导弹在空中怎么“认路”

孙珂剑 文   2018-08-10 10:02:21

开车时跟着“导航”走,就能到达目的地,在空中“嗖嗖”飞过的导弹,也有自己的“认路”本领。

开车的经验:偏转角和位移来指路

让汽车开到终点、让导弹击中目标,都是跟着“导航”走就可以了。“导航”可以理解为“导引航线”,就是通过监测和控制,让物体在规定的时间到达规定的位置。

开汽车时,我们只需要在手机上的导航软件中设置好起点和终点,就可以跟着导航指引,操纵汽车实现直行、拐弯了。不过,导弹被发射升空以后,一切就得靠自己了。导弹究竟怎么“认路”,这件事还得从地面上说起。

想想我们开车时是如何走到终点的吧!发动汽车后,我们可以凭借经验或者跟着导航来辨别路线:“先沿A路行驶400米,再向左转进入B路,然后直行1500米……”用物理语言来描述这段行程,就是:假设向右、向前为正方向。第一步转过0度,然后移动400米;第二步转过负90度,再移动1500米……可见,在起点已经确定的前提下,只要知道汽车转过了多大的弯(偏转角),以及它转弯后的移动距离(位移),就能到达终点了。

对于导弹而言,确定起点很容易,但困难在于如何确定偏转角和位移,并对此施加有效的控制。

导弹的方法:加速度计和陀螺仪来帮忙

确定偏转角和位移虽然有点困难,但聪明的工程师们发明了两个“神器”来解决问题。

第一个“神器”叫作加速度计。就像体重计可以测体重,温度计能测温度一样,加速度计就是用来测量“加速度”的工具。“加速度”是和物体运动有关的十分重要的物理量,只要监测出物体运动的加速度和时间,就能够根据运动公式计算出物体的速度和位移。

第二个神器叫作“陀螺仪”,它由一个中心转子和外面的两组框架构成。当陀螺仪处于工作状态的时候,中心转子会像陀螺一样高速旋转。不过,陀螺仪可比陀螺复杂多了,它具有神奇的稳定性。在工作状态中,不管框架怎么偏转,中心转子的旋转轴都不会发生偏转,这样就能得到一个恒定不变的“基准面”。把陀螺仪固定在导弹内部,用仪器测出框架和“基准面”之间的夹角,就能得出导弹在空中的偏转角了。

导弹飞行靠电脑

有了加速度计和陀螺仪,导弹飞行时偏转角和位移的数据就很容易得到,再加上一部精密的电脑,导弹就可以去“执行任务”了。

在发射导弹前,工程师们要先进行详细的计算,将时间、偏转角和位移转化成电子信号,输入到导弹上的电脑中。导弹发射后,加速度计和陀螺仪就会立刻开始工作,它们密切地“监测”着飞行的偏转角和位移,并且把这些数据输送给电脑。电脑收到这些数据后,会和最原始的数据进行对比,然后向控制导弹运动的机械装置发出信号。这些装置就会让导弹在适当的时间点做出适当的调整,包括转向、加速等。

在导弹飞行的整个过程中,这一系列操作是一直在进行的,直到导弹击中目标为止。如果把导弹飞行和汽车行驶作类比的话,电脑就好像司机的大脑,能够处理数据和给出指令;加速度计和陀螺仪就是司机的感官,能够感知运动状态;控制导弹运动的系统就是司机的手、脚和车上的装置,能够改变运动状态。有了它们,导弹在空中“认路”就完全没问题啦!

责任编辑 郭晓博

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