最近整理了硬碟,发现很早就下载好的一部电影一直没看——《通缉令(Wanted)》,安吉丽娜·朱莉一甩手,射出的子弹便绕过障碍物飞行。

神奇不?还有更神奇的!

你没看错,摩根弗里曼让男主把垃圾桶里苍蝇的翅膀射下来!

被枪指著头的男主不得不努力去做,最后竟然真的射掉了苍蝇的翅膀。摩根弗里曼对男主这一能力做出了解释:

有了这样的设定,那剧情里出现什么样的场景都不会太惊讶了。比如:一发子弹射过来,一般电影里不开挂的主角都是象征性的躲开,而在这部剧里面的反应则是:

https://www.zhihu.com/video/904491400698134528

《通缉犯》精彩片段(大小约3M)

所以在这部剧里,你不会看到为了救爱人而去挡子弹的剧情。一发子弹就够了,何必要用命。

如果现实中真有这样的能力,可以将飞行中的子弹拦截,那世界上最危险、杀人最多的子弹将不再那么可怕,然而我们目前还不能拦截子弹。

在百度里输入「拦截」一词,会自动出现「拦截广告软体」、「拦截导弹」等关键词,和拦截搭配的词常常是导弹,导弹是可以被拦截的。

我们目前的技术水平能够拦截飞机、导弹,但是却对小小的子弹无可奈何。那为什么子弹不能被拦截,而10倍于子弹速度的导弹却可以被拦截呢?下面范特西将为你解答这一疑惑。

导弹是如何被拦截的?

在解释子弹为什么无法被拦截之前,先讲讲导弹是如何被拦截的,理解了导弹的拦截过程,子弹为什么不能被拦截就自然清楚了。

下面以美国地基中段导弹防御系统(The ground-based midcourse missile defense system,GMD)的拦截过程为例,解释导弹是如何被拦截的。

地基中段导弹防御,即由陆地发射的拦截弹在来袭的洲际弹道导弹的飞行中段对导弹进行拦截。洲际弹道导弹的射程在8000公里以上,弹道可分为上升段、中段和末段。

上升段主要为发动机点火助推,给导弹加速,类似于电视直播中长征火箭的发射;中段为大气层外的无动力自由飞行段;末段为弹头再入大气层飞行,对目标点进行打击。

俄罗斯「白杨-M」导弹

导弹防御一般选择洲际弹道导弹的飞行中段进行拦截。飞行中段几乎占全部飞行过程的80%~90%,持续时间有20多分钟。中段拦截的时间较充裕,并且可能进行多次拦截;同时中段飞行的导弹只受地球引力作用,弹道易于预测。

防御过程类似于我们平时打羽毛球。首先由眼睛看到目标飞过来,将看到的信息传给大脑,大脑对看到的信息进行处理,并对目标飞行轨迹进行预判,然后指挥运动员向目标靠近,最后挥动球拍对目标进行击打。

对于拦截系统而言,预警系统(卫星、雷达等)相当于眼睛,负责看目标;指挥控制系统相当于大脑,对预警信息进行处理,然后做出决策;拦截弹系统相当于运动员的身体,负责将「球拍」送到预定位置;拦截弹的战斗部则相当于球拍,对目标进行拦截。

地基中段导弹防御系统的具体拦截过程如下:

当敌方向美国本土发射导弹后,由于导弹助推器燃料燃烧会释放大量的热能,与周边环境形成鲜明对比,在进攻导弹飞行至约10km高度时,预警系统的导弹预警卫星(DSP、SBIRS)便可通过助推器尾焰红外辐射发现目标,通过目标的速度倾角判断是发射火箭还是发射导弹,如果是发射导弹,则为指挥控制作战管理与通信(C2BMC)系统——拦截系统的大脑,提供目标的早期预警信息。

预警卫星通过导弹的发动机尾焰红外辐射发现导弹威胁,并对威胁目标进行监视

洲际弹道导弹为多级助推,助推器将弹头送至预定高度便与弹头分离,同时会释放诱饵等装备,与真弹头形成目标群,掩蔽弹头突防,增加拦截系统的识别难度。

弹头分离和诱饵释放:红色锥形的是真弹头,球形为涂有金属涂层的气球或轻型充气诱饵,白色锥形的为刚性复制诱饵,与真弹头外形一样,其它为分离后的助推器和碎片

C2BMC系统是一体化智能系统,具有自动处理预警信息和指挥决策的能力。它接收到预警信息后,依据预警卫星提供的来袭导弹的发射地点、助推时间、初步的弹道轨迹参数等信息,形成预警文件和预警雷达(UEWR)引导信息。

预警雷达也是预警系统的一部分,在接收到C2BMC系统的引导信息后,对目标进行探测、捕获和威胁评估,并将跟踪数据传回到C2BMC系统。

改进的早期预警雷达对目标群的探测跟踪

C2BMC系统将来自预警雷达的目标弹道数据进行处理并传送至X波段雷达。

X波段雷达可以通过回波信号获取目标的微动(姿态变化,为提高弹头命中精度,通常需要对其进行姿态控制)特性等信息,对目标进行识别并精确跟踪,这个功能是预警雷达所不具备的。X波段雷达有陆基和海基两类,范特西的第一篇文章介绍的萨德系统的雷达便是陆基X波段雷达。

海基X波段雷达是被安装在一座改进的海上石油钻井平台上的雷达,具有一定的机动能力,并在美国多次的弹道导弹拦截试验中验证了其多种探测能力

X波段雷达接收到引导信息后,对来袭目标进行搜索、捕获和精确跟踪,估算其弹道,并与资料库内相关资料进行智能匹配,识别诱饵和真弹头,同时将目标的弹道数据和特征数据传送至C2BMC系统。

X波段雷达对目标群的跟踪、识别

任何单一的感测器或技术都不能满足对弹道导弹的预警探测要求,对弹道导弹的预警探测需要建立在多阶段、多手段、多特征的基础之上。为了快速有效地对弹道导弹进行预警探测,需要跨时域、跨地域,融合预警卫星、预警雷达等多种感测器获取的目标观测信息

分布在地球上多个地方的UEWR雷达、宙斯盾雷达、TPY-2雷达、海基X波段雷达等组网探测,可实现对来袭目标中段飞行的全程跟踪,多部雷达的信息组网融合探测,也可以提高雷达的对目标的捕获概率和预报精度

C2BMC系统对X波段雷达的探测信息进行处理,如果确定该导弹可能威胁美国本土以及能够对其拦截,则制定作战方案,选择预测命中点(拦截弹发射后与目标轨迹可能发生碰撞的空间位置),并指定实施拦截作战的地基拦截弹(GBI),为其装载目标数据。

拦截系统根据接收到的C2BMC指令信息,发射拦截弹,拦截弹在助推器的作用下加速向预测命中点飞行。

GBI拦截弹发射

当拦截弹获得所需的关机速度后,助推器关机,拦截弹的战斗部——大气层外动能拦截器(Exoatmospheric kill vehicle,EKV)与助推器分离,单独执行与目标直接碰撞的拦截任务。

EKV与助推器分离,未来的GBI拦截弹将发展MOKV模式,即一枚拦截弹携带多个EKV

EKV采用直接碰撞的方式对目标进行拦截,即利用高速飞行所具有的巨大动能,对目标进行碰撞摧毁。

传统的破片式毁伤多用于战术导弹和飞机的拦截,对于洲际弹道导弹高强度的弹头而言,破片式毁伤的强度不足以对其构成威胁,而EKV的速度能达到7km/s,很小的质量碰撞即可造成巨大的动能毁伤,远超TNT炸药的威力。

EKV结构示意图

这就要求EKV具有较高制导控制精度。EKV具有自身的制导控制系统,包括4个轨道控制发动机,通过侧向推力,控制EKV轨道接近目标导弹轨道;6个姿态控制发动机,保证EKV的姿态定向,使目标始终在红外导引头的视场范围内。红外导引头获取目标红外图像,引导EKV向目标群靠近,识别真目标。

EKV拦截目标的弹道机动分为三段。

第一段为以预测拦截点为基准的远距离机动。目的是使EKV靠近目标群,并对目标群进行捕获。

第二段为以目标群跟踪为基准的制导机动。目的是使EKV导引头跟踪包含真目标的目标群。

EKV红外导引头对目标群的探测识别

第三段为以真弹头为基准的末制导控制。目的是使EKV靠近目标群后,识别出真目标,并将真目标作为基准,导引EKV碰撞摧毁目标。

EKV对目标的碰撞拦截:第一个拦截的是诱饵,第二个拦截的是真弹头

从拦截弹发射到EKV与目标碰撞所需飞行时间取决于发射点与碰撞点的相对位置、拦截时间的相对速度要求、EKV导引头对目标的探测要求等有关,当EKV与助推器的分离速度为7km/s时,这一时间最大值约为12min,此时碰撞点距发射点的水平距离约为3500km,高度约为1800km。

清楚了导弹的拦截过程,下面我们来分析为什么子弹不能被拦截。

为什么无法拦截子弹?

通常的手枪子弹的初始速度和音速是差不多的,一般在300~500m/s。步枪的子弹速度高于手枪,可以达到900~1000m/s,相当于3Ma,有些特殊的步枪,子弹速度可以达到4Ma。

对于导弹而言,除了亚音速巡航导弹(如战斧),其它大多数导弹的速度都在2Ma以上,拦截弹的飞行速度可以达到4Ma左右,一些超音速巡航导弹可以实现5Ma以上的飞行速度。

现在,世界上飞行速度最快的导弹莫过于洲际弹道导弹,这种导弹在大气层外飞行的速度可以达到3km/s以上,甚至可达到6km/s。而美国已经在十多次试验中对这类导弹进行拦截,并且在今年的5月30日真正意义上实现了对洲际导弹的成功拦截。

从前文介绍的地基中段导弹防御系统的拦截过程可以看出,拦截的前提便是看得见目标,然后才考虑能不能够得著。看见目标后通过目标已有的轨迹对后续轨迹进行预测,加上足够的拦截时间,方可形成拦截条件。

生活中的各种球类运动,足球、篮球的抢断,科技含量高一些的卫星抓捕、空间站对接,大都是这个原理。

天宫一号与天宫二号对接

子弹和导弹都具有高速飞行的特性,导弹的速度远远高于子弹的速度。导弹可以被拦截,而子弹无法拦截的原因主要有两点:一是子弹飞行时间短,二是子弹体积小。

由于子弹飞行过程中没有动力,同时空气阻力会对其减速,所以动能会逐渐减小,加上重力的作用,飞行时间由发射的方向和高度决定。一般子弹的飞行时间都在几秒内,所以短时间内很难采取拦截措施。

子弹长度一般为几毫米到十几厘米,直径大都在1厘米内,这样小的体积,即使飞行时间足够久也无法用雷达对其进行捕获,无法获取和预测其飞行轨迹,因此拦截便无从谈起。

那么,拦截子弹有没有实现的可能性呢?

美国洛克希德·马丁公司桑迪亚国家实验室对外宣布研制了一种类似飞镖的激光制导子弹。这种激光制导子弹长4英寸(约10.16cm),在飞行过程中能自动调整方向,像微型导弹一样击中1英里(约合1.6公里)以外的目标。

激光制导子弹的结构图

在激光制导子弹的内部有一个微型控制系统,其主要由两大部分构成:一是制导系统。在子弹前端有一个光学感应器,用以搜索、追踪射向目标的激光制导点,内部的感测器能将目标不断变化的信息实时传给制导和指挥元件,后者通过中央处理器计算出需要的飞行路径,并指挥电磁传动装置。二是传动系统,主要是一个驱动电机和一个类似「鱼鳍」的微型弹尾,驱动电机可为传动系统提供持续动力,微型弹尾可不断旋转,调整方向,控制子弹迂回、曲折地击中目标。

由于机动能力有限,目前该制导子弹还不能对高速移动的物体进行打击。同时光学感应器如何捕获高速移动的子弹也是难题。所以,拦截子弹目前还不能实现。

不过,随著信息技术、激光制导技术和人工智慧技术的飞速发展,相信未来更先进的智能子弹的出现将会实现对子弹的拦截。

「天下武功,唯快不破」,在新技术突破之前,要想拦截子弹除非你有他这么快!

电影《功夫》中火云邪神徒手夹子弹

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