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萌虎鯨:重量遠超東風41,朝鮮新“火星炮”有多強?
動力——烏克蘭的影子?
2017年11月28日發射的“火星-15”洲際彈道導彈據說使用了一臺推力為788千牛的,被西方人稱作是“白頭山”的液體火箭發動機。根據朝鮮發布的導彈飛行視頻和相關發動機試車視頻,可以發現該發動機從結構上非常類似于蘇聯格魯什科設計局為R-36洲際彈道導彈設計的一級發動機RD-250。同樣是渦輪泵中置、雙推力室、燃氣發生器設計,甚至連冷卻管路設計和渦輪廢氣排放口都幾乎一模一樣。
自2013年,就不斷有報告指出,位于烏克蘭的南方設計局和南方機械制造廠——即R-36導彈的研制生產方——有協助朝鮮發展導彈的動力系統的跡象,這些行為甚至引起了聯合國的注意。不管朝鮮液體火箭動力發展上有沒有獲得過外界的幫助,“火星炮-17”的出現顯示他們已經掌握了肼類燃料發動機技術。
火星-14、15和火星炮-17,請留意它們的一級發動機,火星-14采用單機+4臺游機,火星-15采用了單臺雙室發動機,火星炮-17則可能采用了兩臺雙室發動機
國內外一些分析人士認為,“火星炮-17”使用了17年“火星-15”的發動機,雙機并聯為導彈一級提供動力。筆者不這么認為,仔細觀察就會發現,“火星炮-17”的發動機存在完全不同的渦輪廢氣排氣管結構,且單推力室推力要明顯小于“火星-15”的發動機。根據對發射視頻的估計(假設視頻沒有被人為放慢的話),“火星炮-17”的起飛推重比在1.2-1.4之間,即便以最大估計,單推力室推力不會大于35噸。
結合不再顯著可見的渦輪泵廢氣,我們有理由相信,朝鮮使用了一套全新開發的發動機,它采用紅煙硝酸-偏二甲肼或者四氧化二氮-偏二甲肼推進劑組合。若不是在視頻開頭筆者看見了渦輪泵啟動的排氣,該發動機甚至存在使用分級燃燒循環的可能性。
此外,和17年的“火星-15”一樣,全彈既無任何空氣舵面,也沒有看見RCS系統工作的跡象,亦不存在游動發動機,朝鮮顯然已經熟練掌握發動機整機搖擺矢量控制系統。
置于運輸與發射容器的UR-100導彈模型,對照右邊的結構圖,可以理解其一級儲箱上部的凹陷形狀是為了提高容積利用率
2021年9月,朝中社發表新聞稱朝鮮進行了“火星-8”高超音速導彈試射,在新聞中特別提到“確認了第一次采用的安瓿化導彈燃料系統的穩定性”。所謂“安瓿化”實際指的是導彈在出廠時就進行液體燃料的加注并封裝,在導彈運輸、儲存和部署時無需重大維護,隨時可以點火發射。
這項技術最早由蘇聯第52試驗設計局(切洛梅設計局)第二分部為UR-100導彈開發,其核心技術是使用全充氮、AMG-6合金制成的運輸與發射容器,使用焊接的儲箱密封和特殊的膜片來隔絕腐蝕性燃料及其蒸汽。這使得導彈可以在充滿燃料的狀態下等待7至10年(改進型UR-100N UTTH導彈保質期可達33年),在這期間隨時可以發射,無需做繁瑣的準備工作。
而作為機動發射的“火星炮-17”顯然非常需要這一朝鮮已經在中小型導彈上掌握的技術,筆者開始也認為該導彈可能采用了安瓿技術出廠即封裝燃料,直到在朝鮮中央電視臺的視頻中發現了導彈準備區域存在的燃料加注設施。
即便如此,“火星炮-17”仍然有可能和某大國的某型戰略導彈一樣,在加注燃料后,具備幾個月的待命時間,在此期間隨時可以發射。過期之后,需要將燃料抽出,導彈報廢。
投擲性能估算
“火星炮-17”的粗壯和龐大使得它牢牢占據了世界洲際導彈界“重型”的位置,僅論起飛質量,它超過了美國所有的固體洲際核導彈,也遠在中國的東風-31A、41,俄羅斯的白楊-M、亞爾斯等現役陸基機動核導彈之上。
根據齊奧爾科夫斯基公式,當確定了各級導彈的質量比(即各級初始質量和發動機關機分離時的質量的比值,可以大致認為其中的差異在燃燒掉的燃料質量)和比沖后,我們就可以估計出在給定投擲質量下的關機速度,從而得出對應的射程,反之亦然。盡管我們對“火星炮-17”的各級精確的質量比和發動機比沖數據一無所知,但可以根據經驗,對照他國導彈不同階段的發展,做一個粗略的估計。
導彈從朝鮮本土起飛時射程分別為10000、11000和13000千米時,所覆蓋的范圍(紅色區域)
關于各級質量比和發動機平均比沖,筆者給出最佳和最差兩種估計,再把兩者數據取中點做一個一般性估計。最差估計對應著比中國70年代、蘇聯50年代ICBM更弱一些的技術水平;而最佳估計則對應著最優秀的彈體質量比和肼類燃氣發射器循環火箭發動機能到達的極限。
為了給讀者以直觀的技術對比,我還添加了兩型用于對照的洲際導彈:中國于70年代研制的東風五號基本型,它同為兩級液體導彈,起飛質量要大很多;美國于80年代研制的固體三級導彈,LGM-118 “和平衛士”,它的起飛質量比“火星炮-17”稍輕,但代表著固體導彈的最高水平。筆者計算了三種射程的最省能量彈道的投擲質量,注意這里不考慮末助推級。從朝鮮本土起飛,10000千米對應著覆蓋美國西海岸的全部城市,11000千米對應著覆蓋美國首都華盛頓,13000千米對應著完全覆蓋美國本土。
“火星炮-17”的投擲能力同一些主流洲際彈道導彈對比 圖源:萌虎鯨
根據計算結果,“火星炮-17”的洲際射程投擲能力在1-2.8噸之間。得益于其較重的起飛質量和液體燃料天生的優良性能,即便是最糟糕的估計,“火星炮-17”也足以把1.35噸的彈頭投送至美國首都,在一般性能的估計下,甚至可以將超過1.7噸的彈頭覆蓋美國本土的每一寸土地。
盡管我們對朝鮮核武器小型化的能力并不清楚,但這個投擲性能對美國產生威脅是完全不成問題的。筆者還對一些朋友感興趣的導彈改運載火箭發射衛星的能力進行了計算,從北緯38°起飛,一般估計下的朝鮮洲際導彈可以將1236千克的衛星送入200千米的低地球軌道(LEO)或是740千克的衛星送入500千米的太陽同步軌道(SSO)。這樣的理論運載能力超過了當今很多小型運載火箭,如果有一天朝鮮將此彈改為運載火箭發射衛星,完全在情理之中。
值得注意的是,二級的比沖性能對導彈投擲能力的影響極為巨大,特別是速度增量要求較高的遠距離投射或是發射衛星,從圖表上可以看出,起飛質量遠大于“火星炮-17”的東風5號在發射高速度增量需求的軌道時,運力下降十分明顯。所以對于朝鮮導彈二級的估計非常影響投擲能力的計算準確度,遺憾的是這一塊卻是信息黑洞。
2017年和2022年朝鮮兩次洲際導彈試射的實際彈道
根據西方智庫將24日試射的高拋彈道展開后計算,“火星炮-17”在正常彈道下至少具備15000公里的射程,其關機速度至少達到了7.5千米/秒,這意味著首次試射的載荷重量適中,根據不同的導彈性能估計,可能在1-2噸左右。
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本文僅代表作者個人觀點。
- 責任編輯: 王世怡 
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