精确制导武器的制导方式有许多,除了大家熟悉依赖自身探测制导头的雷达、红外、光学和激光等末制导外,还有导航卫星制导和惯性制导等。其中卫星导航最廉价,无需自带探测制导头,对飞行时间和距离也不敏感,但过分依赖导航卫星系统,如果是人家的系统可能在战时被关闭或干扰。而惯性制导完全依靠导弹自身携带的陀螺仪来记住每一个微小的飞行矢量变化,出现扰动偏差可即时纠正,使之完全按预订轨迹飞行,因此它是唯一完全不依靠外部因素来修正的制导方式,完全不可干扰。因此价值最高的洲际导弹,就是采用惯导方式,极少数中途加入星光制导校正下。现在的巡航导弹和许多远程区外空地导弹,则普遍采用GPS+INS制导方式,GPS指卫星导航,而INS就是惯导,取前者对时间不敏感而后者抗干扰能力强的各自优点。
显然,惯导这种重要的制导手段,其精度完全取决于陀螺仪的精度,后者是以单位时间的偏移量来计算的,误差只跟时间而跟飞行距离无关。比如用同样精度的陀螺,射程2000公里的巡航导弹会比射程10000公里的洲际导弹误差更大,因为慢速的前者飞行时间比高速的后者长好几倍,所以前者才需要加GPS校正。
陀螺分好几类,最早的是机电陀螺,跟我们玩的陀螺原理差不多,导弹姿态变化时,高速旋转的陀螺因自稳性就会与平台产生倾斜,算出这个夹角就可以纠正。说起来虽然简单,但因为导弹是三轴运动的,你得把做出一圈套一圈的3D陀螺才行,这个工艺就极其复杂,像图一中美国MX洲际导弹上这种机电陀螺,体积重量很大,价格极其昂贵,它每小时仅偏离1.5X10-5度(10的负五次方),能让导弹飞行40分钟和14000公里后依然达到100米的命中精度,堪称机电陀螺的巅峰之作,但这东东有五十多公斤重。
之后又出现了激光陀螺,它通过图二所示的环形激光反射镜来精确测量陀螺仪的微小角度偏差,结构更简单,因此能在精度保持甚至超过机电陀螺的同时,大幅降低体积重量和成本。但它依然是个高大上的东东,即使今天也依然用在像洲际导弹之类的高价值武器上。
再往后又出现了光纤陀螺,其原理见图三。它是缠绕一个很长的光纤线圈,将同一束激光从两端分别打入,如果导弹出现角速度变化就会影响光程,而我们测量出两束光的光程差就能反推出角速度变化。光纤陀螺比环形激光陀螺更轻更廉价,只是目前它的精度暂时还达不到顶级激光陀螺的水平,比较适合廉价的武器。
中国对激光陀螺的研究时间已经很长了,今年初已经实现了量产,这对我们高端的陆基和潜射洲际导弹是个普大喜奔的好消息。祝贺文中提到的这个团队。
中国在光纤陀螺方面也跻身世界先进水平,特别是价格上优势突出,基本是奔着白菜价做。比如火箭炮吧,这东东的精度比身管火炮差三倍(误差约等于射程的百分之一,而身管火炮只有三百分之一),那么你做射程200公里的超远程火箭炮时,不校正误差可能达到2公里之谱(那还打个鸟啊),而我们极尽火箭炮的一切精度潜力后(包括出膛时通过线圈输入风偏和姿态等校正信息)才压缩到600米,大家看卫士二刚出现时公布的射程就是这样,只能打机场等大面积目标,打更小的就得加子弹头末制导。但加入光纤陀螺后,就可以直接获得100米左右的命中精度,而且这个成本相对百万元左右的火箭弹来说并不昂贵,可谓性价比十分突出。
大家真以为美俄都造不出射程200公里的火箭炮,而让中国轻易地就遥遥领先全世界了吗?其实远程火箭弹并不复杂,只不过我前述的过高的命中误差实在让这么远的射程变得无意义,而为火箭弹装昂贵的制导系统又不太值当,所以没别人在这样做。而中国的光纤陀螺应该三年前就量产了,这种白菜价般的普及优势是别国比不了的。所以我总说,性能是一方面,而价格有时意义更重大。