美国想的“上帝之杖”,中国负责实现,西工大无人机,也有新玩法

有心简影 2023-06-11 03:01:08

上世纪80年代,美国提出过一个名为“上帝之杖”的天基动能武器的构想,然而军迷圈有句话,叫美国负责想象,中国负责实现,不过美国既然能起这么霸气的名字“上帝之杖”,自然是认为其威力不输核武器,但中国科研团队理论验证后,搞出了一样的模型进行试验,最终发现是美国想多了。如果说只是去证明美国是错的并不能体现我们的实力,我们的西北工业大学也在干实事,无人机研发出了新玩法,简单来说就是垂直发射、长续航并且机动性高,甚至具备巡航和打击能力的系统。

(美国加大投入研发新型天基动能武器 )

不知道大家有没有看过《三体》这本小说,书中三体人的水滴,仅用时1分18秒走完了2000公里,贯穿了人类100艘恒星级宇宙战舰,其本身所使用的技术从理论上还是能够理解的,就是自身加速再进行撞击,这就类似我们现在提出的动能武器,而水滴强就强在它以极小的体积和质量,并且拥有夸张的加速度,以及坚不可摧的强度,进行攻击。而体积质量小,以及强度大,这些比较容易实现,但极其夸张的加速度以及最后所能达到的速度,以人类目前的技术水平,比较容易实现的一种思路,就是将其发射到太空去,和轨道卫星连接,并且在需要的时候,由卫星发射,经过卫星的初始速度和重力势能的转化,最终能得到一个相对较快的速度,然后进行打击,这就是天基武器中动能打击的基本概念。

(《三体》中水滴面对人类太空舰队概念图)

所以说天基动能武器的概念并不难理解,美国称其为Rods from God,直译过来就是神的飞梭,虽然我们叫它“上帝之杖”,这并不是一个正式的名称,不过这个名字更直观,名字就能体现这个武器是从天上向地面发射的。具体而言,“上帝之杖”涉及将庞大的金属杆或棍棒从轨道上的卫星或太空飞船上释放,以利用其高速度和动能在目标上造成巨大打击。

从理论上来看,在我们高中物理的课本中,当然理科的同学可能会更加熟悉,是选修中的动能方程:动能等于质量乘以速度的平方再除以2,也就是说,质量相对固定的情况下,物体的速度越快,所产生的动能越大。这样看来,理论上也不难理解,但做这个试验需要两个比较难验证的点,第一,需要找到合适的材料,如果说材料强度太低,那一碰就碎肯定是不行的。第二,怎样将这个金属杆运送到太空中去。

但世上无难事只要肯攀登,我们在18年时,南京理工大学、陆军工程大学以及中国科学院武汉研究所的研究人员们,就从理论和试验两个方面都分别验证了天基动能武器的可行性,并且这篇论文发表在了《岩石力学与工程学报》,论文标题为《超高速长杆弹对岩石侵彻、地冲击效应理论与实验研究》,现在都可以查到,而经过验证后,事实证明“上帝之杖”并没有想象中巨大的威力。

(论文截图,论文发表在《岩石力学与工程学报》)

为了满足材料强度大的要求,研究人员选取了钨合金,而选取这个材料的理由有4点:首先,钨合金具有非常高的硬度,通常比大多数金属合金更硬。它的硬度接近或超过宝石,具有优异的抗刮擦和耐磨损性能。其次,钨合金具有出色的抗拉强度,能够承受高应力和拉伸力。它在室温下的抗拉强度通常比其他常见金属合金,如钢和铝合金,更高。此外,因为从太空轨道发射到地面,往往伴随着高温高压,但钨合金在高温环境下还可以保持较高的强度,这使其在高温应用中具有优势。它能够在高温条件下保持结构稳定性和机械性能,因此在航空航天、核能和热工业等领域得到广泛应用。最后,钨合金具有较低的热膨胀系数,这意味着在温度变化时,它的尺寸变化相对较小。

上述4点是选择钨合金的理由,而具体到不同的钨合金中,强度和硬度也会随着合金中钨含量的变化而不同。高钨含量的合金通常具有更高的硬度和强度,此外,钨合金的高密度也使得它比许多其他金属更重。所以研究人员选取了一根140公斤的钨含量很高的合金棒,来模拟天基武器。

(钨金属熔点高,灯泡中通常用钨丝)

但在试验阶段,肯定不可能将这根钨合金棒真正放在太空中,但可以将其加速到一定程度,用来模拟从太空发射后,接近地表时达到的速度,所以研究人员将这根140公斤的钨棒加速到了13.6马赫,也就是4624米每秒,用其撞击地面。这里可能会有两点疑问,第一,怎么加速到13.6马赫这么快的速度的,第二,为什么不再快点,毕竟陨石坠落到地球时,速度其实要远远超过13.6马赫,而天基武器通常被认为是从陨石这个理论来的,所以越接近陨石的数据,威力越大。

首先第一个问题,通常来看,如果用于试验的话,会建一条加速轨道,专门将铁棒等物体进行加速,国外就进行过一个试验,将一根铁棒加速到了1马赫,也就是340米每秒的速度,让其瞬间穿过一辆汽车,试验结果来看,汽车粉身碎骨,这个试验中,就运用到了轨道加速,并且效果看似不错,但是呢,汽车不同于地面,这个不能简单类比,而13.6马赫这个速度不是一些普通轨道所能达到的,并且13.6马赫的速度,比俄罗斯的高超音速导弹“锆石”都快,所以大概率还是导弹发射的方式来加速。

而为什么不再加快速度,这也是因为往往太空中的钨棒虽然初始速度有25马赫左右,但是进入大气层后,阻力增加,最终到达地表的速度也只有十几马赫左右,所以这个试验给的速度还是相当严谨的,并且如果速度再快,即使钨棒的强度很大,也面临着撞击地面后弹体会发生断裂与爆炸的风险,导致其威力大大减弱。

(俄罗斯发射“锆石”高超音速导弹,飞到华盛顿的时间大约为4分钟)

那么试验结果最终如何呢,研究人员进行模拟后,虽然在地表附近发生了一次不小的碰撞,但是经过事后的测量,整个坑洞仅有9.4米的直径,以及3.2米的深度,这是一个什么概念呢,我们都知道在二战时,美国在广岛上空引爆了一个原子弹,代号“小男孩”,虽然没有直接在地表爆炸,但是根据估计,广岛原子弹爆炸形成的弹坑直径约为370米,深度约为30-35米。这根钨棒的威力,还不如美国的钻地弹GBU-57,并且GBU-57都不用去太空中,只需要通过B-2轰炸机携带发射就行,据美国透露能轻松击穿30米以下的地下设施,就算届时设计的钨棒体积质量更大,速度更快一点,威力也很难和原子弹,甚至钻地弹去比。

所以要想让天基动能武器达到和原子弹一样的威力,基本上是很难做到的,美国想方设法研究天基动能武器虽然具有破坏力,但其威力相对有限。具体威力取决于动能武器的速度、质量和撞击角度等因素。相对于核武器的广泛破坏性,天基动能武器的主要优势在于其灵活性、精确性和可重复使用性,以及避免使用核武器所带来的国际法律和道德问题。

但并不是说研制天基武器就可以做“法外狂徒”,天基武器的发展和使用也受到国际法律和条约的限制。一些国际条约,如《外层空间条约》和《太空缔约国关于禁止向地球上进行大规模破坏性打击的协定》,限制了在太空中部署和使用大规模破坏性武器。除了技术上和操作上有挑战,在政治法律层面,也要面临诸多风险,可以说,中国已经用实际的操作,向美国证明了,这条路基本上被堵死了。

(美国的钻地弹GBU-57,重达两吨只能用B-2轰炸机发射)

而我们“封上”美国的天基动能武器后,西工大无人机技术又突破了。而主要成果也就一句话,“游隼”管射型长航时无人机捷联图像末制导闭环试验取得成功,但其中隐藏的信息量可不小。我们来逐字分析。

第一,管射型,这其实很好理解,也就是我们通常所说的“垂发”,指的是垂直发射系统进行导弹或火箭的发射,但现在无人机也用上了这个技术,那带来的优势就很多了,首先是无需长跑道:传统的无人机需要长跑道进行起降,而垂直发射的无人机可以在狭小的空间或没有跑道的区域起降。这使得无人机能够在限制条件下执行任务,如在城市环境中或紧急情况下进行快速响应。

其次,垂直发射使得无人机具备垂直起降和悬停能力,从而能够在复杂的地形或障碍物周围进行机动飞行。这使得无人机能够进入狭窄的空间、穿越建筑物之间的障碍物,并更好地适应不同的任务需求。

此外,由于垂发系统的主要优势在于其灵活性和多样性,所以可以搭载到各种不同的平台上部署,包括舰船、陆基发射器和空中平台,同时垂直发射还允许无人机从地下、深海或防御工事等隐蔽位置发射,增强了防御和进攻的隐蔽性。

最后,无人机垂直发射消除了长时间巡航和传统起降所需的转场时间,使得无人机能够更快速地执行任务。它们可以在短时间内从悬停状态转变为巡航状态,更灵活地响应任务需求,减少了任务执行的时间延迟。

(这款“游隼”巡飞弹采用管射型垂发,并且自动展开机翼)

第二,长航时这很好理解,表明“游隼”具备延长飞行时间的能力。这对于无人机任务的执行非常重要,特别是在需要长时间持续监视、侦察或其他任务的情况下。而捷联图像末制导也透露了“游隼”主要是用来接近目标时使用图像传感器和制导系统,现代战争中,实时获取目标图像并进行精确制导。这对于实现精确打击和任务成功非常关键。

第三,闭环试验成功则意味着,试验中的数据和反馈被用于实时调整和改善系统性能。成功进行闭环试验表明无人机系统在实际应用中具备了良好的自主性和适应性,可以根据反馈信息进行实时调整和优化。

以上仅是通过一句话分析得知,但是实际应用中,还会有很多意想不到的效果,就比如从作战方式来看,目前俄乌战场中,无人机发挥了重大作用。其优势在于其灵活性、高机动性和多功能性,为军队提供了重要的战术和战略优势。而我们的“游隼”又是管射折叠翼无人机,并且是新型巡飞与精确制导装备。都知道目前俄罗斯的柳叶刀巡飞弹在俄乌战场大显神威,而我们的“游隼”只会更强。

(俄罗斯“柳叶刀”巡飞弹击落乌克兰武装部队的大口径火炮)

说巡飞弹可能大家会对这个概念有所陌生,但提到它的俗名就很好理解了,俗称神风敢死队无人机或自杀式无人机。但是这类型的无人机也怕被提前击落,目前主流的防御手段通常是,使用雷达和其他监测系统可以帮助及早发现无人机的存在并跟踪其飞行路径。这样可以提供更多的时间来采取适当的防御措施。并且将防空武器系统部署在关键区域,这些系统可以包括防空导弹系统、防空炮等,用于拦截和击落无人机。

还有使用电子干扰设备,这样可以干扰无人机的通信和导航系统,使其失去控制或无法正常操作,并降低无人机的效能或迫使其返回基地。在探测传感器方面,通常使用光学和红外传感器,可以提供对无人机的视觉监测和识别,帮助快速发现并采取反制措施。虽然没有绝对的方法可以100%防止所有无人机的攻击,但是这样的防御系统还是对巡飞弹有很大的威胁。不过如果换一种思路,将无人机部署在意想不到的纵深区域,那威力将大大增强,甚至能有效避免被侦测到。

(乌克兰击落的俄罗斯无人机)

这就要提到我们“游隼”有一个重大的突破,那就是折叠翼,而折叠翼无人机在携带和部署方面,显然更适合现代战争灵活多样的打法,首先,折叠翼无人机设计之初,就是为了可以在需要时快速折叠翼膀,使其整体尺寸大大减小。这使得无人机在运输和部署过程中更加便携和方便。无人机可以轻松地被携带和装载到较小的载具、包裹或人员背包中,提高了部署的灵活性和快速性,很适合单兵作战。

其次,其具有很强的隐蔽性和伪装性,折叠翼无人机在折叠状态下的外形和尺寸与常见的日常物品相似,如行李箱、工具箱等。这使得无人机在地面或储存状态下具有较高的隐蔽性和伪装性,降低了被敌方侦察和探测的风险。并且无人机在不使用时可以折叠并存放在相对较小的容器或设施中,减少了储存和维护所需的空间。最后,由于折叠翼无人机可以通过部署翼膀来增加翼展,从而提供更大的升力和飞行稳定性。这使得折叠翼无人机能够具备较长的飞行时间和更远的飞行范围,增加了任务执行的灵活性和效能。

(单兵作战中,无人机被放在一个类似迫击炮的小管子中发射)

而解放军作战时,“游隼”巡飞弹在战术方面就能给我们提供多样化的选择,在发射平台上面,选择很多,我们的两栖登陆舰就可搭载巡飞弹,这可比航母方便并且隐蔽,既能侦察和搜集情报,又能具备打击和突击能力,并且还有一定的干扰和电子战能力,在战场监视和态势感知上,也方便了解放军实时了解战场局势,调整作战计划和决策,增强作战效能。并且巡飞弹的机动性也正好配合解放军作战风格,能够有快速响应和机动性的优势。

事实证明,我们国家大力发展学术是极为正确的选择,学术研究是技术创新和研发的基础,并且学术研究能够提供深入的理论和实证分析,同时也能支持国防能力建设,提高军事装备的性能。而且证明了美国的一些想法不可实现,也让我们不要盲目认为美国提出的天基武器就是主流,经过论证后,让我们不去走这条弯路。并且积极对实战中效果很好的领域加大研究,无人机领域又开拓了新玩法,助力实现我们每个人的强军梦。

作者:万万不全

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