进行修正,因此导弹上的制导与控制系统必须将第二级火箭的推力终止在一个精确的水平上,这就是人们常说的发动机停车。控制弹头的射程就要控制燃尽时速度,如果指令要求精度在500米,那么燃尽时速度最好是在10000米/秒。与更现代化的固体燃料弹道导弹相比,液体燃料的东风-5A导弹做到这一点可能更为容易,因为液体发动机在飞行的最后几秒钟时间里会降低速度,因此也就减少了加速度,决定正确的发动机关闭时间也会更加容易。

  如果中国为东风-5A导弹改装固体燃料助推器,作为对其实施现代化改进的一部分,那么在精确控制燃尽时速度方面难度可能会增大。想法做到发动机精确停车,中国可以采取美国民兵和海神弹道导弹曾经使用过的原理:在导弹发动机的上未端加装连接有爆破引信的发动机停车阀柱(塞)或气门,用于突然减少发动机内部的压力以及燃气和推力。当然导弹的制导和控制系统必须非常精确地决定发动机停车的正确时间,并且还要在当发动机处于最高加速度时,否则将会加剧弹道的速度偏差。

  中国可能利用其卫星导航系统改善导弹精度的一个方法将包括测量卫星射向地球信号所产生的多普勒频移。卫星向地面实际发出的无线电频率与用户接收到的信号频率有差额,这个差额就称作多普勒频移。这种微小差额与导弹的速度是成正比的,当导弹达到理想的速度和方向时,就在这一精确时间点上做到发动机停车。另外,"北斗"星座内的3颗卫星也使中国具备了测量导弹速度所有3个要素的能力,这不仅包括弹道上任何一点的速度,而且还能测量横向距离偏差。

  这种方法以前曾经被使用过。二战期间的德国在其V-2导弹上不但进行了使用多普勒频移技术来关闭发动机的试验,而且实际上也部署了一些具备这种能力的V-2导弹。中国的战略弹道导弹与德国短程V-2导弹的一大区别是两者要求的速度测量精度。像上文所提到的,如果中国打算使用多普勒频移来决定发动机关闭时间,就需要测量出每秒只有几公分的速度差别。然而,测量一个多普勒频移就只有短短的有限的时间,这个过程就像是在两条类似的电波上作比较,寻找出它们的差别所在。导弹上的测量装置必须要在半秒钟的时间里测量出导弹速度,而且精度不能低于6厘米/秒。假设"北斗"卫星是在6兆赫的波段上向外发送信号--我们知道这是中国卫星的工作频率,如果中国想使用更低的频率或是要求更高的的精度--比如对应地面50米的径向概率偏差,那么测量多普勒频移所要求的时间就会增加。

  要想在这半秒钟时间里,测出所需精度的东风-5A导弹的速度,那么导弹的速度变化将会达到35米/秒,这就极大地超出了6厘米/秒的精度。而且要想测出主动段结束时所需精度的弹头速度甚至也会变得更加困难,因为在测量多普勒频移的同时,光是重力就会引起4.5米/秒的速度变化。这样,如果中国想在一定的时间里测出所需精度的弹头速度,它必须将其导航卫星的频率提高至少1000倍。从这里我们可以得出结论,目前中国的导航卫星还无法利用测量所需精度的弹头速度这种方法来提高其战略弹道导弹的精度。

  ◆测量位置,推力速度 

  中国能利用它的3颗卫星来改善其战略弹道导弹的精度,通过对助推段后飞行器的位置进行多次测量。速度稍有差别的弹头,它的弹道在空间的飞行路线也是不同的。这种方法就是充分利用了这样一个理论。在这种情况下,中国将会使用其生产或外购的标准加速仪来终止导弹的推力,最终速度精度可能只有1米/秒左右,与之相对应的目标精度几乎达到10公里。

  如果中国的弹道导弹装备了助推段后飞行器,而且它所携载的弹头速度能够在一秒钟的时间内改变几米的话--这一数值是一台先进发动机及其相关燃料容积所必须要求的,那么中国还是可以承受弹道导弹速度上的不精确性的。在主助推器燃尽时,卫星总线将首先经过一段时间来确定导弹的位置,这一时间要足够卫星来区别出速度差只有每秒几公分区别的弹道轨迹。这一过程最多不能超过600秒,可能会更少。到那时,总线将解锁特别设计的加速仪,并将其设置在卫星导航系统所确定的环境中,或者只需要重新启动主惯性制导装置也行。任何一种方法都能避免导弹制导系统在主助推器动力飞行阶段可能产生的计算失误。新的制导装置届时将由卫星总线启动用于控制发动机以此来修正速度,另外它也能够多次改变总线速度。如果总线运用的是多弹头分导再入飞行器技术的话,那么每到一个新弹道,总线都会释放出一枚弹头。弹头或助推段后飞行器在其飞行的27分钟时间里,都处于所有3颗卫星的监测之下。这就使得卫星总线可以长时间、多次对其位置进行测量,进而推断出精确度非常高的导弹速度。地基导航系统不可能有这么长的测量时间,因为导弹很快会消失在地球圆形表面之下。很明显,如果助推段后飞行器想要达到所需的精度的话,它就需要这段时间来决定本身的速度。卫星在主动段结束后的前几百秒估计的偏差与导弹的实际偏差大致相同。然而,由于系统每隔一秒或两秒时间测量一次总线的位置,因此它最终还是能够分别出速度上的差别。另外,系统还可将弹道高度差别纳入速度差别的分析当中。

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