主题：【原创】美国海军核潜艇力量的未来挑战 -- 晨枫
家园 变质心控制技术 也称质量矩控制技术，即以改变弹头质心的方法，产生机动飞行的控制力，利用气动配平力矩改变弹头飞行姿态和攻角，实现位置修正。如再辅以双向卫星数据链、差动副翼和径向喷管等手段，可大幅提高导弹机动突防和精确打击能力。美苏两家研究多年，理论成熟，业已进入工程实用。
除美帝三叉戟D5外，俄毛的白杨-M改进型也有类似的设计：铀-238战斗部作为质量块，以高压气瓶和液压实现移动，尾部还有8个用于调姿的径向喷管。末端为大气层外目标匹配的雷达地图捷联制导。
变质心控制技术还可用于反导拦截弹和水下航行器设计。据公开资料，TG在863和自然科学基金项下已资助多个课题，研究变质心再入载具和拦截弹动力学建模、仿真分析和自适应模糊滑模控制等。但新一代东风和巨浪是否实际应用，不详。
截至今年9月27日，美帝已累计成功试射三叉戟D5达148次，一骑绝尘，远超俄、法、中。按现行单价近3千万美元折算，光打出的这些弹弹就耗费40多亿，赶上火鸡国反导系统的招标价了
不过，以其恐怖的毁伤力，除对敌国加固洲际弹发射井和地下战略指挥部进行打击外，CEP在千米以内就核弹而言完全绰绰有余。10米级的精度应该是“常规快速全球打击(CPGS)”计划对常规弹的要求。
通宝推：潮起潮落,tt086071,樱木花道,- 复 变质心控制技术
家园 在役装备里只有三叉戟D5采用了变质心控制技术 目前市面上有不少洲际导弹在二级关机、舱体分离后还可以进行制导修正，一般都采用星光制导，个别洲际弹在头舱分离后仍可依靠GPS一类的被动接收进行小幅修正；但真正再入后还能进行修正的洲际弹就只有三叉戟D5的弹头了。
白杨M的单弹头体积相对D5来说过于巨大，中段飞行时比较容易被探测到，所以弹头上装载了小推力姿态控制系统，依托高压气体在外太空小幅调整飞行轨迹，以期规避美军的反导拦截。白杨M的改进型论证中也引入了变质心控制技术，并成功进行了试射，原理没有问题，工程实现也不算很复杂，但有两个关键点无法突破：一，变质心对CEP的具体影响无法定量描述；美军靠上千个射击数据进行统计得出相对准确的诸元计算方法，俄军仅靠拍脑袋是算不出来的。二，裂变材料位置的变化对二次核爆的影响无法准确估计；众所周知俄国的氢弹模型是很差的，至少比TG差很多，在裂变材料位置不确定的情况下如何保证二次核爆效果对俄国来说是个相当头疼的问题。至于白杨M改进型论证引入的景象匹配雷达制导，那对战略武器来说是根本不可能采用的；本来在中段飞行时就要靠假目标、机动变轨等手段躲躲藏藏地走，谁还敢开个巨量辐射源去照地啊，这样的行为和执行夜袭任务的游击队员打开探照灯有啥区别呢？
说回再入控制技术。
在中程弹道导弹这一档次上，再入后的姿态修正还可以靠空气舵来实现，例如美军80年代装备的潘兴2，就完美地实现了高速再入后的拉起、减速、修正、俯冲等一系列动作；当年美国航空设计专家在看到其再入后飞行轨迹后基本都是目瞪口呆，心里默念“没有驾驶员就是好啊，过载放大十倍结构上都能扛过去”。但再高一档次的洲际弹道导弹就不可能再靠空气舵了，即便结构上能扛过增加了一倍多的再入速度，其舵机也不可能塞进弹头里。再加上洲际再入弹头进到大气层内后只是参考其惯性平台对累积误差进行小幅修正，根本不需要用到空气舵这种大幅调姿利器，所以稳妥可靠、简便易行的变质心控制的上位就顺理成章了。
再聊聊CEP。
至于三叉戟D5导弹为什么这么变态地追求CEP小于100米（现在看经过上千次再入数据积累，其CEP很可能已经小于30米），我认为不应该是为了常规弹头快速打击而准备的，还是为了追求核弹的高毁伤效果。
首先，洲际弹道导弹发射常规弹头这件事很可能会引起潜在对手进行核反击动员。除了美国还没人拥有完善的弹道导弹太空监控网络，俄国、TG基本都是依托地基雷达来进行战略预警的，在预测落点的能力上地基远没有天基来得准确；确实存在一种可能，美军本来就是要快速收拾一下叙利亚，结果D5的常规探头还没落地，过于紧张的、把落点误判为自己发射场的俄军已经把固定井里的白杨M射向东海岸了；为了这么一点所谓的快速打击能力而承担如此大的风险，明显不是很合算的买卖。
其次，改为常规弹头后，质量分布就会发生明显变化，CEP不能再沿用原先核弹头的宝贵数据。本来变质心技术的依托就是密度超级大的核裂变材料，核弹头时代，动块和静块都可以在设计时留出一定富裕空间，以便试验弹头采用贫铀、钨合金等等替代钚239模拟质心变化过程；现在静块换成炸药了，动块用什么东西都不可能接近钚239的密度水平吧，那就要重新设计弹头结构，设计完了还要大规模实弹射击以求得相对准确的射击诸元。这么费劲地搞定点清除武器真不如永远保持热点地区前沿存在来得高效了。
再次，即便是技术水平超牛的美国也没可能批量生产以接近第一宇宙速度触地后还能正常工作的引信，所以D5的弹头只能是定高起爆的，咱们就假定其定高能力也在50米以内（实际绝没可能）；变质心控制需要的高密度材料及滑轨占据了不小的空间，剩下的地方塞满了炸药也不见得比一颗155炮弹多，一个155炮弹空爆也只能杀伤30米内的无遮蔽人员吧，碰上个钢混碉堡就没辙了；一枚价值400万美元以上的弹头才能打击出这么一点效果，太有钱了吧。可能有人会说，洲际再入弹头的动能就足够杀伤硬目标了；没错，每次试验完挖弹头的人对此深有体会，十几米下去才能找到些残片，可见动能之大；但想靠动能杀伤硬目标，至少得是CEP小于10米，还不能打击地下目标（地下掩体可以使用隔舱、沙层来有效对抗动能武器），目前D5的命中精度还达不到这个水平。
最后，由上可知D5的弹头改常规装药不应该是正常的武器发展需求，那么为什么作为一个核武器还要如此变态的追求CEP呢，原因还是为了打击敌对方洲际导弹加固井。不管是W76还是W88弹头，体积决定了其当量不太可能超过20万吨（网传W88有近50万吨当量，实际不太可能，美国的氢弹技术没比TG高那么多），还不可能钻地后延时起爆。一个定高起爆的20万吨当量核武器有多大毁伤效果呢？至少对遮蔽良好的加固井口盖不可能超过200米，要是敌方不顾及卫星侦查在井口附近修了大量卸压建筑，可能上述距离还要大幅缩减。而且按照美军核打击原则，核战争时需要摧毁的是敌对方的战争能力而不是战争潜力，大城市这种目标是不会浪费在宝贵的D5导弹上的，打击的目标大都是核武器发射场、军力集结地、交通枢纽、能源存储地等等，这类目标没有一个是大型的，都需要比较高的命中精度才能确保摧毁，所以D5的核弹头保持百米内的CEP是很有必要的。
通宝推：GPRS,Javacai,细雨梦回,kiyohide,二至,浣花岛主,光年,桃源客,独草,高粱,潮起潮落,tt086071,西门飘飘,sywyang,家园 真长知识！ 家园 裂变材料位置的变化对二次核爆的问题 是否可以通过起爆前简单的将裂变材料位置归零的方式解决？
家园 失之毫厘谬以千里啊 靠间谍手段获取氢弹制造技术的苏联，对核聚变可以说是知其然而不知其所以然。
一次核爆的丁点变化对二次核爆能否顺利起爆都是至关重要的，谁能保证归零一定到位？还得是靠另外设计一套引爆模型，对一次核爆的效果进行动态调整，做到二次起爆的闭环控制，才能保证真正做为一枚氢弹起爆。这样复杂的理论建立工作对核聚变水平强如TG的国家来讲都极其困难，更别说在这方面和白丁差不多的苏联了。
家园 位置要求这么严格？ 一次核爆的丁点变化对二次核爆能否顺利起爆都是至关重要的，谁能保证归零一定到位？我理解质心变化就是把裂变材料滑块放在一滑轨上，即a液压推动裂变滑块（改变质心）,b（起爆前）液压再推回滑块（归零）。难道是说一推一拉两次机械动作带来的微小位置误差会对二次核爆产生明显影响？
家园 一个小白问题 苏联/俄罗斯的国土广阔，最东端与阿拉斯加只隔一条白令海峡，离美国西海岸也没有多远。那么苏俄为什么不把大部分的战略导弹部署在这一片地区？
从这里发射的话，只用中程弹道导弹就可以覆盖美国多数地区，用短程导弹能不能够到西海岸？飞行时间比远程弹短很多，不是更难被拦截吗？
- 复 一个小白问题
家园 应该还有这样一些原因 除了拦截和速度原因外：
不好防御：假定战争爆发，一般也不会直接升级到核战争。如果是常规战争的话，在苏联东部的核武装虽然离美国近（尤其是陆基）但离美国的常规/核打击力量也近。这会产生若干对苏联不利的后果：例如在战争初期被美国以常规手段摧毁己方核力量；核力量被打击也可能直接升级常规战争到核大战，政策上缺乏弹性。力量建设上也不合理。例如为了保卫东部的陆基核设施就必须加大对当地常规力量的投入，这对苏联那么辽阔的国家会很吃力。
苏联人实际也希望缩短发射距离，他们的做法更合理。因为地球是个球体，所以如果苏联由北极圈/北冰洋地区发射弹道导弹，隐蔽性更好，效费比更高，攻击性更强（同样的射程，例如从苏联东部到覆盖美国西海岸的射程，由北极发射可以覆盖美国东西海岸目标）防御更难。这应该也是为什么北方舰队拥有前苏联最强大的重型弹道导弹潜艇群的原因。
- 复 一个小白问题
家园 可以从导弹拦截方面看到原因! 1：在现代如果部署在太平洋沿岸，那么导弹很容易在助推段被太平洋中的美国军舰或者位于阿拉斯加的反导系统拦截。
2：即使是苏联时期，如果部署太靠近太平洋也有可能被美国海军舰载机所摧毁。
- 复 一个小白问题
家园 射程短的弹道导弹速度也会慢很多啊 除非采用两次变轨的部分轨道轰炸技术，弹道导弹的速度和射程是成正比的。
短程弹总飞行时间是短很多，可再入后的飞行速度比洲际弹慢不少，暴露于地方防空武器射击范围的时间并不短，生存能力明显不如洲际弹。
家园 兄台谦虚 你的新回复暂时还没能显示。就在这儿接上吧：
关于增效型再入体E2和其后续LETB-2，公开资料只是一鳞半爪。迄今我所见最详细的介绍是核武政策专家Woolf 09年1月就远程弹道导弹用常规弹头为国会撰写的一份公开的背景和研究材料。你所感兴趣的问题，统统语焉不详
。注解里提到的军方原始材料，也大多没有解密
。潘兴2的细节，“科罗廖夫的军事客厅”貌似最全，应该能解答你的疑问：
中国东风-15B导弹和美国潘兴II有血缘关系么？。。。。。。
潘兴II机动式地地中程弹道导弹
5、执行机构
潘兴II机动弹头的执行机构由两部分组成:空气舵系统和冷气反作用系统。弹头在大气层外飞行时，靠冷气反作用系统控制弹头的姿态。再入时，当弹头动压达到1000Pa时(高度约65km)，其姿态就转由空气舵控制。使喷管摆动和空气舵偏转的液压作动系统为组合式自容液压作动系统。
冷气反作用控制系统由1个高压氮气瓶、4个推力为8.8N的喷管(两个用于俯仰控制，两个用于偏航控制)和4个推力为4.4N的滚动控制喷管组成。高压氮气从气瓶引出，经调压并由电磁阀门控制，通过收缩扩散喷管排出，产生反作用控制力。喷管以脉冲方式工作，脉冲延续时间0.035s，总冲量为S10N/s。
反作用控制系统装在弹头底盖外面中心处。弹头机动飞行时，操纵空气舵转动的动力来自涡轮能源系统，该系统由燃气发生器、涡轮与转子以及伺服机构3部分组成。该系统中的气动控制装置根据保险/解保控制系统正确的电信号程序，让燃气发生器点火，燃气发生器产生的高压燃气经过控制管路，按制导系统的指令驱动涡轮，从而带动转子驱动高压泵与发电机，为空气舵作动系统提供动力。
6、潘兴II飞行与末制导程序
潘兴II两级导弹的飞行与末制导程序见图7。潘兴II是采用速度关机的。最大飞行高度约300km。开始中段飞行时，弹头向目标方向俯仰飞行，以便为再入调定方向并减小弹头的雷达反射截面积。弹头的姿态在飞出大气层前靠弹头上的空气舵控制，在大气
层外靠冷气反作用系统控制。
潘兴II的末段弹道见图8。该末段弹道最突出的特点是进行拉起-下拉机动飞行来降低弹头的速度、修正弹道误差并使末段弹道最后陡直地接近目标。弹道拉起部分的指令由a(攻角)制导方程提供，而下拉部分的指令由速度矢量转动速率控制方程提供。控制
飞行阶段的目的在于在修正横向误差的同时提供最大可能的拉升机动。
再入时弹头进行的第一次机动为速度控制机动，它是按预定程序在惯导系统控制下进行的。在通过大气上层后，在40km高度处将弹头拉起来，使气动阻力增大，将弹头速度减慢到雷达末制导系统能够工作的速度，估计约6~8马赫数。弹头进行拉升机动
在有些情况下还可躲避敌方反导导弹的拦截。
弹头拉起后，由攻角25度控制弹头飞行，继而弹头开始作锥形运动，弹头由a控制转到由Y控制。当弹头飞到足够低的高度，使雷达因此有足够功率测高时，雷达天线朝下，进行一系列距离测量。在开始地形图象相关之前，要进行一次或多次高度修正。高度的最新数据要就当地地形高程的变化加以修正。
当弹头下拉飞到低于15.25km高度时，雷达开机，开始相关器修正。雷达天线以2r/s的速率对下方目标区的地形进行圆形扫描，其中一转用于获取目标区的图象，另一转用于测定高度。天线的扫描范围在4500m高度处为35平方公里，雷达获取的目标区图象被变换成由128 x 128个象素矩阵组成的数字化基准图象，与预贮的由256 X 256个象素矩阵组成的数字化基准图象在相关器内进行相关比较，由计算机进行相关处理。可采用双速搜索缩短比较时间，对感兴趣的区域慢慢仔细搜索，反之则快速通过。经过计算机处理，得出精确的缩尺位置误差和击中目标所需的位置修正量，以此修正惯导系统，发出操纵指令给空气舵，操纵弹头击中目标。
新浪博客链接：http://blog.sina.com.cn/s/blog_53ae0b700100c3xl.html
家园 多谢指教！ 抛砖引玉，受益匪浅。
美国国防科学委员会(Defense Science Board)在2009年3月的一份报告中，援引了“战略对峙下紧迫常规打击专门小组”描述的几种有可能发生的情形，迫使美国为应对局势演变不得不借助新型常规武器实施迅捷打击，而这些假设也是“快速全球打击(PGS)”计划所针对的典型目标：
--某实力相近的竞争国利用其初具的空间打击能力击毁美国卫星（这头一条怎么看都像是为兔子量身定做
）--恐怖组织运至某中立国一批特殊核材料
-在某中立国人员稀少地区发现一小批大规模杀伤性武器临时驻留
--恐怖组织重要头目在某中立国已知地点聚集
--某拥核流氓国家威胁对美盟友使用核武
本来在CPGS计划中颇受青睐的常规型三叉戟-2/D5导弹系统(CTM-1,近期/CTM-2,中期)，因发射后极易引致其他核大国误判，隐患巨大，拨款要求屡遭国会否决。洛马自掏腰包低调维持前期预研，五角大楼也网开一面，从其他渠道解决部分经费。
改进后的D5弹再入体MK4(即增效型再入体E2)进行了飞行试验，并取得若干进展。据2002-2005年间的试验结果披露，改进型MK4载具使用GPS/INS（IMU）联合末端制导，不仅能修正末段弹道、攻角，“主动驶向”静止目标，而且可减速并“控制撞击条件”（从而为装填某种常规载荷创造条件）。 据国防科学委员会“未来打击力量专委会”提供的资料，改进型MK4再入体配备了GPS辅助的惯性导航系统，同时增配了一个襟翼系统用于姿态控制。虽然再入过程中因等离子体干扰GPS接收信号可能中断,但新增襟翼提供了滚动、偏航、倾斜三轴飞行控制功能；累积惯性导航误差也通过增加精确的校正初始化功能、适应性强的控制算法和GPS提供精确位置反馈予以纠正，从而达到近似GPS的精度（米到10米级）。MK4还配备了用于增程的20°偏移量双鼻锥，以提高飞行稳定性和机动性，改型MK4尺寸增大，接近MK5。
再入段高机动时，早期GPS/INS系统难以锁定载波回路。目前，洛马已初步解决该问题。改型MK4的GPS/INS系统在最大过载40G时保持可靠性能，实现米级的导航精度。但当机动最大值超过40G时，对于体积更大的再入体、更快的再入速度或者当高度机动的再入体面临更严峻的战场环境时，保持GPS/INS锁定载波的能力需要重估。在释放突防弹头、布撒式弹药或UAV之前，对于能量损耗式机动，类似的问题也会出现。另外，再入体可执行能量机动，但IMU的加速敏感偏移可能影响精度。因此，还需要对与上述高过载机动相关的精度问题进行进一步的深入评估。
E2的后续LETB-2仍在研，如果经费无法落实，前途堪忧。
美国海军为三叉戟D5规划的另一个改型用途则是装载两种常规弹头，用于攻击敌机场和重要建筑物。比如，用再入载具抛撒高速钨杆弹，毁伤面积控制在3千平方英尺以内。此时，米级的CEP还是很必要的。
通宝推：潮起潮落,