最近，B站著名科普UP萌萌戰(zhàn)隊(duì)發(fā)布了一篇解讀PGK簡(jiǎn)易衛(wèi)星制導(dǎo)引信的視頻，引來很多軍事愛好者關(guān)注。在這篇視頻里，UP為觀眾們揭秘了這款看似十分簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)內(nèi)在的奧妙：外觀只有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的小風(fēng)車，但卻蘊(yùn)含著四個(gè)獨(dú)立的GPS天線、引信發(fā)電系統(tǒng)和彈體耦合升力控制系統(tǒng)，使得發(fā)射后，制導(dǎo)系統(tǒng)只需要根據(jù)輸出信號(hào)調(diào)整轉(zhuǎn)子的摩擦阻力，即可實(shí)現(xiàn)炮彈在四個(gè)自由度內(nèi)的控制?？吹竭@里，很多人紛紛都驚訝地說：沒想到制導(dǎo)彈藥居然這么簡(jiǎn)單！

其實(shí)，所有的制導(dǎo)武器在設(shè)計(jì)時(shí)，都考慮的元器件在惡劣的發(fā)射過程和長(zhǎng)期的儲(chǔ)存過程中受到損害的可能性，因此想要盡可能提升可靠性就一個(gè)方法——減少元器件個(gè)數(shù)，并使其更加緊湊。當(dāng)零件總量，占用體積壓縮之后，可靠性自然就提高了，而且還有利于壓低成本。那么，我們就看看那些聽完后會(huì)讓我們眼前一亮的控制系統(tǒng)吧。

前言：到底是旋轉(zhuǎn)的彈藥好做制導(dǎo)，還是不旋轉(zhuǎn)的彈藥好做制導(dǎo)？

很多人看到上個(gè)視頻提到的PGK工作原理時(shí)，都會(huì)覺得“炮彈不是高速旋轉(zhuǎn)嗎？為啥高速旋轉(zhuǎn)的彈藥還能精確控制落點(diǎn)呢”？其實(shí)，我們?cè)诶斫狻靶D(zhuǎn)”和“平飛”之前，先要弄明白“直線飛行”這個(gè)道理。

很多人會(huì)以為，直線飛行（或直線航行）不是最簡(jiǎn)單的嗎？把物體發(fā)射出去，它不就是進(jìn)入到直線前進(jìn)的軌跡了嗎？但是實(shí)際上，空氣的氣流沖擊，和海水的海流浪濤沖擊，對(duì)發(fā)射體的直線前進(jìn)是有很大的阻礙的。因此，聰明的古代人就發(fā)現(xiàn)了一件事，如果單純對(duì)敵人投出石頭和標(biāo)槍，那么距離越遠(yuǎn)，越容易歪掉；但是如果把標(biāo)槍一邊旋轉(zhuǎn)，一邊投出，就能讓標(biāo)槍飛的又穩(wěn)又遠(yuǎn)，因此，古羅馬的一部分精銳戰(zhàn)士，就把引導(dǎo)繩綁在重標(biāo)槍上，投出的一瞬間拉動(dòng)繩索，讓標(biāo)槍旋轉(zhuǎn)飛行，就能很精準(zhǔn)刺中對(duì)方。而另一種很古老的武器——弓箭，則使用了另一個(gè)很有效的辦法——加裝尾翼來引導(dǎo)氣流。通過以軸對(duì)稱的方式安裝3-4片箭羽，就能讓弓箭射出后沿著穩(wěn)定的軌跡飛行，直到命中，更有的箭羽采用螺旋形設(shè)計(jì)，射出的箭也是以旋轉(zhuǎn)飛行命中目標(biāo)。

多年之后，隨著力學(xué)理論不斷成熟，人們才認(rèn)識(shí)到旋轉(zhuǎn)和尾翼分別利用了兩個(gè)重要理論來使得投射物穩(wěn)定飛行：

旋轉(zhuǎn)是利用物體的慣性力來實(shí)現(xiàn)定軸性的，陀螺儀也是依照此原理制造的。旋轉(zhuǎn)速度越快，彈體重量越大，初速度越大，越容易保持較高的慣性飛得更遠(yuǎn)。但是，需要注意的是，轉(zhuǎn)速越大，彈體和內(nèi)部零件受到的離心力也越大，使得結(jié)構(gòu)有受損風(fēng)險(xiǎn)。

尾翼則是利用空氣動(dòng)力學(xué)的原理來實(shí)現(xiàn)平飛的，通常分為垂直安定面和水平安定面。當(dāng)有側(cè)向力作用使飛機(jī)航向偏離時(shí),垂直安定面上與偏航方向相反一側(cè)的阻力增大,產(chǎn)生一個(gè)使飛機(jī)回到..原始航向的力量，使得它自動(dòng)完成軌跡修正，返回原先的航跡，但是缺點(diǎn)是隨著流體密度越低而控制性能越差，也就不適合高空和太空飛行使用。同時(shí)，如果沒有制導(dǎo)系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)整安定面角度，隨著時(shí)間累積的誤差會(huì)越來越大，最終失去精度。

所以，在人們搞清楚旋轉(zhuǎn)和安定面穩(wěn)定平飛的理論后，制導(dǎo)系統(tǒng)也隨之而然產(chǎn)生出來。但通常來說，武器要首先滿足平飛穩(wěn)定性，其次才是滿足它改變姿態(tài)的能力，所以在過去武器制導(dǎo)系統(tǒng)控制能力不高的情況下，各國(guó)其實(shí)都比較偏愛能夠靠自身旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定飛行的武器來改裝制導(dǎo)武器，這樣就不需要考慮到維持平飛需要的調(diào)整力度，只需要專心做好對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)的姿態(tài)控制即可。所以，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，很多本文里提及到的制導(dǎo)系統(tǒng)，以及上文的PGK制導(dǎo)組件，其實(shí)都是依托于“旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定”平臺(tái)控制的。

9M14嬰兒/HJ-73：一維控制舵面的典范

9M14的外觀有前方的4片小翼面和后方的4個(gè)大翼面，這會(huì)讓很多人以為他是擁有多個(gè)可動(dòng)翼面的。但是事實(shí)上，這些你看到的都不是它的控制面，真正的控制面隱藏在2個(gè)尾部噴口中，而且每個(gè)噴口僅有1個(gè)燃?xì)舛妗?/p>

根據(jù)資料，9M14的制導(dǎo)系統(tǒng)如此運(yùn)作：

該彈采用無尾翼、后置彈翼氣動(dòng)外形布局和推力矢量控制方案。4片雙后掠彈翼分布在彈體后部，呈X形配置，并有3.25°的安裝角，產(chǎn)生導(dǎo)彈右旋的滾動(dòng)力矩，獲得8.5r/s的巡航轉(zhuǎn)速。每片彈翼由上下兩部分鉸接而成，前緣后掠角分別為45°和15°，上部翼面可向下拆疊，便于裝箱運(yùn)輸。為增大導(dǎo)彈的自旋速度(達(dá)到8.5r/s)，噴管軸線與彈體母線呈50夾角。環(huán)形助推藥柱外徑112mm，長(zhǎng)度90mm，重量0.68kg，工作時(shí)間約0.65s，推力210.9dN。主發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)噴管與彈體軸線呈7°夾角，尾噴口各有1個(gè)擺舵，用于推力矢量控制，其極限偏轉(zhuǎn)位置為±14°。圓柱形主藥柱直徑65mm，溝槽寬度9mm，重量1.525kg，推力7.26dN，由延時(shí)器保證在導(dǎo)彈發(fā)射后0.45～0.90s點(diǎn)火燃燒，以防止導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)開始工作之前，發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)膺M(jìn)入舵機(jī)使擺帽偏至極限位置。

彈上制導(dǎo)控制系統(tǒng)位于后艙主發(fā)動(dòng)機(jī)噴管與殼體空間，包括線管、配電器、三自由度基準(zhǔn)陀螺和脈沖調(diào)寬電磁式舵機(jī)。線管內(nèi)的電纜和彈上三芯導(dǎo)線，使車載/機(jī)載制導(dǎo)控制系統(tǒng)與彈上制導(dǎo)控制系統(tǒng)相連，供射手對(duì)導(dǎo)彈實(shí)施跟蹤控制。該陀螺采用拉索獲得旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，1根鋼索通過圓柱形轉(zhuǎn)子中間的開槽，纏繞在轉(zhuǎn)子軸頸上，鋼索一端通過兩個(gè)銷釘固定在轉(zhuǎn)子上，另一端通過拉桿固定在發(fā)射架上，發(fā)射時(shí)導(dǎo)彈飛離發(fā)射導(dǎo)軌，使纏繞著的鋼索拉開，從而使陀螺轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速達(dá)到2700r/min。電磁式舵機(jī)根據(jù)射手按照彈上陀螺儀發(fā)回的滾轉(zhuǎn)基準(zhǔn)信號(hào)，通過指令傳輸導(dǎo)線經(jīng)由配電器分配的控制信號(hào)，帶動(dòng)位于發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口燃?xì)饬髦械臄[舵偏轉(zhuǎn)，從而改變導(dǎo)彈的推力矢量方向，獲得改變導(dǎo)彈飛行方向的控制力。

原來，9M14是利用發(fā)射時(shí)鋼索拉動(dòng)解決了陀螺儀動(dòng)力，同時(shí)利用陀螺儀發(fā)出的導(dǎo)彈噴口實(shí)時(shí)相對(duì)彈體的相關(guān)角度位置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制指令的響應(yīng)。得益于它傾斜的舵面和傾斜的噴口，它飛行時(shí)自身就能利用旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定效應(yīng)保持平飛，阻止側(cè)風(fēng)對(duì)其的影響；當(dāng)控制臺(tái)發(fā)出“左轉(zhuǎn)偏航”指令時(shí)，它只會(huì)在噴口正好處于垂直面時(shí)發(fā)出燃?xì)庾笃闹噶睿瑢?shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，向右和俯仰同理。這樣一來，它就無須設(shè)置二維控制面，只需要利用導(dǎo)彈自身旋轉(zhuǎn)和一維控制面就能讓導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)上下左右調(diào)整。正因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)如此簡(jiǎn)單，9M14及其各國(guó)仿制型的價(jià)格一如誕生時(shí)的廉價(jià)，才歷經(jīng)50年的歲月洗禮而仍然大量生產(chǎn)，活躍在各地的戰(zhàn)場(chǎng)上。

飛毛腿：發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)序和燃?xì)舛婵刂?br>

飛毛腿導(dǎo)彈在之前專欄就提及過它簡(jiǎn)單而實(shí)用的制導(dǎo)系統(tǒng)。

飛毛腿的外觀很有欺騙性，很多人都以為它尾部碩大的尾翼是控制面，但實(shí)際上只是4個(gè)固定安定面，真正的控制面是發(fā)動(dòng)機(jī)噴口處的燃?xì)舛妗Ｕ麄€(gè)導(dǎo)彈的飛控只依賴發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)機(jī)時(shí)序和發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的燃?xì)舛嫫D(zhuǎn)。

飛毛腿導(dǎo)彈飛控系統(tǒng)則采用一臺(tái)二自由度機(jī)械陀螺儀和定時(shí)控制系統(tǒng)，沒有飛控計(jì)算機(jī)。導(dǎo)彈所有的控制系統(tǒng)僅局限在導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和燃?xì)舛妫ê笃诔r版本有安裝類似于現(xiàn)代導(dǎo)彈的彈頭舵片），在發(fā)射前，操作人員需要根據(jù)射表設(shè)定導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間、燃?xì)舛嫫D(zhuǎn)角度，在導(dǎo)彈起飛后根據(jù)預(yù)設(shè)指令進(jìn)行程序轉(zhuǎn)彎和最后的發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)，并按照彈道飛向最終目標(biāo)。

AIM-9L格斗導(dǎo)彈：陀螺舵+鴨翼

在紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈出現(xiàn)后，戰(zhàn)斗機(jī)空戰(zhàn)迎來了新的飛躍。不過，由于戰(zhàn)機(jī)進(jìn)入格斗后都在瘋狂的機(jī)動(dòng)，使得導(dǎo)彈必須有著很高的敏捷性才能追上飛機(jī)。同時(shí)，早期的紅外感應(yīng)器精度不高，需要有良好的手段才能讓其保持視野對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。在這樣的情況下，1980年代，各國(guó)的紅外導(dǎo)彈普遍安裝了一樣裝備：陀螺舵。

我們知道，響尾蛇導(dǎo)彈在AIM-9X前，一直是鴨翼控制+尾部X型安定面的布局，不過作為格斗導(dǎo)彈，由于導(dǎo)彈姿態(tài)需要不斷改變，安定面如果性能太強(qiáng)，就會(huì)阻撓導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)性；但如果安定面性能不足，又會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)彈進(jìn)入不可控的滾轉(zhuǎn)，使得紅外探測(cè)器無法準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。所以，AIM-9L在尾部安定面安裝了陀螺舵，它可以有效的阻止導(dǎo)彈沿著彈體的滾轉(zhuǎn)，同時(shí)不增加額外的對(duì)導(dǎo)彈上下左右偏轉(zhuǎn)的阻力，資料如下：

導(dǎo)彈發(fā)射后，陀螺舵的轉(zhuǎn)子在高速氣流的作用下高速轉(zhuǎn)動(dòng)。按照觀察者從導(dǎo)彈后部觀察的參考系，如果導(dǎo)彈發(fā)射后出向逆時(shí)針方向滾轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，那么彈體的運(yùn)動(dòng)將賦予陀螺舵轉(zhuǎn)子繞導(dǎo)彈縱軸逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，根據(jù)陀螺的進(jìn)動(dòng)性原理，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與此角速度呈90度的進(jìn)動(dòng)角速度，在這個(gè)角速度的作用下，陀螺舵就會(huì)在轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)作用下，沿舵軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而這種偏轉(zhuǎn)又會(huì)在高速氣流的作用下產(chǎn)生氣動(dòng)效應(yīng)，推動(dòng)導(dǎo)彈產(chǎn)生繞彈體縱軸呈順時(shí)針的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而糾正導(dǎo)彈的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

因此，安裝了陀螺舵的AIM-9L，在追擊敵方目標(biāo)時(shí)可以飛出更大的過載，實(shí)現(xiàn)更好的打擊效果，它也是第一款實(shí)現(xiàn)了迎頭攔截?cái)硻C(jī)的響尾蛇系列導(dǎo)彈。由于陀螺舵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，止懸能力強(qiáng)大，使得它被用于大量的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈之上。

末敏彈：旋轉(zhuǎn)搜索系統(tǒng)

如果說響尾蛇導(dǎo)彈是利用陀螺舵阻止自身旋轉(zhuǎn)，以獲得清晰的導(dǎo)彈導(dǎo)引頭成像的話，那么末敏彈就恰好反轉(zhuǎn)，使用彈體下落的自旋來增加自己探測(cè)的面積和刷新率，以及末端打擊的覆蓋面積。

末敏彈通過各種手段投送到敵方頭頂后，就會(huì)打開降落傘進(jìn)入一個(gè)旋轉(zhuǎn)下落的階段。由于降落傘/彈翼的設(shè)置，彈藥的頭錐在地面上進(jìn)行一個(gè)阿基米德螺線式的搜索，隨著距離地面高度而減少。當(dāng)末敏彈末端搜索到射程內(nèi)（通常在10米左右）目標(biāo)特征信號(hào)后，就會(huì)在下一個(gè)周期對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)引爆自鍛戰(zhàn)斗部，對(duì)目標(biāo)發(fā)射彈丸將其頂甲擊穿。

這樣一來，末敏彈就可以實(shí)現(xiàn)1發(fā)對(duì)較大的面積（假如引爆斜距在10米，掃描線和垂直下落線夾角30度時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)半徑5米的內(nèi)的裝甲車輛實(shí)施打擊）的覆蓋效果，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于只能“砸“到敵人頭頂才能起爆的傳統(tǒng)集束炸彈，大大提升了打擊效率。

結(jié)語：精簡(jiǎn)高效的制導(dǎo)系統(tǒng)是構(gòu)筑低成本制導(dǎo)武器的基石

正如PPSH41的設(shè)計(jì)師斯帕金所說：把武器設(shè)計(jì)得非常復(fù)雜是很容易的，但是把武器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單卻很困難。制導(dǎo)武器也是一樣，過于繁雜的設(shè)計(jì)看似精巧，但是在戰(zhàn)時(shí)品控下降，保存環(huán)境惡化的情況下，可靠性會(huì)嚴(yán)重?fù)p失。而且，過于繁雜的設(shè)計(jì)，也使得生產(chǎn)成本增加，維護(hù)難度加大，不利于戰(zhàn)時(shí)擴(kuò)大生產(chǎn)裝備。但簡(jiǎn)化制導(dǎo)和控制單元，又并非是很容易的事情，簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)意味著對(duì)于理論更深層次的領(lǐng)悟，以及對(duì)生產(chǎn)技師更好的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。因此，只有將制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精簡(jiǎn)高效，才能構(gòu)筑戰(zhàn)時(shí)可快速生產(chǎn)的制導(dǎo)武器的基石。