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動力——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(fā)動機。根據(jù)朝鮮發(fā)布的導(dǎo)彈飛行視頻和相關(guān)發(fā)動機試車視頻，可以發(fā)現(xiàn)該發(fā)動機從結(jié)構(gòu)上非常類似于蘇聯(lián)格魯什科設(shè)計局為R-36洲際彈道導(dǎo)彈設(shè)計的一級發(fā)動機RD-250。同樣是渦輪泵中置、雙推力室、燃氣發(fā)生器設(shè)計，甚至連冷卻管路設(shè)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(shè)計局和南方機械制造廠——即R-36導(dǎo)彈的研制生產(chǎn)方——有協(xié)助朝鮮發(fā)展導(dǎo)彈的動力系統(tǒng)的跡象，這些行為甚至引起了聯(lián)合國的注意。不管朝鮮液體火箭動力發(fā)展上有沒有獲得過外界的幫助，“火星炮-17”的出現(xiàn)顯示他們已經(jīng)掌握了肼類燃料發(fā)動機技術(shù)。

火星-14、15和火星炮-17，請留意它們的一級發(fā)動機，火星-14采用單機+4臺游機，火星-15采用了單臺雙室發(fā)動機，火星炮-17則可能采用了兩臺雙室發(fā)動機

國內(nèi)外一些分析人士認為，“火星炮-17”使用了17年“火星-15”的發(fā)動機，雙機并聯(lián)為導(dǎo)彈一級提供動力。筆者不這么認為，仔細觀察就會發(fā)現(xiàn)，“火星炮-17”的發(fā)動機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)動機。根據(jù)對發(fā)射視頻的估計（假設(shè)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(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(fā)動機甚至存在使用分級燃燒循環(huán)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(tǒng)工作的跡象，亦不存在游動發(fā)動機，朝鮮顯然已經(jīng)熟練掌握發(fā)動機整機搖擺矢量控制系統(tǒng)。

置于運輸與發(fā)射容器的UR-100導(dǎo)彈模型，對照右邊的結(jié)構(gòu)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(fā)表新聞稱朝鮮進行了“火星-8”高超音速導(dǎo)彈試射，在新聞中特別提到“確認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”實際指的是導(dǎo)彈在出廠時就進行液體燃料的加注并封裝，在導(dǎo)彈運輸、儲存和部署時無需重大維護，隨時可以點火發(fā)射。

這項技術(shù)最早由蘇聯(lián)第52試驗設(shè)計局（切洛梅設(shè)計局）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合金制成的運輸與發(fā)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(dǎo)彈可以在充滿燃料的狀態(tài)下等待7至10年（改進型UR-100N UTTH導(dǎo)彈保質(zhì)期可達33年），在這期間隨時可以發(fā)射，無需做繁瑣的準備工作。

而作為機動發(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的視頻中發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)彈準備區(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的某型戰(zhàn)略導(dǎo)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(fā)射。過期之后，需要將燃料抽出，導(dǎo)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(jù)了世界洲際導(dǎo)彈界“重型”的位置，僅論起飛質(zhì)量，它超過了美國所有的固體洲際核導(dǎo)彈，也遠在中國的東風(fēng)-31A、41，俄羅斯的白楊-M、亞爾斯等現(xiàn)役陸基機動核導(dǎo)彈之上。

根據(jù)齊奧爾科夫斯基公式，當(dāng)確定了各級導(dǎo)彈的質(zhì)量比（即各級初始質(zhì)量和發(fā)動機關(guān)機分離時的質(zhì)量的比值，可以大致認為其中的差異在燃燒掉的燃料質(zhì)量）和比沖后，我們就可以估計出在給定投擲質(zhì)量下的關(guān)機速度，從而得出對應(yīng)的射程，反之亦然。盡管我們對“火星炮-17”的各級精確的質(zhì)量比和發(fā)動機比沖數(shù)據(jù)一無所知，但可以根據(jù)經(jīng)驗，對照他國導(dǎo)彈不同階段的發(fā)展，做一個粗略的估計。

導(dǎo)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(qū)域）

關(guān)于各級質(zhì)量比和發(fā)動機平均比沖，筆者給出最佳和最差兩種估計，再把兩者數(shù)據(jù)取中點做一個一般性估計。最差估計對應(yīng)著比中國70年代、蘇聯(lián)50年代ICBM更弱一些的技術(shù)水平；而最佳估計則對應(yīng)著最優(yōu)秀的彈體質(zhì)量比和肼類燃氣發(fā)射器循環(huán)火箭發(fā)動機能到達的極限。

為了給讀者以直觀的技術(shù)對比，我還添加了兩型用于對照的洲際導(dǎo)彈：中國于70年代研制的東風(fēng)五號基本型，它同為兩級液體導(dǎo)彈，起飛質(zhì)量要大很多；美國于80年代研制的固體三級導(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。從朝鮮本土起飛，10000千米對應(yīng)著覆蓋美國西海岸的全部城市，11000千米對應(yīng)著覆蓋美國首都華盛頓，13000千米對應(yīng)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(dǎo)彈對比 圖源：萌虎鯨

根據(jù)計算結(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，“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(chǎn)生威脅是完全不成問題的。筆者還對一些朋友感興趣的導(dǎo)彈改運載火箭發(fā)射衛(wèi)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(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500千米的太陽同步軌道（SSO）。這樣的理論運載能力超過了當(dāng)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(fā)射衛(wèi)星，完全在情理之中。

值得注意的是，二級的比沖性能對導(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)量遠大于“火星炮-17”的東風(fēng)5號在發(fā)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(dǎo)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(dǎo)彈試射的實際彈道

根據(jù)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(guān)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(jù)不同的導(dǎo)彈性能估計，可能在1-2噸左右。