《观棋》第45期：朝鲜之冀：洲际导弹攻坚有多难？

源济

观棋丨朝鲜之冀：洲际导弹攻坚有多难？
2016-05-10 14:14

2016年1月以来，朝鲜先后进行了地下核试验和运载火箭发射卫星（美日韩称之弹道导弹发射试验）。进入3月，朝鲜又公开了弹头防热性能地面试验、固体火箭发动机试车和潜射导弹试射的图文，“朝鲜导弹威胁论”甚嚣尘上。研制洲际弹道导弹真这么容易？朝鲜是否已具备实战能力？笔者从核大国的洲际导弹研制说起。





早在1903年，伟大的航天先驱齐奥尔科夫斯基已在著作中提出名为“火箭列车”的多级火箭概念,但醉心于飞出地球探索宇宙的齐大叔并没有想过用多级火箭运载炸药包去攻击布尔什维克的敌人。首先提出洲际导弹概念的恰恰是布尔什维克的死敌——德国人。





二战中冯·布劳恩为德军研制的V-1和V-2可谓巡航导弹和弹道导弹的祖师爷，但这两种武器的射程只够攻击伦敦，德军最需要的是能够攻击美国本土的武器。冯·布劳恩和欧根·桑格尔分别提出A9/A10洲际导弹和“银鸟”轰炸机用于打击美国。





A9/A10洲际导弹是一种两级弹道导弹，一子级A10是加粗的A4火箭（V-2的原型），二子级A9就是带机翼的V-2。布劳恩为了增加射程和飞行稳定性给A9加上了传统的机翼和垂尾等气动控制面。多级导弹的技术难点在于二子级高空点火和级间分离，德国截至战败也没试验过。





“银鸟”轰炸机是单级火箭飞机，火箭发动机只供起飞和第一次爬升使用。在高速俯冲时凭借升力体机身与空气的作用实现多次大气层内跳跃以达到洲际航程。这种设计回避了多级火箭的技术难点，却面临大气层内长时间高速飞行的气动加热问题，到战败仍未解决。





德国并不孤单，美苏在研制第一代洲际导弹时同样遇到了上述问题。实际上，研发洲际导弹需要突破的关键技术远不止这些。火箭发动机、飞行控制、材料、制造工艺等方面同样有许多问题需要解决。





火箭发动机被称为洲际弹道导弹“心脏”，是导弹飞行的动力之源。要将一定质量的弹头投掷到八千公里以外，大推力发动机是根本。但推力越大越容易产生高频不稳定燃烧，一种简单的解决方式是并联多台小推力发动机，但新问题是容易出现推力不平衡，导致导弹失控坠毁。





苏联第一种洲际弹道导弹R-7使用液氧/煤油推进剂。液氧容易挥发，制氧站只能建在发射阵地附近，在发射前制备、加注液氧。这导致发射准备时间长且易被攻击，只有先敌发射才能发挥作用。从技术角度促成了美苏两国“先发制人”核战略的诞生。





几个核大国最终都选择常温下状态稳定可长期贮存的肼类燃烧剂和氮氧化物氧化剂用于洲际弹道导弹。发射阵地由于省去了推进剂制备、加注设施而大大缩小，从地上走入地下。洲际导弹可在加注后长期待命，即使敌人先动手也能快速反击。





除了液体推进剂，高能固体推进剂也被用于洲际弹道导弹。由于固体推进剂能量密度高，导弹的体积和质量大大降低，可以放在重型卡车上机动发射，较之于固定阵地部署有生存力高的优点，缺点是机动至新的发射阵地后需重新定向测方位，可能致打击精度有所下降。

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动力问题解决后，如何运用这股强大的力量让洲际导弹达到预定速度和高度、如何在飞行过程中保持稳定就要靠飞行控制系统。飞行控制包括两方面内容：弹道控制和姿态控制。前者控制导弹质心的平动，后者控制导弹质心的转动。





负责弹道控制的叫制导系统。按是否接收外部信息分为两类，一类是通过陀螺仪和加速度计测量导弹运动状态的惯性制导系统，一类是依托无线电台站或恒星等外部信息确定导弹运动状态的制导系统。





我国的DF-2中近程导弹采用捷联式—无线电横偏校正制导系统，测试时发现无线电信号受山地干扰后畸变严重，无法纠正导弹飞行方向。实战中显然不可能在平原地带部署导弹部队，横偏校正系统本身也是一个体积庞大、易被攻击的目标。从DF-2A开始便淘汰了这种方案。





抗干扰能力强的惯性制导逐步成为洲际弹道导弹的主流配置。传统机械惯导结构复杂、加工精度要求高、漂移量随飞行时间增大。美苏（俄）等核大国的洲际弹道导弹多采用惯性/星光复合制导系统，印度等后发国家则使用规避机械惯导缺点的光纤/激光惯导。





1974年11月5日，我国“长征二号”运载火箭首次发射返回式卫星时由于飞控系统的一根导线断裂，火箭姿态失稳坠毁。姿态控制系统的作用就是根据制导系统发出的指令使导弹尽量按照理论弹道飞行，同时对抗各种干扰、维持导弹姿态稳定。





维持导弹的姿态稳定，有一个高性能的姿控系统还不够，导弹自身的物理特性也很重要。同等直径下导弹越长越难以控制，为了维持进行洲际飞行所需要的推进剂质量，导弹必须在缩小长度的同时加大直径。如果火箭外观修长，就需要提高火箭姿控系统性能加以弥补。





“长征一号”细长比达13.1，我国航天部门采取了“共底贮箱”方案。将燃料箱的下底与氧化剂箱的上底合二为一，有效缩短火箭总长度，提高了飞行稳定性。同为三级火箭的“银河”-3号细长比也很大，两次卫星发射成功说明朝鲜有能力解决细长火箭姿态稳定问题。





导弹的姿态控制依靠操纵装置来实现。早期的导弹曾采用空气舵作为操纵装置，后来发明了控制效率更高的燃气舵。这两种装置均依靠阻力改变高速介质流向进而改变导弹姿态，导弹的总冲有所损失。





齐奥尔科夫斯基的最大理论成果是“齐氏方程”。该方程式表明单级火箭根本无法实现洲际射程，欲实现洲际射程必须采用多级火箭。但多级火箭也带来了级间分离和火箭发动机高空点火等问题。





级间分离有加速上面级或制动下面级两种方式。液体导弹多采用热分离方式，二子级在一子级关机前点火，靠二子级发动机尾焰推开一子级；固体导弹多采用冷分离方式，一子级关机后启动反推小火箭减速，待两级达到安全距离后二子级才点火。

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“长征一号”一、二级均使用液体推进剂，如果二子级在一子级尚未关机时启动，二子级仍受正向加速度，有利于液体火箭发动机启动。故此采用热分离方案。三子级采用固体推进剂不存在启动问题，使用冷分离方案还可降低二子级对其的扰动，有利于提高入轨精度。





当一子级完成工作分离后洲际导弹已经处于40千米左右的高空，上面级发动机在低气压环境下点火需要比在地面更多的推进剂。点火后过量的推进剂可能引起爆燃甚至爆炸。我国的解决方案是在推力室喉部加一个堵盖，人为维持了地面大气环境，实现了发动机高空正常点火。





除了增加发动机推力和导弹级数，采用轻型结构材料也是提高导弹射程的方式之一。我国在研制DF-5时由于缺乏大推力火箭发动机，为提高运载能力使用铝铜合金作为推进剂贮箱材料，比铝镁合金减重约30%。





前面都是从运载工具角度讲的，是研制洲际导弹和运载火箭的共性问题。朝鲜卫星发射成功证明其已经突破这些共性问题，具备了洲际投送能力。但等同拥有洲际打击能力？当然不是，小型化弹头、小型化核武器和再入防热技术才是洲际导弹研制中画龙点睛之笔。





出于提高弹头突防概率和多目标打击能力的考虑，小型化弹头应运而生。但这种缩小是以小型化核武器为前提的，有赖于核武器理论的创新。中国为了突破第二代小型化核武器技术曾耗时十年，直到1996年签署《全面禁止核试验条约》前夕才宣告成功。





弹头实现小型化以后，再入防热问题更加突出。美国现役的陆基“民兵”III导弹的锥体弹头再入时的驻点温度、加热量会比老前辈“大力神”II的钝头锥弹头更严重。“民兵”III导弹最初的几次试射失败就是因不对称烧蚀、振动导致弹头解体引发的。





我国研发DF-5洲际弹道导弹时，面临的关键问题之一就是当时国内尚无满足要求的端头防热材料。1975年，国防科工委专门召开“弹头气动防热”会议，组织全国的力量协同攻关。相关单位在进行电弧风洞试验的同时，还专门改装了两枚“风暴一号”火箭用于弹头飞行试验。





以上讨论的只是整个洲际弹道导弹系统中的执行部分——导弹分系统。作为一个完整的系统，如果没有与之配套的靶场、阵地和目标侦查等分系统，洲际导弹便无法定型装备部队，也不具备实战价值。





洲际导弹由于射程巨大，其靶场分为首区、航区和末区，分别建有发射设施、遥/外测设施和再入测量回收设施。美国为了进行洲际导弹全程试验，在太平洋夸贾林环礁建设了西部试验靶场弹着区，在众多岛礁上分布着各类遥/外测设备，海中还有专门定位弹头落点的声呐系统。





在完成导弹发射阵地建设之前，洲际导弹的战备值勤役只能是一句空话。根据国内报告文学记述，我国在1980年全程试射DF-5前的一年启动配套阵地的工程建设。二炮工程部队在湘山豫岭间奋战十余载，终于在1994年提前一年完成全部阵地建设、安装，陆续移交作战部队使用。

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洲际弹道导弹的打击目标分为硬目标与软目标，前者指敌方的洲际弹道阵地、重要的军事战略设施等目标。若想打击，要么缩小弹道导弹的圆概率误差，要么提高弹头当量。软目标指城市等防范较弱的战略目标。对软目标进行打击既能威慑敌手，又能削弱其战争潜力。





对目标的侦察主要是确定其坐标、海拔等基本地理参数，为导弹瞄准提供依据。美国的“锁眼”系列侦察卫星在几十年时间里不但完成了全球地图测绘，还对世界各国的重要军事、民用目标一一拍照定位。这些目标信息都储存在作战指挥系统中。





通信系统是联络洲际导弹部队和中央政府的桥梁。通信一旦中断将导致核导弹部队失去控制，无法实现中央的战略意图。美国为了提高战略通信可靠性建立了由地下通信系统、陆基/空基对潜通信系统、应急火箭通信系统等构成的最低限度应急通信网（MEECN）。





洲际导弹作为一个庞大的系统工程，从基础理论研究到设备制造再到各项配套分系统研发，无疑是对一个国家综合国力的考验。因此，仅根据火箭射星及一些地面试验就断言朝鲜已经具备洲际弹道导弹的实际作战能力显然言之尚早。本期《观棋》由米格供稿，下期再见！