什么是神奇的“飞人”?
发动机是导弹的心脏。用科学术语来说,也叫导弹的动力系统。也就是说,它可以像人的心脏一样为导弹的飞行提供动力。
火箭发动机是导弹最常用的发动机,但也有其他类型的发动机。导弹的燃料箱装有燃料——煤油、酒精或液氢;还有助于燃烧的氧化剂——液氧或其他固体氧化剂。这样,装有火箭发动机的导弹就可以在大气层或没有空气的太空中飞行,燃料燃烧所需的氧气由氧化剂提供。燃料和氧化剂一起构成火箭发动机的推进剂。推进剂燃烧后产生高温气体,通过喷管高速排出,以强烈的反作用力推动导弹飞行,速度可达几倍甚至十几倍音速。
火箭发动机分为液体燃料发动机和固体燃料发动机。
液体燃料发动机使用液体燃料(煤油、酒精或液氢等。)和液体氧化剂(如液氧)。由于液体燃料和液体氧化剂可以以最大速度和适当的比例进入发动机的燃料室,可以像水龙头一样调节,因此发动机的推力和工作时间也可以控制,可以使用高能推进剂来增加导弹的推力和射程。所以早期的导弹和现在的巨型火箭运载器,大部分都是用这种发动机。
使用固体燃料的火箭发动机使用含有氧化剂和燃料剂的固体燃料作为推进剂。它的工作原理和结构都很简单,只由燃烧室和喷嘴两部分组成。燃烧室填充有用于直接燃烧的固体推进剂。推进剂燃烧后产生的大量推进剂气体从喷管喷出,产生推力。
如果说发动机是导弹的心脏,那么导弹中的仪表舱——控制系统就应该是导弹的“大脑”和“中枢神经”。导弹是一种服从命令和指令的“炮弹”。它能准确命中,按规定路线飞向目标,是因为它有制导控制系统。控制导弹飞行的制导和控制系统的原理可以用一个类比来说明。
有三个青年露营队同时在玩一个“奔向目标”的军事游戏。露营指挥部递给第一个露营队一张地图,上面不仅标注了到达目的地的方向,还有具体的路线。这支队伍的任务是按照地图上的路线快速到达目的地,不能偏离;总部交给第二野营队的是一部微型无线电话。队伍行军时随时与指挥部联系,根据下达的命令“左”或“右”到达预定地点。第三个露营队得到了一个小型无线电测向仪。他们必须测量位于目的地的一个无线电台的连续无线电波,确定目标的方向,选择他们的最佳旅行路线,赶往目的地。
导弹制导控制原理和这个军事游戏很像。野营指挥部给第一队一张地图,指定路线,让他们自己按“地图”行动。这种方法在导弹制导与控制中称为“自主制导”;在导弹的制导控制中,野营指挥部在二队途中不断发出指令,从而引导队伍到达目的地的方式,称为“命令式”制导;野营指挥部让第三分队根据位于目的地的无线电台发出的信号自动发现目标的方式,在导弹制导与控制中被称为“寻的制导”。
当然,实际情况要比这复杂得多。导弹可以瞬间飞出几十米甚至上千米,这是野营队的行军速度无法比拟的。在如此高的速度下制导和控制必须非常精确;命令的形成和导弹对命令的响应需要在极短的时间内完成,并且可靠。
如何做到这一点?
体操运动员在吊环、跳马、平衡木、高低杠、绿地毯上做各种翻筋斗、腾跃动作时,都很清楚自己在空中的位置,这样在动作最后落地时,才能保证脚先着地,而不是“倒栽葱”。要击中目标,导弹首先要知道自己在空中的“位置”。导弹上的陀螺仪和加速度计是帮助导弹知道自己在空中“位置”的仪器。我们知道,炮弹出舱后,是靠绕轴快速旋转来维持飞行稳定性的。导弹不允许这样滚。所以用陀螺来测量导弹在空中的翻滚,是否偏离预定的飞行轨迹,然后将这些变化转换成电信号,送到计算装置(或计算机)中,经过计算后转换成控制信号,用来控制和保持稳定的姿态。加速度计可以测量导弹的运动速度和位置变化。这两个仪器是导弹制造技术的核心部分。它们与相关的电子电路、计算装置和“指令”执行装置一起构成了维持姿态稳定的机制,导弹专家称之为“导弹稳定系统”。
如果导弹在飞行过程中能够保持稳定的姿态,就具备了准确奔向目标的基本条件。这时候可以用上面提到的三种制导方式来引导导弹向前飞行。
“自主制导”是指在导弹发射前,把要攻击的目标或导弹的飞行轨迹改变成一组数据或计算公式并载入导弹的内部仪表,即事先给导弹一张“地图”,让导弹自己按“地图”飞行。这种制导不需要任何外部设备的配合,也不需要与外界进行任何信息交换,因此抗干扰能力强。许多洲际导弹使用这种自主制导。
“指挥制导”是依靠地面、军舰或飞机上的指挥站,用雷达或光学设备确定目标与导弹的相对位置,不断给导弹下达指令,指挥控制导弹飞向目标。其优点是作用距离远,飞行路线灵活。这种制导方式适用于地对空导弹。但是,它不能在没有无线电波的情况下测量目标、跟踪导弹和下达指令,因此很容易受到干扰。
“寻的制导”采用仿生原理。我们知道,蝙蝠是“盲人”,但它可以灵活地飞行,捕食飞虫。它依靠自己特殊的声波从物体(如飞虫)反射。耳朵听到后做出判断,决定怎么飞,怎么“抓”。我们也知道,蚊子之所以能叮咬人和牲畜,是因为它们感知到周围微小的温度变化和气味变化,寻求“热度”和“气味”,飞向它们攻击的目标。带有寻的制导的导弹,类似于蝙蝠和蚊子飞着去抓目标。“德”的意思是“目标”,也就是导弹要打击的目标。在导弹上安装小型雷达,主动向目标发出电波,通过接收反射回来的电波来寻求“波”的追击。这种方式被称为“主动寻的制导”。在短距离战斗和攻击孤立目标时经常使用。随着飞行距离的增长,目标的增多,它会感到迷茫和无所适从。
像蚊子一样飞向目标的制导方式被称为“被动寻的制导”。在这个导弹上安装一个信号接收器就足够了。与“主动寻的制导”导弹相比,它上面的设备要轻得多,简单得多。它的缺点是容易被假信号欺骗。
在主动寻的制导和被动寻的制导之间还有一种“半主动寻的制导”。它是位于地面、军舰或飞机上的指挥站,向被攻击的目标发射无线电波、激光、红外线或声音,使装有接收器的导弹通过接收目标反射的辐射来跟踪目标。这种制导经常被地对空和空对空导弹使用。
导弹靠强大的心脏火箭发动机飞得又快又远;我们可以靠一个灵敏的大脑和一个快速的中枢神经系统——引导指挥系统,稳定准确地飞向目标。这一切都是为了攻击敌方目标并将其摧毁。当然,导弹也应该有很大的炸药量。导弹专家称这部分为导弹的“弹头”,意思是它是用于作战的特殊部件。
大家可能觉得这部分比较简单,只要装炸药或者核弹就行。其实这也是一个重要而复杂的系统。结构上包括本体、引信、雷管、安全执行机构等。
除了以上内脏,导弹还有一个不平凡的外表。大部分是锥形头和圆柱体。有些大型导弹戴着红色的帽子,是象牙白的。当直立时,他们看起来像穿着银色盔甲的战士。但有些导弹却披着花蛇一样的五颜六色的伪装色。
与飞机相比,导弹的“翅膀”似乎已经“退化”了。长在导弹弹体上的机翼叫做“弹性翼”。然而,并不是所有的导弹都有机翼,即使有,也是短而硬,形状各异。有三角形、棱柱形、箭头形和后掠形。它们不会像飞机一样长在机身两侧,而是呈“X”形分布在机身周围。它们是导弹产生升力和侧向力的主要部件。
在导弹的机翼后面,也有几个小翅膀,就是舵面,可以根据控制系统发出的信号旋转,帮助导弹改变飞行轨迹。
导弹尾部的稳定翼和上面的副翼,就像箭尾的羽毛一样,可以稳定导弹,防止导弹在飞行中随意旋转。