武器的哲学：新装备只要满足这五大要素，就一定会成功
声明：除《踢馆》外，讲武堂所刊登文章均为授权转载，目的是提供多样化看问题的视角，不代表堂主完全认同文章观点小火箭出品
本文作者：邢强博士
本文共6939字，69图。预计阅读时间：30分钟。
本文是小火箭《先进武器系统研发重要技术指标分析与展望》内部报告的整理版本。
国产电磁轨道炮正在积极进行上舰测试。重型猎鹰运载火箭迎来她的首次发射。中美高超声速飞行器在学术领域和工程领域的进展令世人关注。军事和商业卫星的发射数量和发射密度逐渐向人类太空探索的黄金时代的样子恢复。
军事行动、人类的科学探索和以企业为主导的商业活动，这三个领域之间的界限在如今这个时代已经变得越来越模糊。
那么问题来了，大型科研项目和武器装备系统的研制项目中，哪些性能指标会是重点考虑的因素呢？小火箭在本文就准备和大家一起，努力从项目总设计师的角度来总结和探讨这些重要的指标。
空间
获取在空间层面的优势是自古以来人类工程师和战略家都梦寐以求的事情。由此催生了不少说法，比如居高临下、有利地形、防区外精确打击等等。
正如《孙子兵法》中所言：“夫地形者，兵之助也。料敌制胜，计险厄远近，上将之道也。知此而用战者必胜，不知此而用战者必败。”
罗马兵团以纪律严明和在一些战役中的碾压性胜利而闻名于世。而这样的军团在公元前54年的一个飘雪的冬日，迎来了一场恶战。
这一天，曾经统治欧洲北部但是被罗马人赶下王座的厄勃隆尼斯抵抗军将罗马兵团诱骗到一个深谷中。站在山谷两侧高地上的厄勃隆尼斯抵抗军以滚木礌石猛砸深谷中的罗马兵团。
这些用盾牌抵抗飞石的罗马士兵足足坚持了8小时之久，从暖阳当空的上午一直坚持到太阳西斜凉风吹起的傍晚。身负重伤的指挥官拒绝投降。面对如血的残阳，这些罗马士兵互相帮助着结束了兄弟们的生命，直到最后一人挥剑自刎。
这个由7000人组成的令人闻风丧胆的盔甲鲜明的罗马兵团在当日全军覆没。
无论凯撒的《高卢战记》如何的荡气回肠，也无论那“我来，我见，我征服”的誓言是何等的豪迈。面对拥有在高度上占绝对优势的抵抗军，强大的罗马军团也有品尝败绩的时刻。
第一次世界大战期间的齐柏林飞艇也深得占据空间层面的优势之道。
U-2高空侦察机采用了多项当时极其先进的技术，实用升限达到了27430 米。U-2侦察机的飞行员在座舱内需要穿上类似宇航服的专用飞行服。
而当时的米格-19战斗机的升限为17500米，苏-9截击机的升限更是只有16760米。
苏联派到空中试着进行拦截的战斗机爬到实在爬不动的高度时，与U-2侦察机还有将近10000米的高度差，实在是难以用机炮实施打击。
U-2高空侦察机的设计理念也是努力获取在空间层面的优势。
以苏联的R-7导弹和美国的宇宙神导弹为代表的人类第一代洲际弹道导弹的设计理念，是能够从足够远的距离发起攻击。
考虑到洲际弹道导弹的弹道高点早已超出卡门线，进入了太空，因此总体上还是追求高度。
以占据空间优势为目的的设计，可以归纳为两个字：更高。
时间
空间的优势很难长期维持，罗马军团在公元前54年那个飘雪的冬日犯的错误被很多指挥官所铭记。
公元前15年，罗马军团占领多瑙河上游，把包括现如今的匈牙利、奥地利等国的广大区域纳为行省。随后，军团征服易北河流域。
到公元43年的时候，罗马军团已经在攻打不列颠了。再往后，确立了罗马帝国以多瑙河与莱茵河为北部边境的疆域。
对地形的利用和对占据远射程和大攻击力的武器装备（比如投石机）的研发和升级在其中起到了很大的作用。
能够引燃齐柏林飞艇内部氢气的专用子弹的发明让齐柏林飞艇的高度优势不再明显。萨姆-2地空导弹的出现使得U-2的高度优势不复存在。
即使是2万多米的高空，也能够成为萨姆导弹实施屠戮的沙场。
于是，新的设计理念开始出现。SR-71高空高速侦察机问世。
这种飞行器能够以3.315马赫（声音速度的3.315倍，相当于时速4061公里，按照船舶速度节的概念来说，相当于2170节）的速度高速飞行，令大多数同时代的地空导弹望尘莫及。
于是，武器装备的第2大性能指标的概念在飞行器上开始明朗：时间优势。
仔细分析起来，时间优势有三个层面的涵义：
能够以更快的速度到达战场或任务区，也就是快速抵达；
完成任务后，能够以更快的速度脱离危险区；
能够在同一时间周期内，集中密度更高的火力或者侦察能力。
受时间优势理念的影响，喷气式战斗机的发展开始加速。
以F-104和Mig-21为代表的第二代喷气式战斗机揭开了高速飞行+空空导弹的空战模式。这些战斗机的最大飞行速度通常都能够超过2马赫。
公元1883年6月份，一份专利和一挺机枪让马克沁爵士在人类工程技术史上留下了深刻的印记。
马克沁爵士射击步枪时，肩膀受到了后坐力的撞击。他灵光一闪，发明了利用后坐力来让子弹自动上膛的枪械。
这一类后来被称作自动枪械的武器对战争形态的影响是深远的。
射速能够达到600发每分钟的古老但却很难过时的马克沁机枪至今仍然能够出现在多种场合。
人类对时间层面的极致追求也可以总结为两个字：更快。
节点
追求空间层面和时间层面的优势，造就了人类武器装备更高与更快的特点。
随着技术的发展，单一节点的作战效能越来越高。星球大战系列电影中的参悟了原力奥秘的绝地武士能够做出一番惊天动地的事业，技术先进的武器装备在实际的作战行动中也能够以单一节点做到影响局部战场的态势。
单一节点在对抗的白热化期间，其生存能力就成为了突出的性能指标。坦克的诞生就基本上源自节点层面的优势理念。
早期的坦克不会飞（现在的基本上也不会），行动速度非常慢，在空间层面和时间层面上没有显著优势。
但是，它们皮糙肉厚，令机枪难以发挥作战效能。虽行动迟缓，但却彻底改变了战争的形态，把第一次世界大战的堑壕战僵局打破了。
这种注重单一节点的可靠性和生存能力的理念在飞行器上的杰出体现就是A-10攻击机了。
A-10攻击机的飞行速度较慢，但是其可靠性和生存能力把单一节点的性能指标体现地淋漓尽致。
A-10攻击机的飞行控制系统是三重冗余的，在战火中损毁任意两套系统对飞行均不构成实质影响。
其作动系统以两套独立供液的液压系统互为备份。另外，还附加一套全机械的操控装置。即使防空导弹或者炮火打断了所有了液压管路，依赖传统的连杆和钢索机构，同样能够实现姿态控制。
除了为配置硕大的GAU-8/A复仇者式7管加特林机炮而右偏布置的前起落架之外，A-10的大部分系统都至少做到了双备份。
打掉一侧垂直尾翼，飞机可以照常飞行；动力冗余，打坏一台发动机，也照样可以飞行；两侧升降舵是独立控制的，打掉任何一块，也都不至于失去俯仰控制能力；升力余量很足，任何一侧机翼打掉45%以内，仍能继续飞行。
A-10攻击机机身内部有4个油箱，对应4套独立供油系统，油箱与油箱之间，做好了防爆设计。
这是海湾战争中被一枚萨姆-16肩扛式导弹命中的一架A-10攻击机安全返回基地后拍摄的照片。
正因为这样的坚固节点的存在，由地面防空炮火和地对空导弹抹平的空间层面的高度优势被再次追回。
配合1174发贫铀子弹和6枚小牛空对地导弹，坚固的A-10节点虽然没有令人瞠目的飞行高度和飞行速度，但也同样能够成为改变战争形态的一款武器装备。
1961和1962两年，是带有核弹头的战略导弹由单弹头向多弹头变化的转折期。
由于美苏双方都握有大量核导弹，为避免遭到毁灭性的核报复，战略导弹的第一波打击对象从人口稠密的大城市和重要工业基地扩展到了对方核导弹的发射井。
为比较单枚大当量核弹头与多枚小当量核弹头的作战效能，美国在上世纪60、70年代用海神C-3导弹与大力神2型导弹做了大量实弹试验和数值模拟试验。
海神导弹是潜对地导弹，弹头为10枚5万吨当量的分导式核弹头，而大力神2型导弹则带有一枚威力巨大的1000万吨当量的核弹头。大力神2弹头的总当量为海神的20倍。
但是试验表明，海神导弹对机场类目标的毁伤效能是大力神2导弹的10倍，对加固的导弹基地的毁伤效能更是提高到了11.2倍，对10万人口城市的打击效能增加了2.5倍。
多弹头能够对重点目标施行交叉火力式的打击，以数量弥补单枚弹头威力的不足，反而大幅提高了作战效能。
小火箭把争论的缘由和结论做成了两张图表：
摧毁对方的导弹发射井是很困难的，这些发射井的分布比较稀疏。
以美国大力神洲际弹道导弹为例，其位于华盛顿州拉尔森空军基地的发射中队有3个发射阵地，这些阵地的相互距离在19.2公里到28.8公里之间。
每个阵地有3口发射井，每个发射井由3172立方米的水泥和700吨钢筋建成，深48.3米。井盖则由两扇重达106吨的门紧紧盖住。
以当时不足1000万TNT当量（10Mt TNT）当量的弹头来攻击的话，摧毁每个发射中队至少需要3枚导弹以足够高的精度命中发射井才行。
有关多弹头技术的分析，详见小火箭的公号文章《战略导弹多弹头技术的由来与发展》。上图为一枚和平卫士洲际弹道导弹的10颗核弹头再入大气时的瞬间。每颗子弹头的当量都是30万吨，也就是20枚广岛原子弹的爆炸当量。
于是，躲在抗核加固的发射井内的洲际弹道导弹一旦能够存活下来，哪怕是一枚，在实施核报复的时候，也会投掷出相当于200枚广岛原子弹的当量，打击10个目标。
这种提升单个节点的作战能力和生存能力的节点层面的指标，可以简单归纳为：更强。
信息
小火箭将空间、时间和节点层面的性能指标与更高、更快和更强进行了关联。这是较为传统的性能指标。
在数千年文明史同时也是数千年战争史和工程技术发展史上，人类对这些指标的追求是孜孜不倦的。
在后来，有了信息层面的优势。
信息层面的性能，可以分为两类：
尽量多地获取对方的信息；
尽量隐匿自身的信息。
这是一颗锁眼KH-4A侦察卫星拍摄的苏联多隆空军基地的场景。可以看到庞大的轰炸机机队。图片来源：美国中央情报局。
与哈勃太空望远镜系出同门但是性能要比哈勃望远镜先进很多的锁眼系列侦察卫星就是信息层面性能指标中获取信息的典型代表。
这是一颗早期型号的KH-11侦察卫星拍摄的苏联正在建造一艘基辅级航空母舰的船坞的场景。
这张照片是1984年一位名叫塞缪尔·莫里斯的美国海军情报部门的分析官出售给英国简氏防务集团的。
后来更新型号的KH-11系列侦察卫星的分辨率当然会高很多。因为从预算的角度来看，早期型号的KH-11侦察卫星的单星预算为1.75亿美元左右。
后来的KH-11侦察卫星，在有之前的基础建设和技术积累的情况下，整个项目的预算以及单星的预算还在不断攀升。
2005年，单颗KH-11侦察卫星的造价为63.5亿美元。刚好比2006年10月9日下水的尼米兹级航空母舰布什号的62亿美元的造价贵了一点点。
一颗锁眼KH-11侦察卫星拍摄的伊拉克的一座机场内的建筑。
说起隐匿，在那段特殊的时期，大家需要订好闹钟以便拉起帆布躲避对方飞临上空的侦察卫星。
而以F-117为代表的隐形飞机则是较为典型的型号。
当1964年，苏联科学家乌菲莫切夫老爷子在苏联发表的学术论文中提到：物体对电磁波的反射强度与物体尺寸的关联度远远小于物体外形布局的结论并给出理想物体外形的时候，他或许不会想到，在25年后，两架基于他的理论而研制出来的美国轰炸机悄无声息地轰炸了巴拿马的军事基地。
或许更难以预料的是，又过了两年，这种名为F-117夜鹰的飞行器，包揽了海湾战争中由侦察卫星测定和标注的4000个高价值目标中的1600个，占美军动用所有武器装备进行打击的高价值目标的40%！
上图为在弗吉尼亚州兰利空军基地整装待发的隶属于第37战术联队的22架F-117A隐形飞机。当晚，这些F-117就将飞赴沙特阿拉伯，然后稍作休整后，投身于海湾战争的沙漠盾牌行动。
获取了高分辨率的卫星照片，就可以更加准确地判定需要打击的目标；而拥有了隐身能力，在过去那个时代就可以比较从容地抵近目标上空投掷精确制导炸弹。
信息层面的优势，可以归纳为：更稳和更准。
体系
终于聊到第五大指标了。
1940年10月15日，不列颠空战进入最后，也是最为白热化的阶段。纳粹德国颁布第17号元首令，力图用密集轰炸摧毁英国的抵抗意志。上图为亨克尔-111轰炸机超低空飞掠英吉利海峡时的场景，巨浪问天，战机轰鸣。
当晚，235架德军轰炸机侵入英国领空。伦敦的地面防空火炮不可谓不密集，但是统计起来，英军整整用了8327枚炮弹才击落2架德军轰炸机。
人们终于意识到，过去那些忽略空气动力学、一切从简的弹道学，是多么地粗糙和脱离实际。于是，现代弹道计算的概念开始诞生。（小火箭工作室前些年的主业。）
工程师们用复杂的计算，给防空火炮的延时引信和发射仰角提供数据支撑。斯佩里公司用将近1.2万个零件组成的重400多公斤的M-7弹道计算机横空出世，标志着弹道计算开始机械化。
而数学家维纳从整个弹道计算的过程中提炼出来的数学基础，催生了《控制论》。维纳借用1845年法国科学家安培创造的新词Cybernetics命名当时新的学科，“赛博”这个词就此为世人所熟知。
公元1954年，钱学森博士写了一本书，名为Engineering cybernetics。钱学森博士是冯·卡门博士的得意门生，是美国国防部的顾问，同时也是喷气发动机工作室（美国喷气推进实验室的前身）的合作创建者。
当时的钱学森博士虽然已经43岁了，但是依然有着足够的创新意识。
Engineering cybernetics这个名字，直接翻译的话，是工程赛博。该书的中文正式译名为《工程控制论》。
上图从左至右：普朗特博士、钱学森博士、冯·卡门博士：师爷、学生和老师三代人。
1955年，钱学森博士回国。
安培、维纳和钱学森都提到的赛博这个词，如今已经成为了热词。无论是早期的自动化机械还是后来的互联网和物联网，好像不提到赛博就不够时髦似的。
赛博与控制论息息相关，其本质就是要去认识复杂大系统的灵魂。
把节点有机地组织起来，即使是看上去不起眼的小零件也能变成强大的弹道计算机。把武器装备组成带有反馈机制和自组织能力的作战系统之后，体系化的优势就体现出来了。
上世纪90年代末的科索沃战争中，南联盟空军的米格-29战斗机与北约的F-16战斗机之间并未形成代差，尚有迎战的可能。
53岁的老空军司令亲自驾机升空作战的往事让人动容。
但是，南联盟的米格-29战斗机根本就难以发现目标，而北约的F-16战斗机则在E-3预警机的指挥和引导下，用超视距发射的AIM-120空空导弹击落了米格-29，根本就没有给南联盟飞行员在视距内进行空中格斗的机会。
1957年2月份，时任美国空军少将施里弗说了这样一段话：
“从深远的角度来分析，一个国家要想获得安全，需要仰赖于太空技术。在今后的数十年内，重大的战役或许不会在海面或者空中爆发，而是在太空中进行。我们必须动用足够的国家资源来确保在太空领域的优势地位。我们要去月球建造基地，还要去浩瀚的宇宙进行星际航行！”
施里弗将军是洲际弹道导弹项目的大力支持者，他说出上面那段话的时候，苏联的第一颗人造地球卫星斯普特尼克1号还未进入太空。美国还没有成立NASA。类似登月的话，在美国总统口中说出时，也是几年后的事情了。
不过，当时美国人没有太重视这种带有几分科幻色彩的论断。
而如今，太空探索和军事航天之间已经不存在明显的分界线了。
在大体系中，军兵种不再割裂，航空与航天归并，军事与民事融合。
从体系指标的角度来说，寻求优势的目标就是：更狠。
结束语
空间、时间、节点、信息和体系，这五个层面的性能就是武器系统战略级研究的重要指标，实际上也就对应着颇有奥运精神的更高、更快、更强，以及带有工程控制理论味道的更稳、更准和更狠。
如今，这五大指标又迎来了轮回。
以临近空间飞行器和高超声速飞行器为代表的战略级装备开启了新时代的空间和时间层面的竞争与对抗。
以电磁炮和激光武器为代表的新一代“火炮”会在不远的将来再次改变战争的形态。单一节点的作战效能会被此类武器放大多倍。
以大数据和深度学习、深度挖掘为代表的信息技术已经深入到了生活中的各个角落。近期，美军多座军事基地的详细路径的暴露就是由一款能够记录慢跑者运动轨迹的移动应用做到的。
未来，不会再有纯粹的军用技术，也不会再有单纯的民用技术。融合发展会成为大体系进程的进化结果。
邢强，摄于大漠深处。
2018年2月5日，中国在境内进行了一次陆基中段反导拦截技术试验，试验达到了预期目的。这一试验是防御性的，不针对任何国家。
公元2017年5月1日上午11点15分，一枚猎鹰9号运载火箭从卡纳维拉尔角发射场39A工位点火升空。这枚火箭发射了一颗美军内部代号为NROL-76的绝密军事卫星。
2016年4月28日，美国空军把最新的一份价值8270万美元的GPS卫星发射合同签给SpaceX公司。这象征着联合发射联盟在美国长达十年的垄断地位终结。
商业航天首次在正面PK中干掉了由全球排前两位的两大军火巨头组成的垄断联盟。
2017年3月15日，SpaceX公司又和美国空军签下了一个9650万美元的单子。这是在2019年为美国空军发射一颗GPS-III卫星的报价。
重型猎鹰运载火箭的近地轨道设计运载能力为63.8吨，火星轨道设计运载能力为16.8吨。
随着体系的扩大，更多柔软的事物会融合进来，而那些深深埋藏在人类内心深处的共同梦想则会被唤醒。
未来，如何能够获得和平？小火箭认为，或许共同的太空探索梦想和飞往宇宙深处的渴望能够让人类放下分歧，最终团结在一起吧！
希望体系化的这股狠劲能够用于攻克人类所共同面临的工程技术难题，成为团结起来迈出地球摇篮的第一推动力。
欢迎搜索ID：qqmiljwt
或长按以下二维码关注
腾讯军事讲武堂