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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

SM-3反导拦截弹模拟数据  

2011-05-06 11:53:35|  分类: BMDS |  标签: |举报 |字号 订阅

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SM-3反导拦截弹模拟数据 - squirrel - 松鼠的空天随笔
 
      SM-3反导拦截弹是美国海军海基中段反导系统(SMD)的核心,Aegis BMD和由此衍生而来的岸基反导系统Aegis Ashore将成为欧洲分阶段适应性方案的核心部分之一。现有SM-3导弹型号为SM-3 Block IA,已经进行过多次飞行测试和拦截试验,拦截成功率很高。
      对SM-3 Block IA拦截弹的性能,一直以来猜测的浮动区间很大,2008年Burnt Frost反卫星试验前,SM-3历次拦截高度普遍在160公里以下,这也成了网络上流传的射高160公里的一个旁证。不过Burnt Frost试验中,SM-3 Block IA成功击落了247公里高度的USA193/NROL21卫星,160公里很明显并不是它的最大射高,此次反卫行动中SM-3 Block IA也显示了此前公开说法的拦截能力有所低估。长期以来美国对外宣传口径是SM-3 Block IA用于拦截3500公里射程以内中短程弹道导弹,但反卫试验证明它具备拦截洲际导弹的潜力。话说回来,SM-3 Block IA如果可以有效拦截洲际导弹的话,美国弹道导弹防御局进一步开发SM-3 Block IIA和IIB岂不是画蛇添足,采购价7000万美元的GBI更成了多余的货色。SM-3 Block IA原始设计用来拦截中短程导弹,不过具有反洲际导弹潜力,这个潜力并不出奇,SM-3 Block IA导弹的动能弹头LEAP/MK 142,是20世纪80年代美国星球大战计划的遗产,LEAP射弹当初计划使用天基电磁轨道炮发射,高速拦截洲际导弹,因此单以动能弹头的能力来说,LEAP可以拦截洲际导弹再正常不过,不过从另一方面说,LEAP是电磁轨道炮发射的"廉价"(廉价相对于当时ERIS和后来GBI的动能拦截器)射弹,本身拦截概率未必要求很高。最重要的是,SM-3 Block IA脱胎于SM-2 Block IV,本身的速度和加速能力不足,限制了SM-3 Block IA的拦截能力,这也是弹道导弹防御局进一步开发SM-3 Block II系列拦截弹的原因。
      言归正传,SM-3 Block IA的拦截能力直接受制于本身3级火箭的速度和加速度,由MK72,MK104和MK136三级固体发动机组成的推进段最后的燃尽速度直接影响到SM-3 Block IA的射高和射程,我个人粗略模拟了这方面的数据,很粗糙简单,仅供参考一二。先说下模型数据,SM-3 Block IA的MK72,MK104和MK136发动机的具体数据并没有官方公开可靠数据,只能用多种来源的数据推测。我使用的数据为:

      SM-3 Block IA全质量1495千克,这和NdiaGulfcoast给出的1504千克很接近,10千克的误差如果不是在第三级MK136和第四级MK142上,对性能数据影响不大。
      MK72助推器全质量685千克,壳体重123千克,推进剂质量562千克,推进剂比冲(考虑MK72完全在稠密大气中工作,我使用的比冲数据已经很高了)254秒,燃烧时间6秒。
      MK104双推力主发动机全质量600千克,壳体加制导控制系统重150千克,推进剂质量450千克,推进剂比冲278秒(又是一个很高的比冲数据,实际上MK104发动机大部分工作时间在大气层内,实际比冲不可能达到这么高),加速段和巡航段总燃烧时间43秒。
      MK136双脉冲发动机全质量150千克,壳体加制导系统重50千克,推进剂质量100千克,推进剂比冲286秒,两个脉冲总燃烧时间20秒。理论上说两个脉冲间隔不定时间燃烧,为了模拟建模方便我直接假定其连续燃烧,这样低估了MK136的性能。这种低估是我个人偷懒,假定对MK136发动机性能的低估和对MK104发动机性能的的高估对消,否则计算模拟太麻烦了。
      MK142动能弹头质量50磅/22.7千克,整流罩和其他部分质量37千克。MK142的推进剂只用于DACS(转向和姿态控制系统)机动,修正制导误差,不增加本身的速度(这个写法有问题,速度是矢量,理论上侧向矢量机动速度也增加的,为了简化将就的SM-3反导拦截弹模拟数据 - squirrel - 松鼠的空天随笔)。

      弹道选取了45°仰角的模型,根据以上模型数据计算所得,SM-3 Block IA飞行试验时纯弹道模式的射程为1357千米,最大射高375千米,燃尽速度3.28千米/秒,最大速度约3.4千米/秒(再入大气层前,下降段重力加速所致)。如下图:
SM-3反导拦截弹模拟数据 - squirrel - 松鼠的空天随笔
 
 速度-时间曲线(45°Loft Angle)

SM-3反导拦截弹模拟数据 - squirrel - 松鼠的空天随笔
 
射高-射程曲线(45°Loft Angle)
 
SM-3反导拦截弹模拟数据 - squirrel - 松鼠的空天随笔
 
自关岛向西北方向发射的飞行试验弹道示意图(分别为30°,45°和60°仰角的弹道)
 


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