【军事文摘】2030年前外军弹道导弹动力技术发展分析
动力技术是导弹武器的核心技术之一，是导弹实现远程打击、提高运载能力的基础，动力装置的性能直接影响着导弹武器系统的作战能力。2015年1月，美国联邦商机网站发布了题为《未来陆基战略威慑系统信息征询书》的政府公告，确立了新一代陆基洲际弹道导弹的初步方案，对分系统提出较详细的技术要求，该导弹未来将替换现役的“民兵-3”导弹。新一代导弹的推进系统设计重点包括：备选推进剂的进一步评估、备选壳体的评估、喷管结构和控制系统的评估、推进剂老化和状态监测性能的评估。1月31日，印度进行了射程可达5000千米的“烈火-5”导弹的第三次试射，也是首次机动发射。3月，俄罗斯国防部完成对新型RS-26“边界”洲际弹道导弹试射结果的分析，并认定其成功。“边界”导弹采用高性能固体燃料推进和陆基机动发射，可携带高超声速再入飞行器。随着世界主要国家弹道导弹发展改进计划的逐步推进，2030年前，外军弹道导弹动力技术的发展将达到一个新水平。
外军弹道导弹发展概况
美国
美国实战部署了450枚“民兵-3”洲际弹道导弹和288枚“三叉戟-2/D5”潜射弹道导弹2种战略弹道导弹。目前，美国正在推进战略弹道导弹的延寿改
美“民兵-3”洲际弹道导弹
三叉戟2-D5潜射弹道导弹发射升空
俄罗斯
俄罗斯已建立了完善的陆基、海基战略弹道导弹体系，以及以“伊斯坎德尔”系统为主力的战术弹道导弹体系。目前俄罗斯实战部署了5种型号的陆基洲际弹道导弹，即SS-18“撒旦”、SS-19“短剑”、SS-25“白杨”、SS-27“白杨-M”、RS-24“亚尔斯”。同时还部署了3种型号的潜射弹道导弹。为了适应美国未来不断完善的高超声速武器和导弹防御系统，俄罗斯正在开发固体和液体型号相结合的下一代战略弹道导弹，同时将退役所有苏联时期的洲际弹道导弹，“白杨-M”洲际弹道导弹的多种改进型号将成为俄罗斯洲际弹道导弹力量的骨干，新体系的生存能力和突防能力将优于现有系统。
法国
法国目前部署了4艘“凯旋”级弹道导弹核潜艇，携载M45或M51潜射弹道导弹。M51潜射弹道导弹将是目前和未来一个时期法国战略导弹核武器的主力。法国将采取多种措施加强潜射弹道导弹力量建设。
法国M51潜射弹道导弹
印度
印度正在建设“三位一体”战略核力量体系，目前仅陆基弹道导弹系统初步具备中近程打击能力，已构建射程衔接、固液并存、核常兼备的战术弹道导弹体系。目前印度战略弹道导弹包括：射程2000千米的“烈火-2”和射程3500千米的“烈火-3”中程弹道导弹，正在发展“烈火-4”、“烈火-5”远程型号和“烈火-6”洲际型号。战术弹道导弹主要包括“烈火”系列中的近程型号（即“烈火-1”）、“大地”近程导弹系列、“普拉哈尔”近程导弹系列。
印度烈火-5导弹 号称“中国杀手”
朝鲜
朝鲜的弹道导弹以陆基为主体，平台和用途单一，整体作战能力不足。朝军目前主要装备了射程2500千米的“大浦洞-1”中程弹道导弹，最大射程4000千米的“舞水端”远程弹道导弹，正在开发“大浦洞-2”等远程型号。朝鲜现役战术弹道导弹主要型号为射程320千米的“火星-5”导弹、射程500千米的“火星-6”和射程400～1300千米的“劳动-1”导弹。
朝鲜阅兵展示"大浦洞"-2导弹
当前外军弹道导弹动力技术的发展水平
目前，世界主要国家的现役战略弹道导弹几乎全部采用固体火箭发动机，如美国的“民兵-3”、“三叉戟-2/D5”，俄罗斯的“白杨-M”系列，法国的M51等型号。这些导弹采用的发动机机动性强、发射准备时间短、可靠性高，可显著提高导弹武器的生存能力和作战效能。另一方面，性能较低的液体火箭发动机仍应用于印度等发展中国家，而性能较高的液体火箭发动机继续得到俄罗斯等先进国家的青睐。目前，美、俄等军事技术先进国家通过采用高性能碳纤维复合材料壳体、硝酸酯增塑聚醚（NEPE）高能推进剂、三元乙丙橡胶（EPDM）绝热层、全轴摆动柔性喷管、复合裙结构等技术，使这些国家典型战略弹道导弹的发动机总体性能已达到较高水平。
发动机壳体材料技术
固体火箭发动机壳体材料从早期采用玻璃纤维，发展到有机芳纶纤维复合材料，再到采用高强中模碳纤维复合材料。由于材料性能越来越好，发动机壳体特征系数等指标不断改进。美国“民兵-3”导弹的三级发动机壳体采用高强度玻璃纤维/环氧树脂制成。“三叉戟-2/D5”导弹的第一、二级发动机壳体由石墨纤维/环氧树脂复合材料制成，第三级发动机壳体采用凯芙拉49纤维/环氧树脂。目前俄“白杨-M”三级发动机均采用俄罗斯自己生产的APMOC有机纤维壳体，APMOC纤维是世界上性能最高的芳酰胺纤维之一，它具有高比强度、高比模量和优异的热性能。
推进剂技术
现在国外常用的固体推进剂有聚丁二烯丙烯腈（PBAN）、端羟基聚醚（HTPB）和端羟基聚丁二烯（CTPB）。美国战略弹道导弹的推进剂从第一代的液氧和煤油液体燃料推进剂发展到现在的硝酸酯增塑聚醚复合推进剂/丁二烯、丙烯酸、丙烯腈三元共聚物的推进剂，比推力逐步增大，燃料效率和燃烧速度逐步提高，助推段时间短、射程远。例如“民兵-3”导弹为三级固体导弹，第一级推进剂为PBAN，第二级和第三级均采用CTPB。俄罗斯陆基战略弹道导弹从液体推进剂开始逐步发展成固体推进剂。目前，俄罗斯陆基战略弹道导弹有的型号仍使用液体推进剂，如SS-18和SS-19；有的型号采用固体推进剂，如SS-25、SS-27等。潜射战略导弹从液体推进剂发展到一种型号同时使用固体和液体推进剂，最新型的“布拉瓦”导弹使用了速燃固体推进剂，主动段飞行速度更高。战术弹道导弹已从最初的液体推进剂发展到目前的固体推进剂。
其他发动机技术
此外，动力系统的技术还涉及绝热层技术、喷管技术、推力矢量控制技术等。目前，美国“民兵-3”导弹的飞行姿态在一级发动机工作时靠4个摆动喷管控制。第二级发动机工作时，导弹的俯仰和偏航控制靠液体二次喷射装置（在喷管扩张段界面沿周向平均布置4组喷射孔）喷射氟利昂液体进行控制，滚动控制靠发动机两侧的一对孔排出的热燃气进行控制。第三级发动机采用潜入式固定单喷管，依靠液体二次喷射装置喷射过氯酸锶液体控制导弹的俯仰和偏航，由燃气发生器的一对切向燃气喷嘴喷出的燃气控制弹体滚动。在发动机前端装有先进的推力终止系统，即在前封头的同一截面，沿周向设有6个排气孔，用管道将它们与发动机前裙上的排气口相连接而形成反向推力喷管，届时可根据需要打开这6个孔，以抵消推力。“三叉戟-2/D5”三级发动机的喷管均为潜入式柔性接头全轴摆动单喷管，喉衬为三维编织碳/碳整体结构。俄罗斯的“白杨-M”发动机采用单个柔性喷管，碳/碳多维编织喉衬，碳酚醛/高硅氧酚醛布带缠绕扩散段。
2030年前外军弹道导弹动力技术的发展水平
发动机壳体材料技术
从发动机壳体材料的发展过程可以看出，这项技术的发展水平与一个国家复合材料工业和高分子化学材料工业的发展水平密切相关。从玻璃纤维开始，复合材料壳体以其高比强度、高可靠性、成型工艺好等优点，在战略、战术用大型火箭发动机领域已得到广泛应用，对减轻壳体材料结构做出了重要贡献。从最早使用金属材料到使用玻璃纤维/环氧树脂壳体，发动机结构质量减轻了20%~50%；从使用玻璃纤维壳体到采用凯芙拉/环氧树脂壳体，结构质量又减轻了35%；从使用凯芙拉/环氧树脂壳体到采用高强度中模碳纤维/环氧树脂壳体，结构质量又减轻了25%~35%。2030年前，随着比强度、比模量更强的高性能纤维和树脂基材料的开发和改进，复合材料壳体的系统容积特性还将进一步提高，在发动机燃烧室压力不断提高的情况下，发动机结构重量有望不断减轻。
推进剂技术
高能固体推进剂通常具有高密度和高比冲，即具有高密度比冲的推进剂。近几年高能固体推进剂领域的研究主要集中在探索开发新型高能量密度材料和对现有含能材料的改性研究。目前，国外新型高能固体推进剂的研究主要集中在高能氧化剂、含能粘合剂、含能增塑剂、含能添加剂等的合成探索研究以及新型高能固体推进剂配方探索研究。研究较多的含能氧化剂主要有：六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、二硝酰胺铵(ADN)、硝仿肼(HNF)、富氮化合物等。此外，为追求更高能量的新型含能物质，以美国为主的西方国家还致力于通过理论计算，进而设计合成了许多新型高能氧化剂，如八硝基立方烷、多硝基金刚烷、三氨基硝酸胍和硝基双氮-氧化-三唑-四唑(制得的推进剂理论比冲可达2833牛·秒/千克)等。目前，含能粘合剂研究工作热点主要在叠氮基聚醚粘合剂和硝酸酯粘合剂上。燃烧催化剂是调节和改善固体推进剂弹道性能不可或缺的组成部分，在固体推进剂领域有着广泛的应用价值。近年来，含能高效燃烧催化剂成为了研究的重点。含能催化剂的获得方法通常是将硝基或叠氮基等含能基团引入到有机金属盐催化剂分子中。固体推进剂的高能化，最终是通过高能氧化剂、含能粘合剂、含能增塑剂和含能添加剂的组合实现的。国外研究者在致力于各种含能材料研究的同时，对新的高能推进剂配方也进行了探索。新型高能固体推进剂的配方研究主要集中在含能粘合剂/高能氧化剂/高能燃料添加剂体系。此类固体推进剂的应用研究中，含能粘合剂以聚叠氮缩水甘油醚（GAP）和缩水甘油硝酸酯聚醚（PGN）为主，氧化剂以CL-20、HNF和ADN为主，同时与AP、AN、黑索金（RDX）和奥克托金（HMX）等传统氧化剂进行优化组合。
高能固体推进剂是未来战术和战略武器用发动机的关键技术，是实现导弹和火箭远程精确打击的重要基础。2030年前，固体推进剂将向以下几个方向发展：
一是新型高能量密度材料或超高能量密度物质和含能粘合剂的探索与合成，以期实现高能固体推进剂的跨越式发展。新型含能物质将取得突破，如笼形富氮张力环化合物，激发态、亚稳态和原子簇、分子簇化合物，富氢化合物，氟氮类化合物等。高氮、全氮化合物以及氢原子工质的高效利用，将给固体推进剂技术的发展带来变革，推动比冲300秒以上新型高能推进剂的研发。
二是先进的高能固体推进剂配方将分阶段进步。随着高能量密度材料的成功应用，高能固体推进剂配方的进步将按照近期理论比冲达到280秒，中期能量比NEPE高10%左右，理论比冲达到290秒，远期能量较NEPE显著提高，理论比冲达到300秒以上的目标分阶段发展。
三是探寻不同种类、不同形态和不同用途的推进剂之间的相互借鉴与优势互补，重点是高能富燃料推进剂技术、凝胶或膏体推进剂技术。
四是在追求固体推进剂高能化的同时，钝感、低信号特征、低成本和安全销毁与再利用技术等也是重要的发展方向。
其他发动机技术
从绝热层技术来看，2030年前，外军发动机壳体绝热材料的开发与设计将集中于低特征信号绝热材料的研究。从喷管技术来看，2030年前，为满足机动性能和突防性能需求，外军将重点研制潜入式可延伸喷管技术、三向全碳/碳喷管技术、喷管用碳纤维材料技术。这些技术应用于导弹后，尤其是用于导弹上面级发动机后，可为导弹带来较高的综合效益。从推力矢量控制技术来看，2030年前，外军将继续开发二次喷射矢量控制技术、摆动喷管矢量控制技术、机械导流板矢量控制技术等3种主要的推力矢量控制技术。
（来源：现代军事，作者：吕琳琳 王慧）
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