在现代战争的宏大舞台上，导弹无疑是极具威慑力的武器。从洲际导弹跨越千山万水精准命中目标，到巡航导弹在低空悄无声息地直捣黄龙，导弹的身影无处不在。这些在天空、在大气层甚至在太空中高速飞行的 “钢铁战士”，是如何在复杂多变的环境中保持平衡，进而准确无误地击中目标的呢？

导弹在飞行中保持平衡绝非小事，如果导弹在飞行时像个醉汉般摇摇晃晃，那还怎么精确打击目标呢？在实战中，哪怕是极其微小的失衡，都可能导致导弹偏离预定轨道，与目标失之交臂。在一些局部冲突中，导弹的精准打击能够摧毁敌方的关键设施，如指挥中心、弹药库等，从而改变战局走向。要是因为飞行平衡问题而无法命中，不仅会浪费昂贵的导弹资源，还可能让敌方有机会进行反击，后果不堪设想。

▏****平衡 “密码”：受力与力矩

要解开导弹飞行平衡的奥秘，我们得从两个关键方面入手：整体受力的平衡和关键的力矩平衡。这就好比我们要让一个跷跷板保持平衡，既需要两边的重量合适，还要保证两边的力在正确的位置上施加。

一、整体受力的平衡

在导弹飞行过程中，空气会像一堵无形的墙，对导弹产生阻力。为了克服这种阻力，让导弹能够持续飞行，导弹发动机产生的推力就必须与阻力大小相等、方向相反。只有这样，导弹在水平方向上才能保持稳定的飞行速度，不会因为阻力而逐渐减速。

而重力，这个我们日常生活中再熟悉不过的力，在导弹飞行时也不容忽视。地球的引力会将导弹向下拉，那导弹是如何对抗重力的呢？这里就不得不提到矢量喷口技术。如今，许多先进导弹都配备了矢量喷口，它就像是一个灵活的 “尾巴”，喷口方向能够根据飞行需求进行改变。当喷口稍微向下倾斜时，发动机喷出的气流就会产生一个向上的分力，这个分力就可以巧妙地抵消重力，使导弹在垂直方向上也能保持平衡，不至于因为重力而坠落。就像直升机通过调整螺旋桨的角度来产生向上的升力，从而悬停在空中一样，矢量喷口让导弹可以对抗重力。

二、关键的力矩平衡

仅仅实现整体受力平衡还不够，导弹要想稳定飞行，还必须保证力矩平衡。简单来说，如果把导弹看作一个围绕质心旋转的物体，那么各个力对质心产生的力矩必须相互抵消，否则导弹就会像一个失控的陀螺，在空中不停地翻滚。

以质心为参考点，我们来分析一下主要的力矩来源。首先是喷口产生的力矩。由于喷口需要向下倾斜一定角度来抵消重力，这就使得喷口的推力会产生一个顺时针方向的力矩（假设导弹向右飞行）。与此同时，空气阻力也会产生力矩。空气阻力的等效作用点与质心的相对位置不同，会导致不同的力矩效果。如果阻力的等效作用点在质心左边，导弹头部就需要稍微朝下，这样空气阻力就能产生一个逆时针方向的力矩，与喷口的顺时针力矩相互平衡；反之，如果阻力的等效作用点在质心右边，导弹头部则需要稍微朝上。

在实际飞行中，导弹的中央控制系统就像是一个反应敏捷的 “大脑”，时刻监测着导弹的姿态和各种受力情况。一旦发现力矩不平衡，它会迅速发出指令，调整导弹的姿态，比如通过微调矢量喷口的角度、改变弹翼的角度或者控制小型姿态调整发动机的工作，来改变各个力的大小和方向，从而实现力矩平衡，确保导弹始终沿着预定的轨道稳定飞行。

▏****特殊装置助力平衡

为了实现飞行中的平衡，导弹配备了一系列先进而精密的装置，它们协同工作，共同保障导弹稳定飞行。这些装置就像是导弹的 “平衡卫士”，各自发挥着独特的作用。

一、灵活的气动舵面

除了矢量喷口，气动舵面也是导弹保持平衡的重要帮手。气动舵面通常安装在导弹的弹体上，常见的有尾翼舵面和鸭翼舵面。它们的工作原理基于空气动力学，当导弹在大气层中飞行时，空气会对导弹产生作用力，而气动舵面就像是一个能够改变气流方向的 “阀门”。

当气动舵面发生偏转时，流经它的气流方向会被改变。根据伯努利原理，气流速度的变化会导致压力的变化。在舵面的一侧，气流速度加快，压力降低；而在另一侧，气流速度减慢，压力升高。这样就会在舵面上产生一个压力差，这个压力差会形成一个力矩，作用在导弹上，从而使导弹绕质心转动，实现姿态的调整。气动舵面在大气层内飞行的导弹中应用广泛，因为它能够根据飞行环境和任务需求，灵活地控制导弹的姿态，而且结构相对简单，成本较低。

二、可靠的陀螺仪

陀螺仪是导弹平衡控制系统中的 “智慧大脑”，它主要用于测量导弹的姿态变化。陀螺仪的工作原理基于角动量守恒定律，简单来说，当一个高速旋转的物体，在不受外力矩作用时，它的旋转轴会保持在一个固定的方向上。陀螺仪内部有一个高速旋转的转子，这个转子就像是一个永不疲倦的舞者，始终保持着自己的旋转方向。

当导弹的姿态发生变化时，比如发生俯仰、偏航或滚转运动，陀螺仪的外壳会随着导弹一起运动，但内部的转子由于角动量守恒，会尽力保持原来的旋转方向。这样，在外壳和转子之间就会产生一个相对运动，通过检测这个相对运动，就可以精确地测量出导弹姿态的变化量。陀螺仪将测量到的姿态变化信息实时反馈给导弹的控制系统，控制系统就像是一个经验丰富的驾驶员，根据这些信息，迅速计算出需要采取的控制措施，并向矢量喷口、气动舵面等执行机构发出指令，调整导弹的姿态，使其保持平衡。在洲际导弹的飞行过程中，陀螺仪能够精确地感知导弹在太空中极其微小的姿态变化，为导弹的稳定飞行提供了关键的数据支持，确保导弹能够跨越数千公里，准确地命中目标。

▏****平衡控制：科技 “大脑” 发令

在导弹飞行平衡的保障体系中，制导系统与先进算法发挥着核心作用，它们如同导弹的 “智慧大脑” 和 “精密神经”，协同完成复杂的平衡控制任务。

一、制导系统的 “智慧” 引导

制导系统堪称导弹的 “智慧中枢”，其主要职责是持续收集目标和导弹自身的状态信息，并通过精密计算生成控制指令，引导导弹保持平衡飞行。

在目标信息收集方面，制导系统采用多种先进的探测技术。以雷达制导为例，导弹发射后，弹载雷达会主动发射电磁波束，这些电磁波遇到目标后会反射回来。雷达接收反射波，通过分析回波的频率、相位和强度等信息，就能精确测定目标的位置、速度和运动方向。例如，在防空导弹拦截敌机的场景中，弹载雷达能够在远距离上快速锁定敌机，持续跟踪其飞行轨迹。

而对于导弹自身状态的监测，惯性测量单元（IMU）功不可没。IMU内部集成了高精度的陀螺仪和加速度计，陀螺仪负责测量导弹的角速度，也就是导弹绕各个轴的旋转速度；加速度计则测量导弹在各个方向上的加速度。通过这些数据，IMU可以实时确定导弹的姿态和位置变化。在导弹飞行过程中，无论遭遇何种复杂的气流干扰或机动动作，IMU都能迅速感知到导弹的姿态变化，并将这些信息传输给制导系统。

制导系统中的计算机在接收到目标和导弹的状态信息后，会依据预设的算法进行高速运算。这些算法综合考虑目标的运动趋势、导弹的当前位置和姿态，以及各种飞行环境因素，如大气密度、风速等，计算出导弹为了保持平衡并命中目标所需的飞行路径和姿态调整指令。随后，这些指令被传输到执行机构，如矢量喷口、气动舵面等，它们根据指令调整工作状态，改变导弹的受力情况，从而实现导弹的平衡飞行。

二、先进算法的精准调控

为了实现对导弹飞行平衡的精准调控，现代导弹采用了一系列先进的控制算法，其中比例导引律是应用较为广泛且经典的算法之一。

比例导引律的核心思想简洁而巧妙：导弹速度矢量的旋转角速度与目标视线的旋转角速度成比例。具体来说，当导弹追踪目标时，导弹控制系统会实时监测目标视线的变化，也就是导弹与目标连线方向的变化。根据比例导引律，导弹会根据目标视线的旋转角速度，按照一定的比例系数调整自身速度矢量的方向，从而保持飞行的平衡和对目标的追踪。假设目标做机动飞行，其飞行方向发生改变，此时目标视线的旋转角速度会相应变化。导弹的控制系统检测到这一变化后，会依据比例导引律，迅速计算出需要调整的速度矢量方向，并向矢量喷口和气动舵面发出指令，使导弹改变姿态，以合适的角度和速度继续追踪目标，确保在复杂的目标运动情况下仍能保持平衡飞行。

除了比例导引律，现代导弹还融合了自适应控制算法等先进技术。自适应控制算法能够根据导弹飞行过程中的实时状态和环境变化，自动调整控制参数，使导弹的飞行性能始终保持在最佳状态。在导弹穿越不同的大气层区域时，大气密度、温度和压力等参数会发生显著变化，这对导弹的气动力和飞行稳定性产生重要影响。自适应控制算法可以实时感知这些变化，自动调整导弹的控制策略，如改变舵面的偏转角度、调整发动机的推力等，以适应不同的飞行环境，确保导弹始终保持平衡飞行。这些先进算法相互配合，如同为导弹编织了一张精密的 “控制网络”，使其能够在复杂多变的飞行环境中灵活应对，准确命中目标。

▏****平衡之外：导弹的多面发展

在导弹技术不断发展的进程中，保持飞行平衡只是其中一个关键环节。如今，导弹在精度、速度、射程等多个重要方面也呈现出显著的发展趋势，这些发展共同塑造了现代导弹强大的作战能力。

一、精度飞跃：“指哪打哪” 不再是梦

随着科技的飞速进步，导弹的精度实现了质的飞跃。现代导弹广泛采用先进的制导技术，如全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）以及图像匹配制导等，这些技术的融合应用使得导弹能够在复杂的环境中精确锁定目标，实现 “指哪打哪” 的精准打击。美国的 “战斧” Block V 巡航导弹，在采用了先进的制导技术后，其打击精度可达数米之内。它不仅能够对地面固定目标进行精确打击，还具备打击海上移动目标的能力。高精度的打击能力使得导弹在现代战争中能够发挥更大的作用，不仅可以有效摧毁敌方的关键军事设施，还能减少对周边无辜目标的附带损伤，降低战争的负面影响。

二、速度飙升：突破极限的 “闪电打击”

导弹速度的提升一直是军事领域追求的重要目标之一。近年来，高超音速导弹的出现，让导弹的速度实现了重大突破。高超音速导弹的飞行速度超过5马赫（约每小时6000公里），能够在极短的时间内抵达目标，大大压缩了敌方的反应时间，使敌方的防空反导系统难以有效拦截。俄罗斯的 “先锋” 高超音速洲际导弹，飞行速度超过20马赫，它采用独特的滑翔体设计，在大气层边缘进行高超音速滑翔飞行，具有极高的机动性和突防能力。

三、射程拓展：“天涯若比邻” 的战略威慑

导弹射程的不断拓展，使其战略威慑力得到了极大的提升。从早期的短程导弹到如今的洲际导弹，导弹的射程已经覆盖了全球大部分地区。洲际导弹的射程通常超过8000公里，能够携带核弹头，对敌方的本土目标构成严重威胁。俄罗斯的 “萨尔马特” 洲际导弹，射程高达1.8万公里，是目前世界上射程最远的导弹之一。它可以从俄罗斯本土发射，打击全球任何一个角落的目标。对于一个国家来说，拥有远程导弹意味着在战略上拥有更大的主动权，能够在战争爆发时，对敌方进行远距离的打击，保护本国的安全利益。

随着科技的不断进步，导弹平衡控制技术也在持续发展。从早期依赖简单的外形设计和基本的舵面控制，到如今融合矢量喷口、先进制导系统和智能控制算法等高科技手段，导弹的平衡控制能力实现了质的飞跃。这不仅提高了导弹的打击精度和作战效能，也使其能够在更加复杂和恶劣的环境中执行任务。

（图片源自网络）
作者 | 几维鸟毕业于新西兰林肯大学。对大众科普知识拥有浓厚兴趣，曾在多个科普期刊上发表过科普文章。关注事实，积极探索前沿科技。

初审 | 陈嘉琦、李书豪复审 | 魏星华
终审 | 韩永林

来源: 吉林科普微窗