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我国到底需要什么样的潜射弹道导弹  

2013-08-28 14:13:28|  分类: 军事纵横 |  标签: |举报 |字号 订阅

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       俄罗斯布拉瓦潜射导弹已经连续试射成功服役,JL-2近两年也连续试射成功,距离定型服役也并不遥远了。不过着眼我国的实际需求,JL-2恐怕很难满足我国海基核力量对美威慑的需求。我在世界潜射导弹序列里找来找去,发现原来三叉戟II导弹才是最适合中国海军的需求的,这实在令人泪流满面。从我国形成可靠且有效的海基核威慑出发,三叉戟II导弹恐怕就是我国下一代潜射弹道导弹的追赶目标了。

       先说JL-2潜射弹道导弹,虽然093/094高温气冷堆的神话早就破了,不过大家还是对JL-2导弹寄予了极大的希望,期盼它一步到位,射程满足我国近海打击美国本土的目标。如果射程达标的话,未来4~6艘094导弹核潜艇携带JL-2潜射导弹就可以构成颇具威慑的核打击力量,减轻当前中美核力量之间严重失衡的现状。JL-2潜射弹道导弹的研制并不晚,1986年就开始了预研,1999年正式立项为国家重点项目,正式立项前已经对所相关的技术如2米直径发动机、高能推进剂、复合材料壳体、可抛式延伸喷管进行了大量的研究。但我国技术基础薄弱,潜射导弹经验少,而且研制了那么多种潜射导弹也有过R-39/SS-N-20固体潜射弹道导弹的俄罗斯,研制一个高标准的布拉瓦固体潜射导弹都磕磕碰碰的,我国研制一型指标很高的固体潜射弹道导弹导弹,性能比第一代潜射导弹JL-1有了巨大的飞跃,自然很难一帆风顺。
我国到底需要什么样的潜射弹道导弹 - squirrel - 松鼠的空天随笔
 我国第一代潜射弹道导弹JL-1发射图,JL-1射程有限,只相当于美国北极星A1的水平

       为了达到所要求的高指标,有些夸张的说JL-2潜射弹道导弹竭尽所能使用新技术提高性能。从公开论文的内容可知,JL-2潜射弹道导弹虽然2米直径发动机是基于DF-31弹道导弹发动机的技术,但以芳纶纤维替换掉了原有的高强度钢和玻璃钢,用新的高比冲NEPE推进剂替换了原有的HTPB推进剂,使用可抛弃的潜入式喷管减少长度。发射筒上使用凸膜密封膜增加发射筒的可用长度,也使用了激光惯导陀螺等设备提高精度等等。不过高新技术的叠加并不一定等于超一流的产品,总的说来JL-2导弹的性能仍然比较平庸,逊色于俄罗斯的布拉瓦和美国的三叉戟I C4潜射弹道导弹。潜射弹道导弹(SLBM)和洲际导弹(ICBM)类似,导弹的核心指标主要包括投掷质量、有效射程和制导精度等。我国核战略是“不首先使用核武器”,既然不追求先发制人的第一波攻击,自然没有打击洲际导弹发射井和地下指挥控制中心的需求,因此对精度要求并不高,剩下更多的就要看有效射程和相应的投掷能力指标。遗憾的是由于地理条件的限制,我国对ICBM和SLBM导弹的射程要求都很高,同时我国研制的小型化核武器裕量较大以提高安全性和可靠性,还有载入载具(RV)技术不够给力等因素,导致核弹头总质量偏大。从目前的资料分析,DF-31导弹使用的是单弹头,JL-2导弹又如何呢?

       JL-2导弹作为我国的国之重器,其具体性能是机密中的机密。不过对比我国JL-1与DF-31导弹的技术水平和性能数据,再对照世界上其他SLBM的技术水平,还是可以大致推断出它的性能的。
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DF-31虽然参加了两次国庆阅兵,但具体性能并没有公开

疑似DF-31A的某弹道导弹:
何麟书的《固体弹道导弹设计》英文版中提到某导弹:
总重36528.34kg,全长15.618m
一级火箭重22258.67kg,推进剂重19119.07kg,地面比冲2367.4m/s
二级火箭重10232.63kg,推进剂重8653.98kg,真空比冲2884.3m/s
三级火箭重3487.04kg,推进剂重2724.62kg,真空比冲2819.7m/s
弹头重550kg。

       根据我的估算,这个导弹数据建模模拟达到射程远达不到公开和私下里对DF-31A射程的估计,不过从这个还有其他信息中,我们可以确认一个数据:DF-31系列导弹的质量在35~40吨之间。此外我们还知道DF-31直径2米,根据DF-31导弹与载车汉阳越野车的大小比例推算其长度约15米。再看JL-1潜射导弹,其直径为1.4米长度为10.7米,质量大约为15吨。

       我们假设JL-1、JL-2和DF-31系列的推进剂密度基本在一个水平上(CTPB和HTPB推进剂密度一般在1.7~1.8克/立方厘米之间),DF-31和JL-2的弹体设计基本一个水平(发动机质量比和仪器等设备一个档次),总而言之就是假定这些导弹的质量和体积大致是成正比,当然这样的估算忽略了级间段所占的空间、也没有考虑JL-2使用弹头母舱的可能,更不要说JL-2未必是三级发动机直径均为2米,因此只能粗略推算JL-2导弹质量的范围。JL-2导弹的长度约13米左右直径2米,综合考虑下来质量小于40吨但肯定大约30吨,具体质量可能和和布拉瓦的36.8吨相仿,但肯定高于三叉戟I C4导弹的33吨,而远低于三叉戟II D5导弹的59吨,也和M51的56吨质量相去甚远。
       9500公里射程时三叉戟I C4导弹的投掷能力略小于1吨,三叉戟II D5导弹略小于1.8吨, M51导弹投掷能力略小于三叉戟II。在计算JL-2潜射导弹的性能上限时,我们假定JL-2导弹达到了三叉戟II D5和M51同样的水平,但由于JL-2弹体质量小于40吨大约为三叉戟II D5导弹的2/3,意味着JL-2导弹只能有D5导弹2/3的投掷质量,洲际射程的投掷质量肯定略小于1.2吨。不过话说回来,9500~10000公里射程JL-2导弹,其实是无法满足我国海基核力量要求的,这就要从我们天然的地理劣势说起。
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 图为094导弹核潜艇,目前已经开始部署在南海舰队

       我国北部诸海,内水渤海太浅且有繁忙的海运和众多的渔船活动,不利于导弹核潜艇的隐蔽巡逻,渤海黄海交界处的辽南老铁山水道较深,但是老铁山水道反卫太小而且靠近北方港口大连,容易遭到敌方弹道导弹的覆盖攻击。黄海和东海海域要宽广的多,但大部分海区是大陆架同时距离美日韩的反潜机和反潜舰基地不远,导弹核潜艇也容易受到攻击,总的说来都不安全。相比之下南海条件就好得多,南海水域开阔面积巨大的南海海盆底部深度一般在3000米以上,台湾与菲律宾之间的巴士海峡水声和水温条件复杂,方便导弹核潜艇“偷渡”东进大洋。咋一看南海似乎是我国导弹核潜艇的风水宝地,可以和俄罗斯的巴伦支海和楚科齐海并列了,但南海巡逻却有一个最大的劣势:南海距离美国本土实在太远了,不得不要求潜射导弹具有极大的射程。相对的,美国俄罗斯法国英国导弹核潜艇打击潜在打击对象,都不需要如此远的射程。看看下面的弹道图,D5导弹实现并不困难,但对JL-2就是另一回事了。

JL-2还是Trident II D5? - squirrel - 松鼠的空天随笔
南海海域发射三叉戟D5攻击纽约的全弹道,射程要达到约13400公里

JL-2还是Trident II D5? - squirrel - 松鼠的空天随笔
 南海和辽南海域发射三叉戟II D5攻击纽约叠加图,辽南海域需要的射程约为11000公里

       那么能否东进大洋,从而降低对潜射弹道的射程要求呢,坦率的说并不乐观。从巴士海峡虽然可以进入太平洋,但是大致同纬度向东航行3000公里,射程减少不过是略高于1000公里。如果要大幅度减少对射程的要求,则需要北上到日本附近,靠近日本本土无疑会大大增加被发现和攻击的风险,而且潜航距离同样太长,这将导致导弹核潜艇实际巡逻时间的减少,或者说需要更多的导弹核潜艇才能维持持续的巡逻。
我国到底需要什么样的潜射弹道导弹 - squirrel - 松鼠的空天随笔
JL-2的射程要有效覆盖打击美国本土,将不得不北上到日本东北

       根据粗略的模拟,10000公里附近射程时弹道导弹第三级基本每减重100千克,射程增加约1000公里。这样估测的话,三叉戟II D5导弹13400公里射程时投掷能力要降低到1400千克左右,JL-2导弹对应2/3也就是略小于1000千克,考虑到JL-2使用的各项技术和总体设计上与三叉戟II D5的差距,这个数值可以作为最高值。事实上考虑到JL-2第一级仍然使用比冲低得多HTPB推进剂,壳体材料也是芳纶与三叉戟II D5的IM7(T-800级别高性能碳纤维)相差甚远,还有总体设计和各种仪器设备上的差距,13400公里射程时投掷质量800多千克是更可靠的推测,即使这个数值也可能是高估了。

       地理上的劣势要求我国潜射导弹必须具备超远的射程,从而导致同等技术水平下投掷质量大为下降,我国再入飞行器的质量偏大,使潜射弹道导弹的实际打击能力雪上加霜。我国一贯在核弹头的设计上裕量较大,因此导致弹头质量较大。而美俄在20世纪80年代就普及了100~130kg的10万吨级核弹头。当然设计裕量小也有弊端,美国事后就发现W76核弹头可靠性不佳。我国再入飞行器的设计裕量也很大,不过和弹头不同,再入飞行器质量偏大更多是技术落后导致的。两方面综合下来携带核弹头的再入飞行器(RV)总质量就要高得多了。以DF-31导弹为例,考克斯报告出炉时期,美国记者Bill Gertz根据自己得到的美方资料指出DF-31的RV全重470千克:
The system would deploy three 470-kg Dong Feng 31 (DF-31) RVs
       这个质量比美苏法同期的RV质量要高得多,更与各国SLBM的RV质量差距不小。美国的MK4+W76和法国的TN75,苏联R-39和R-29RM系列的弹头,都达到了100~150千克/10万吨的水平,美国30万吨的W88和W87(分别和MK5 RV、MK21 RV配合使用,装备于三叉戟II D5和和平保卫者导弹),RV全重分别是略小于和略大于200千克。
       在分导式多弹头弹道导弹中,再入飞行器的质量一般只占弹道导弹投掷质量的一半左右,剩余质量需分配给弹头母舱(PBV)、轻重诱饵和一系列仪器设备,JL-2导弹在南海北部发射攻击纽约,13400公里得射程投掷质量800~900千克,那么可用于弹头的质量只有略大于400千克,我国现有核弹头质量下无法实现分导式多弹头,或许只能直接使用470千克的DF-31的弹头了。毕竟单弹头无需分导式多弹头(MIRV)导弹那么笨重的母舱,所以470千克的弹头,最大射程还是可以勉强打到纽约的。不过这样的结果,以投掷能力而言就真成了DF-31下海,这样的性能上限也无法满足大家的期待,形成美国的核威慑也有些力不从心。更何况JL-2导弹的服役与形成战斗力还有待时日,怎么一个悲剧了得。

       不过话说回来,我国DF-31弹道导弹的再入飞行器是较老的设计,时隔十多年新一代再入飞行器质量应该减轻了不少。如果能达到W76核弹头一个级别的水平,哪怕质量超标30%再入飞行器总质量也可降低到130千克,这也是苏联台风级导弹核潜艇上R-39潜射导弹弹头的水平。核弹头和再入飞行器达到这样的水平,JL-2潜射导弹就可以携带3枚弹头,这个性能还是可以接受的。从这个意义上说,为了满足对美国形成有效核威慑的需求,我国潜射弹道导弹未来发展主要在两个方向上:研制小型化核弹头,研制大型潜射弹道导弹。小型化核弹头是机密中的机密,我们无从知晓,但大型潜射弹道导弹已经初露端倪了:

中国宇航学会主编:《二十一世纪航天科学技术发展与前景高峰论坛暨中国宇航学会第二届学术年会论文集》
(中国宇航学会第二届学术年会于2006年11月在北京召开)
大型固体火箭发动机技术发展展望
航天科技集团公司四院四十一所

一文提到:
我国未来大型固体发动机将以现有型号发动机的成熟技术为依托、吸取研制中的经验教训,应用战略固体发动机可靠性增长工程研究成果,同时贯穿全新的设计理念、应用全新研发平台体系、采用一系列预先研究新技术新成果,使得综合性能在现有技术水平上有跨越式发展。这些新技术主要体现在:高压强固体发动机总体设计、N-15/15B高能推进剂、新型高能推进剂、碳纤维复合材料壳体(全复合裙)、适应高压强推进剂及其配套绝热层衬层、延伸喷管技术、喷管轻质C/C 材料扩张段、耐烧蚀喉衬及复合材料增强件柔性接头等。不仅如此,发动机关键材料国产化程度进一步提高,高能N-15推进剂扩大应用范围,发动机与弹体在性能与结构方面关系更为协调等。从而使未来战略固体发动机综合水平基本达到美国MX和Trident D-5固体发动机水平

表1  先进大型固体发动机技术方案设想
I级发动机:碳纤维壳体、适应高压强HTPB推进剂、EPDM绝热层、高装填翼柱型药柱、钛合金前后接头。固定体法兰和扩张段壳体采用钛合金材料。喉衬采用低烧蚀C/C喉衬。扩张段采用低烧蚀高硅氧/碳布/纳米酚醛材料。复合材料增强件柔性接头。发动机总体适应弹体无尾罩技术方案。
II级发动机:碳纤维材料壳体或国产芳纶纤维材料壳体。N-15/15B推进剂或HTPB推进剂。EPDM绝热层。高装填翼校型装药。钛合金前后接头。耐烧蚀喉衬。复合材料增强件柔性接头。延伸喷管。
III级发动机:碳纤维材料壳体,加长复合裙与弹体级间段一体化。高能或新型高能推进剂。EPDM绝热层。高装填翼柱型装药。钛合金/铝合金前后接头。耐烧蚀喉衬及碳/碳扩张段喷管。延伸喷管。

我国到底需要什么样的潜射弹道导弹 - squirrel - 松鼠的空天随笔
 美国三叉戟II D5导弹是世界上性能最好,技术水平最高的潜射弹道导弹,也将是我国潜射导弹的追赶目标

从这篇2007年披露的论文看,文中提到的是一个MX和Trident II大型固体发动机级别的方案,或许下一代瞄准三叉戟II D5的潜射导弹已经在研制了,不过回首JL-2潜射导弹漫长的研制史,新一代潜射导弹恐怕要到2025年甚至更远才能定型服役吧。如果将来的新一代潜射弹道导弹(JL-3)?技术和性能上达到了Tride三叉戟II D5导弹的水平,同时为其研制W76或是W88级别的核弹头与先进再入飞行器,才足以满足威慑美国的需要。由于JL-2潜射导弹的性能问题,装备JL-2的094核潜艇对美国本土的威胁有限。在下下一代潜射导弹和导弹核潜艇服役形成战斗力后,我国才可以说真正成为一个海基核强国,我国的核力量也将具备更有效和更强大的威慑能力,这是届时我国经济实力跃居世界第一后,保卫我国免受核讹诈所必需的力量。
 
 
 
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