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瀚海狼山:射程1000公里的电磁炮弹如何克服地球表面的曲率问题?|2022-08-22

昨天瀚海狼山(匈奴狼山)谈到了射程在600到1000公里的超级电磁炮正在技术突破的门槛上,不久之后就有可能大规模的装备,成为划时代的新型作战武器。而不少观众提问说,射程高达1000公里,那么目标将远远在发射者的视线之外,也就是因为地球是一个球体,1000公里之外的目标远在发射者可见的地平线的下方。那么这种超级电磁炮是如何克服地球表面的曲率问题而最终准确命中目标的?会不会因为初速太高,而导致高速射出的电磁炮炮弹不会最终落下来,而直接打到太空中成为实心金属的卫星?其实这个问题如果从纯技术上或者作为学术问题详细回答,那么完全可以写成专业论文,会涉及引力场与高等数学等一般人看来非常深奥的东西。在这里肯定不能如此回答问题。于是只能,

 

用通俗的方式解释一些专业的军事科技知识,让大家基本看明白即可。当然如果描述的内容不是特别的精准,也不用去过于深究。射程最远1000公里的电磁炮发射出去的炮弹。肯定不会直接打到太空中去成为卫星。这个用牛顿定律就能很好地解释。因为要成为卫星或者彻底脱离地球引力,那么物体的初速至少是7.9公里每秒以上,而且矢量是地球的切线或者是其他的发散线。而最大射程1000公里的电磁炮炮弹的出膛初速只有3000米每秒上下;还不到第一宇宙速度的一半。那么这种电磁炮不论以多大仰角发射炮弹,都不用担心会直接打成卫星;而必然会在地球引力的作用下落回地面或者海面;哪怕其落点已经距离发射位置在1000公里之外。况且这种重金属的实心炮弹一般没有火箭进行增程和后期的加速,

其最初的出膛瞬间的速度已经是飞行全程一直到落地期间的最高速度;绝大多数无火箭增程效应的炮弹基本都是如此,电磁炮弹也不能改变这个物理规律。因此在外界大气的摩擦减速效应下,出膛以后的电磁炮炮弹不论飞行多远,其最终击中目标时的瞬间速度,肯定要比刚刚出膛瞬间的初速度要明显更低一些。先讲明白了这个问题,再回答超远射程的电磁炮如何克服地球曲率。其实既然被叫做电磁炮,那么肯定与传统的火炮有一定的内在技术共性。否则就不该叫电磁炮而叫做电磁导弹或者其他名称了。当然,电磁导弹、电磁鱼雷、电磁火箭弹最终都会有,但是未来最普遍装备和使用成本相对最低的,肯定还是电磁炮。这就像当今普通身管火炮仍然比导弹和火箭弹装备得更多,相对使用成本仍属最低是一样的道理。

关于地球曲率对射击精度的影响,并不是到了远程和超远程电磁炮这里,才显得问题突出,值得特别注意。其实当代普通的身管火炮和火箭炮已经面临地球曲率的明显影响。因为当代的一流自走炮,已经可以轻易地把炮弹打到50到70公里之外;而重型火箭炮可以射击150到300公里之外的目标,都属很普遍的存在。被射击目标在50公里之外,已经在发射者的可直线观测的地平线以下。因为在海平面高度,无论如何都不可能看到50公里之外海面上的舰船。但是地球曲率并没有影响常规远程火炮和火箭炮的日常射击。这是因为,从基本原理上讲,虽然普通身管火炮的炮弹绝大多数看起来是没有制导功能的。其实这是有意忽略了一个天然存在的“制导”能力。其实这就是地球的引力,专业上也可以叫做星球,

 

的重力场。也正是因为地球重力场的存在,所有一次性发射出去的任何弹丸,只要初速度不高于第一宇宙速度,那么肯定会落下来。而最终落到哪里?牵扯到几个关键因素。第一,是发射弹丸出膛的仰角,其实就是初始矢量角;第二,是出膛的瞬间初速度;第三,是空气的阻力因素;第四,是风力的偏转效应。其实也可以归类为空气存在的干扰。在中学物理中,通过简单的抛物线公式,已经可以计算一定仰角和初速度的弹丸可以发射出去多远。但在实际上炮弹飞出的并不是标准的抛物线而是弹道曲线。弹道曲线受到大气阻力的很大影响。实际射程比理想抛物线至少短一半。中学物理中,并没有提到另外一个因素。这就是发射者所在位置的重力值,和落点位置的重力值。这两个值不论对普通炮弹还是洲际导弹,

 

特别是炮弹和导弹的最终打击准确度,都有很大的影响。所谓差之毫厘谬以千里。用抛物线计算射程和落点,其实是把地球看做了一个理想的标准圆球,而所有地点的重力场都是完全一致的。而事实上远非如此。地球表面各地的实际重力场,几乎很少有完全相同的。如果某地地下有大型铁矿,那么其重量场就会比周边地区要大一些。那么先不说最复杂的洲际导弹,即使普通的远程身管火炮和火箭炮,在进入战场进行射击的时候,是否需要考虑不同地方重力场的不同呢?表面上似乎不需要考虑,但实际上也是暗中需要考虑的。这就是所有炮兵群机动到一个陌生的战场,都要进行一定的试射和校射。比如从平原地区全要素机动到高原地区的炮群,都必须重新校射。到了高原地区,空气明显更加稀薄。

 

会造成炮弹和子弹的射程瞬间多出10%甚至更多。这表明看起来完全是空气稀薄的影响;其实也暗中隐含了高原重力场和平原重力场不同的隐蔽因素在里面。只不过往往只注意空气密度的影响,而有意无意地忽略了不同地点地球重力场的不同。那么为何要反复提到重力场的问题,它与炮弹克服地球曲率又有什么直接或者间接的联系呢?实际上前面已经提到了。重力场就是所有普通无制导弹丸的隐形制导因素。对任何炮弹和导弹来说,只要考虑了重力场,就基本不需要再考虑地球是一个球体。因为重力场已经自动地把一个极为复杂的球表面的曲率给简单而有效的平面化了。这个说法可能不好理解。其实用洲际导弹的陀螺制导方式就能很好地说明。最远的洲际导弹可以打2万公里甚至更多,等于已经打到了发射者,

 

所在的地球背面。但是对发射一方来说,只需要给导弹的陀螺制导系统,输入导弹起飞点的精确坐标,以及导弹要打击目标的精确大地坐标,剩下的问题完全交给导弹的陀螺仪就行了。并不需要在洲际导弹的飞行全过程中,不断地提醒导弹:你要注意地球曲率啊,再不注意你就会自己飞到太空中去了。完全没必要!因为地球的重力场时刻自动吸引着导弹不至于不受控飞向太空。也就是说,洲际导弹可以完全无视其飞行全程中,其弹道投影在地球表面经过的所有地点的自然重力场,而只需要注意起飞点的重力场和目标点的重力场两个决定性因素即可。或者说洲际导弹一直以为自己在飞直线,但是在重力场的作用下,其实是飞出了一个完美的弧线。而对所有身管火炮来说,不论其射程是20公里还是200公里,

 

甚至是电磁炮的1000公里。在实战操作中更简单,只需要把整个地球继续认为是一个理想球体。所有炮兵使用的射击专用地图,都是纯粹方格的平面地图。也就是把地球作为理想球体的三维模型变为二维处理。等于把极为复杂的问题彻底简单化。不论炮弹打多远,都已经完全不再考虑地球曲率的影响。这就像阿根T在我们的背面,但是如果一门超级大炮可以打2万公里,可以一炮打到阿根T。负责发射这门炮的炮兵手里的专业地图上,阿根T仍然在同一个平面上,到这里可能就容易理解了!在实际射击以前,只需要知道发射炮位本身的坐标,以及目标点的精确坐标,然后就由弹道计算机快速计算出射击密位、火炮仰角;以及该用什么具体的弹种和几号装药。在现代工艺之下,相同类别的发射药,

 

可提供的炮口初速几乎完全一样。在发射仰角和密位固定的情况下,同号装药的同类非制导炮弹,几乎可以重复打入个篮球场大小的区域。最大的干扰因素,其实是大气压和风向的突然变化。因此现代弹道计算机,都会同步输入大气瞬间数值作为预估落点的重要参数。作为大致相同的原理,超远程电磁炮虽然比普通身管火炮的射程再度提高了一个数量级,但是洲际导弹比打得最远的电磁炮的射程还要多1个数量级。这就导致普通身管火炮、电磁炮和洲际导弹三者,同样都可以自动忽略地球曲率的问题,都把三维空间简单的二维化。如果在高原上使用电磁炮和大洋上使用电磁炮有大气条件和重力场的不同,只需要临时更换一套新射表即可。而且射程1000公里的电磁炮,一般都是以75度以上的大仰角齐射为主。

 

其炮弹大部分时间飞行在卡门线以外;下落期间也只有最后一段需要近乎垂直再入十几公里厚度的底层大气;因此受到风力和气压变化的干扰更小,导致射程如此之大的电磁炮炮弹,实际命中精度反倒比普通非制导炮弹还要高!

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