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[平台总体] 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

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发表于 2020-03-12 23:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 huor 于 2020-05-11 23:33 编辑

这个问题应该感兴趣的人不少。昨夜突然意识到我在做的正经科学研究其实和这其中最技术性的第一步很接近,索性费一天的时间把它算出来。

1.弹道导弹的射程与关机速度的关系:
弹道导弹的轨迹是地球半径外的椭圆,地心在椭圆的一个焦点上。椭圆轨道由半长轴和半短轴决定,而半长轴由能量决定、半短轴由则能量和角动量共同决定。采用瞬时完成加速达到关机速度v的假设,则在地球半径R处,能量E,角动量L。椭圆轨道半长轴a半短轴b分别满足一定的关系,其中用到了地表处的第二宇宙速度。正常弹道取45度初始发射角
椭圆轨道与地球表面的两个交点之间的距离是射程。以地心为原点,轨道最高点为y轴方向建立直角坐标系,则弹道起点终点相交椭圆的轨道方程由解析几何可以求出。代入化简后可以得到关于轨道的地心张角的余弦值的一元二次方程,可以求解轨道的地心张角,然后弹道导弹的射程即为2*轨道的地心张角*R(R=6371km)。

2.弹道导弹的关机速度与重量的关系:
本质上就是火箭的齐奥尔科夫斯基公式,对于每一级火箭可以由其载荷质量、结构质量和推进剂质量求出速度增量。
对于N15推进剂采用比冲平均值2520m/s,这个值是由下面东风27导弹的数据反推出来的。
按链接1主楼里东风27导弹的数据,可观察出对每一级N15推进剂的固体火箭都有干质比12.2,
而两级火箭之间的质量比1.918,这两个数字在这里作为我国火箭设计的一般水平固定。链接1数据最终投射质量包括滑翔飞行器2.5吨,其中常规战斗部1.2吨;而链接2的59楼表格中最终投射质量1.7吨,
而由上下文讨论核战斗部只需0.4吨,可以印证常规换核的战斗部减重就等于整个最终投射质量减重,而``制导控制设备0.6吨,尾部发动机舱0.7吨''都应不变。链接1数据的常规构型的36吨尚有0.82吨结构重量随一级抛掉的,
对于任意总弹重$D$这个数字假设直接放。所以折算为任意二级弹道导弹,总弹重的构成为
D=最终投射+级间抛掉+(1+火箭壳/推进剂)*推进剂总重
在一定范围内对于任意的设计弹道导弹总重都可以求出各部分的重量,然后代入上面的二级火箭方程计算关机速度,从而计算射程。
因为空射本身就赋予了一个约200km/s的初始速度,而且高空发射大气压减少有利于火箭发动机的工作,所以我直接给关机速度加了300km/s。此外还有水漂增程50%。

3.战略轰炸机的作战半径与弹道导弹重量的关系:
这个和链接3链接4的讨论物理一样。仍然取飞翼布局升阻比20,巡航速度900km/s,发动机单位耗油率0.67/h(F-118估计值),结构设计的最大起飞重量/空重=2.377。
用分段log的Breguet公式,计及起飞耗油5吨,降落时仍有15%油量,起飞降落各自50km。但直接用一半油去一半油回的简化,分段log然后求平均的方法估计作战半径。

链接1 https://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2612709
链接2 https://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2613308&extra=page%3D1&page=2
链接3 https://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2504179
链接4 https://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2504352
主楼最后放上第一个图
机 弹1.jpg
以及上部的总半径的放大图
机 弹10.jpg

过一段时间后可能图片会显示不出来,所以我编辑后把删除了公式的文字直接放上
机 弹.jpg

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发表于 2020-03-12 23:49 | 显示全部楼层
轰炸机应该考虑带弹去,投弹回,不然用f118,带20吨弹还跑不到6000实在不应该。按我的算法,这个数据都快到6500了
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发表于 2020-03-12 23:59 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

本帖最后由 瑞鹤 于 2020-3-13 00:03 编辑

如果能把单枚空射洲际导弹的重量控制在15吨以内,载弹量30吨的轰炸机可以在弹舱挂两枚,不考虑空中加油的情况下,仍然可以保证6000KM的作战半径,完全可以在内陆基地起飞,在太平洋中部上空发射导弹后再返回基地











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 楼主| 发表于 2020-03-13 00:09 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

playfish 发表于 2020-3-12 23:49
轰炸机应该考虑带弹去,投弹回,不然用f118,带20吨弹还跑不到6000实在不应该。按我的算法,这个数据都快到 ...

当然是带弹去投弹回,用f118带20吨弹我这里给的数字是6075km。问题是我只设了120吨总重
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 楼主| 发表于 2020-03-13 00:14 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-3-12 23:59
如果能把单枚空射洲际导弹的重量控制在15吨以内,载弹量30吨的轰炸机可以在弹舱挂两枚,不考虑空中加油的情 ...

我一直以来坚持只带一枚,这样比起带两枚的来的所有的数字都缩小一半,包括造价。然后增加数量,对近的目标也有更好的灵活性
其实15吨以下的,应该考虑单级火箭了。东风1X系列的也就是这个吨位。不过我拿两级火箭的式子套还是比单级火箭的射程远数百公里
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发表于 2020-03-13 00:16 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

搬运一篇空射弹道导弹的论文







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发表于 2020-03-13 00:17 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

huor 发表于 2020-3-13 00:14
我一直以来坚持只带一枚,这样比起带两枚的来的所有的数字都缩小一半,包括造价。然后增加数量,对近的目 ...

只带一枚的话,轰6N就够用了,根本没必要研制轰20
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发表于 2020-03-13 00:19 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

本帖最后由 瑞鹤 于 2020-3-13 00:42 编辑
huor 发表于 2020-3-13 00:14
我一直以来坚持只带一枚,这样比起带两枚的来的所有的数字都缩小一半,包括造价。然后增加数量,对近的目 ...


假设存在兔版侏儒空射版,差不多正好符合15吨的标准,再搞个HGV战斗部,达到1-1.2万公里射程问题不大

冷战时期毛熊的乌克兰南方设计局也搞过一款两级火箭推进的矛R小型洲际导弹,体积比侏儒还小,只不过是液体燃料的,后来项目自然终止,不过有消息称乌克兰给兔子提供了矛R小型洲际导弹与矛隼空射洲际导弹的全套图纸资料,兔子如果再结合自己的技术,搞一款小体积的空射洲际弹道导弹问题不大

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 楼主| 发表于 2020-03-13 00:21 | 显示全部楼层
剩下的问题其实是需要怎样的总射程。作为参考,从东北双鸭山附近量到华盛顿是101XXkm,覆盖除了最远的佛罗里达角上以外11000km足够;从北京量到华盛顿是11XXXkm,同样12XXXkm足够覆盖
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 楼主| 发表于 2020-03-13 00:40 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-3-13 00:16
搬运一篇空射弹道导弹的论文

最后一页左边表格优化后关机速度从5820m/s提高到6168m/s,倒是比较接近我猜的提高关机速度300m/s的。不过实际关机点高度在250km高的和我的完全忽略这个高度相比还是差了不少,拿它的关机速度来我这里我给的射程要少700多km,就是实际上还要多700km,当然是好事。最后有必要拿三级火箭吗,这得多贵
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发表于 2020-03-13 00:43 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-3-12 23:59
如果能把单枚空射洲际导弹的重量控制在15吨以内,载弹量30吨的轰炸机可以在弹舱挂两枚,不考虑空中加油的情 ...

B点在中途岛附近
A点附近,有阿拉斯加空军基地拦截。
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发表于 2020-03-13 00:44 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

huor 发表于 2020-3-13 00:40
最后一页左边表格优化后关机速度从5820m/s提高到6168m/s,倒是比较接近我猜的提高关机速度300m/s的。不过 ...

我也觉得空射洲际弹道导弹用两级火箭就足够了,高空发射本身就可以省略掉一级火箭
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发表于 2020-03-13 00:45 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

一个伪军迷 发表于 2020-3-13 00:43
B点在中途岛附近
A点附近,有阿拉斯加空军基地拦截。

这只是个示意图,发射阵位并非精确靠近某个点
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发表于 2020-03-13 00:55 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-3-13 00:17
只带一枚的话,轰6N就够用了,根本没必要研制轰20

轰6 飞得不够高也不够快,也不能突破重重封锁跑到那么远发射阵位。
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发表于 2020-03-13 00:59 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

一个伪军迷 发表于 2020-3-13 00:55
轰6 飞得不够高也不够快,也不能突破重重封锁跑到那么远发射阵位。

轰6N如果挂载一枚射程1.2万公里的空射洲际导弹,在红线以北区域上空巡航时,就可以覆盖纽约华盛顿了,根本不用出第一岛链

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 楼主| 发表于 2020-03-13 01:06 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

本帖最后由 huor 于 2020-3-13 01:08 编辑
瑞鹤 发表于 2020-3-13 00:17
只带一枚的话,轰6N就够用了,根本没必要研制轰20

轰-6N的数据,最大起飞重量用80吨。升阻比用的19,和B-52一样。本以为常规布局会低得更多些,不过看来指标这个随时间的进步并没那么大。巡航速度用的850km/h。还是算的两种发动机耗油率,之前用的0.67/h的和猜测的D-30的0.8/h

以及上部的总半径的放大图,参考的全新隐身飞翼布局的轰炸机就不画线了

下面的线对应用现役的发动机现役状态,上面的线是如果改进了发动机油耗率到F-118或者希望的涡扇-20水平。
在最最理想的状态下现役轰-6N就可以打到华盛顿,如果有改进当然会进一步增加实战意义
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发表于 2020-03-13 01:09 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

huor 发表于 2020-3-13 01:06
轰-6N的数据,最大起飞重量用80吨。升阻比用的19,和B-52一样。本以为常规布局会低得更多些,不过看来指 ...


轰6N平台较差,就需要想办法提高导弹的性能,增加射程

轰20平台很优秀,对导弹的要求就可以相对降低点,因为轰20可以前出到第一岛链之外的发射阵位

不管怎么说,就是鸡与蛋的问题,要么提高鸡的性能、要么提高蛋的性能
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 楼主| 发表于 2020-03-13 01:11 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-3-13 00:59
轰6N如果挂载一枚射程1.2万公里的空射洲际导弹,在红线以北区域上空巡航时,就可以覆盖纽约华盛顿了,根 ...

当然地面发射的弹道导弹也能打到美国本土,只要导弹够大,但这样就没有空射的意义了
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发表于 2020-03-13 01:13 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

本帖最后由 瑞鹤 于 2020-3-13 01:19 编辑
huor 发表于 2020-3-13 01:11
当然地面发射的弹道导弹也能打到美国本土,只要导弹够大,但这样就没有空射的意义了


陆基洲际导弹要打到纽约华盛顿,起码得三级火箭,空射的洲际导弹两级火箭就够了

另外,空中平台比地面平台灵活多了,也隐蔽多了,在本国内陆上空巡航也更安全

冷战时期米帝战略轰炸机就在北美与北大西洋上空进行过带弹巡航,毛熊基本上无法威胁到载机





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 楼主| 发表于 2020-03-13 01:22 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-3-13 00:59
轰6N如果挂载一枚射程1.2万公里的空射洲际导弹,在红线以北区域上空巡航时,就可以覆盖纽约华盛顿了,根 ...

我这里算的两级空射弹道导弹要达到1.2万公里的射程的话需要66.5吨,根本不可能由轰6N来带,应该在可预见的未来也不可能用任何战略轰炸机来带。这已经是考虑了水漂增程的
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发表于 2020-03-13 01:33 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

huor 发表于 2020-3-13 01:22
我这里算的两级空射弹道导弹要达到1.2万公里的射程的话需要66.5吨,根本不可能由轰6N来带,应该在可预见 ...

那么席胖说的轰6N挂的那款7000-8000KM射程的准洲际导弹重量才多大点?
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发表于 2020-03-13 01:35 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

huor 发表于 2020-3-13 01:22
我这里算的两级空射弹道导弹要达到1.2万公里的射程的话需要66.5吨,根本不可能由轰6N来带,应该在可预见 ...

66.5吨的空射洲际导弹自然不可能用战略轰炸机挂载,但是WS-20版的运20采用货舱发射的模式还是有可能的

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 楼主| 发表于 2020-03-13 01:46 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

本帖最后由 huor 于 2020-3-13 01:54 编辑
瑞鹤 发表于 2020-3-13 01:33
那么席胖说的轰6N挂的那款7000-8000KM射程的准洲际导弹重量才多大点?

射程7000km的话我解的是25.8t,射程8000km的话我解的是31.3t
不过按你上面贴的论文来看同关机速度的话实际射程要大些。关机速度5820m/s的我算的射程4528.7km论文里说是5245km,关机速度6168m/s的我算的射程5248.1km论文里说是6027km。如果我把我算的射程按百分比大概15.7%来增加以对上这7000-8000km的话,我解的分别是21.3t和25.4t,但射程12000km的即使这样的话也要有48.7t
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发表于 2020-03-13 01:51 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

huor 发表于 2020-3-13 01:46
射程7000km的话我解的是25.8t,射程8000km的话我解的是31.3t
不过按你上面贴的论文来看同关机速度的话实 ...


即使是21.3吨,肯定也超出了轰6N的最大载弹量,轰6K最大载弹量15吨,轰6N增加了空中加油能力,换装了WS-18,载弹量最多18吨,实际上恐怕跟轰6K差不多
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发表于 2020-03-13 08:02 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-03-13 00:19:34
本帖最后由瑞鹤于2020-3-1300:42编辑假设存在兔版侏儒空射版,差不多正好符合15吨的标准,再搞个HGV战斗部,达到1-1.2万公里射程问题不大冷战时期毛熊的乌克兰南方设计局也搞过一款两级火箭推进的矛R小型洲际导弹,体积比侏儒还小,只不过是液体燃料的,后来项目自然终止,不过有消息称乌克兰给兔...
就你的了解来看,这种小型空射洲际弹道导弹尺寸上最多能做到多小??未来轰20可能有必要携带多少枚?个人猜测是2到3枚。
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发表于 2020-03-13 08:04 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-03-13 01:09:20
轰6N平台较差,就需要想办法提高导弹的性能,增加射程轰20平台很优秀,对导弹的要求就可以相对降低点,因为轰20可以前出到第一岛链之外的发射阵位不管怎么说,就是鸡与蛋的问题,要么提高鸡的性能、要么提高蛋的性能
这个说得很在理,点出了这个问题的本质,说到底还是机和弹的问题
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发表于 2020-03-13 08:45 | 显示全部楼层
鸡好一点,蛋的成本低一点,数量可以多点。
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发表于 2020-03-13 09:44 | 显示全部楼层
空射核弹头弹道导弹一直有一个问题没有解决。。。那就是战备执勤的安全性问题。。。毕竟是要载着导弹在本土上空长时间飞行的。。。核威慑要保持威慑就得时刻在空(轮流)。。。美帝逐渐淘汰战略轰炸机携带大当量弹头也是这个考虑(好像以后轰炸机只携带战术核弹)
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 楼主| 发表于 2020-03-13 15:55 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

l55 发表于 2020-3-13 09:44
空射核弹头弹道导弹一直有一个问题没有解决。。。那就是战备执勤的安全性问题。。。毕竟是要载着导弹在本土 ...

这个不可能是成天装在飞机上不下来而拿来战备值班的。只会首轮用,通常的战略轰炸机也没说是二次核反击的时候用的吧
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 楼主| 发表于 2020-03-13 16:13 | 显示全部楼层
之前所谓的战略轰炸机其实还是威胁不到美国内陆的各大城市,在这个意义上就是战术轰炸机,只是航程和载弹量加大几倍而已。而现在加上空射弹道导弹,轰炸机也有了威胁美国本土内陆目标的能力。所以我一点也不会被什么安全性问题之类的操心,这算白捡的能力
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发表于 2020-03-13 23:24 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

cszl1998 发表于 2020-3-13 08:02
就你的了解来看,这种小型空射洲际弹道导弹尺寸上最多能做到多小??未来轰20可能有必要携带多少枚?个人猜 ...

如果是侏儒空射版那样大小的空射弹道导弹,轰20能在弹舱挂两枚就足够了
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发表于 2020-03-13 23:27 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

huor 发表于 2020-3-13 16:13
之前所谓的战略轰炸机其实还是威胁不到美国内陆的各大城市,在这个意义上就是战术轰炸机,只是航程和载弹量 ...

安全性其实不必担心,冷战时期米帝战略轰炸机带弹巡航时不止一次发生过核弹掉在地上摔烂的事故,只要有密码锁,不会引起核爆炸
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 楼主| 发表于 2020-03-14 00:15 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

瑞鹤 发表于 2020-3-13 23:27
安全性其实不必担心,冷战时期米帝战略轰炸机带弹巡航时不止一次发生过核弹掉在地上摔烂的事故,只要有密 ...

我也是从来不担心这样的问题。我只是不认为轰炸机带空射弹道导弹必须达到SSBN带SLBM或者加固发射井部署大型ICBM那样的时刻战备值班的水平,关键是技术决定的没有必要这么要求,能兼职就有意义
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发表于 2020-03-14 00:17 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

huor 发表于 2020-3-14 00:15
我也是从来不担心这样的问题。我只是不认为轰炸机带空射弹道导弹必须达到SSBN带SLBM或者加固发射井部署大 ...

没有必要时刻战备,只需要在危机时期保持24小时轮流升空值班就行了
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发表于 2020-03-14 01:38 超大游击队员 | 显示全部楼层
常规打击,效费比太低,没意义。   核打击,不用考虑返航的问题,单程攻击。
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 楼主| 发表于 2020-03-14 01:47 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

luckymouse 发表于 2020-3-14 01:38
常规打击,效费比太低,没意义。   核打击,不用考虑返航的问题,单程攻击。

“单程攻击”就每次搭一架战略轰炸机进去陪葬,我想到的形容词都是被扣分级别的,还不如传统洲际弹道导弹呢。这是一架大飞机一个稍小点的弹对比一个稍大点的弹
实际上如果能做到是用单级火箭,并且隐身确实保证生存力的话,我觉得常规打击是有效费比层次的意义的
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发表于 2020-03-14 02:00 超大游击队员 | 显示全部楼层
核攻击还有必要返航吗。
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发表于 2020-03-14 02:05 超大游击队员 | 显示全部楼层
区别就是,洲际导弹不适合常规战争。 轰炸机都可以
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 楼主| 发表于 2020-03-14 02:07 | 显示全部楼层

RE: 空射弹道导弹+战略轰炸机性能的联合分析测算

luckymouse 发表于 2020-3-14 02:00
核攻击还有必要返航吗。

更没必要搭一架战略轰炸机进去啊。把弹道导弹造大点,其实就是现有的大型洲际弹道导弹了,一样能打到也肯定更合算
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发表于 2020-03-14 02:10 超大游击队员 | 显示全部楼层
美军有大量的航母和盾舰,以及众多的基地,常规轰炸美国本土? 想多了。
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