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為什么武器不會(huì)無(wú)限長(zhǎng)大?武器裝備中的“木桶效應(yīng)”

2020-10-12 21:23 作者:冰封之龍  | 我要投稿

我們常說(shuō),一個(gè)人最強(qiáng)的一點(diǎn)能夠決定他的上限,但是同樣他最弱的一點(diǎn)會(huì)決定它的下限,這就是“木桶效應(yīng)”。武器也是一樣,有的武器上限很高,但下限同樣很低;有的武器沒什么上限,但是下限很足;有的就比較適中。那么,你們知道什么因素是限制一款武器實(shí)力的“木桶效應(yīng)”呢?

陸軍裝備:

1、火藥裝備極限威力限制了當(dāng)代火器的進(jìn)一步發(fā)展

當(dāng)前步槍技術(shù)受到推進(jìn)劑技術(shù)和人體承受能力的限制,已經(jīng)難以擊穿NJ IV級(jí)防彈衣
受制于推進(jìn)劑技術(shù)限制,目前120/125坦克炮實(shí)力已經(jīng)挖掘殆盡

自從二十世紀(jì)全面進(jìn)入“火器時(shí)代”以來(lái),火器替代了受制于人體極限的冷兵器成為了陸戰(zhàn)武器絕對(duì)的主宰者,而其中最為重要的就是后膛身管武器。經(jīng)過(guò)一百年的高速發(fā)展,如今的步槍、火炮無(wú)論是威力、精度和射程都比100年前有了革命性的提高,但是我們也要看到,由于身管武器是利用推進(jìn)劑的化學(xué)能在身管內(nèi)推送彈丸的原理,在發(fā)射藥最大能量密度、炮管最大允許膛壓和人體/載具能夠承受的后坐力的三者限制下,傳統(tǒng)身管武器的性能已經(jīng)近乎被壓榨殆盡,但是由于近30年以來(lái)復(fù)合材料裝甲的蓬勃發(fā)展,傳統(tǒng)的步槍已經(jīng)越來(lái)越難以洞穿美標(biāo)IV級(jí)重型(中國(guó)六級(jí))重型裝甲,而大威力的12.7機(jī)槍彈又因?yàn)闃岓w過(guò)重,后坐力過(guò)大而難以成為單兵武器;坦克炮也是一樣,雖然通過(guò)延長(zhǎng)穿甲體使得目前M829A4為代表的現(xiàn)代穿甲彈具備了700mm以上穿甲深度,但是由于120/125mm火炮受制于推進(jìn)劑燃速,最大初速無(wú)法突破2000m/s的限制(而且考慮到內(nèi)彈道穩(wěn)定性不應(yīng)當(dāng)超過(guò)1800m/s),因此實(shí)際上目前120/125的最大動(dòng)能被限制在13-14MJ,無(wú)法進(jìn)一步提升,而更大口徑的130/140炮也因?yàn)檐圀w增重幅度較大(彈藥本體加大、炮塔容積增多而且可能因?yàn)閺椝庍^(guò)重而必須使用裝彈機(jī)),而導(dǎo)致本來(lái)就已經(jīng)達(dá)到70噸的歐洲第三代坦克進(jìn)一步加重,有可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)大部分路面。因此,當(dāng)今陸軍裝備更新?lián)Q代緩慢的根本原因之一,就是因?yàn)楫?dāng)今的身管火炮/火器逼近理論極限了。

海軍:當(dāng)代雷達(dá)系統(tǒng)極限導(dǎo)致導(dǎo)彈戰(zhàn)艦無(wú)法無(wú)限放大

055的電子系統(tǒng)可謂是當(dāng)代配置最頂尖的
雖然尺寸足足是旁邊英國(guó)45的3倍以上,但現(xiàn)實(shí)中基洛夫級(jí)的火力通道卻只和后者齊平

我們都知道,在沒有航空兵或者衛(wèi)星數(shù)據(jù)的支持下,軍艦最為重要的“耳目”就是雷達(dá)系統(tǒng)。只有雷達(dá)系統(tǒng)準(zhǔn)確地鎖定了敵人,導(dǎo)彈才能夠得以發(fā)射出去。但是,由于地球曲率的影響,現(xiàn)實(shí)中艦載雷達(dá)的探測(cè)能力相當(dāng)有限。

雷達(dá)盲區(qū)示意圖

根據(jù)計(jì)算,使用微波頻道的雷達(dá)(直線傳播)在高度為30米的軍艦桅桿上,對(duì)于海平面目標(biāo)探測(cè)距離約為20公里;當(dāng)進(jìn)行對(duì)空搜索時(shí),它對(duì)于位于6000米高巡航段飛行的飛機(jī)探測(cè)距離為270公里,再遠(yuǎn)一些就低于地平線了。

為了探測(cè)到更遠(yuǎn)的目標(biāo),蘇聯(lián)/俄羅斯利用短波信號(hào)可以沿著電離層反射的原理設(shè)計(jì)了“音樂臺(tái)”雷達(dá)系統(tǒng),中國(guó)仿制為366雷達(dá)。這種雷達(dá)可以接受目標(biāo)反射回的短波信號(hào)并標(biāo)記對(duì)方位置,在最理想的氣候下(濕度,風(fēng)速和海浪高度都符合),可以探測(cè)到300-400公里的海平面目標(biāo),但是在一般的海況條件下,有效探測(cè)距離僅有60-100公里。所以,在沒有航空兵或者衛(wèi)星的探測(cè)下,水面戰(zhàn)艦最遠(yuǎn)的探測(cè)距離也就是400公里了,如果算上艦載直升機(jī)的偵察半徑,那么理論上能夠探測(cè)到500公里。所以我們會(huì)發(fā)現(xiàn),一般大部分的反艦導(dǎo)彈射程在120-180公里,少數(shù)如鷹擊-18,美國(guó)反艦戰(zhàn)斧,標(biāo)準(zhǔn)6,艦載LRASM能達(dá)到500公里,這就是一般戰(zhàn)艦的極限探測(cè)距離。而再遠(yuǎn)一些的P-500/700導(dǎo)彈,就必須依賴航空兵和衛(wèi)星的偵察信號(hào)了。


除了雷達(dá)波的特性以外,雷達(dá)本體的特性也導(dǎo)致它無(wú)法無(wú)限制的放大。

早期的346雷達(dá),根據(jù)2015年一篇已經(jīng)移民加拿大的前研發(fā)人員的回憶,1995年中國(guó)論證346雷達(dá)時(shí)僅有硅半導(dǎo)體制造的TR單元,因此3456片TR只能產(chǎn)生340KW的發(fā)射功率,所以使用風(fēng)冷系統(tǒng),外觀體現(xiàn)為弧形雷達(dá)罩
346A雷達(dá),換裝了更新的TR系統(tǒng),數(shù)據(jù)格式也改為數(shù)字信號(hào),性能更加強(qiáng)大,功率更強(qiáng),采用平面液冷結(jié)構(gòu)
055的346B雷達(dá)功率進(jìn)一步加大,為此055配備了6臺(tái)1000千瓦的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)

從中華神盾的發(fā)展歷史看,隨著我國(guó)技術(shù)的提高,346雷達(dá)系統(tǒng)也在20年內(nèi)經(jīng)歷了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,從最早的模擬信號(hào)硅半導(dǎo)體的346雷達(dá),到如今5055上單面功率接近1000千瓦的346B雷達(dá),僅僅電功率就提升了3倍以上,熱功率也會(huì)大大增加。但是不要忘記,隨著發(fā)熱量的大幅提高,冷卻系統(tǒng)(通常是銅制冷卻管)的重量也會(huì)越來(lái)越大,而且開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃油消耗也會(huì)大幅提高,根據(jù)美國(guó)伯克級(jí)驅(qū)逐艦的使用記錄,在不開SPY-1雷達(dá)時(shí)續(xù)航力約為4200海里,但是雷達(dá)24小時(shí)開機(jī)下就會(huì)導(dǎo)致續(xù)航力銳減到2000海里左右。所以大家會(huì)發(fā)現(xiàn),052D型驅(qū)逐艦保留了僅有30千瓦的517H雷達(dá)作為日常值班雷達(dá),001遼寧艦,002山東艦保留了054A的250千瓦382A雷達(dá)作為值班雷達(dá),055未知,但也應(yīng)該擁有值班雷達(dá)系統(tǒng)。

因此,軍艦的雷達(dá)系統(tǒng)受制于物理特性、雷達(dá)發(fā)熱、雷達(dá)功率原因無(wú)法無(wú)限放大,同時(shí)因?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)之間的電磁兼容和計(jì)算機(jī)處理能力的限制,雷達(dá)的火力通道不能無(wú)限制增加,因此就算是把基洛夫級(jí)巡洋艦安上055的電子系統(tǒng),也無(wú)法讓它具備同時(shí)齊射100枚防空導(dǎo)彈的效果,所以各國(guó)海軍基本上都沒有興趣新建15000噸以上的大型導(dǎo)彈戰(zhàn)艦。

空軍:動(dòng)力和結(jié)構(gòu)材料限制了飛機(jī)“天馬行空”的能力

主要結(jié)構(gòu)由不銹鋼構(gòu)成的MIG25是唯一突破雙3性能的戰(zhàn)斗機(jī),同時(shí)也是F-22之前唯一可以在2馬赫下做出6G機(jī)動(dòng)的飛機(jī),但是由于過(guò)于傾斜超音速性能,導(dǎo)致低速機(jī)動(dòng)性很差
由于遷就海軍上艦需求,F(xiàn)-35飛機(jī)顯得比較短粗,雖然保證了亞音速機(jī)動(dòng)性不亞于F-16,但是超音速性能相當(dāng)不足,極速甚至低于F-18C戰(zhàn)斗機(jī),是現(xiàn)役少數(shù)難以飛到2馬赫的戰(zhàn)斗機(jī)

飛機(jī)設(shè)計(jì)是最需要平衡的。飛機(jī)的升力主要來(lái)自于機(jī)身和機(jī)翼的流體外形和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng),同時(shí)由于“音障”的存在,飛機(jī)在亞音速段面臨的氣流和超音速段面臨的氣流環(huán)境完全不同,所以很難設(shè)計(jì)出同時(shí)兼顧亞音速和超音速性能的戰(zhàn)機(jī)。在歷史上,曾經(jīng)有過(guò)變后掠翼技術(shù)、雙三角翼技術(shù)、大邊條技術(shù)試圖權(quán)衡亞音速性能和超音速性能,但是目前來(lái)看還是難以找到讓亞音速、跨音速、超音速三者全部滿足的設(shè)計(jì),因此當(dāng)前設(shè)計(jì)飛機(jī)只能盡可能滿足最常用的跨音速(0.9-1.2馬赫)段的機(jī)動(dòng)性(蘇27除外,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠,存在跨音速陷阱,因此蘇27必須在低于0.9的低速下才能全面發(fā)揮機(jī)動(dòng)性優(yōu)勢(shì))。不過(guò),由于第三代飛機(jī)和美國(guó)F35過(guò)于考慮跨音速段飛行,導(dǎo)致在2馬赫上機(jī)動(dòng)性大幅下降,反而失去了攔截圖22M3、圖160等高速轟炸機(jī)的能力,因此美國(guó)不得不重新生產(chǎn)適合2馬赫以上攔截的F-15X彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)截?fù)魴C(jī)的不足。

火箭軍:

核彈小型化、運(yùn)載工具的尺度限制決定了一個(gè)核武器國(guó)家的水平上限

核導(dǎo)彈部隊(duì)是安理會(huì)五大常任理事國(guó)的大國(guó)基石。核導(dǎo)彈顧名思義,由核彈頭和導(dǎo)彈兩個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成,因此它們的上限便由二者最弱的部分決定。

中國(guó)60年代設(shè)計(jì)的東風(fēng)4導(dǎo)彈,因?yàn)楫?dāng)時(shí)核彈小型化水平較低,同時(shí)缺乏固體燃料技術(shù),所以只能設(shè)計(jì)為大型液體單彈頭遠(yuǎn)程導(dǎo)彈
DF-41全車整備重量已經(jīng)達(dá)到了150噸以上,即使空車也不低于110噸(俄羅斯白楊導(dǎo)彈發(fā)射車MAZ-79221空車120噸),為此長(zhǎng)安街地下必須增加鋼制支撐才可以滿足大閱兵需求

對(duì)于一個(gè)能研發(fā)出核武器的國(guó)家來(lái)說(shuō),第一個(gè)門檻就是核彈頭小型化。二戰(zhàn)美國(guó)的“胖子”核彈頭高達(dá)4.8噸,就算是現(xiàn)代能夠發(fā)射這么巨大的彈體的運(yùn)載火箭也不多見。因此第一個(gè)攔路虎就是核彈頭的小型化。由于核彈頭從外太空返回地球時(shí)要承受巨大的氣動(dòng)加熱,因此彈體首先要解決耐熱性;同時(shí),為了適配導(dǎo)彈頭錐整流罩的形狀,導(dǎo)彈彈頭也必須要設(shè)計(jì)成尖錐狀,因此對(duì)于彈頭的結(jié)構(gòu)布置提出了極高的要求。對(duì)于美國(guó)核彈頭的發(fā)展歷史可以參考這篇文章。


核彈頭小型化和兩彈結(jié)合成功后,下一個(gè)問題就是運(yùn)載火箭的開發(fā)。液體燃料火箭由于推力可控,燃料比沖高,比較適合發(fā)射大載荷的物體,因此一直以來(lái)重型洲際導(dǎo)彈都是液體燃料導(dǎo)彈。但是液體燃料導(dǎo)彈由于燃料密度低,因此通常尺寸較大,除了蘇聯(lián)為了核潛艇開發(fā)的R-29RMU2導(dǎo)彈在保證10000公里射程和1噸投放能力情況下縮減到了40噸,15米長(zhǎng)的尺度外,絕大部分中俄現(xiàn)役的液體燃料都在150噸以上(中國(guó)東風(fēng)5約180-200噸,俄羅斯R-36M,RS-28薩爾馬特約220噸),僅燃料運(yùn)輸卡車就得二十多輛,導(dǎo)致這種導(dǎo)彈只能夠在發(fā)射井內(nèi)固定部署。而機(jī)動(dòng)式洲際導(dǎo)彈則受制于核潛艇外殼尺寸、陸地運(yùn)載車的通過(guò)性的限制也無(wú)法做的很大,導(dǎo)致性能比起液態(tài)燃料導(dǎo)彈存在不同程度的下降。

094潛艇設(shè)計(jì)用來(lái)發(fā)射巨浪2型,不過(guò)從報(bào)道看,2019年后列裝的巨浪3型也可以改裝到094上發(fā)射

結(jié)語(yǔ)

武器設(shè)計(jì)是一個(gè)多方面均衡的過(guò)程,正如經(jīng)濟(jì)學(xué)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)規(guī)律一樣,武器在突破了“最佳尺度”后,其性能的增長(zhǎng)幅度并不會(huì)和它的體積增長(zhǎng)成正比,甚至?xí)a(chǎn)生“規(guī)模不經(jīng)濟(jì)”效果,即尺寸變大反而導(dǎo)致整體性能的下降。因此,現(xiàn)實(shí)中制造武器絕不是軍備競(jìng)賽時(shí)拍腦袋的“互相比體積大”,而是要根據(jù)一個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的水平精確的進(jìn)行計(jì)量和生產(chǎn)。

為什么武器不會(huì)無(wú)限長(zhǎng)大?武器裝備中的“木桶效應(yīng)”的評(píng)論 (共 條)

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