深入探討：小火箭聊武器裝備的五項重要指標

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共6939字，71圖。預計閱讀時間：30分鐘。

本文是小火箭《先進武器系統研發重要技術指標分析與展望》內部報告的整理版本。

國產電磁軌道炮正在積極進行上艦測試。重型獵鷹運載火箭迎來她的首次發射。中美高超聲速飛行器在學術領域和工程領域的進展令世人關注。軍事和商業衛星的發射數量和發射密度逐漸向人類太空探索的黃金時代的樣子恢復。

軍事行動、人類的科學探索和以企業為主導的商業活動，這三個領域之間的界限在如今這個時代已經變得越來越模糊。

那麼問題來了，大型科研項目和武器裝備系統的研製項目中，哪些性能指標會是重點考慮的因素呢？小火箭在本文就準備和大家一起，努力從項目總設計師的角度來總結和探討這些重要的指標。

空間

獲取在空間層面的優勢是自古以來人類工程師和戰略家都夢寐以求的事情。由此催生了不少說法，比如居高臨下、有利地形、防區外精確打擊等等。

正如《孫子兵法》中所言：「夫地形者，兵之助也。料敵制勝，計險厄遠近，上將之道也。知此而用戰者必勝，不知此而用戰者必敗。」

羅馬兵團以紀律嚴明和在一些戰役中的碾壓性勝利而聞名於世。而這樣的軍團在公元前54年的一個飄雪的冬日，迎來了一場惡戰。

這一天，曾經統治歐洲北部但是被羅馬人趕下王座的厄勃隆尼斯抵抗軍將羅馬兵團誘騙到一個深谷中。站在山谷兩側高地上的厄勃隆尼斯抵抗軍以滾木礌石猛砸深谷中的羅馬兵團。

這些用盾牌抵抗飛石的羅馬士兵足足堅持了8小時之久，從暖陽當空的上午一直堅持到太陽西斜涼風吹起的傍晚。身負重傷的指揮官拒絕投降。面對如血的殘陽，這些羅馬士兵互相幫助著結束了兄弟們的生命，直到最後一人揮劍自刎。

這個由7000人組成的令人聞風喪膽的盔甲鮮明的羅馬兵團在當日全軍覆沒。

無論凱撒的《高盧戰記》如何的蕩氣迴腸，也無論那「我來，我見，我征服」的誓言是何等的豪邁。面對擁有在高度上占絕對優勢的抵抗軍，強大的羅馬軍團也有品嘗敗績的時刻。

第一次世界大戰期間的齊柏林飛艇也深得佔據空間層面的優勢之道。

U-2高空偵察機採用了多項當時極其先進的技術，實用升限達到了27430 米。U-2偵察機的飛行員在座艙內需要穿上類似宇航服的專用飛行服。

而當時的米格-19戰鬥機的升限為17500米，蘇-9截擊機的升限更是只有16760米。

蘇聯派到空中試著進行攔截的戰鬥機爬到實在爬不動的高度時，與U-2偵察機還有將近10000米的高度差，實在是難以用機炮實施打擊。

U-2高空偵察機的設計理念也是努力獲取在空間層面的優勢。

以蘇聯的R-7導彈和美國的宇宙神導彈為代表的人類第一代洲際彈道導彈的設計理念，是能夠從足夠遠的距離發起攻擊。

考慮到洲際彈道導彈的彈道高點早已超出卡門線，進入了太空，因此總體上還是追求高度。

以佔據空間優勢為目的的設計，可以歸納為兩個字：更高。

時間

空間的優勢很難長期維持，羅馬軍團在公元前54年那個飄雪的冬日犯的錯誤被很多指揮官所銘記。

公元前15年，羅馬軍團佔領多瑙河上游，把包括現如今的匈牙利、奧地利等國的廣大區域納為行省。隨後，軍團征服易北河流域。

到公元43年的時候，羅馬軍團已經在攻打不列顛了。再往後，確立了羅馬帝國以多瑙河與萊茵河為北部邊境的疆域。

對地形的利用和對佔據遠射程和大攻擊力的武器裝備（比如投石機）的研發和升級在其中起到了很大的作用。

能夠引燃齊柏林飛艇內部氫氣的專用子彈的發明讓齊柏林飛艇的高度優勢不再明顯。薩姆-2地空導彈的出現使得U-2的高度優勢不復存在。

即使是2萬多米的高空，也能夠成為薩姆導彈實施屠戮的沙場。

於是，新的設計理念開始出現。SR-71高空高速偵察機問世。

這種飛行器能夠以3.315馬赫（聲音速度的3.315倍，相當於時速4061公里，按照船舶速度節的概念來說，相當於2170節）的速度高速飛行，令大多數同時代的地空導彈望塵莫及。

於是，武器裝備的第2大性能指標的概念在飛行器上開始明朗：時間優勢。

仔細分析起來，時間優勢有三個層面的涵義：

能夠以更快的速度到達戰場或任務區，也就是快速抵達；

完成任務後，能夠以更快的速度脫離危險區；

能夠在同一時間周期內，集中密度更高的火力或者偵察能力。

受時間優勢理念的影響，噴氣式戰鬥機的發展開始加速。

以F-104和Mig-21為代表的第二代噴氣式戰鬥機揭開了高速飛行+空空導彈的空戰模式。這些戰鬥機的最大飛行速度通常都能夠超過2馬赫。

公元1883年6月份，一份專利和一挺機槍讓馬克沁爵士在人類工程技術史上留下了深刻的印記。

馬克沁爵士射擊步槍時，肩膀受到了後坐力的撞擊。他靈光一閃，發明了利用後坐力來讓子彈自動上膛的槍械。

這一類後來被稱作自動槍械的武器對戰爭形態的影響是深遠的。

射速能夠達到600發每分鐘的古老但卻很難過時的馬克沁機槍至今仍然能夠出現在多種場合。

人類對時間層面的極致追求也可以總結為兩個字：更快。

節點

追求空間層面和時間層面的優勢，造就了人類武器裝備更高與更快的特點。

隨著技術的發展，單一節點的作戰效能越來越高。星球大戰系列電影中的參悟了原力奧秘的絕地武士能夠做出一番驚天動地的事業，技術先進的武器裝備在實際的作戰行動中也能夠以單一節點做到影響局部戰場的態勢。

單一節點在對抗的白熱化期間，其生存能力就成為了突出的性能指標。坦克的誕生就基本上源自節點層面的優勢理念。

早期的坦克不會飛（現在的基本上也不會），行動速度非常慢，在空間層面和時間層面上沒有顯著優勢。

但是，它們皮糙肉厚，令機槍難以發揮作戰效能。雖行動遲緩，但卻徹底改變了戰爭的形態，把第一次世界大戰的塹壕戰僵局打破了。

這種注重單一節點的可靠性和生存能力的理念在飛行器上的傑出體現就是A-10攻擊機了。

A-10攻擊機的飛行速度較慢，但是其可靠性和生存能力把單一節點的性能指標體現地淋漓盡致。

A-10攻擊機的飛行控制系統是三重冗餘的，在戰火中損毀任意兩套系統對飛行均不構成實質影響。

其作動系統以兩套獨立供液的液壓系統互為備份。另外，還附加一套全機械的操控裝置。即使防空導彈或者炮火打斷了所有了液壓管路，依賴傳統的連桿和鋼索機構，同樣能夠實現姿態控制。

除了為配置碩大的GAU-8/A復仇者式7管加特林機炮而右偏布置的前起落架之外，A-10的大部分系統都至少做到了雙備份。

打掉一側垂直尾翼，飛機可以照常飛行；動力冗餘，打壞一台發動機，也照樣可以飛行；兩側升降舵是獨立控制的，打掉任何一塊，也都不至於失去俯仰控制能力；升力餘量很足，任何一側機翼打掉45%以內，仍能繼續飛行。

A-10攻擊機機身內部有4個油箱，對應4套獨立供油系統，油箱與油箱之間，做好了防爆設計。

這是海灣戰爭中被一枚薩姆-16肩扛式導彈命中的一架A-10攻擊機安全返回基地後拍攝的照片。

正因為這樣的堅固節點的存在，由地面防空炮火和地對空導彈抹平的空間層面的高度優勢被再次追回。

配合1174發貧鈾子彈和6枚小牛空對地導彈，堅固的A-10節點雖然沒有令人瞠目的飛行高度和飛行速度，但也同樣能夠成為改變戰爭形態的一款武器裝備。

1961和1962兩年，是帶有核彈頭的戰略導彈由單彈頭向多彈頭變化的轉折期。

由於美蘇雙方都握有大量核導彈，為避免遭到毀滅性的核報復，戰略導彈的第一波打擊對象從人口稠密的大城市和重要工業基地擴展到了對方核導彈的發射井。

為比較單枚大當量核彈頭與多枚小當量核彈頭的作戰效能，美國在上世紀60、70年代用海神C-3導彈與大力神2型導彈做了大量實彈試驗和數值模擬試驗。

海神導彈是潛對地導彈，彈頭為10枚5萬噸當量的分導式核彈頭，而大力神2型導彈則帶有一枚威力巨大的1000萬噸當量的核彈頭。大力神2彈頭的總當量為海神的20倍。

但是試驗表明，海神導彈對機場類目標的毀傷效能是大力神2導彈的10倍，對加固的導彈基地的毀傷效能更是提高到了11.2倍，對10萬人口城市的打擊效能增加了2.5倍。

多彈頭能夠對重點目標施行交叉火力式的打擊，以數量彌補單枚彈頭威力的不足，反而大幅提高了作戰效能。

小火箭把爭論的緣由和結論做成了兩張圖表：

摧毀對方的導彈發射井是很困難的，這些發射井的分布比較稀疏。

以美國大力神洲際彈道導彈為例，其位於華盛頓州拉爾森空軍基地的發射中隊有3個發射陣地，這些陣地的相互距離在19.2公里到28.8公里之間。

每個陣地有3口發射井，每個發射井由3172立方米的水泥和700噸鋼筋建成，深48.3米。井蓋則由兩扇重達106噸的門緊緊蓋住。

以當時不足1000萬TNT當量（10Mt TNT）當量的彈頭來攻擊的話，摧毀每個發射中隊至少需要3枚導彈以足夠高的精度命中發射井才行。

有關多彈頭技術的分析，詳見小火箭的公號文章《戰略導彈多彈頭技術的由來與發展》。上圖為一枚和平衛士洲際彈道導彈的10顆核彈頭再入大氣時的瞬間。每顆子彈頭的當量都是30萬噸，也就是20枚廣島原子彈的爆炸當量。

於是，躲在抗核加固的發射井內的洲際彈道導彈一旦能夠存活下來，哪怕是一枚，在實施核報復的時候，也會投擲出相當於200枚廣島原子彈的當量，打擊10個目標。

這種提升單個節點的作戰能力和生存能力的節點層面的指標，可以簡單歸納為：更強。

信息

小火箭將空間、時間和節點層面的性能指標與更高、更快和更強進行了關聯。這是較為傳統的性能指標。

在數千年文明史同時也是數千年戰爭史和工程技術發展史上，人類對這些指標的追求是孜孜不倦的。

在後來，有了信息層面的優勢。

信息層面的性能，可以分為兩類：

盡量多地獲取對方的信息；

盡量隱匿自身的信息。

這是一顆鎖眼KH-4A偵察衛星拍攝的蘇聯多隆空軍基地的場景。可以看到龐大的轟炸機機隊。圖片來源：美國中央情報局。

與哈勃太空望遠鏡系出同門但是性能要比哈勃望遠鏡先進很多的鎖眼系列偵察衛星就是信息層面性能指標中獲取信息的典型代表。

這是一顆早期型號的KH-11偵察衛星拍攝的蘇聯正在建造一艘基輔級航空母艦的船塢的場景。

這張照片是1984年一位名叫塞繆爾·莫里斯的美國海軍情報部門的分析官出售給英國簡氏防務集團的。

後來更新型號的KH-11系列偵察衛星的解析度當然會高很多。因為從預算的角度來看，早期型號的KH-11偵察衛星的單星預算為1.75億美元左右。

後來的KH-11偵察衛星，在有之前的基礎建設和技術積累的情況下，整個項目的預算以及單星的預算還在不斷攀升。

2005年，單顆KH-11偵察衛星的造價為63.5億美元。剛好比2006年10月9日下水的尼米茲級航空母艦布希號的62億美元的造價貴了一點點。

一顆鎖眼KH-11偵察衛星拍攝的伊拉克的一座機場內的建築。

說起隱匿，在那段特殊的時期，大家需要訂好鬧鐘以便拉起帆布躲避對方飛臨上空的偵察衛星。

而以F-117為代表的隱形飛機則是較為典型的型號。

當1964年，蘇聯科學家烏菲莫切夫老爺子在蘇聯發表的學術論文中提到：物體對電磁波的反射強度與物體尺寸的關聯度遠遠小於物體外形布局的結論並給出理想物體外形的時候，他或許不會想到，在25年後，兩架基於他的理論而研製出來的美國轟炸機悄無聲息地轟炸了巴拿馬的軍事基地。

或許更難以預料的是，又過了兩年，這種名為F-117夜鷹的飛行器，包攬了海灣戰爭中由偵察衛星測定和標註的4000個高價值目標中的1600個，佔美軍動用所有武器裝備進行打擊的高價值目標的40%！

上圖為在弗吉尼亞州蘭利空軍基地整裝待發的隸屬於第37戰術聯隊的22架F-117A隱形飛機。當晚，這些F-117就將飛赴沙烏地阿拉伯，然後稍作休整後，投身於海灣戰爭的沙漠盾牌行動。

獲取了高解析度的衛星照片，就可以更加準確地判定需要打擊的目標；而擁有了隱身能力，在過去那個時代就可以比較從容地抵近目標上空投擲精確制導炸彈。

信息層面的優勢，可以歸納為：更穩和更准。

體系

終於聊到第五大指標了。

1940年10月15日，不列顛空戰進入最後，也是最為白熱化的階段。納粹德國頒布第17號元首令，力圖用密集轟炸摧毀英國的抵抗意志。上圖為亨克爾-111轟炸機超低空飛掠英吉利海峽時的場景，巨浪問天，戰機轟鳴。

當晚，235架德軍轟炸機侵入英國領空。倫敦的地面防空火炮不可謂不密集，但是統計起來，英軍整整用了8327枚炮彈才擊落2架德軍轟炸機。

人們終於意識到，過去那些忽略空氣動力學、一切從簡的彈道學，是多麼地粗糙和脫離實際。於是，現代彈道計算的概念開始誕生。（小火箭工作室前些年的主業。）

工程師們用複雜的計算，給防空火炮的延時引信和發射仰角提供數據支撐。斯佩里公司用將近1.2萬個零件組成的重400多公斤的M-7彈道計算機橫空出世，標誌著彈道計算開始機械化。

而數學家維納從整個彈道計算的過程中提煉出來的數學基礎，催生了《控制論》。維納借用1845年法國科學家安培創造的新詞Cybernetics命名當時新的學科，「賽博」這個詞就此為世人所熟知。

公元1954年，錢學森博士寫了一本書，名為Engineering cybernetics。錢學森博士是馮·卡門博士的得意門生，是美國國防部的顧問，同時也是噴氣發動機工作室（美國噴氣推進實驗室的前身）的合作創建者。

當時的錢學森博士雖然已經43歲了，但是依然有著足夠的創新意識。

Engineering cybernetics這個名字，直接翻譯的話，是工程賽博。該書的中文正式譯名為《工程式控制制論》。

上圖從左至右：普朗特博士、錢學森博士、馮·卡門博士：師爺、學生和老師三代人。

1955年，錢學森博士回國。

安培、維納和錢學森都提到的賽博這個詞，如今已經成為了熱詞。無論是早期的自動化機械還是後來的互聯網和物聯網，好像不提到賽博就不夠時髦似的。

賽博與控制論息息相關，其本質就是要去認識複雜大系統的靈魂。

把節點有機地組織起來，即使是看上去不起眼的小零件也能變成強大的彈道計算機。把武器裝備組成帶有反饋機制和自組織能力的作戰系統之後，體系化的優勢就體現出來了。

上世紀90年代末的科索沃戰爭中，南聯盟空軍的米格-29戰鬥機與北約的F-16戰鬥機之間並未形成代差，尚有迎戰的可能。

53歲的老空軍司令親自駕機升空作戰的往事讓人動容。

但是，南聯盟的米格-29戰鬥機根本就難以發現目標，而北約的F-16戰鬥機則在E-3預警機的指揮和引導下，用超視距發射的AIM-120空空導彈擊落了米格-29，根本就沒有給南聯盟飛行員在視距內進行空中格鬥的機會。

1957年2月份，時任美國空軍少將施里弗說了這樣一段話：

「從深遠的角度來分析，一個國家要想獲得安全，需要仰賴於太空技術。在今後的數十年內，重大的戰役或許不會在海面或者空中爆發，而是在太空中進行。我們必須動用足夠的國家資源來確保在太空領域的優勢地位。我們要去月球建造基地，還要去浩瀚的宇宙進行星際航行！」

施里弗將軍是洲際彈道導彈項目的大力支持者，他說出上面那段話的時候，蘇聯的第一顆人造地球衛星斯普特尼克1號還未進入太空。美國還沒有成立NASA。類似登月的話，在美國總統口中說出時，也是幾年後的事情了。

不過，當時美國人沒有太重視這種帶有幾分科幻色彩的論斷。

而如今，太空探索和軍事航天之間已經不存在明顯的分界線了。

在大體系中，軍兵種不再割裂，航空與航天歸併，軍事與民事融合。

從體系指標的角度來說，尋求優勢的目標就是：更狠。

結束語

空間、時間、節點、信息和體系，這五個層面的性能就是武器系統戰略級研究的重要指標，實際上也就對應著頗有奧運精神的更高、更快、更強，以及帶有工程式控制制理論味道的更穩、更准和更狠。

如今，這五大指標又迎來了輪迴。

以臨近空間飛行器和高超聲速飛行器為代表的戰略級裝備開啟了新時代的空間和時間層面的競爭與對抗。

以電磁炮和激光武器為代表的新一代「火炮」會在不遠的將來再次改變戰爭的形態。單一節點的作戰效能會被此類武器放大多倍。

以大數據和深度學習、深度挖掘為代表的信息技術已經深入到了生活中的各個角落。近期，美軍多座軍事基地的詳細路徑的暴露就是由一款能夠記錄慢跑者運動軌跡的移動應用做到的。

未來，不會再有純粹的軍用技術，也不會再有單純的民用技術。融合發展會成為大體系進程的進化結果。

邢強，攝於大漠深處。

2018年2月5日，中國在境內進行了一次陸基中段反導攔截技術試驗，試驗達到了預期目的。這一試驗是防禦性的，不針對任何國家。

公元2017年5月1日上午11點15分，一枚獵鷹9號運載火箭從卡納維拉爾角發射場39A工位點火升空。這枚火箭發射了一顆美軍內部代號為NROL-76的絕密軍事衛星。

2016年4月28日，美國空軍把最新的一份價值8270萬美元的GPS衛星發射合同簽給SpaceX公司。這象徵著聯合發射聯盟在美國長達十年的壟斷地位終結。

商業航天首次在正面PK中幹掉了由全球排前兩位的兩大軍火巨頭組成的壟斷聯盟。

2017年3月15日，SpaceX公司又和美國空軍簽下了一個9650萬美元的單子。這是在2019年為美國空軍發射一顆GPS-III衛星的報價。

重型獵鷹運載火箭的近地軌道設計運載能力為63.8噸，火星軌道設計運載能力為16.8噸。

隨著體系的擴大，更多柔軟的事物會融合進來，而那些深深埋藏在人類內心深處的共同夢想則會被喚醒。

未來，如何能夠獲得和平？小火箭認為，或許共同的太空探索夢想和飛往宇宙深處的渴望能夠讓人類放下分歧，最終團結在一起吧！

希望體系化的這股狠勁能夠用於攻克人類所共同面臨的工程技術難題，成為團結起來邁出地球搖籃的第一推動力。

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