動(dòng)力——烏克蘭的影子？

2017年11月28日發(fā)射的“火星-15”洲際彈道導(dǎo)彈據(jù)說(shuō)使用了一臺(tái)推力為788千牛的，被西方人稱作是“白頭山”的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)朝鮮發(fā)布的導(dǎo)彈飛行視頻和相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)試車視頻，可以發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上非常類似于蘇聯(lián)格魯什科設(shè)計(jì)局為R-36洲際彈道導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)RD-250。同樣是渦輪泵中置、雙推力室、燃?xì)獍l(fā)生器設(shè)計(jì)，甚至連冷卻管路設(shè)計(jì)和渦輪廢氣排放口都幾乎一模一樣。

自2013年，就不斷有報(bào)告指出，位于烏克蘭的南方設(shè)計(jì)局和南方機(jī)械制造廠——即R-36導(dǎo)彈的研制生產(chǎn)方——有協(xié)助朝鮮發(fā)展導(dǎo)彈的動(dòng)力系統(tǒng)的跡象，這些行為甚至引起了聯(lián)合國(guó)的注意。不管朝鮮液體火箭動(dòng)力發(fā)展上有沒(méi)有獲得過(guò)外界的幫助，“火星炮-17”的出現(xiàn)顯示他們已經(jīng)掌握了肼類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。

火星-14、15和火星炮-17，請(qǐng)留意它們的一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，火星-14采用單機(jī)+4臺(tái)游機(jī)，火星-15采用了單臺(tái)雙室發(fā)動(dòng)機(jī)，火星炮-17則可能采用了兩臺(tái)雙室發(fā)動(dòng)機(jī)

國(guó)內(nèi)外一些分析人士認(rèn)為，“火星炮-17”使用了17年“火星-15”的發(fā)動(dòng)機(jī)，雙機(jī)并聯(lián)為導(dǎo)彈一級(jí)提供動(dòng)力。筆者不這么認(rèn)為，仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，“火星炮-17”的發(fā)動(dòng)機(jī)存在完全不同的渦輪廢氣排氣管結(jié)構(gòu)，且單推力室推力要明顯小于“火星-15”的發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)對(duì)發(fā)射視頻的估計(jì)（假設(shè)視頻沒(méi)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(jì)，單推力室推力不會(huì)大于35噸。

結(jié)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(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它采用紅煙硝酸-偏二甲肼或者四氧化二氮-偏二甲肼推進(jìn)劑組合。若不是在視頻開頭筆者看見了渦輪泵啟動(dòng)的排氣，該發(fā)動(dòng)機(jī)甚至存在使用分級(jí)燃燒循環(huán)的可能性。

此外，和17年的“火星-15”一樣，全彈既無(wú)任何空氣舵面，也沒(méi)有看見RCS系統(tǒng)工作的跡象，亦不存在游動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，朝鮮顯然已經(jīng)熟練掌握發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)搖擺矢量控制系統(tǒng)。

置于運(yùn)輸與發(fā)射容器的UR-100導(dǎo)彈模型，對(duì)照右邊的結(jié)構(gòu)圖，可以理解其一級(jí)儲(chǔ)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(fā)表新聞稱朝鮮進(jìn)行了“火星-8”高超音速導(dǎo)彈試射，在新聞中特別提到“確認(rèn)了第一次采用的安瓿化導(dǎo)彈燃料系統(tǒng)的穩(wěn)定性”。所謂“安瓿化”實(shí)際指的是導(dǎo)彈在出廠時(shí)就進(jìn)行液體燃料的加注并封裝，在導(dǎo)彈運(yùn)輸、儲(chǔ)存和部署時(shí)無(wú)需重大維護(hù)，隨時(shí)可以點(diǎn)火發(fā)射。

這項(xiàng)技術(shù)最早由蘇聯(lián)第52試驗(yàn)設(shè)計(jì)局（切洛梅設(shè)計(jì)局）第二分部為UR-100導(dǎo)彈開發(fā)，其核心技術(shù)是使用全充氮、AMG-6合金制成的運(yùn)輸與發(fā)射容器，使用焊接的儲(chǔ)箱密封和特殊的膜片來(lái)隔絕腐蝕性燃料及其蒸汽。這使得導(dǎo)彈可以在充滿燃料的狀態(tài)下等待7至10年（改進(jìn)型UR-100N UTTH導(dǎo)彈保質(zhì)期可達(dá)33年），在這期間隨時(shí)可以發(fā)射，無(wú)需做繁瑣的準(zhǔn)備工作。

而作為機(jī)動(dòng)發(fā)射的“火星炮-17”顯然非常需要這一朝鮮已經(jīng)在中小型導(dǎo)彈上掌握的技術(shù)，筆者開始也認(rèn)為該導(dǎo)彈可能采用了安瓿技術(shù)出廠即封裝燃料，直到在朝鮮中央電視臺(tái)的視頻中發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)彈準(zhǔn)備區(qū)域存在的燃料加注設(shè)施。

即便如此，“火星炮-17”仍然有可能和某大國(guó)的某型戰(zhàn)略導(dǎo)彈一樣，在加注燃料后，具備幾個(gè)月的待命時(shí)間，在此期間隨時(shí)可以發(fā)射。過(guò)期之后，需要將燃料抽出，導(dǎo)彈報(bào)廢。

投擲性能估算

“火星炮-17”的粗壯和龐大使得它牢牢占據(jù)了世界洲際導(dǎo)彈界“重型”的位置，僅論起飛質(zhì)量，它超過(guò)了美國(guó)所有的固體洲際核導(dǎo)彈，也遠(yuǎn)在中國(guó)的東風(fēng)-31A、41，俄羅斯的白楊-M、亞爾斯等現(xiàn)役陸基機(jī)動(dòng)核導(dǎo)彈之上。

根據(jù)齊奧爾科夫斯基公式，當(dāng)確定了各級(jí)導(dǎo)彈的質(zhì)量比（即各級(jí)初始質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)分離時(shí)的質(zhì)量的比值，可以大致認(rèn)為其中的差異在燃燒掉的燃料質(zhì)量）和比沖后，我們就可以估計(jì)出在給定投擲質(zhì)量下的關(guān)機(jī)速度，從而得出對(duì)應(yīng)的射程，反之亦然。盡管我們對(duì)“火星炮-17”的各級(jí)精確的質(zhì)量比和發(fā)動(dòng)機(jī)比沖數(shù)據(jù)一無(wú)所知，但可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)照他國(guó)導(dǎo)彈不同階段的發(fā)展，做一個(gè)粗略的估計(jì)。

導(dǎo)彈從朝鮮本土起飛時(shí)射程分別為10000、11000和13000千米時(shí)，所覆蓋的范圍（紅色區(qū)域）

關(guān)于各級(jí)質(zhì)量比和發(fā)動(dòng)機(jī)平均比沖，筆者給出最佳和最差兩種估計(jì)，再把兩者數(shù)據(jù)取中點(diǎn)做一個(gè)一般性估計(jì)。最差估計(jì)對(duì)應(yīng)著比中國(guó)70年代、蘇聯(lián)50年代ICBM更弱一些的技術(shù)水平；而最佳估計(jì)則對(duì)應(yīng)著最優(yōu)秀的彈體質(zhì)量比和肼類燃?xì)獍l(fā)射器循環(huán)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)能到達(dá)的極限。

為了給讀者以直觀的技術(shù)對(duì)比，我還添加了兩型用于對(duì)照的洲際導(dǎo)彈：中國(guó)于70年代研制的東風(fēng)五號(hào)基本型，它同為兩級(jí)液體導(dǎo)彈，起飛質(zhì)量要大很多；美國(guó)于80年代研制的固體三級(jí)導(dǎo)彈，LGM-118 “和平衛(wèi)士”，它的起飛質(zhì)量比“火星炮-17”稍輕，但代表著固體導(dǎo)彈的最高水平。筆者計(jì)算了三種射程的最省能量彈道的投擲質(zhì)量，注意這里不考慮末助推級(jí)。從朝鮮本土起飛，10000千米對(duì)應(yīng)著覆蓋美國(guó)西海岸的全部城市，11000千米對(duì)應(yīng)著覆蓋美國(guó)首都華盛頓，13000千米對(duì)應(yīng)著完全覆蓋美國(guó)本土。

“火星炮-17”的投擲能力同一些主流洲際彈道導(dǎo)彈對(duì)比 圖源：萌虎鯨

根據(jù)計(jì)算結(jié)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(zhì)量和液體燃料天生的優(yōu)良性能，即便是最糟糕的估計(jì)，“火星炮-17”也足以把1.35噸的彈頭投送至美國(guó)首都，在一般性能的估計(jì)下，甚至可以將超過(guò)1.7噸的彈頭覆蓋美國(guó)本土的每一寸土地。

盡管我們對(duì)朝鮮核武器小型化的能力并不清楚，但這個(gè)投擲性能對(duì)美國(guó)產(chǎn)生威脅是完全不成問(wèn)題的。筆者還對(duì)一些朋友感興趣的導(dǎo)彈改運(yùn)載火箭發(fā)射衛(wèi)星的能力進(jìn)行了計(jì)算，從北緯38°起飛，一般估計(jì)下的朝鮮洲際導(dǎo)彈可以將1236千克的衛(wèi)星送入200千米的低地球軌道（LEO）或是740千克的衛(wèi)星送入500千米的太陽(yáng)同步軌道（SSO）。這樣的理論運(yùn)載能力超過(guò)了當(dāng)今很多小型運(yùn)載火箭，如果有一天朝鮮將此彈改為運(yùn)載火箭發(fā)射衛(wèi)星，完全在情理之中。

值得注意的是，二級(jí)的比沖性能對(duì)導(dǎo)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(yuǎn)距離投射或是發(fā)射衛(wèi)星，從圖表上可以看出，起飛質(zhì)量遠(yuǎn)大于“火星炮-17”的東風(fēng)5號(hào)在發(fā)射高速度增量需求的軌道時(shí)，運(yùn)力下降十分明顯。所以對(duì)于朝鮮導(dǎo)彈二級(jí)的估計(jì)非常影響投擲能力的計(jì)算準(zhǔn)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(dǎo)彈試射的實(shí)際彈道

根據(jù)西方智庫(kù)將24日試射的高拋彈道展開后計(jì)算，“火星炮-17”在正常彈道下至少具備15000公里的射程，其關(guān)機(jī)速度至少達(dá)到了7.5千米/秒，這意味著首次試射的載荷重量適中，根據(jù)不同的導(dǎo)彈性能估計(jì)，可能在1-2噸左右。