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本文為朝鮮彈道導彈系列文章第三篇,前兩篇為:

《朝鮮彈道導彈裝備研發概況(上)》

《朝鮮彈道導彈裝備研發概況(中)》

在火星-12基礎上加裝二級研製的火星-14遠程導彈

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在火星-12單級導彈在完成高拋彈道試驗後不到2個月的時間內,朝鮮就試射成功了在火星-12的基礎上加裝第2級的火星-14二級彈道導彈。火星-14彈道導彈能夠將400公斤彈頭送至6333.5018公里遠的地方。按照美國標準,這樣的射程已經可以稱得上洲際彈道導彈了。按中國標準,火星-14彈道導彈應歸為遠程彈道導彈,尚未達到射程大於8000公里的劃分標準。

2017年,朝鮮成功進行2次火星-14導彈的飛行試驗,全部取得成功。從兩次發射分析,朝鮮仍舊採用高彈道的方式進行發射,該方式可用較短的射程達到全射程相同的導彈飛行速度,測出導彈在所有動壓環境下飛行狀況,體現出朝鮮「火星」系列的研製越來越尊重客觀規律,其技術水平近兩年得到了快速發展。

導彈採用高拋彈道雖然射程比較短(甚至不到全射程的五分之一),但飛行速度能夠達到全射程彈道相同的大小,就能夠測試導彈在所有動壓環境下的情況。對於國土縱深較小,沒有遠洋測量船的朝鮮來說,發展高拋彈道測試技術既可避免導彈飛越鄰國所帶來的紛爭,又能在現有技術條件下對導彈性能進行詳細驗證
不同於火星-13那種進一步收窄減阻的頭錐造型,火星-14的頭錐外形是比較常規的雙錐體,這顯示導彈本身有能力運載尺寸更大的彈頭而不需極端的減重減阻。火星-14運載能力和火星-12相當(帶個小型化原子彈的水平)。從火星-12、火星-13到火星-14,再到現在的火星-15,朝鮮終於實現了自己打擊美國全境的夢想

據德國火箭資料庫分析,火星-14導彈彈長19.5m,彈徑1.8m。第一級和火星-12採用相同的設計,質量從火星-12的22.74t增加到32.77t,燃燒時間增加到183s。第二級採用的發動機目前還沒有任何相關報道,有可能採用蘇聯時期的RD250發動機。

上圖a)為火星-10導彈(舞水端),彈尾裝備一臺4D10發動機和兩臺對稱的轉向發動機(這幾款導彈沒有彈翼,需要依靠彈尾的轉向引擎控制導彈飛行彈道)。裝備兩臺4D10發動機和4臺轉向發動機的火星13是舞水端的升級版本。
圖b)是火星-12導彈,主發動機為一臺RD-250火箭發動機,加裝4臺4D10轉向發動機。圖c)為火星-14發動機,發動機佈局和火星-12相同,火箭箭體直徑增大0.2m。
火星12以及火星14導彈尾部發動機佈局細節圖

以火星-14為基礎研製火星-15遠程導彈

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2017年11月29日,朝鮮由平安南道平城市一帶向朝鮮半島東部海域方向發射了火星-15遠程彈道導彈,飛行距離約950km,最大高度約4475km,飛行約53min後,落入日本海,飛行試驗取得圓滿成功。

火星-14/15是世界上唯一陸基機動式的液體推進劑洲際導彈。這個名號的得來頗具偶然成分:在各核大國中,蘇聯和後來的俄羅斯很早就確立了液體洲際大量井基部署/潛艇部署的原則;美國則走大量部署井基固體推進劑洲際導彈的路線,並逐漸將重點放在潛射導彈上

本次試射確認火星-15導彈系統的所有參數滿足設計要求,可以根據戰略武器系統的使命保證戰鬥環境中的可靠性;尤其驗證了飛行中段姿態操縱及速度校正的準確性、採用推力矢量控制的大功率發動機和高比推力發動機的動作正確性、相應的制導參數的正確性,以及新研製的9軸自行發射架的機動及起重能力、發射系統的動作可靠性。

火星-15一級火箭動力並聯了兩個火星-12的主推力室。這樣,由兩個火星-12主推力室組成的火星-15起飛推力在80噸,這樣的推力能支持總重最高達60噸左右的火箭。

根據「北緯38度」網站報道,火星-15導彈為兩級液體彈道導彈,從外形特徵來看,火星-15第一級採用2臺火星-14第一級發動機,這種雙燃燒室的構型類似於蘇聯RD-250發動機,可推算出第一級發動機起飛推力為80t,起飛質量約為40~50t。目前還不能確定火星-15第二級構型。但通過火星-15導彈外形尺寸可推算出,該導彈攜帶推進劑的質量比火星-14多出50%。對於第二級推進系統作保守假設,火星-15可將1000kg的有效載荷投送到美國本土。

朝鮮在近幾次試射中使用的一系列液體燃料發動機與前蘇聯時代的RD-250發動機類似,這種火箭發動機或可追溯至烏克蘭的Yuzhnoye State Design Office或俄羅斯的Energomash,這兩家國防軍工企業曾參與設計RD-250,在前蘇聯的彈道導彈項目中發揮了至關重要的作用。

冷戰時代,位於烏克蘭的南方設計局為蘇聯火箭設計了一系列單泵雙(多)燃燒室的液體火箭發動機。雙燃燒室的設計製造比單個大燃燒室簡單,還能降低發動機整體高度,抵消燃燒室在工作中產生的震動。此外,這類發動機還有較好的向上與向下延展性,有利於降低整個火箭譜系的研發成本。

有一種猜想認為火星-15導彈是由光明星-3火箭箭體更換Pektusan發動機改進而來,二級導彈是光明星-3火箭的二級的縮小版。下圖為火星-15的一、二級發動機性能

2 技術能力分析

現在,朝鮮正加大力度研製中遠程陸基、潛基新型彈道導彈,力求中遠程導彈的多平臺打擊能力,進一步提升導彈生存能力和可靠性,增強遠程導彈乃至洲際導彈的威懾能力。

彈道導彈總體能力分析

朝鮮現役的中遠程彈道導彈射程在1300~3000km之間,已經具備獨立研製射程2000km以上的中遠程彈道導彈的技術能力。朝鮮現階段基本掌握了中程彈道導彈技術,批量部署了勞動-1和2導彈,具備攻擊韓國和日本的能力。「大浦洞」系列導彈試射表明朝鮮初步掌握了多級推進、級間分離等遠程導彈技術,但在制導控制、彈頭技術、結構和防熱技術方面仍待大幅提升。「舞水端」等新型中遠程導彈技術尚未經過充分的驗證,其可靠性和實戰能力相對而言較差。KN-08新型遠程導彈的很多關鍵技術還有待攻克,目前僅具有威懾象徵性意義。

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2016和2017年,朝鮮採取頻繁進行新型中遠程彈道導彈試射的方式,向世界展示了正在加大力度研製中遠程彈道導彈和擁有戰略核武器的決心,併力求實現中遠程導彈的多平臺打擊能力。截至目前,朝鮮共進行四款新型中遠程導彈飛行試驗12次,其中北極星-2導彈5次,火星-12導彈4次,火星-14導彈2次,火星-15導彈1次,只有3次失敗。中遠程彈道導彈已經成為朝鮮導彈發展計劃中的重中之重,朝鮮已初步具備對中遠程及洲際導彈系列的研製和優化能力,其技戰術水平得到很大提高。

導彈機動發射能力分析

閱兵式上的高仿白楊-M。儘管外界對朝鮮質疑和批評之聲不絕於耳,但是冷靜下來想想,優先發展中遠程導彈和潛艇技術是實現國家安全的最便捷有效方式。中國和蘇聯都走過這條路。不難預見,在兩彈(原子彈和導彈)技術成熟之後,朝鮮勢必大力發展國內經濟。

據德國研究機構評估,朝鮮目前擁有導彈發射車數量約為200輛,多數用於搭載中近程導彈。朝鮮導彈發射車配有較大功率的柴油機和輔助動力系統,技術相對成熟,發射能力較強,也便於隱蔽,目前主要承擔近程導彈運輸發射任務。

近年來,朝鮮不斷推進中遠程導彈採用導彈發射車的研製進程,從「舞水端」導彈的6軸發射車,到KN-08、火星-14導彈的8軸發射車,以及火星-15導彈的9軸發射車,朝鮮逐步增強中遠程導彈乃至洲際導彈發射車的承載能力,以進一步提高機動發射水平。但值得指出,其遠程導彈發射車的相關技術尚不成熟,設計水平與導彈匹配度較低,且對公路、鐵路和橋樑承載能力依賴性較強。而朝鮮國土面積狹小,山地高原佔國土面積的80%,意味著朝鮮中遠程核導彈武器系統在機動發射能力和作戰運用方面勢必存在一定先天不足。

射程能力分析

目前,朝鮮發展的彈道導彈型號在射程上涵蓋了從近程到遠程的範圍。射程在2000km以下的勞動-1、2和大浦洞-1彈道導彈,可覆蓋日本全境、沖繩美軍基地、俄羅斯遠東地區及我國東北地區。雖然朝鮮已對其進行部署,具備一定的批量生產能力,但都未經過充分的飛行試驗驗證,各項性能沒有保障,其作戰性能、可靠性及作戰使用性都較低。

射程為2000~4000km的彈道導彈,包括「舞水端」、北極星-1、2、火星-12導彈。其中,「舞水端」導彈飛行試驗成功率較低,距離實戰部署尚需時日。而今年發射的北極星-2、火星-12擁有令朝鮮較為滿意的發射成功率,增強了朝鮮2000~4000km射程範圍內的打擊能力,可完成對日本全境的覆蓋。

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射程可達6000km及以上的大浦洞-2、KN-08、火星-14和15遠程彈道導彈,能夠打擊美國西部海岸、夏威夷和阿拉斯加以及美國本土等地區,特別是剛於2017年11月29日發射的火星-15遠程導彈,初步估算射程可達到10000km以上,具備洲際導彈的打擊能力。但由於遠程乃至洲際導彈的諸多技術有待攻克,距離實戰部署有一定差距。

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3 未來展望

2017年,朝鮮共進行了20多次彈道導彈發射試驗,全年導彈發射次數超過了朝鮮2006-2012年的總和,可見,朝鮮彈道導彈技術發展進入逐漸加速時期。頻繁的進行導彈發射,從政治層面,對內可強化金正恩領導力;對外,通過全年四款新型中遠程乃至洲際導彈的成功發射,充分展示了朝鮮遠程導彈的發射能力,達到進一步試探美國新政府對朝政策及態度的目的,也達到宣傳國際社會對朝制裁「無用論」的目的。未來導彈技術發展初步預測如下:

1)發動機方面。朝鮮的中遠程彈道導彈以及航天運載火箭多數以液體燃料推進系統為主,其固體燃料推進系統技術不成熟。在朝鮮目前種類繁多的彈道導彈型號中,僅北極星-1、2是朝鮮現有的中遠程固體彈道導彈。根據朝鮮導彈的技術繼承性和最新進展情況,朝鮮的液體導彈發動機研製能力強於固體發動機研製能力,未來一段時間內,中遠程乃至洲際導彈將以液體為主。

2016年3月15日,朝鮮成功完成遠程彈道導彈彈頭再入大氣層燒蝕試驗。此次試驗使用火箭發動機對模擬彈道導彈彈頭進行噴射,以模擬再入過程中彈頭與大氣摩擦產生的高溫高熱。試驗條件是超過實際再入溫度的5倍溫度,試驗表明彈頭能夠耐受再入大氣層時的高溫高壓和震動。

掌握重返大氣層載具技術意味著已擁有彈道複合材料技術、燒蝕技術、末段制導技術等,然而這隻有通過真實試射才能驗證。

2)彈頭方面。目前朝鮮已具備中程彈頭的設計能力,未來將聚焦於遠程及洲際核彈頭和彈頭小型化的研製。

此次試驗對象採用的是一種鈍形半球狀的再入體端頭。這種鈍形設計常見於各國的早期彈頭。美國的第一代洲際彈道導彈首先試驗了尖錐體,但很快發現難以克服氣動加熱問題。研究發現,氣動阻力越大,彈頭受到的熱量就越小,因為鈍頭在彈頭前方產生一個類似「氣墊」的空氣壓縮層,壓縮層可以把大量氣動加熱帶走

美國「大力神」2洲際導彈使用的Mk6再入體,長約3.1米,底部直徑2.3米,半錐角12.5°。當時由於防熱材料沒有過關,一般都採用大球頭半徑,以減輕彈頭的氣動加熱,彌補防熱材料性能差的缺陷。但增大球頭半徑,顯然會使彈頭的氣動阻力明顯增加,落速減小。使預警與反導系統有更多的反應時間。從減少雷達散射截面積和再入體飛行穩定性(決定了彈頭打擊精度)角度看,彈頭以尖錐體為好,因此在彈頭的防熱材料性能(特別是抗燒蝕性能)得到明顯提高以後,彈頭的球頭半徑趨於減小,通常會演變為多級圓錐體,端頭也會更加尖銳。

3)熱防護技術方面。熱防護技術一直以來是朝鮮在發展中遠程導彈道路上急需積極攻克的技術。通過對2016年朝鮮公開的彈頭燒蝕試驗圖片分析,初步判斷,端頭帽燒蝕試驗裝置採用氧氣煤油火箭發動機,氣流溫度約為2500℃,從燒蝕後端頭帽試驗件的形貌來看,材料為模壓高硅氧,該材料能滿足約4000km射程要求。預估燒蝕量約為10mm,因此目前朝鮮彈頭射程能力可達到3000km左右。未來朝鮮將進一步提升熱防護技術,以用於遠程乃至洲際導彈。

4)射程方面。根據構型優化和射程銜接的發展原則,未來10年內朝鮮的主戰導彈裝備為:2000km射程內為「勞動」、北極星-1導彈,射程2000~5000km為「舞水端」、北極星-2和火星-12導彈,射程5000~6000km為火星-14和KN-08導彈,射程6000km以上為大浦洞-2和火星-15彈道導彈。


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