在水下发射导弹,需要穿过几十米的水层,战略核潜艇如何做到的?

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武研社

2019年09月09日

从水下发射一枚导弹并不像在陆地上只要按下一枚红色按钮那么容易。为了确保一枚导弹能从水下发射管发出并且能精确集中目标,这需要大量的精密工程和火箭科学来确保万无一失,当然,这种发射过程也可能会出现错误。

以目前美国海军的三叉戟导弹为例。最新版的三叉戟是三叉戟II D-5导弹,长约13.6米,重59000千克。要想将这种大家伙发射上天,需要经历复杂的造作步骤。

在发射启动之前,先必须让潜艇的深度小于50米(大约在十几米左右的深度),且航速要不能大于5节。之后导弹的MARK6导航系统会被激活,打击任务的飞行轨迹数据会被加载到飞行控制计算机上。

它是通过一门"蒸汽炮"作为动力,从水下发射井中发出的。一旦发射指令被下达后,就会启动发射井内的蒸汽发射系统,底座上固定的小型颗粒火箭发动机会被点燃,进而它们的排气系统会被加注进冷却水,冷却水在高温下迅速气化,因而导致发射井内气体急剧膨胀,随着膨胀蒸汽的压力将导弹从发射井内推出,不必担心,这些蒸汽胃导弹提供了足够的动力来飞出水面。很明显,这种危险的发射方式,是每次发射任务中最关键的阶段。如果出现问题,导弹无法远离潜艇,则会有多种安全措施使导弹停用。

在几秒钟内,导弹便突出水面,短暂停留在海平面上空,并且在重力的作用下微小下坠,此时弹体内的运动传感器检测到变化,并会立即点燃第一级推力矢量控制系统,使得液压致动器能够与第一级喷嘴链接。当然,如果运气不好,就会出现严重的错误。80年代末室,三叉戟导弹在田纳西号弹道导弹核潜艇上试射失败,便是因为火箭喷嘴错误,导致产生了不对称推力,让这枚导弹像一个风车一样,在空中疯狂转圈,在四秒钟之后化成了一个巨大"烟花"。

如果一切顺利,第一阶段火箭会持续燃烧65秒,会令导弹顶部形成气流罩,如果没有气流罩,导弹则无法在高速穿越大气层时存活下来。当第一级助推部停止运行时,第二级推力矢量控制系统点亮。然后,第一级助推部脱落。

清除第一级后助推火箭后,第二级助推火箭点燃并燃烧约65秒。然后将鼻子整流罩抛弃,与导弹分离。当鼻子整流罩被导弹清除时,第三级推力矢量控制系统点燃,并且弹药将第二级助推火箭分开。然后第三级助推火箭点火,将设备部分推到飞行的剩余距离(大约40秒)。当第三级助推火箭到达目标区域时,后增压控制系统(PBCS)点火,第三级助推火箭弹出。

之后若一切顺利,导弹将在惯性制导系统的指导下(美国海军从未发射过装备全球定位系统的三叉戟,主要是因为担心GPS系统遭到地方入侵而被篡改),命中并且摧毁敌方目标。

以上叙述的是垂直发射井的发射,如果是攻击潜艇发射UGM84鱼叉导弹,则是另一种方式。鱼叉是从鱼雷发射管内发射的,鱼叉导弹封装在铝制舱内,并在舱内加压以来平衡海水的压力。在发射时(来自发射管的冲击),导弹通过发射系统发射,并且通过隔膜从外壳舱中弹出。它有一个挂在后面的挂绳。当外壳尾部的水下助推和出水助推装置脱落时,挂绳即被牵引(一般是从外壳舱内刚分离不久),助推器点燃并且导弹在助推力下爬升并且展开尾翼,之后由巡航导弹制导系统计算机引导。

锋芒FM

2021年06月16日

从水下发射弹道导弹,其技术复杂程度远超陆基弹道导弹的发射,目前五常之中,真正掌握潜射弹道导弹发射技术的只有4个。

先来看战略核潜艇的构造,战略核潜艇就是一艘加装了洲际弹道导弹的核潜艇,其实常规核潜艇如果造的足够大,也可以搭载洲际弹道导弹成为战略潜艇,不过由于常规潜艇的速度、续航能力等等均不及核潜艇,所以目前的战略潜艇均采用核动力,而恰恰当前拥有潜射洲际导弹发射能力的国家又都掌握核潜艇制造技术。

洲际弹道导弹射程远的同时体型也大,因为以目前的技术无法将一枚射程超过8000公里并且可以搭载多枚核弹头的洲际弹道导弹太过小型化,而洲际弹道导弹为了保证发射效率和安全性以及潜艇发射时的平衡,只能采用垂直布置的方式安装在核潜艇内部,所以一般的潜艇都需要加一个龟背来容纳潜射弹道导弹,还有一种解决方法是直接加大潜艇的直径,比如台风级战略核潜艇。

现代化战略核潜艇的潜深可以达到几百米,有的甚至可以突破500米,在这个深度反潜设备很难探测到,极大的提高了战略核潜艇在反潜设备面前的生存能力,不过在这个深度战略核潜艇无法发射导弹,因为导弹的初速度和力度不够,在这个深度潜射弹道导弹能不能顺利冲出水面不说,没有耐压壳的导弹一旦发射出来会立即被巨大的海水压力压烂,而且太深了也不利于导弹保持发射角度。

那么潜射弹道导弹能不能浮在水面发射导弹呢?也不行!首先潜艇若浮出水面,被反潜系统探测到的概率就会大增,但这并不是主要原因,主要原因一是潜艇的设计原因导致其水面稳定性不如水下,在稳定性不高的水面发射无法保证持续发射,另一个原因为潜艇在水面容易受到海浪等影响,左摇右晃的潜艇不利于潜射弹道导弹的顺利发射。

潜艇最佳的发射深度是水下30米左右,这个深度受到海面海况的影响非常小,而且30米不算太深,有利于潜射弹道导弹保持角度顺利出水,目前大部分战略核潜艇的发射深度都是30米左右。那么潜艇是如何在30米的深度将潜射弹道导弹发射出来呢?这里面就比较复杂了。

潜射弹道导弹的发射方式分为干式发射和湿式发射两种,干式发射指的是导弹发射前先给发射筒加压,因为水底30米的水压力是发射筒内压力的3倍,存在压差发射筒盖无法打开,给发射筒加压顺利打开发射筒盖的同时,导弹通过燃气弹射出去,利用惯性跃出水面后再点火。

湿式发射指的是,发射前将海水注入发射筒,不过并不是整个发射筒内都注满海水,而是只将筒盖附近的内外压力保持一致。待发射筒内外的水压一致后,打开发射筒盖直接让弹道导弹点火进入发射程序。湿式发射的优点是技术不复杂,发射程序简单,不过湿式发射容易出现哑火的情况,导弹在发射筒内发射不出去没什么危险,毕竟弹道导弹的核弹头没那么容易引爆,不过若是在战时核导弹发射不出去那就麻烦了,目前大部分核潜艇采用的都是干式发射方式。

采用水面点火的干发射方式还存在一个问题,那就是水对导弹弹体的影响。导弹在空气中飞行时弹头采用弧形或锥形最符合空气动力学,但导弹在水底运行时,采用钝头设计最有利于导弹保持稳定,为了解决这一问题,导弹可以采用两层整流罩设计,在水底时采同钝头整流罩,在水面点火的同时将钝头整流罩抛掉,从而以里面的锥形整流罩状态在空中飞行。

洲际弹道导弹的研发本身难度就极大,潜射弹道导弹再加上一套复杂的发射系统,研发难度更大,英国就由于潜射弹道导弹研发难度的问题,直接放弃了自己研发,转而购买了的美国的三叉戟潜射弹道导弹安装在自己的前卫级战略核潜艇上面。

装备空间

2019年08月27日

当前世界上的战略核潜艇装备的潜射弹道导弹,基本上发射深度都在90米以内,且30-50米的发射深度较为主流,这主要与水下复杂环境因素、水压以及水下发射发射方式有关。一般而言,如果是新型核潜艇或者列装新型潜射导弹,其测试过程会先在较浅的试验水池中发射,然后逐步在更为复杂、水深更大的海洋中测试。例如,法国为“凯旋”级战略核潜艇研制测试M51弹道导弹时,前两次飞行试验都是地面发射,待到第三次飞行试验才进行了首次水下发射试验,2008年11月,法国在位于比斯卡洛斯的导弹试验发射中心的大水池(10米深度)中第一次水下发射M51成功,然后到2010年M51潜射弹道导弹才被安装到“凯旋”级核潜艇“可畏”号上,在海洋中进行实战发射测试(发射深度估测在20米左右),以验证其在恶劣海洋环境下的作战能力。

▲法国在导弹测试中心吊装M5-1潜射弹道导弹

美国潜射弹道导弹的发射方式

要想了解潜射导弹是如何克服海水压力及水下复杂环境影响,成功发射出水面的,就需要先了解世界现役潜射弹道导弹的发射方式(潜射反舰导弹和潜射防空导弹就不在此赘述了)。其实,当前核潜艇“俱乐部”里的各大玩家,其潜射弹道导弹的发射方式并不一样:

▲发射后失控的美国三叉戟II D5潜射弹道导弹

美国到目前为止,已经发展了三代六型潜射弹道导弹(从北极星A-1到三叉戟II D5),从第一代潜射弹道导弹开始,其采用的都是西屋公司研制的“燃气-蒸汽弹射发射”技术,虽然发射方式没有改变,但是其发射技术经历过许多细节上的改进。以三叉戟导弹为例,其使用发射筒外设置的燃气发生器结合水所产生的“燃气蒸汽混合气”作为初始发射动力,将导弹弹射出筒,当导弹到达水面以上后第一级发动机点火

▲美国三叉戟II D5潜射弹道导弹结构

当前美国的“俄亥俄”级战略核潜艇装备了Mk46型导弹发射系统,该系统能够装载、保护并且发射“三叉戟II D5”潜射弹道导弹。艇上的每枚导弹被弹性安装于Mk46系统的发射筒内,整个系统的发射动作都由自动化监控、操作系统来控制,水下发射导弹后,当导弹被弹射至出水以后安全高度时,导弹的一级发动机点火。

▲英国“前卫”级战略核潜艇也使用美国三叉戟II D5导弹和发射系统

那么为了克服水下发射所带来的环境干扰因素,三叉戟导弹和其发射系统又做了哪些工作呢?在核潜艇巡航期间导弹发射筒组件为导弹提供储存、侧向支撑和抗冲击保护,整个发射筒被装在发射系统的外筒内内外筒之间用特殊材料的泡沫填充物填充,以缓解外部冲击。发射筒内安装有换热板、减震垫、气密环、水密封凸膜、垂直支撑组件和电插头回收机构等部件,发射筒内的三套换热板依靠循环水来维持导弹的环境温度;减震垫被粘贴在发射筒内壁,以侧向支撑和抗冲击保护导弹;六件气密环被沿轴向布置在发射筒内,以便在发射导弹时限制发射压力;发射筒口安装的水密封凸膜,用于在发射筒盖水下打开时,保证筒内的密封状态。在接到发射指令时,水密封凸膜上布置的切割药条点火,将密封膜分8瓣裂开,为导弹出筒提供通道;垂直支撑组件被同轴安装于发射筒底部,由支撑环、底部减震器、装填到位与发射信号感应器组成,为导弹提供垂直方向上的支撑和抗冲击保护;电插头回收机构用于在接到发射指令后,从导弹上将电缆插头收回。

▲法国“凯旋”级战略核潜艇M51潜射弹道导弹发射装置模型示意图

1、为了优化三叉戟导弹的出筒动力特性以及空中飞行特性,该型导弹采用“钝头整流罩+加减阻杆”设计,钝头型弹头能够减少空间占用并且具备优良的水动力特性,而减阻杆则弥补了钝头线性的空气阻力不佳的缺憾,以提高导弹射程。

▲潜射弹道导弹的钝头+减阻杆设计

2、在潜射导弹发射时,由于收到水压作用会产生出筒载荷,这部分载荷会受到水深、导弹出筒速度和航速影响。因此,现役的潜射弹道导弹都有水下发射深度限制,以便导弹发射克服水压影响;而美国三叉戟潜射导弹的弹射出筒速度被限制在28米/秒以内,发射时潜艇航速被限制在2节左右。这些举措都是未来减小导弹出筒载荷。

▲潜射导弹发射示意图

3、当导弹在水下被弹射出筒以后,经过一段时间水下运行,在脱离水面时又会产生出水载荷。这是因为导弹水下运动过程中因自然空化作用会产生空泡,导弹破水而出时空泡破裂导致水流回射对导弹产生冲击载荷。同时由于潜艇航行引起的横向流会使得导弹在水中运动产生的空泡出现不对称现象,不对称空泡亦会产生不对称载荷,这种不对称载荷会在弹体很截面上产生弯剪作用,对弹体产生破坏作用。这些出水载荷的影响程度主要取决于空泡的尺寸和不对称程度,而产生的空泡尺寸主要受到弹头形状和出水速度影响;不对称程度主要受到导弹与海水之间的横向流速影响,所以为了限制出水载荷依然要限制潜艇航速、导弹出筒速度并且对对弹头流线型进行优化、对结构强度和材料进行合理设计选用

总体来说,美国采用的“燃气-蒸汽弹射+水面点火”发射原理,是依靠燃蒸混合气的高温高压将导弹弹射出筒,导弹运动出水面后发动机点火。这些简而言之就是各种“力的作用与反作用”,基本原理上并没有什么难处,只是在材料、设计、工程和保障层面上实现起来颇为复杂罢了。

▲美国“哥伦比亚”级战略核潜艇的通用导弹发射装置“外筒”

后续以及其他

前文我们说过,现在各个掌握潜射弹道导弹技术的国家,在发射方式上都不尽相同,所以除了我们介绍的美国核潜艇潜射导弹发射外,还有其他方式。例如:苏联/俄罗斯自己就有多种发射技术。

▲苏/俄战略核潜艇潜射导弹水下发射技术表

英国的发射技术与美国保持一致,而特立独行的法国因为没有获得美国的支持,其潜射弹道的发射方式比较另类,算是结合了美国和俄罗斯的双重特点,由于文章篇幅有限,我们下次再讲。

▲俄罗斯“德尔塔IV”(667 BDRM)核潜艇发射P-29PM(SS-N-23)导弹射程示意

▲苏联双壳体战略核潜艇导弹发射筒示意

▲战略核潜艇的“弹与艇”

光磊2021

2019年08月27日

潜射导弹作为现代潜艇的重要武器之一,具有精确制导、快速飞行的特点,堪称“海上杀手”。但是,潜艇水下发射导弹涉及到学科广泛、技术复杂,目前完全具备和掌握潜艇水下发射导弹技术的国家并不多。

水下发射弹道导弹的潜艇一般在水下30米深度以2节左右的速度航行,导弹置于发射筒内垂直装于潜艇中部。此时发射筒盖承受约3个大气压的水压,用高压气进行筒内增压,便可开启筒盖。为防止海水涌入待发的导弹发射筒,在筒口安装一层水密隔膜。

发射时,点燃燃气发生器,高温高压气体从发射筒底部喷入筒内,推动导弹穿透水密隔膜,在第1级火箭的助推下冲出水面并飞行二三十千米后,第2级火箭进行接力助推,按预定弹道飞行后再入大气层对目标实施攻击。

最初的水下导弹发射,采用导弹飞离水面15-25米高度时1级火箭开始点火的方式。后来败改为导弹发射离艇后,在水下一个安全的距离上点火,保证导弹在出水时有一个巨大的垂直向上运动的推力,以消除导弹出水时水面风浪的影响。重达几十吨的导弹发射离艇后,必须立即向发射筒内灌注海水,弥补部分弹重。同时潜艇均衡水柜也抽水以保持潜艇的稳定性。发射产生的后坐力会使潜艇略微下沉,但不会对潜艇造成危险。

水下垂直发射方式对潜艇的要求很高,技术也比较复杂,所以一般仍采用鱼雷发射管。发射导弹置于一个特制的鱼雷形容器中,容器尾部装一台固体火箭发劝机和一个燃气发生器。发射时,潜艇像发射鱼雷一样把容器推出艇外,固体火箭发动机点火推动容器潜航,潜航150-200米后容器以45度角跃出水面并升至20米高度,尾部燃气发生器所产生的燃气将导弹以12度-15度倾角射出,容器脱落,导弹自身的助推器点火,将其推向32米高度,随后,弹上主动机点火,导弹降到15米左右的高度飞行,直到击中目标。

知识就是力量啊

2019年08月26日

嗯,很简单!打开桶盖,发射!😂😂😂 !

说起来简单,过程很精密复杂,潜射导弹本身要求最小的体积,发挥最大的射程和最大的威力! 嘴说小,实际还是很大的!
这么大的家伙,直接在发射管里点火会导致潜艇剧烈下沉,早期的弹道导弹核潜艇有“湿式发射”和“干式发射”的,区别是先往发射井里注水再发射,还是发射筒有个易碎盖,导弹直接冲破盖子干式发射。这样的发射方式一般也就是连续打4枚就要重新调整潜艇,再发射,这样折腾一下要半小时,都发射完要2个小时!太夸张了,所以淘汰了。

现在
一般导弹导弹核潜艇会采用在水下30-90米左右深度低速稳定行驶。先给发射筒加压打开舱盖,再用压缩空气把导弹弹出发射筒以后,导弹冲出海面助推发动机点火。

这每一步都要有精密的控制和高度判断,差一秒,导弹就掉海里了! 导致发射失败,导致严重后果。

最近俄罗斯的北风之神战略导弹核潜艇连续发射4枚布拉瓦洲际弹道导弹强势秀存在,证明自己的军事实力。

最后,补充两种潜射方案:

水下发射巡航导弹,基本上跟弹道导弹差不多,但是由于巡航导弹是在大气层内利用空气浮力飞行的,还不能飞太高,所以操作起来比较秀!


另外一种是通过鱼雷发射管,把反舰导弹装到一个类似于鱼雷形状的桶里,桶自带火箭助推,把发射筒推离海面20m左右,导弹从发射筒内二次点火发射!