台某“知名退役少将”在一档电视节目中称“通常天弓(一发的拦截率)大概是七成(70%),那我三发拦你一发,就210噻,那个拦截率到了210%了,那怎么会拦不到?”此言一出,会数学的和不会数学的人都沉默了。

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台“名嘴”夸下海口

有朋友嘲笑称:“我有两杯50℃的热水,倒在一起就成100℃的开水啦!”

还有网友很贴心地帮他算算术:“每一发导弹的失败率是30%,三三得九,三发失败率是90%啊!”

为了证明自己的算法正确,这位“嘉宾”做了一个双手合抱的动作,同时补充道:“我们向心拦,用一个三角函数的方式......所以几乎是百分之百了!”

概率问题真能用三角函数来求解?

将三角函数应用到概率统计学领域,这位老兄也许是空前绝后第一人,他的数学老师(如果有的话)应该哭晕在了厕所里。

但是,如果一发“天弓”导弹的拦截成功率真有70%(先不管它真假),三发一起拦截,成功的概率到底是多少呢?反导拦截究竟难在哪里?其实许多人也说不出个所以然来。

首先公布正确答案:若每一发反导导弹拦截成功率为70%,那么三发拦截的成功率将达到97.3%

具体的算式为:

(1 - (1 - 0.7)^3) × 100% = 97.3%

或者可以这么算:

1 - 0.3 × 0.3 × 0.3 = 1 - 0.027 = 0.973

0.973 × 100% = 97.3%

97.3% 的概率固然不低,但绝不是100%,更不是210%。三发拦截成功率要真有210%,按这种算法只需要两发就能确保成功了,第三发没必要。

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反导弹不是这么玩的

现代战争中,导弹射程远,打得准,机动灵活,杀伤力强,越来越成为一款制胜利器。大家在拼命研制导弹的同时,也挖空心思打造反导盾牌,要击落对方的导弹,不让它打到自己。目前知名的防空导弹有俄罗斯的“凯旋”(S-X00系列)、美国的“爱国者”(又称“标准”)和“萨德”、我们的“红旗”“海红旗”等等。

各主要强国导弹的实际命中率都是机密,即便是赫赫有名的“爱国者”导弹实战拦截率也有若干个版本。1991年海湾战争中美国称其“爱国者”导弹成功拦截了伊拉克42枚“飞毛腿”导弹中的41枚,命中率“超过97%”,然而紧接着麻省理工学院就打脸称那些“飞毛腿”大多因改装出问题,再入大气层后失控解体坠毁,实际上当时“爱国者”系统的拦截成功率不足10%,甚至“可能是零成功率”。

海湾战争中坠落的“飞毛腿”

导弹拦截为什么难?

大多数弹道导弹在再入大气层后,其飞行速度都达到几倍音速。末段拦截系统首先需要通过雷达发现目标,将目标位置和速度传送到计算机;计算机快速计算出目标的弹道参数、预判其飞行轨迹并让雷达跟踪它;系统锁定目标之后再将目标数据注入待发射的导弹,由导弹内的计算机形成自己的弹道参数;拦截导弹发射后以超音速飞行,操作人员通过雷达持续追踪导弹,修正数据,导弹前部的导引头锁定目标并调整自己的弹道,最后一击命中。

反导导弹锁定、机动并击中来袭导弹

从发现目标、发射拦截弹到命中目标,其时间间隔很短。防空拦截弹需要有极强的机动能力,以便快速调整自己的弹道曲线。

以爱国者导弹为例,它的弹体前部装了若干个喷气发动机,通过侧向喷气来推着自己变向,这些发动机受导弹内部的计算机控制,而计算机需要从导弹导引头读取目标位置和相对速度,从而计算自己的“提前量”,两枚导弹之间的相对速度接近10马赫,机会稍纵即逝,错过了就不可能再回头。

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“爱国者”导弹用喷气发动机调整弹道

弹道导弹战斗部的截面积不大,防空拦截导弹直径也只有41厘米,无论是采取动能撞击还是爆破杀伤,要想让二者的弹道交会的难度极大。因此防空导弹在执行反导拦截任务时,其成功率并不高。

正是出于对拦截成功的不自信,反导系统通常会同时启动两发以上导弹发射。

如果“爱国者”导弹拥有50%的成功率,那么两发弹拦截的成功率就提高到75%,三发弹的成功率能达到87.5%,相对来说保险系数会大一些。

两发导弹拦截一个来袭目标

一发导弹50%成功,为什么打两发不是100%?一发弹70%,为什么三发弹不可能是210%呢?

有朋友对前面概率的算式不理解,咱们还是用图片来形象化地说明。假设每一发防空导弹的拦截成功率都是70%,图中黄色区域为100%,蓝色框部分是70%,那么没框住的30%面积就是脱靶的概率。

第一发导弹有30%概率脱靶

这时候第二发导弹跟上,它的命中概率也是70%。由于这发弹的任务是“捡漏”,所以它的命中概率要在第一发弹脱靶的30%里框出70%来,我们用绿色框表示:

第二发弹“捡漏”同样有30%概率脱靶

依此类推,第三发导弹要去弥补第二发弹留下的30%漏洞,它的命中率是70%(橙色框),脱靶概率同样是30%。

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第三发弹发射后

由于每一发导弹都不能做到100%命中,因此三发导弹发射之后,依然还是有脱靶的可能性。这个可能性大小就是图片中剩下的黄色区域面积。

三发弹总的脱靶概率为2.7%

若第一发导弹命中了目标,第二、第三发导弹打出去也是白打;后边导弹的命中建立在前一发导弹脱靶的基础之上。三发导弹脱靶的概率为:0.3 × 0.3 × 0.3 = 0.027 ,也就是2.7%。

由此得出三发导弹拦截一个目标的命中概率为97.3%。

抛开“台名嘴”闹的笑话,我们在谈论概率这个数学问题时,切记不能简单地把百分比相加或相乘,因为概率指的是一种“事件的可能性”。如果你实在想不明白“可能的可能”怎么算,不妨试着在纸上画几个框框,然后就能理解为什么三发导弹的成功率不可能是210%了。

反导系统对付饱和攻击的示意图

有朋友问,我们可以多发射几枚导弹,让它的拦截成功率达到100%吗?

从数学角度来讲,只要导弹存在脱靶的概率,那么无论你发射多少枚导弹,最终都无法达到100%。同时反导系统也要讲成本的,你用10枚防空导弹拦截一枚弹道导弹,对方发射100枚导弹你就需要1000枚拦截弹,这样成本太高;再一个就是你的拦截弹打光之后,接下来怎么办?

参考资料及图片来源:

维基百科:爱国者导弹,反弹道导弹,天弓

看看新闻:“台名嘴称天弓一发拦截率70%,打三发可210%拦截大陆导弹”