弹道导弹上的这个有1万9千个零件,你知道是什么吗?

弹道导弹上的这个有1万9千个零件,你知道是什么吗?

首页角色扮演MX计划更新时间:2024-04-21

这不是科幻电影道具,这是美国最致命的冷战洲际弹道导弹的末日导航仪

“和平制造者”导弹的导航套件拥有有史以来最精确、最复杂的独立陀螺仪系统。它有19000个独立的部件。

上面照片中引人注目的物体看起来像是高端科幻电影中的核心道具,但它绝非如此。你所看到的是先进惯性参考球(AIRS)制导系统,该系统被设计用作高精度LGM-118A“和平卫士”洲际弹道导弹(ICBM)的导航核心,也被称为MX(导弹实验)。“和平卫士”代表了冷战时期美国洲际弹道导弹技术的巅峰,但它的价格非常高,而且研发时间线也不太顺利。尽管它让民兵III相形见绌,而且在许多方面都很先进,但AIRS是迄今为止与MX/Peacemaker计划相关的最精致的技术。事实上,该系统的存在是“和平卫士”存在的一个主要因素。

​这张精彩的照片是由摄影师兼作家马丁·米勒拍摄的,他承担了以戏剧性的方式捕捉冷战武器的任务。下面这张完整的照片出自米勒的书《大规模*伤性武器:核时代的幽灵》。

在书中,米勒这样描述“和平卫士”的超级INS(惯性导航系统):

和平卫士导弹使用的惯性制导模块,技术上称为先进惯性参考球(AIRS)。AIRS重新定义了洲际弹道导弹可能的精度概念。球体不是安装在平衡架上,而是漂浮在外壳内的氟碳流体中。陀螺仪和加速度计位于球体内,三个液压推力阀和涡轮泵用于保持球体的稳定方向。组装19,000个独立部件的工作量是巨大的。

先进惯性参考球, 马丁·米勒

所以,这件事真的很了不起。事实上,有些人会认为这是冷战时期最不可思议的技术之一。AIRS在将导弹的循环可能误差(CEP,即精度)降低到40米方面至关重要。至今仍在服役的民兵III型导弹的CEP大约是它的六倍。洲际弹道导弹可以如此精确的想法,是在当时被称为MX计划的情况下,首先给“和平卫士”带来生命的主要因素。

核武存档网站有对AIRS更详细的描述:

先进惯性参考球(AIRS)是迄今为止开发的最精确的惯性导航(INS)系统,也许标志着持续改进INS技术的长期过程的结束。

这个极其复杂和昂贵的INS单元具有查尔斯·斯塔克·德雷珀博士定义的“第三代”精度,他是超精确惯性制导发展的主导力量。这转化为INS漂移率小于1.5 x 10^-5度每小时的操作。这种漂移率是如此之低,以至于AIRS对和平卫士导弹的不准确性的贡献仅为1%,因此实际上是一个完美的制导系统(即零漂移率不会显著提高和平卫士的性能)。

甚至在弹道导弹飞行期间这种制导系统的精度也很少被利用,它主要用于在导弹警报期间维持制导系统在地面上的对准,而不需要通过精密陀螺仪罗盘进行外部参考。大多数洲际弹道导弹在发射前需要一个外部对准系统来保持惯性制导系统与外界同步。在洲际弹道导弹制导方面,AIRS可能和任何INS一样好。

这种极端精确度的代价是巨大的复杂性和成本。AIRS有19000个部件。1989年,用于AIRS的单个加速计(有三个)花费了30万美元,花了6个月的时间制造。

很少有应用需要如此独立于外部参考的精确指导。事实上,除了洲际弹道导弹制导之外,还没有确定的。如果消除了对完全自主的要求,则可以以其成本和重量的一小部分获得极高的制导精度。例如,像GPS(全球定位系统)和GLONASS这样的卫星定位系统的出现,只需要一个轻便廉价的接收器,就可以在无限的运行时间内实现厘米级的精度。NASA航天器要求极高的制导精度,但使用外部导航提示来获得它。甚至新的核武器制导计划也显示出为了成本和重量而牺牲自主性的意愿。提议的BIOS(炸弹冲击优化系统)是B-61的一种滑翔炸弹,提议使用GPS代替INS进行制导。考虑到来自先进的外部参考方法的竞争,就精度而言,INS技术可能已经达到了终点。

左: AIRS的展示。其他图片:不同发展阶段的AIRS。

最后一段说到点子上了。如今,内置GPS的环形激光陀螺INS系统封装很小,可以承受巨大的重力,从导弹到炮弹,它们都可以装在里面。

现代环形激光陀螺系统。

在GPS被用来校正漂移之前,工程师们为了使惯性导航系统尽可能精确而付出了惊人的努力。除了几乎不惜一切代价制造一个近乎完美的基于机械陀螺仪的惯性导航系统外,还使用了其他形式的导航来帮助更新性能较差的惯性导航系统。也许最有能力的是在SR-71黑鸟和B-2等战略飞机上发现的导航单元。甚至三叉戟潜射弹道导弹也使用天文导航来更新其能力较差的惯性导航系统。 “和平卫士”仅使用AEIRS就能将多达12枚核弹头发射到距离发射点约9000英里的地方,这是一项技术上的胜利,远远超过了人们对它的认可。

尽管AIRS的存在有助于和平卫士的存在,但它也损害了其更广泛部署的机会,以及其他一些主要因素。尽管它实际上是导弹概念的核心,但它的极端复杂性意味着从1986年开始部署的“作战”导弹甚至没有安装INS。它们毫无用处。直到1988年,导弹才开始配备这个关键部件。

在一次远程试射中,一枚和平卫士的分导多弹头在夸贾林环礁附近的撞击

只有50枚LGM - 118A被部署。他们最终在2005年完全放弃了库存。事实上,《第二阶段削减战略武器条约》对导弹的效用产生了巨大影响。如果每枚导弹只配备一枚弹头,民兵III是维持美国有点可疑的“核海绵”的一种便宜得多的方式。此外,“和平卫士”背后的想法是能够准确地击中苏联的核弹头洲际弹道导弹,这是“民兵”不够精确的地方。“和平卫士”从未按照最初设想的可生存概念部署,这一事实也损害了其职业生涯。但“和平卫士”仍然是一个技术奇迹,其令人难以置信的复杂,但令人难以置信的能力是它在技术上的真正胜利,使导弹概念在冷战末期值得追求。

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