弹道导弹与运载火箭的差异

记：运载火箭最初由液体弹道导弹发展而来，但在发展过程中逐渐分野明显，本文就谈谈两者差异。

汤：各国运载火箭的发展，除日本外，无不与液体弹道导弹密切相关。苏联于1957年发射第一颖卫星的运载火箭“卫星”号是在世界第一枚洲际弹道导弹SS-6的基础上拆装而成的。美国发射第一颗卫星的运载火箭“朱诺”号，也是以“红石”液体弹道导弹为基础改成的。继“朱诺”1号后，美国还在“雷神”、“宇宙神”、“大力神”等液体弹道导弹的基础上发展了“雷神”、“宇宙神”、“大力神”和“德尔塔”等系列运载火箭。西欧早期联合研制的“欧洲”号运载火箭，也是以英国“蓝光”液体弹道导弹为基础的。中国“长征”系列火箭同样是在液体弹道导弹的基础上发展的。伊朗于2009年发射其首颗自研“希望”号卫星的“信使”2运载火箭，则是由“流星”3导弹改装而成。

但随着各类航天器发展，对运载火箭的运载能力和关机点速度提出了更高要求。就运载能力而言，苏联SS-9导弹起飞质量达200-204吨，而弹头重量不过5吨。苏联SS-18是世界最大的两级液体导弹，有多型，最多可带10个分导式弹头，弹头当量最大2500万吨，但弹头重量不过1.3—6.8吨。与之对比，苏联于1971年发射的世界上第一个空间站“礼炮”1号质量约18吨，是SS-18导弹弹头最大质量的近3倍，最小质量的10余倍。美国第一个空间站“天空实验室”，总质量约77吨，由近地轨道运载能力达118吨的“土星”5火箭发射入轨。另如，中国“长2丙”的低轨道运载能力为4吨，“长3B"捆绑式火箭可将5.1吨的有效载荷送入地球同步转移轨道。再如美国的“德尔塔”4号火箭，低轨道运载能力为6.7-23吨，地球同步转移轨道运载能力为3.9-13吨。“德尔塔”2000的低轨道运载能力为2吨，地球同步转移轨道运载能力为0.72吨。

欲将航天器送入预定轨道，运载火箭必须将其加速到7.9千米／秒。而按照现代火箭发动机的性能和结构水平，一般推进剂的单级火箭都完不成这一任务，必须用多级，级数越多能达到的速度就越大，因此运载火箭至少2级。比如，美国“宇宙神”系列火箭是由“宇宙神”两级液体洲际导弹的弹体与不同的上面级组合而成的，被称为2.5级。苏，俄的四级型运载火箭“质子”号能将2.2吨载荷送入地球同步轨道，将4.6吨载荷送入火星轨道。美国“土星”5号也由四级组成。

但反观液体洲际弹道导弹，世界上射程最远的SS-18，Ⅰ型弹头重6.1吨、射程15000千米：Ⅲ型弹头重5吨，射程16000千米，无论打击地球上的何种目标，射程均有较大余量。可见，对液体弹道导弹而言，采用两级发动机就足够了。事实上，各国现役的陆基液体洲际弹道导弹，除SS-18外，还有俄SS-19、中国DF-5等，也是两级导弹。俄DⅣ核潜艇所装SS-N-23导弹由于弹径只有1.8米，远小于SS-18的3.35米和SS-19的2 5米弹径，因此仍采用三级液体发动机。

记：运载火箭设计上有时出现火箭直径逐级减小的情况，如意大利“织女星”火箭，一子级壳体直径3米，二、三子级直径1.9米，苏联早期很多型战略导弹以及美国“民兵”系列等也有这种逐级缩小的情况，这看上去不利于缩短箭(弹)体长度

闻：你是指没有充分利用火箭的长度，实际上作为民用的运载火箭而言，其更多的考虑是制造和使用成本问题。首先，其大多采用已有的不同火箭体系组合的方式来发展新型火箭，使用已经完成设计或多次使用的火箭级段的技术风险较低，因为其已经过多次发射实践检验，可靠性不会成为新型火箭设计的顾虑。其次，这种方式经济成本也较低，因为无需重新设计。此外，下面级比上面级尺寸大，也符合运载火箭设计规律，因为上面级通常是下面级的载荷。实际上如果多级火箭的各级段都是重新设计，所谓的“下粗上细”的情况不太多见。这种情况一般会增加地面使用和保障的难度，但对于发射条件较好的运载火箭而言不成问题，因为运载火箭通常采用塔架发射，这种情况下发射支持系统尽可能适应于火箭的外形等特点。而这在使用环境更复杂的弹道导弹上很难做到，这也是各国弹道导弹经过初期的塔架发射后，很快都开发了更灵活的其它发射方式的原因。不同直径的问题对于采用井式热发射的弹道导弹也不是十分突出，因为发射井中有足够空间适应导弹外形。而对于需要地面或海上机动的公路／铁路机动或潜射弹道导弹而言，就会存在发射／运输平台重心平衡，发射筒与导弹弹体的适配等问题，因此上下直径不同的情况并不多见。实际上，这一问题在与潜射导弹发射类似的井式冷发射方式中也存在。例如，美国已退役的“和平卫士”，就需要考虑到发射井和弹体外形的适配问题，因此上下直径是一致的。可见导弹或火箭外形与采用的发射系统是相互配合适应的。

记：战略导弹的弹头整流罩直径倒是很少大于二三子级。

汤：运载火箭一般有2-4级，每一级都有自己的箭体结构和动力装置，控制系统则通常各级共用。当有效载荷的径向尺寸较大时，整流罩外径会超过火箭直径，此时还需要有一个倒锥段与箭体相连。对多弹头弹道导弹而言，即使装上十个八个分弹头，体积也比运载火箭的载荷小得多，所以虽有一级、二级、三级直径逐渐减小的情况，但很少见到弹头直径比箭体直径还大的弹道导弹。

记：运载火箭的整流罩一般采用传统的2个半罩，战略导弹的弹头整流罩结构与其是否有区别?

闻：本质上没区别。实际上弹道导弹弹头的整流罩开启方式非常复杂和多样，与运载火箭整流罩设计的主要区别是由于其载荷和开启环境不太一样。首先，运载火箭的载荷多外形复杂不规则，通常直径还大于火箭上面级直径，因此大家多看到运载火箭头部较大，这使整流罩结构多为蚌壳式，从中间向两侧开启。而弹道导弹多为了追求足够的射程和考虑到再入环境的复杂，其弹头多较为规则，流线形较好，尺寸也较小。其次，运载火箭载荷通常无需再入大气层，因此整流罩开启较早，而弹道导弹的所谓整流罩通常就是其再入载具的外壳，只有多弹头导弹的母舱与运载火箭整流罩功能类似，而目前许多型多弹头导弹并没有母舱整流罩，如俄SS-20等型导弹，其多弹头组件本身具有较好的流线形，直接组装在弹体上，外面就是弹筒。

记：运载火箭外加助推器司空见惯，早期的弹道导弹也曾用过这种结构。

汤：运载火箭的第一级大多有助推器。助推器可以用固体或液体燃料，其数量根据运载能力需要来确定。苏联SS-6导弹和美国“宇宙神”导弹用过这种结构，但这种结构作战运用性能太差，加之采用2～3级串联的导弹也能满足洲际射程要求，后来就再没国家采用了。

“宇宙神”导弹曾用过3种发射方

式：第一种是导弹在地面垂直或水平贮存，从地面发射；第二种是导弹平时水平贮存在地下井掩体内，战时由地面发射：第三种是导弹平时贮存在地下井内，战时先加注推进剂，再由升降系统将导弹提至井口点火发射。“宇宙神”于1959年装备，从1965年起被“民兵”取代。

从作战运用角度看，加助推器的导弹，不论是地面准备、地面发射，还是井内准备、井口发射，都存在很多不足。就SS-6导弹而言，4个液体助推器各长19米，底部直径3米，尾部外侧还固定一个三角形尾翼。很显然，仅将助推器运至阵地就需数台车辆，将助推器固定在中央芯级上也需要专用机械设备。而更大的问题是，SS-6弹头质量约3吨，但起飞质量却高达300吨，在发射前需要耗费很长时间来进行液氧和煤油的加注，生存力太低。再就“宇宙神”导弹而言，其在井内准备与加注虽然减少了暴露时间，但要求发射井内径达15.8米，相比之下，“民兵”发射井内径才3.66米。同时，井内提升机械也较复杂，但若直接从井内发射，主发动机和助推器同时点火，排焰问题又不好解决。因为这些问题，加之多级火箭采用串联方式具有结构紧凑、级间连接容易和发射装置简单等优点，故而采用捆绑式结构的洲际弹道导弹被淘汰就不足为怪了。

记：战略导弹与运载火箭在弹体材料、推进剂方面是否存在差异?

闻：两者本质上没有太大差别，早期导弹与运载火箭的燃料是完全一样的，但随着技术进步逐渐出现一些不同。首先，运载火箭的主发动机大多用液体燃料，这主要是为了追求成本低廉化，因为单次发射成本是衡量运载火箭性能的重要指标。一般情况下，液体燃料成本和技术风险要比固体燃料低。但由于液体燃料不稳定，且发动机总体尺寸大，因此其逐渐在淡出人们对弹道导弹燃料选择的视线，而固体导弹的作战使用性显然优于液体导弹。其次，由于助推段反导的存在，许多国家都在考虑或已经采用了火箭速燃技术，如“白杨”M改进了推进剂并增大发动机喉部内径，可缩短主动段飞行时间，减少被拦截的可能，而这是运载火箭无需考虑的。此外，虽然运载火箭也会采用复合材料，但总体上比导弹要少，这也是考虑到加工和使用成本问题。

汤：从20世纪90年代开始，俄罗斯便将部分SS-18改装为“第聂伯”运载火箭，将SS-19改装为“轰鸣”和“天箭”运载火箭，将SS-25改装为“起飞”系列运载火箭，将SS-N-20改装为Rif-MA运载火箭，将SS-N-23改装为“静海”系列运载火箭。这些也反映出两者差异不大。

记：液体燃料发动机用于运载火箭可多次点火，用于导弹，此优势就没了。

汤：确实，固体推进剂发动机通常只能一次性工作，要实现重复启动异常困难，这对于要求发动机连续工作的弹道导弹而言无关紧要，但对运载火箭来说就不行。运载火箭的飞行弹道通常是由若干个动力飞行段与自由飞行段组成的，为满足八轨位置和入轨精度的要求，各级发动机必须多次重复启动，液体发动机只要停止推进剂供应就可实现关机，因而能满足运载火箭的工作方式。

不过，在航天领域，运载火箭的助推器、近地点发动机、远地点发动机和制动发动机等，多使用固体火箭发动机。

闻：目前各国战略导弹采用液体燃料大多是因为技术和成本问题。弹道导弹弹道较简单，无需多次点火，即使固体燃料导弹为射程或特殊弹道需要而减速制动，也采用反推发动机的方式。

汤：固体推进剂主要优点是可做成药柱或浇注于燃烧室，性能稳定，一般可存放5～10年，测试、运输方便，满足战时快速反应要求。但固体推进剂发动机的真空比冲(消耗单位质量推进剂产生的推力)较低，为2500-3000米，秒，而液体发动机为4000米，秒或更高。

记：发展中国家初期研制的远程弹道导弹及运载火箭都很细长(如伊朗“流星”系列、印度“烈火”1／2、朝鲜“大浦洞”及以色列“杰里科”等)，射程越远此现象越突出，似乎存在技术瓶颈。

汤：某些国家的弹道导弹及运载火箭在外形上细长可能并没有反映其设计、制造水平。以拥有目前世界上最庞大弹道导弹部队的朝鲜为例，共部署弹道导弹1000枚，其中“飞毛腿”系列短程导弹约600-800枚，“劳动”中程导弹150～200枚，“大浦洞”1导弹和“大浦洞”2导弹50枚。但有专家推测，“劳动”导弹要么是苏联制造的，要么是在俄罗斯帮助下用俄设备或用俄技术标；隹生产的。“大浦洞”1、“大浦洞”2都是在苏联导弹部件的基础上设计制造的，并且这些部件或许还不是朝鲜生产的，朝鲜制造多级火箭的过程不过是对这些成品的拼装而已。再看伊朗，伊朗弹道导弹的数量虽然不少，但“流星”1为苏联“飞毛腿”B的出口型，“流星”2为苏联“飞毛腿”c的仿制型，“流星”3(又名“地震”3)可能为朝鲜“劳动”导弹的仿制型，因而技术水平都不高。被炒得沸沸扬扬的“波斯湾”反舰弹道导弹的原型据称是“穆沙克”160，又称“法塔赫”1lO。“法塔赫”110为单级固体弹道导弹，射程约170千米，有外国报告称其可能是仿照DF-IlA制造的。的确，DF-11A也较细长。“烈火”1／2导弹、“杰里科”导弹也给人类似印象。但辩证地看，“烈火”3导弹，2011年11月15日试射成功的、射程为3 500千米的“烈火”4明显比“烈火”1／2粗短，因此，出现这种情况可能与上述国家导弹射程都较近有关，与技术瓶颈关系不大。

闻：各国在导弹发展初期都将射程作为最主要目标，较大的射程即意味着更大尺寸的火箭发动机，而这又受到设计和生产技术的局限，因此大多采用了增长燃料贮箱或再增加一级串联火箭的方式。例如，伊朗和伊拉克在发展增程型“飞毛腿”时都用了加长燃料贮箱的方式，而印度在发展“烈火”2时用了为“烈火”1多串联一级火箭的方式，朝鲜的“大浦洞”1也用这种方式来提高射程。因此此类火箭在总体结构上长径比过大，这为其以后发展埋下了隐患。

增大弹道导弹直径，就需完全改变设计，而且需要更大弹体加工模具和生产设备，这对弹体材料也提出了更高要求。而对于采用复合材料的固体导弹，意味着需要更大的复合材料纤维加工机械，这都可能成为发展障碍。

汤：要在中近程弹道导弹的基础上发展远程、洲际弹道导弹，需解决两大技术难题。一是大推力发动机问题。这种解决方案不能仅通过多串并联发动机来增加推力。因为火箭级数越多、结构越复杂，可靠性越低。到目前为止，各国都很少采用多于四级的火箭。

闻：从以往航天发射或导弹试验情况看，火箭故障发生在各级分离阶段的概率较高，因为这一阶段上一级火箭要准确关机，爆炸螺栓要准确适时启爆，其威力要恰好破坏两级火箭的连接，然后就是下一级火箭要准确实现点火启动，任何不；隹确或不精确都可能造成分离失

败，而增加一级就意味着出现故障的概率要增加一倍。苏联N1火箭就是例子。此外，过多的级数意味着更多的火箭过渡段、分离机构以及冗余的燃料舱设计，这些都增大了火箭总体质量，反而降低了载荷效率，得不偿失。从国外多年经验和计算来看，采用三级以下设计是各种因素折中的结果。

汤：提高射程的另一个难题是再入问题。众所周知，洲际导弹弹头再入大气层时，速度通常达到20马赫，驻点处可达7000～11000℃。不要说用普通金属材料制成的弹头壳体难以承受，即使弹头壳体上再敷一层耐高温烧蚀的保护层，也难免被熔化，并且在弹头再入时，还会遇到横向过载、滚动共振及粒子云侵蚀等问题，轻则使弹头偏离轨道，重则使弹头解体。也正因此原因，美国“大力神”导弹弹头的头几次飞行试验均告失败，“民兵”3采用的MK-12型弹头在前两次再入飞行试验中穿越大气层时都被烧毁。因此，若仅从解决有无问题这个角度出发，应该说火箭发动机问题和再入问题是长期困扰欲发展远程、洲际弹道导弹的国家的两个主要难题。

记：战略导弹再入段速度是否有极限?有些机动式弹头采用横向变轨，是否会因大气层阻力导致再入速度下降?

闻：就受力运动而言，这种下落加速是没有极限的，但理论上由于其受到大气阻力，这种下落速度的增加不是线性的，其速度达到一定值后，再加速的难度非常大，直到近似加速度趋于零，也就是高速的匀速运动。但这仅仅是理论上，因为还没达到这种速度时，弹头下落的行程就已完成，而且在这种加速过程中，早期的弹头材料就已经无法承受气动加热烧蚀和粒子云侵蚀而化为乌有了，因此我们的理论推理是无法验证的。有些导弹采用横向变轨，主要是实现再入弹道的复杂化，以对抗反导探测和拦截。

记：战略弹道导弹的运动特性与运载火箭有哪些区别?

汤：在主动段基本相似，都是从地面垂直起飞4～16秒后，按预定程序转弯，穿越大气层，当达到给定高度和速度时关闭发动机。这之后，两者的运动特性就有了较大差异。

就运载火箭而言，若承担八轨点高度为150～300千米的低轨道卫星的发射任务，通常情况下，在发动机工作结束时，其运动状态(角度、速度)已达到入轨要求，可将卫星送入环绕地球的轨道。对于要求进入较高轨道(通常入轨点高度在2000千米以下)的卫星，出于节省能量或满足特定入轨位置要求的考虑，在动力飞行段之后，运载火箭往往依靠本身惯性先滑行一段时间，至适当位置时发动机再次点火，使卫星加速到能达到入轨要求的速度并将其送入轨道。对于要求进入更高轨道的卫星，除运载火箭的发动机要再次启动外，卫星本身往往也配备火箭发动机，以满足进入目标轨道的速度要求。

记：战略导弹从未设计成主动段只开一、二级发动机，如果第三级留到再入段时开机，是否能增大再入速度?

闻：首先，再入速度不是越大越好。弹头的高再入加速对弹头内设备也提出了更高要求，因为核装置内部结构可能会因较高的加速度而变形，这就如同驾驶员在急速转弯过程中可能飞离驾驶位置一样。而有些需要末段精确制导的导弹在再入到一定高度后反而需要设计一个减速过程，例如，美国“潘兴”2导弹采用了雷达成像相关末制导方式，其弹头在再入到40～60千米高度时，需拉起弹头以降低下落速度，以便成像雷达开机搜索目标，所以再入速度不能太高。战略导弹发动机在主动段内消耗完毕，剩下完全靠惯性飞行，弹道设计上就已瞄准了目标。如果再入段发动机再次启动，可能影响导弹姿态。而且弹头再入时不是圆锥尖端对准目标而是圆锥侧面对准目标，以使弹头内雷达能探测目标。另一方面，设想成主动段不将各级发动机燃烧完毕，而留一级给再八段时启动，必然会降低主动段关机点速度，对再入段速度的提升也不会有帮助。

记：顺便提一点，战略导弹主动段关机时的速度值大小与弹头在再入段经过同一高度时的速度值比较如何?

闻：战略导弹主动段关机点的高度有在60千米的，更多的在80千米。对卫星来讲，轨道高度150千米时大气粒子的影响就不能忽视，国际上一般以100千米高度作为大气层密度的分界线。如果导弹在80千米高度关机，导弹只靠惯性飞行，要受到至少20千米高度段的稀薄大气的阻力影响和外层空间的一些粒子的影响，当再入段回到80千米高度时，弹头的速度值肯定是小于主动段关机点速度的。当弹头加速到接近地面时，速度值会逐渐增加以至超过主动段关机点速度。

记：如果航天器入轨、对接等制导技术先进，对战略导弹制导是否有帮助?

闻：没有直接帮助，一个是主动控制，一个是事先设计好的自动控制方式。

汤：两者差异很多，最主要的是对载荷的控制方式。现代战略弹道导弹已失去了希腊文“抛射”的原意，为提高精度和突防力，在弹头再入大气层后，有的甚至在飞行中段，也对弹头进行制导与控制。不过，这种制导与控制，如偏离弹道自毁，搜索、跟踪、攻击目标等，都是依靠导弹或弹头自身完成的。但对卫星或飞船入轨及空间站对接的控制，则有所不同，其可以自动进行，但主要还是借助地面和航天器上的无线电测控系统配合完成。当然，随着计算机系统功能的增强，航天器自动控制能力也在提高。

记：最后谈一点，各国运载火箭多为白色涂装，而弹道导弹则白色、绿色、迷彩涂装兼有，是什么原因?

汤：机动式战略导弹必须依托技术阵地，机动范围不会很大。而核大国之间对彼此的导弹阵地位置都很清楚，所以战略导弹的隐身涂装意义不太大。但对近程弹道导弹来讲，由于要靠近前沿部署，对方战斗机等有可能形成威胁，因此还是绿色等隐身涂装较好。

闻：近程弹道导弹也有白色涂装的，不过一般都是试验发射状态，真正服役的导弹还是保护色涂装最好。运载火箭白色居多，除了不用考虑隐身外，其原因一个是白色利于商业宣传作用，另一个是厂房里生产时给人整洁之感，还有一个是火箭上万一有污物或破损易被发现。至于弹道导弹，如果有外部弹筒，则保护色涂装都在弹筒上，导弹本身几乎是原色。比如俄罗斯SS-20和“白杨”等导弹，其弹体上还保留着网格线以及一些数字，这是在导弹生产装配及维护时为导弹部件定位而设计的标识线。

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