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射程1000公里的電磁炮彈如何克服地球表面的曲率問題?

2022-08-20 23:58 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



昨天瀚海狼山(匈奴狼山)談到了射程在600到1000公里的超級電磁炮正在技術(shù)突破的門檻上,不久之后就有可能大規(guī)模的裝備,成為劃時代的新型作戰(zhàn)武器。而不少觀眾提問說,射程高達1000公里,那么目標(biāo)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)在發(fā)射者的視線之外,也就是因為地球是一個球體,1000公里之外的目標(biāo)遠(yuǎn)在發(fā)射者可見的地平線的下方。那么這種超級電磁炮是如何克服地球表面的曲率問題而最終準(zhǔn)確命中目標(biāo)的?會不會因為初速太高,而導(dǎo)致高速射出的電磁炮炮彈不會最終落下來,而直接打到太空中成為實心金屬的衛(wèi)星?其實這個問題如果從純技術(shù)上或者作為學(xué)術(shù)問題詳細(xì)回答,那么完全可以寫成專業(yè)論文,會涉及引力場與高等數(shù)學(xué)等一般人看來非常深奧的東西。在這里肯定不能如此回答問題。于是只能,


用通俗的方式解釋一些專業(yè)的軍事科技知識,讓大家基本看明白即可。當(dāng)然如果描述的內(nèi)容不是特別的精準(zhǔn),也不用去過于深究。射程最遠(yuǎn)1000公里的電磁炮發(fā)射出去的炮彈??隙ú粫苯哟虻教罩腥コ蔀樾l(wèi)星。這個用牛頓定律就能很好地解釋。因為要成為衛(wèi)星或者徹底脫離地球引力,那么物體的初速至少是7.9公里每秒以上,而且矢量是地球的切線或者是其他的發(fā)散線。而最大射程1000公里的電磁炮炮彈的出膛初速只有3000米每秒上下;還不到第一宇宙速度的一半。那么這種電磁炮不論以多大仰角發(fā)射炮彈,都不用擔(dān)心會直接打成衛(wèi)星;而必然會在地球引力的作用下落回地面或者海面;哪怕其落點已經(jīng)距離發(fā)射位置在1000公里之外。況且這種重金屬的實心炮彈一般沒有火箭進行增程和后期的加速,


其最初的出膛瞬間的速度已經(jīng)是飛行全程一直到落地期間的最高速度;絕大多數(shù)無火箭增程效應(yīng)的炮彈基本都是如此,電磁炮彈也不能改變這個物理規(guī)律。因此在外界大氣的摩擦減速效應(yīng)下,出膛以后的電磁炮炮彈不論飛行多遠(yuǎn),其最終擊中目標(biāo)時的瞬間速度,肯定要比剛剛出膛瞬間的初速度要明顯更低一些。先講明白了這個問題,再回答超遠(yuǎn)射程的電磁炮如何克服地球曲率。其實既然被叫做電磁炮,那么肯定與傳統(tǒng)的火炮有一定的內(nèi)在技術(shù)共性。否則就不該叫電磁炮而叫做電磁導(dǎo)彈或者其他名稱了。當(dāng)然,電磁導(dǎo)彈、電磁魚雷、電磁火箭彈最終都會有,但是未來最普遍裝備和使用成本相對最低的,肯定還是電磁炮。這就像當(dāng)今普通身管火炮仍然比導(dǎo)彈和火箭彈裝備得更多,相對使用成本仍屬最低是一樣的道理。


關(guān)于地球曲率對射擊精度的影響,并不是到了遠(yuǎn)程和超遠(yuǎn)程電磁炮這里,才顯得問題突出,值得特別注意。其實當(dāng)代普通的身管火炮和火箭炮已經(jīng)面臨地球曲率的明顯影響。因為當(dāng)代的一流自走炮,已經(jīng)可以輕易地把炮彈打到50到70公里之外;而重型火箭炮可以射擊150到300公里之外的目標(biāo),都屬很普遍的存在。被射擊目標(biāo)在50公里之外,已經(jīng)在發(fā)射者的可直線觀測的地平線以下。因為在海平面高度,無論如何都不可能看到50公里之外海面上的艦船。但是地球曲率并沒有影響常規(guī)遠(yuǎn)程火炮和火箭炮的日常射擊。這是因為,從基本原理上講,雖然普通身管火炮的炮彈絕大多數(shù)看起來是沒有制導(dǎo)功能的。其實這是有意忽略了一個天然存在的“制導(dǎo)”能力。其實這就是地球的引力,專業(yè)上也可以叫做星球,


的重力場。也正是因為地球重力場的存在,所有一次性發(fā)射出去的任何彈丸,只要初速度不高于第一宇宙速度,那么肯定會落下來。而最終落到哪里?牽扯到幾個關(guān)鍵因素。第一,是發(fā)射彈丸出膛的仰角,其實就是初始矢量角;第二,是出膛的瞬間初速度;第三,是空氣的阻力因素;第四,是風(fēng)力的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)。其實也可以歸類為空氣存在的干擾。在中學(xué)物理中,通過簡單的拋物線公式,已經(jīng)可以計算一定仰角和初速度的彈丸可以發(fā)射出去多遠(yuǎn)。但在實際上炮彈飛出的并不是標(biāo)準(zhǔn)的拋物線而是彈道曲線。彈道曲線受到大氣阻力的很大影響。實際射程比理想拋物線至少短一半。中學(xué)物理中,并沒有提到另外一個因素。這就是發(fā)射者所在位置的重力值,和落點位置的重力值。這兩個值不論對普通炮彈還是洲際導(dǎo)彈,


特別是炮彈和導(dǎo)彈的最終打擊準(zhǔn)確度,都有很大的影響。所謂差之毫厘謬以千里。用拋物線計算射程和落點,其實是把地球看做了一個理想的標(biāo)準(zhǔn)圓球,而所有地點的重力場都是完全一致的。而事實上遠(yuǎn)非如此。地球表面各地的實際重力場,幾乎很少有完全相同的。如果某地地下有大型鐵礦,那么其重量場就會比周邊地區(qū)要大一些。那么先不說最復(fù)雜的洲際導(dǎo)彈,即使普通的遠(yuǎn)程身管火炮和火箭炮,在進入戰(zhàn)場進行射擊的時候,是否需要考慮不同地方重力場的不同呢?表面上似乎不需要考慮,但實際上也是暗中需要考慮的。這就是所有炮兵群機動到一個陌生的戰(zhàn)場,都要進行一定的試射和校射。比如從平原地區(qū)全要素機動到高原地區(qū)的炮群,都必須重新校射。到了高原地區(qū),空氣明顯更加稀薄。


會造成炮彈和子彈的射程瞬間多出10%甚至更多。這表明看起來完全是空氣稀薄的影響;其實也暗中隱含了高原重力場和平原重力場不同的隱蔽因素在里面。只不過往往只注意空氣密度的影響,而有意無意地忽略了不同地點地球重力場的不同。那么為何要反復(fù)提到重力場的問題,它與炮彈克服地球曲率又有什么直接或者間接的聯(lián)系呢?實際上前面已經(jīng)提到了。重力場就是所有普通無制導(dǎo)彈丸的隱形制導(dǎo)因素。對任何炮彈和導(dǎo)彈來說,只要考慮了重力場,就基本不需要再考慮地球是一個球體。因為重力場已經(jīng)自動地把一個極為復(fù)雜的球表面的曲率給簡單而有效的平面化了。這個說法可能不好理解。其實用洲際導(dǎo)彈的陀螺制導(dǎo)方式就能很好地說明。最遠(yuǎn)的洲際導(dǎo)彈可以打2萬公里甚至更多,等于已經(jīng)打到了發(fā)射者,


所在的地球背面。但是對發(fā)射一方來說,只需要給導(dǎo)彈的陀螺制導(dǎo)系統(tǒng),輸入導(dǎo)彈起飛點的精確坐標(biāo),以及導(dǎo)彈要打擊目標(biāo)的精確大地坐標(biāo),剩下的問題完全交給導(dǎo)彈的陀螺儀就行了。并不需要在洲際導(dǎo)彈的飛行全過程中,不斷地提醒導(dǎo)彈:你要注意地球曲率啊,再不注意你就會自己飛到太空中去了。完全沒必要!因為地球的重力場時刻自動吸引著導(dǎo)彈不至于不受控飛向太空。也就是說,洲際導(dǎo)彈可以完全無視其飛行全程中,其彈道投影在地球表面經(jīng)過的所有地點的自然重力場,而只需要注意起飛點的重力場和目標(biāo)點的重力場兩個決定性因素即可?;蛘哒f洲際導(dǎo)彈一直以為自己在飛直線,但是在重力場的作用下,其實是飛出了一個完美的弧線。而對所有身管火炮來說,不論其射程是20公里還是200公里,


甚至是電磁炮的1000公里。在實戰(zhàn)操作中更簡單,只需要把整個地球繼續(xù)認(rèn)為是一個理想球體。所有炮兵使用的射擊專用地圖,都是純粹方格的平面地圖。也就是把地球作為理想球體的三維模型變?yōu)槎S處理。等于把極為復(fù)雜的問題徹底簡單化。不論炮彈打多遠(yuǎn),都已經(jīng)完全不再考慮地球曲率的影響。這就像阿根T在我們的背面,但是如果一門超級大炮可以打2萬公里,可以一炮打到阿根T。負(fù)責(zé)發(fā)射這門炮的炮兵手里的專業(yè)地圖上,阿根T仍然在同一個平面上,到這里可能就容易理解了!在實際射擊以前,只需要知道發(fā)射炮位本身的坐標(biāo),以及目標(biāo)點的精確坐標(biāo),然后就由彈道計算機快速計算出射擊密位、火炮仰角;以及該用什么具體的彈種和幾號裝藥。在現(xiàn)代工藝之下,相同類別的發(fā)射藥,



可提供的炮口初速幾乎完全一樣。在發(fā)射仰角和密位固定的情況下,同號裝藥的同類非制導(dǎo)炮彈,幾乎可以重復(fù)打入個籃球場大小的區(qū)域。最大的干擾因素,其實是大氣壓和風(fēng)向的突然變化。因此現(xiàn)代彈道計算機,都會同步輸入大氣瞬間數(shù)值作為預(yù)估落點的重要參數(shù)。作為大致相同的原理,超遠(yuǎn)程電磁炮雖然比普通身管火炮的射程再度提高了一個數(shù)量級,但是洲際導(dǎo)彈比打得最遠(yuǎn)的電磁炮的射程還要多1個數(shù)量級。這就導(dǎo)致普通身管火炮、電磁炮和洲際導(dǎo)彈三者,同樣都可以自動忽略地球曲率的問題,都把三維空間簡單的二維化。如果在高原上使用電磁炮和大洋上使用電磁炮有大氣條件和重力場的不同,只需要臨時更換一套新射表即可。而且射程1000公里的電磁炮,一般都是以75度以上的大仰角齊射為主。


其炮彈大部分時間飛行在卡門線以外;下落期間也只有最后一段需要近乎垂直再入十幾公里厚度的底層大氣;因此受到風(fēng)力和氣壓變化的干擾更小,導(dǎo)致射程如此之大的電磁炮炮彈,實際命中精度反倒比普通非制導(dǎo)炮彈還要高!


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