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    时间:2022-12-27 08:35:21 来源:正远范文网 本文已影响 正远范文网手机站

    zoޛ)j馝מѨky党建党70周年时进行发射。除去小型的3级“大浦洞”-1,朝鲜能执行卫星发射任务的只有“银河”-3与神秘的“火星”-13(外界称为KN08)火箭。情报显示,KN08已进行了近三年的发动机试车,美军也频频表态说朝鲜“接近部署”这种导弹。朝鲜是否已具备研发这种小型远程导弹的能力了吗?如果有的话,朝鲜可能会用什么发展思路呢?

    根据一些公开发表的资料,笔者仅从技术角度,进行一个大胆的推测。

    “银河”-3火箭的局限

    2012年12月,朝鲜用“银河”-3火箭成功地把“光明星”-3卫星2号星送上500千米高的太阳同步轨道。外界根据一子级残骸判定,“银河”-3火箭一子级是由4个源自“飞毛腿”导弹技术的“芦洞”-1火箭发动机并联组成的,采用性能较低的煤油和红烟硝酸推进剂。红烟硝酸常用缩写是RFNA,朝鲜使用的具体标号是AK27,即在硝酸中添入27%的四氧化二氮,一般还添有某种缓蚀剂。

    “银河”-3二子级火箭尺寸和苏联R27潜射导弹类似,因此曾经有人认为它“源自R27”,采用了相对“高能”的四氧化二氮(也称NTO)与偏二甲肼(UDMH)推进剂。这种推测很可能高估了朝鲜的火箭技术。德国火箭分析师施乐观察“银河”-3火箭的照片时发现,二子级的铆钉清楚地显示出了氧化剂箱、燃料箱和箱间段的构造。通过铆钉位置可以计算出,氧化剂箱和燃料箱有效容积比是1.7:1,符合典型的红烟硝酸/煤油组合的容积比。而四氧化二氮与偏二甲肼组合的典型有效容积比是1.4:1。火箭子级工作时间、飞行速度等参数也证明二子级火箭采用了一台推力在145千牛左右的“飞毛腿”发动机。此外,R27导弹为减少结构重量采用共底箱体(氧化剂箱体的底部就是燃料箱的顶部),没有箱间段结构,在共底箱体分界处很难布置级间分离用的反推火箭。而“银河”-3二子级有箱间段并布置有反推火箭。这三点说明,除了轻质铝合金弹体外,二子级火箭并没有使用任何“R27技术”。

    通过类似的方法可以断定,“银河”-3第三级确实使用了四氧化二氮与偏二甲肼,不过推力很小,大约30千牛,只相当于一子级火箭的一个游动发动机。因此制造出这种使用“高能”推进剂的发动机并不难。可以说,“银河”-3把“飞毛腿”技术发挥到了极致。这种落后技术的堆砌展示了朝鲜军工以现有技术实现工程目标的创造性,但也有着难以逾越的局限。

    工作时间较长但推力小的“银河”-3二子级发动机有利于卫星发射任务。根据建模结果,在搭载700千克载荷时,“银河”-3火箭的射程可以达8000千米。如进行针对弹道导弹的优化,二子级使用推力更大的“芦洞”-1发动机,射程将提高至少1000千米,覆盖整个美国西岸。对三子级再做改进后则有希望够到东岸地区。这与韩国国防部检查“银河”-3一子级残骸后得出的“可以将500~600千克载荷投送到10000千米射程”的结论相呼应。若用做洲际导弹,总重91吨的“银河”-3在1万千米射程时只能搭载一个600千克左右的载荷,有效载荷比约0.6%,在洲际导弹中处于非常低的水平,这正是使用低能推进剂造成的。

    KN08面临的难题

    朝鲜的近程和中程导弹已进入批量部署。有分析师甚至根据朝鲜自90年代起修建导弹地井等情报推测,朝鲜战略火箭军也许已经部署了可打击美军关岛基地的两级的“大浦洞”-2导弹(“银河”-3的母型)。

    但上述导弹无一能达到洲际射程。虽然“银河”-3改为弹道导弹后射程可能达到10000千米,但这只是解决了有无问题,算不上“好用”(更好的投掷能力或更好的机动性)。在验证“银河”-3技术后,朝鲜需要一款更具威慑力的导弹。

    有商业卫星图像显示,自2012年起,一种长9~10米、直径2米的火箭一子级一直在朝鲜东仓里火箭发射场进行发动机试车。长度近5米、直径2米的二子级也进行了测试,但出现频率则低于一子级。在已知的朝鲜导弹计划中,只有KN08才可能拥有这样尺寸的子级。如果它们仍然采用红烟硝酸/煤油推进剂,那么导弹很难达到洲际射程。倘若KN08真如美国军方所言是一种洲际导弹的话,如何以“小身材”实现远程投送能力便成为了最大的技术障碍。

    用什么推进剂?

    “比冲”是衡量火箭发动机与推进剂性能最重要的指标之一,意为单位质量推进剂产生的冲量。它对于火箭的意义类似于“每升燃油行驶里程”对汽车的意义。工程上习惯用秒表示比冲。“银河”-3火箭的红烟硝酸和煤油能量较低,发动机海平面实际比冲约225秒(红烟硝酸/煤油海平面理论比冲约268秒)。主要军事国家的多数液体洲际导弹都使用剧毒的四氧化二氮与偏二甲肼作为推进剂,海平面理论比冲为285秒。比冲的高低决定性地影响着导弹的射程与运载能力。以被认为是朝鲜仿制前苏联R27导弹的“舞水端”导弹为例,之前人们估算它在载700千克战斗部时有3000千米的最大射程,但如果采用红烟硝酸/煤油推进剂的话,同样载荷下的射程降到了1500千米。当今先进运载火箭使用的液氢液氧或液氧煤油等低温推进剂海平面理论比冲在300秒以上,有效提高了运载能力。但由于低温推进剂有很多存储与使用环境限制,不适合需要应急发射的导弹,因此只在第一代核导弹上有过应用。

    实践证明,性能较好、可以在室温下保存的四氧化二氮与偏二甲肼无疑是液体洲际导弹理想的选择。核大国的主力液体洲际导弹,如大名鼎鼎的URl00、R36等都采用了这种推进剂。如果只采用地下井发射方式,2米直径,使用四氧化二氮与偏二甲肼推进剂的两级KN08就可以把一个至少700千克的载荷投送到10000千米外。

    但出现在阅兵式上的KN08是一种可以机动发射的导弹。朝鲜曾花巨额外汇购买了一批多轴重型卡车并改装为运输、起竖、发射一体车(TEL),估计也将用于KN08。美国还为此指责了出口方。然而,国际上还没有采用四氧化二氮与偏二甲肼推进剂的机动式洲际导弹。这是因为四氧化二氮的熔点与沸点分别是-14℃和21℃,所谓的“易存储性”只是相对液氧这种低温氧化剂而言的。偏二甲肼的熔点、沸点倒是符合野战要求,分别为-57~63℃。人们曾经发明过一些添加剂,可以把四氧化二氮的沸点提高到30℃,但还是达不到一般机动式导弹“50℃下能够使用”的标准。因此,苏联从来没有把四氧化二氮用于陆地机动发射,只用于井射和潜射导弹,因为后两者有条件使推进剂温度保持在安全区间。

    如果导弹平时部署在地下工事或坑道内,战时紧急加注燃料后冲刺到洞口外的预设阵地发射,可以使导弹只在短时间内暴露在户外。但现代液体燃料远程导弹为了减重,普遍采用轻质铝合金材料弹体,这意味着弹体横向受力结构非常脆弱。在平放状况下加注和加注后运输都很可能损坏导弹结构。

    如果KN08确实是一种机动式液体燃料洲际导弹的话,那么能量相对较低的红烟硝酸与偏二甲肼反而成了更加现实的选择。典型红烟硝酸的熔点与沸点分别是-42℃和86℃,满足野战环境下的温度需求。其能量介于红烟硝酸与/煤油和四氧化二氮/偏二甲肼之间,海平面理论比冲为276秒。使用红烟硝酸/偏二甲肼组合的导弹数量不少,例如苏联R14中程导弹和R16洲际导弹等,都可以在野外阵地发射。

    除传统的AK27外,还存在另一种罕见的红烟硝酸配方。即在保证户外可操作性的前提下增加四氧化二氮的浓度,掺入40%的四氧化二氮,成为AK40型红烟硝酸。曾有国家研发过采用AK40的机动式两级洲际导弹。但研制尚未完成,冷战高峰已过,高层认为15年内没有大仗。而且当时该国大直径固体火箭发动机取得了突破,可以直接上马固体弹,机动式液体洲际导弹被彻底放弃,AK40发动机就没有再发展下去。但对不掌握大型固体发动机的朝鲜来说,如果能用上AK40,只需要两级火箭就可能把一个小型战斗部投掷到8000千米之外。

    当然,只要是液体燃料导弹,都需要配套大批保障车辆,发射准备也较耗时。因此主要军事国家都放弃了液体燃料机动式导弹。朝鲜地形狭小、多山,不适合液体导弹的机动部署。因此,KN08更适合山体内储存,载车开出坑道后在附近阵地起竖、加注、发射的方式。

    采用几级火箭?

    在2012和2013年阅兵中的KN08导弹模型都是三级构型。两次展出的模型在细节上有所不同(如推进剂加注口位置不一样),设计上也存在不成熟的地方(如反推火箭的位置不合理,发动机舱长度太短等等)。因此有意见认为所谓的KN08只是一个障眼法。诚然,阅兵中出现的模型很可能不是真正的最终设计。但需要注意的是,受到卡车平台宽度的限制,导弹在直径上作假的可能性不大。

    正如我们所见,阅兵的模型导弹直径在2米左右,与卫星图像上用于试车的火箭发动机一、二子级直径吻合。阅兵导弹模型的一子级长度大约在7.5米左右。从模型外壳上的导线和加注口位置看,导弹可能使用了浸没式发动机(推进剂舱一直延伸到导弹尾部,发动机与推进剂舱集成一体,并浸没在推进剂里)。这种发动机设计、制造难度大,成本高,一般只用在对尺寸有严格要求的潜射导弹上。以朝鲜的技术实力,是很有难度的。

    从两年多来的卫星图像看,在东仓里进行频繁试车的导弹发动机一、二子级的长度分别约为9~10米和5米。一子级长度比阅兵模型一子级长了2米左右,正好可以按照常规设计安放火箭发动机。一子级和二子级长度加起来约15米,加上一个约1米的锥形战斗部,和苏联装备数量最大的UR100洲际导弹尺寸非常相似。但后者是一型采用四氧化二氮与偏二甲肼推进剂的井射两级洲际导弹,并不适合机动发射。而KN08如果采用红烟硝酸/偏二甲肼,是不能达到UR-100的性能的。举例来说,苏联两级洲际导弹R-16采用红烟硝酸/偏二甲肼推进剂,为了把一个约1.5吨左右的战斗部投掷的更远,R-16不得不被设计得很大,总重达到了147吨。如果要兼顾机动发射和洲际射程,KN08需要增加第三级火箭,这样就有能力把一个五六百千克甚至更重的弹头投送到10000千米外。这样的投掷重量和采用“飞毛腿”技术的“银河”-3火箭相当,但导弹尺寸与重量大幅缩小,有效载荷比提高,还可以机动发射,生存能力有了较大改善。当然,采用这种构型的前提是朝鲜已经掌握了原子弹的小型化。如果放弃机动发射而采用四氧化二氮与偏二甲肼,或采用少见的AK40配方,KN08也可以采用两级火箭的设计。

    美国分析师施令则认为,KN08最可能的构型是一子级使用4个适当增推的“飞毛腿”发动机或两个“芦洞”-1发动机并联,二子级和三子级使用四氧化二氮/偏二甲肼发动机。这样的KN08也能把600千克左右弹头投掷到一万千米以外。假设朝鲜设法获得R27发动机并将它用做二子级火箭动力的话,这样的KN08也最容易实现。但施令的分析中并没有考虑到R27的发动机不适合机动发射。况且,如果朝鲜真有R27发动机或通过小发动机并联得到类似推力发动机的话,不如拿来做“银河”-3的第二级,这样可以改造成一种发射井部署的弹道导弹,能把1吨的载荷投掷到10000千米外。

    第一级火箭构型?

    较大推力的红烟硝酸/偏二甲肼和四氧化二氮/偏二甲肼火箭发动机燃烧室压力较高,工作条件颇为恶劣,易产生不稳定燃烧。涡轮泵则要在高温、高压、高转速和大流量、大功率下长时间地可靠工作。特别是四氧化二氮与偏二甲肼理论燃烧温度要比红烟硝酸/煤油高出近300℃。工业基础薄弱的朝鲜如能解决这些问题,可以算是相当不错的成就了。

    以KN08的规格看,一子级发动机可以选择一台700~800千牛推力的发动机,或多台200~300千牛推力小发动机并联的方式。并联方案较为简单,主要是较小的发动机相对便宜、技术难度较低。较小发动机的燃烧室压力一般比单独的大推力发动机小,通过巧妙设计,还能让各发动机产生的振动相互抵消一部分。UR100导弹一子级采用了四联RD0216发动机,海平面单发推力仅220千牛。苏联R14直径为2.4米,采用的也是4机并联。

    20世纪90年代初,朝鲜通过放大“飞毛腿”发动机获得了一型基准发动机,不仅作为“芦洞”-1导弹的发动机和“大浦洞”-1火箭一子级动力,还通过并联成为“大浦洞”-2及“银河”-3火箭的一子级。因此,朝鲜在多机并联方面是有经验和能力的。

    另外,从种种迹象来看,朝鲜有可能正在研制大型液体火箭。直接的证据是,朝鲜对东仓里火箭发射塔的改装工作已经完工。改装后的发射塔有能力发射高度在40米上下,直径在3~3.5米的大型火箭。在2012年4月,军用卫星也发现了在平壤某火箭研究院内停放的40米长运载火箭的全尺寸模型。本着经济性原则,一国在研制一型火箭发动机时,会考虑到未来的使用前途与潜力。从两种不同推力级别发动机的拓展性看,它们都可通过不同组合构成这种较大的火箭。比如用700千牛发动机4发并联形成类似长征2火箭第一级的构型。或4台200千牛推力发动机并联作为芯级,再捆绑上4个同样的助推器,形成4000千牛起飞推力,接近于苏联“东方”、“联盟”火箭的构型。当然,这样的大型火箭性能根据不同推进剂的选择会有很大不同。

    综上,如果选择机动发射部署,KN08会采用红烟硝酸/偏二甲肼推进剂和三级构型,这样可把600千克左右的载荷投送到10000千米处,若红烟硝酸用AK40配方,两级火箭便有可能满足需要。如果只采用发射井部署,四氧化二氮与偏二甲肼是更好的选择,用两级火箭就可实现洲际射程。最后需要说明,仅通过阅兵展示和卫星图像还不能完全肯定KN08的真实情况,参试火箭子级其实是新型“银河”火箭试验用第二,三子级的可能性还不能被排除。平壤可能进行的下一次卫星发射或许会给人们带来更多的信息。

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