Để thực hiện đòn tấn công này, hàng chục đầu đạn được lắp đặt sẵn trong các khoang mẹ, chúng sẽ được phóng lần lượt hay đồng loạt, tấn công một hay nhiều mục tiêu theo một chương trình cài đặt sẵn và có thể thay đổi vào giờ chót. Khoang mẹ có thể có hoặc không có động cơ đẩy, được cấu thành bởi các bộ phận như: Chụp chỉnh lưu, thiết bị dẫn đường mà thiết bị phóng…
Thế hệ thứ nhất: Đa đầu đạn tập trung
Công nghệ đa đầu đạn bắt đầu phát triển vào giữa thập niên 60 của thế kỷ trước, thuộc thế hệ tên lửa đạn đạo liên lục địa (ICBM) thế hệ thứ 3. Lúc đó mới chỉ có Nga và Mỹ sở hữu công nghệ này và mới ở giai đoạn công nghệ đa đầu đạn tập trung (nhiều đầu đạn con tấn công 1 mục tiêu). Trải qua hơn 40 năm phát triển, hiện nay nó ngày càng tinh vi và hiện đại.
ICBM mang đa đầu đạn tập trung bắt đầu xuất hiện vào những năm 1964-1965, với các loại tên lửa đạn đạo phóng tàu ngầm UGM-27C Polaris A-3, tên lửa đạn đạo phóng từ hầm phóng Minuteman-3 của Mỹ và tên lửa R-36 (NATO: SS-9 Scarp) và RS-10 (NATO: SS-11 Sego) của Nga.
Polaris A-3 có 3 đầu đạn với đương lượng nổ 3x200klt, tầm phóng 4.600km, sai số vòng tròn đồng tâm là 1.500m; còn tên lửa R-36 cũng có 3 đầu đạn với đương lượng nổ là 3x5000klt, tầm phóng 2.000km với sai số 1.000m.
So với đầu đạn đơn của thế hệ trước đó, thiết kế đa đầu đạn giúp ICBM có khả năng xuyên phá rất mạnh qua các hệ thống đánh chặn, tăng cường hiệu quả sát thương các mục tiêu mặt đất. Khi tên lửa bay đến một địa điểm đã định, nó sẽ tự động bung đầu đạn mẹ và phóng toàn bộ các đầu đạn con, tấn công đồng loạt vào mục tiêu.
Ngay sau khi các ICBM kiểu đa đầu đạn tập trung ra đời, nó đã bộc lộ những nhược điểm như: các đầu đạn con vẫn bay theo quán tính, độ chính xác kém dẫn đến hao tổn nhiều đầu đạn, không phù hợp tấn công các mục tiêu dạng điểm hoặc nằm rải rác. Vì vậy, đầu những năm 1970, Mỹ và Liên Xô bắt đầu cho ra đời các đầu đạn đa phân hướng (MIRV).
Thế hệ thứ 2: Đa đầu đạn phân hướng
Đại diện tiêu biểu của Mỹ thuộc thế hệ này là tên lửa đạn đạo liên lục địa phóng từ mặt đất Minuteman ⅢMK12 và tên lửa đạn đạo liên lục địa phóng từ tàu ngầm (SLBM) UGM-73 C3 Poseidon. Loại trước có tầm phóng 11.000km, đương lượng nổ 3x170klt, sai số vòng tròn đồng tâm 185m; loại sau có tầm phóng 4.600km, lượng nổ tương đương 10x50klt, sai số vòng tròn đồng tâm 560m.
Tính cho đến hiện nay, loại tên lửa nhiều đầu đạn phân hướng nhất là tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầm UGM-144 Trident II (D5) và một loại SLBM của Liên Xô là R-39 Rif SSN-20 Sturgeon. Loại của Mỹ có 14 đầu đạn phân hướng, loại của Nga có thể mang theo 12 đầu đạn. Tầm phóng của 2 loại này lần lượt là 11.000km và 8.400km; sai số lần lượt là 120-210m/500-600m.
Điểm khác biệt lớn nhất của tên lửa đa đầu đạn phân hướng so với đa đầu đạn tập trung là đầu đạn mẹ có hệ thống động lực, có khả năng dẫn đường, tại các độ cao khác nhau có thể phóng nhiều loại đầu đạn vào các mục tiêu riêng rẽ. Các hệ thống phóng có khả năng cơ động ở mức độ nhất định, mang được nhiều đầu đạn, mật độ phân bố trên không lớn (mỗi đầu đạn con có khả năng tấn công các mục tiêu cách nhau một cự ly từ 60-90km). Vì vậy, tên lửa đa đầu đạn phân hướng có khả năng xuyên phá rất cao qua các hệ thống đánh chặn.
Khi các hệ thống phòng thủ tên lửa ngày càng chặt chẽ và tinh vi thì tên lửa đa đầu đạn cũng bước vào thế hệ thứ 3 là đa đầu đạn phân hướng cơ động. Hiện các tên lửa thế hệ thứ 3 đang được Nga và Mỹ nghiên cứu, chế tạo. Trọng tâm phát triển của thế hệ này không còn là uy lực và tầm bắn nữa mà đã chuyển sang sức xuyên phá và khả năng sinh tồn của đầu đạn.
Thế hệ thứ 3: Đa đầu đạn phân hướng cơ động
Các cường quốc tập trung vào các mẫu tên lửa có kích thước và trọng lượng nhỏ, triển khai đa dạng trên mọi phương tiện cơ động đường bộ, đường sắt và tàu ngầm. So với các thế hệ trước, uy lực tấn công của các đầu đạn có giảm đi, nhưng khả năng đột phá và độ chính xác càng ngày càng cao, thậm chí có thể còn trực tiếp tấn công trúng một giếng phóng tên lửa của đối phương.
Tên lửa đa đầu đạn phân hướng tuy giải quyết được vấn đề khả năng cơ động và dẫn đường của đầu đạn mẹ, nhưng các đầu đạn con thì không thể làm được như thế, nó chỉ có thể dựa vào quán tính của đạn đạo mà phóng đến mục tiêu, độ chính xác và khả năng xuyên phá vẫn còn chưa cao lắm. Vì vậy, 2 “ông kẹ” về tên lửa đạn đạo là Nga và Mỹ đang tập trung giải quyết vấn đề khả năng cơ động và dẫn đường cho từng đầu đạn con.
Có 4 phương án cơ động cho đầu đạn con, bao gồm:
1. Thay đổi quỹ đạo bay để nâng cao khả năng cơ động, ví dụ như lắp chụp đầu đạn hoặc thiết bị ổn định hướng hoặc cánh đuôi để điều chỉnh quỹ đạo bay của đầu đạn con. Thực nghiệm đã chứng minh, trong khoảng thời gian 20-30s, nó đã giúp đầu đạn con cơ động được một quãng đường tới hơn 550km, nâng cao phạm vi tấn công các mục tiêu của các đầu đạn con, phân tán độ tập trung của các hệ thống phòng thủ tên lửa.
2. Tăng độ lượn của đầu đạn con để nâng cao tính cơ động
3. Lắp đặt thêm một động cơ nhỏ cho đầu đạn con để nâng cao khả năng gia tốc tức thì, tăng tốc độ xuyên phá.
4. Nâng cao góc ngẩng và góc tới của đường đạn khi xâm nhập và tái nhập tầng khí quyển, rút ngắn khoảng thời gian bay trong tầng khí quyển, giảm khả năng phát hiện của các hệ thống phòng thủ tên lửa, tăng khả năng xuyên phá.
Về vấn đề dẫn đường cho đầu đạn con, chủ yếu các cường quốc đi theo hướng lắp đặt các đầu tự dẫn, có khả năng tự nhận biết và phát hiện, tự hướng dẫn đầu đạn con cơ động tấn công mục tiêu.
Từ khi ra đời đến nay, ICBM chưa một lần “thử lửa”. Thế nhưng, với khả năng tấn công siêu xa, mang theo các đầu đạn hạt nhân tấn công nhiều mục tiêu, với uy lực vượt trội các loại tên lửa hành trình, tên lửa đạn đạo tầm gần và tầm trung, nên các cường quốc luôn coi nó là thứ vũ khí tối quan trọng trong chiến lược phát triển vũ khí quốc gia. Các nước đã có thì không ngừng nâng cấp và làm mới kho tên lửa chiến lược, các quốc gia chưa có thì dốc sức nghiên cứu, chế tạo để nâng cao khả năng răn đe của mình.
