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朝鲜仍未掌握三级火箭技术  

2012-04-14 07:58:36|  分类: 公共资讯 |  标签: |举报 |字号 订阅

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4月13日,朝鲜使用银河3号运载火箭发射光明星3号卫星,再遭失败。…[详细]虽然再遭挫折,但朝鲜事前采取高调、公开的态度仍吸引了全世界的目光,美日韩等国担心朝鲜以此验证其远程导弹技术。那么,朝鲜火箭试射失败意味着什么?按照目前公开的性能参数,朝鲜远程导弹是否具备打击美国的能力?朝鲜距离拥有具备实战价值的洲际导弹还有多远?本专题将为读者解答这一系列问题。


朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 银河3号发射失败,朝鲜火箭再遭挫折

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朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主!

      4月8日,为了显示自己试射的确实是火箭,朝鲜破天荒地对外国媒体开放了西海卫星发射场。但这并没有减少周边国家对朝鲜借机发展导弹技术的担忧。

4月13日,朝鲜在平安北道的西海卫星发射场使用银河3号运载火箭发射光明星3号卫星,但火箭在发射数分钟后即碎成数片并坠毁,遭遇彻底失败。这是朝鲜追求运载火箭技术进步过程中的又一挫折。2009年4月,朝鲜就曾发射银河2号运载火箭,当时是二、三级分离失败,火箭最终坠入北太平洋。更早的2006年,朝鲜还曾试射过大浦洞2型导弹,同样是发射后仅40秒即偏离弹道坠海。同一系列的导弹、火箭三次试射均告失败,说明朝鲜三级导弹/火箭技术远远未有成熟。

尽管此次发射最终以失败告终,但事前朝鲜采取了高调、公开的态度,仍吸引了全世界的目光。美日韩等国表达了强烈的抗议。中俄两国则表示遗憾,联合国秘书长潘基文也表示朝鲜此举违反了联合国1874号决议的相关内容。

美国等国强烈反对的原因是,运载火箭与远程弹道导弹在技术上是相通的,朝鲜发射卫星可以验证相关的其远程导弹技术。此前,朝鲜只装备了多型中短程弹道导弹,其中射程最远的舞水端中程导弹,最大射程也不过为3000公里,仅覆盖了日本全境。美国方面的担忧是,朝鲜推出可以发射卫星的运载火箭,意味着其在理论上具备了将弹头投掷到洲际射程的能力,亦即“打击美国本土”的能力。

但除了射程这一基本因素外,远程/洲际弹道导弹还对弹头重量、弹头重返防热技术、制导精度等多方面有着苛刻的要求。先将朝鲜此次失败放在一边,按照其目前所公布的性能参数,朝鲜是否拥有“可以打击美国本土的实用化远程导弹”?达到这一目标还要花多少精力和时间?




朝鲜仍未掌握三级火箭技术,导弹射程潜力仅为6000公里

朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 中国用于发射首颗卫星的长征1号运载火箭。长征1号火箭也是在东风4号远程导弹基础上增加第三级改进而成,对比长征1号与朝鲜银河2号火箭,可以说两者在外形上非常相似,头部尺寸都很小,这是将原来的弹头替换成了重量、体积较小的卫星所导致。

我们首先来看朝鲜发射卫星所表现出来的远程导弹投掷能力。所谓投掷能力,是指导弹在携带一定重量的弹头时,选择最优弹道,所能达到的最远射程。如果弹头较轻,射程就较远;反之,弹头较重,射程就较近,这是很简单的物理规律。


银河3号火箭设计与长征1号相近

朝鲜这次发射卫星采取了非常公开透明的态度,在发射前,各国记者就近距离拍摄了大量银河3号运载火箭的近距离照片。从照片来看,银河3号火箭外观与银河2号火箭如出一辙,说明两者在箭体、动力等基本设计上没有大的改动,只是根据银河2号发射失败的经验进行了技术改进。银河3号应该仍是一款在大浦洞2型远程导弹技术上发展以来的三级运载火箭,第一级箭体可能使用了4台并联的芦洞导弹发动机,第二级箭体的发动机为1台芦洞导弹发动机,第三级使用了小型固体火箭发动机。

朝鲜官方也透露了银河3号运载火箭的基本性能数据,三级设计,直径2.4米、高30米,发射重量91吨,初始推力为120吨。熟悉中国航天的读者可以发现,银河3号火箭性能与中国在上世纪70年代投入使用的长征1号火箭非常接近。长征1号火箭全长29.86米,最大直径2.25米,发射重量81.6吨,起飞推力112吨。


朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 中国东风4号远程弹道导弹。对比它与上图长征1号火箭的区别可以发现,两者在外观上主要区别仅仅体现在弹头部分:长征1号为了携带卫星使用了钝形整流罩,东风4号则采用适于弹头再入的尖锥整流罩。
朝鲜导弹技术的极限射程约为6000公里

银河3号火箭可将100千克的光明星3号卫星送入500千米高度的太阳同步轨道,仍略弱于长征1号火箭300千克/440千米70°倾角圆轨道的运载能力。比起长征1号,朝鲜银河3号火箭更粗更重,反映出朝鲜火箭的技术水平仍不及长征1号。这样可以推测,朝鲜大浦洞2型远程导弹的投掷能力,也会略弱于长征1号的原型——东风4号远程弹道导弹。

大浦洞2型和东风4号都是二级液体弹道导弹。东风4号导弹的投掷能力为,在弹头重2300千克时,最大射程为4000公里。4000公里的射程仍不足以打击美国本土,朝鲜需要降低弹头重量来提升大浦洞2导弹射程。根据简单估算,大浦洞2型导弹弹头重量降低到500千克时,射程可增加到5900千米左右,只能覆盖美国阿拉斯加州大部分地区。另外,朝鲜还可以把三级设计的银河3号运载火箭重新改成导弹,携带500千克、甚至更重弹头的情况下,射程可以达到约8000公里,覆盖美国夏威夷州、勉强企及西海岸的西雅图市。但此次银河3号火箭发射失败,说明朝鲜三级设计的火箭或导弹技术尚未成熟。因此,对于朝鲜的导弹能打多远这个问题,只能采用大浦洞2型导弹的数据,携带500千克弹头时最大射程为5900公里,只能企及美国阿拉斯加。


朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 目前二级版本大浦洞2导弹射程示意图。大浦洞2携带500公斤级弹头从东海岸的舞水端里发射时,已能够覆盖美国阿拉斯加州大部分地区。
朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主!三级版本大浦洞2导弹射程示意图,约8000公里的最大射程能到达美国西海岸华盛顿州的一角。但此次发射再遭失败,说明朝鲜仍未掌握三级火箭或导弹技术。


朝鲜远程/洲际导弹实用化另须克服诸多难题

朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 美国“和平卫士”洲际弹道导弹的分导式再入器。它可以携带多至10枚W87核弹头,单枚重量200-270公斤。子弹头采用尖锥设计提升攻击精度,为了隔热,W87弹头的黑色隔热罩采用耐热复合材料制造。

朝鲜发射卫星再次失败了,其实即便此次发射取得成功,也仅仅验证了他们的远程导弹投掷能力。一枚远程或洲际导弹要具备可靠的战斗力,还有诸多难题必须克服。


朝鲜无法克服弹头防热问题

首先是弹头再入大气层后的防热问题。远程/洲际弹道导弹的弹头重返大气层时,最大速度达到20倍音速左右,与空气摩擦后产生大量热量,由此带来严重的气动烧蚀问题。朝鲜只发射过一次芦洞中程导弹,大浦洞2号导弹在2006年的唯一一次发射在起飞约40秒后偏离弹道失败,至于1998年和2009年发射光明星1号和光明星2号卫星也都以失败告终,朝鲜始终未有机会验证其弹头防热能力。比较朝鲜芦洞导弹和舞水端导弹的设计,可以发现舞水端导弹弹头改为钝锥形既短又粗,使再入大气层时与空气高速摩擦的热量不会集中于尖锐的端头,弓形激波也可以带走一部分热量,从而降低了防热系统设计的难度。这种设计源自R-27潜射导弹,降低防热设计难度的同时也有很多弊端,如钝锥形弹头再入减速快得多降低了末端反导系统拦截的难度,再入过程中气动阻力造成随机偏差也大得多。舞水端中程弹道导弹射程只有2500千米左右,但它的防热问题仍有赖于俄罗斯马卡耶夫设计局工程师的帮助,朝鲜要研制射程更远的弹道导弹,防热系统面临的困难就更大了。尤其是俄罗斯也不再是20世纪90年代管理涣散穷困潦倒的窘境,朝鲜已经没有继续获得外援的可能。


朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 为了研究弹头隔热技术,获得一手数据,中国1980年实施东风5号导弹全程飞行试验,并派出编队远赴南太平洋打捞溅落的弹头。当时派出了迄今为止中国海军最大规模的远洋舰队。但朝鲜面临周边严厉制裁,自身亦无力组织远洋舰队,解决弹头隔热问题的希望极低。

可以参考的例子还有中国,据美国情报机构报告,中国在研制东风3号、东风4号和东风5号导弹的过程中,都曾在弹头防热上遇到困难。东风3号和4号导弹在飞行试验中曾出现弹头防热技术不过关而导致试验失败的情况,东风5号洲际导弹的小钝头锥形弹头虽然再入后飞行速度更高有利突防,精度也比大钝头锥形弹头更好,但防热难度更大。东风5号成功发射卫星数年后仍受阻于防热问题,直到采用高强度、高抗冲击和热导率小的碳-石英复合材料研制成功后,才解决弹头防热中最关键的头锥防热问题。朝鲜在复合材料技术领域可以说是一片空白,要解决弹头防热问题将更加艰难。

朝鲜难以解决弹头防热问题,还与其国土面积狭小、缺少远洋海军、远洋测控船队有关。因为要解决弹头防热问题,首先要解决的是如何寻获发射后再入弹头,通过对其分析,获得第一手数据资料。美苏都具有洲际导弹全程飞行试验的条件,中国在本国境内也进行过东风4号远程导弹的全程飞行试验。但到研制东风5号洲际导弹时,全程飞行试验只能通过向南太平洋方向发射来实现,如何将落入南太平洋的弹头打捞上来,就成了试验的关键环节,这就是1980年实施的“580任务”。为此,中国海军出动了6艘当时最先进的051型驱逐舰,2艘远洋调查船、2艘远洋测控船、2艘远洋补给舰、2艘远洋打捞船、4艘远洋拖船,整个编队一共18艘舰船和4架舰载直升机,迄今为止仍是中国海军出动过的最大型远洋编队。

朝鲜国土狭小无法完成中程和远程导弹全程飞行试验,向海上发射又缺乏远洋海军的支持,而且在国际压力下朝鲜也无法名正言顺地进行远程弹道导弹飞行试验。既缺乏突破防热难题的工业基础,又无法进行实际试验验证防热系统改进的效果,闭门造车的效果可想而知。除非其国际环境有很大的改观,否则朝鲜根本没有解决远程导弹防热问题的希望。


朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 美国“和平卫士”洲际导弹的惯性导航仪。精密复杂的惯性制导系统堪称军事工业中的艺术品,对保障远程导弹命中目标至关重要。仅掌握“飞毛腿”级别导弹制导技术的朝鲜导弹即使搭载原子弹,命中精度也会低到缺少实战意义。
朝鲜导弹还必须提高制导精度

解决投掷问题和防热问题对于研制洲际导弹来说仍然远远不够,制导系统同样是远程和洲际导弹面临的主要技术障碍之一。印度号称射程5000千米以上的的烈火五号远程弹道导弹就因无法自外国获得高精度的惯导系统,导致进度不断推迟。印度尚且如此,朝鲜自不待言。高精度的惯导系统对于远程和洲际导弹具备战斗力是至关重要的,关系着核导弹是否具有威慑效果。一般的说核弹头冲击波的有效杀伤半径为C*爆炸当量的立方根,其中C为常数一般取1.49,这样算下来10万吨的氢弹弹头有效杀伤半径仅有约3.2千米,100万吨也仅有约6.9千米。

如果制导系统精度不够,弹道导弹的圆概率误差比核弹头杀伤半径大得多,其打击威慑效果就不够可靠。朝鲜的短程弹道导弹继承自飞毛腿导弹,300多千米射程的圆概率误差就高达500~800米,1000多千米射程的芦洞导弹圆概率误差已增加到2千米以上,这些导弹的制导精度在千分之一到千分之二之间。如果远程导弹和洲际导弹也是这样的制导精度,6000千米射程的圆概率误差将要增加到6~10千米,要想实现相应的威力,其核弹头当量相应的要增加到百万吨级。例如,美国最初Titian II洲际导弹的W-53热核弹头最大当量约900万吨,但质量也达到了惊人的2857千克,姑且不论朝鲜远没有突破氢弹技术,单说百万吨级核弹头的质量就远超朝鲜远程导弹的投掷能力。朝鲜目前只拥有爆炸当量为千吨级的原子弹,杀伤半径不足1千米,导弹误差如果达到10千米的话,打击威慑的可靠性就极为有限。

而且在验证导弹精度时,朝鲜同样面临国土狭小、缺少远洋海军的条件限制,无法测定导弹全程飞行时的落点精度。通俗地讲,导弹能不能打得中目标,朝鲜自己也是没有谱的。




朝鲜发射卫星缺乏实际意义

朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 2009年朝鲜发射光明星2号。更早一次火箭发射则是2006年。迄今朝鲜以3年一次的频率勉强维持火箭发射,按这种进度要试验到导弹具备实战能力前路漫漫。

朝鲜经济难以支持洲际导弹研制

前面提到,朝鲜发射卫星仅仅是验证了其远程导弹的投掷能力,证明其有能力将500千克左右重量的弹头投掷到美国西海岸的小部分地区。但朝鲜远程导弹仍无法实用化,弹头防热问题解决无望,导弹制导系统精度过低等。此外,洲际导弹的关键技术还有井下热发射系统、导弹姿态控制系统、弹头突防系统、弹头引爆控制系统等诸多技术。要将这一系列技术问题全部解决,一般而言,至少要有10-20次各种发射试验。

近年来,朝鲜经济面临很大的困难,朝鲜大浦洞2型导弹及衍生的运载火箭仅仅有过3次发射。第一次是2006年7月,大浦洞2型导弹首次试射,但起飞40秒后偏离弹道失败;第二次是2009年4月,银河2号火箭发射光明星2号卫星,第二级分离失败坠入北太平洋;第三次即是本次发射,失败。在缺乏经费保障和国际压力巨大的情况下,朝鲜远程导弹/火箭试射平均间隔3年发射一次,按这个速度,完成10次试射要等到2030年之后了。乐观一点估计,按照中国研制东风5号洲际导弹的速度,朝鲜远程导弹实用化也至少要等到2025年。但坚持研制远程导弹会招致严厉的经济制裁,朝鲜经济是否还经得起又一个10年的封锁?


朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 部署在发射井内的美国陆基中段导弹防御系统(GMD)拦截弹。迄今美国已经在阿拉斯加实战部署了数十枚GMD拦截弹,具备迎击少量来袭洲际导弹能力。
美国已提前具备针对朝鲜洲际导弹的拦截能力

再者,大浦洞2型导弹设计原始,采用液体火箭发动机,发射准备时间长;导弹长达30米,公路机动困难,只能用于固定发射架或发射井部署,这些缺点导致其生存能力非常低下。美国及其盟国太空侦察能力、隐形打击能力已非常发达,朝鲜国土狭窄、战略纵深又小,大浦洞2型导弹很难躲过美韩方面的先发制人打击。

就算有个别大浦洞2型导弹能够成功发射,美国又有导弹防御系统可以进行拦截。美军已在阿拉斯加格里利堡部署的26枚战备值班的GBI拦截弹,具备拦截个位数洲际导弹的能力,这个能力已经足够应付朝鲜远程导弹在2025年后的威胁。

并且,美国目前还提出建立东亚反导系统,届时将增加部署超过100枚可以拦截洲际导弹的SM-3 Block IIB拦截弹。要突破这种级别的防御,至少要拥有100枚以上的洲际导弹,这个数量对中国来说都是相对艰巨的任务,朝鲜就更是没有实现的希望。


朝鲜仍未掌握三级火箭技术 - hongtao.zhang0032 - 我的博客!       我做主! 朝鲜科技人员介绍“光明星3号”卫星,卫星重量仅100多公斤,上文有提到,W87核弹头一枚重量即超过200公斤,而“和平卫士”一次能携带10枚。朝鲜导弹水平差距高下立见。
朝鲜可从中国获得民用航天服务

另外在航天领域,卫星制造技术比火箭技术难度更高,朝鲜此次发射的“光明星3号”卫星仅重100千克,很难装载具有实用意义的设备。朝鲜自己透露,其卫星上的相机对地观测分辨率仅为100米,没任何实际作用,与其它航天大国普遍3米以下的分辨率相比,这只能说是一个玩具。朝鲜邻近中国,中国各类型卫星的作用范围都覆盖朝鲜,要获得遥感、通讯、气象等卫星服务,朝鲜完全可以向中国购买、甚至是以接受援助的方式获得。这比起自己进行航天建设要经济得多,也可以更及时地得到最先进的航天服务。

总的来说,在当今国际环境下,朝鲜发展远程弹道导弹/运载火箭技术已经很难获得类似中国在上世纪六七十年代同样做法所取得的收益。即便成功发射了卫星,贫瘠的国力也使得朝鲜远程导弹实用化遥遥无期,朝鲜更难以部署足够数量的导弹以突破美国反导系统。反而成为美国推进东亚反导系统的借口,间接令盟国中国的安全利益受损。所以,导弹也好,火箭也罢,朝鲜发射卫星缺乏实际的国防意义,只能用于国内建设“伟大强国”的宣传。



朝鲜大浦洞2型系列导弹/火箭3次发射均告失败,说明其三级火箭技术仍未成熟。以朝鲜目前的国力和国际环境,远程导弹实用化更是遥遥无期。所以,朝鲜导弹/火箭尽管理论上可以打到美国阿拉斯加,但也缺乏实际国防意义,更难以在民用领域取得收益,只能用于其国内“强盛大国”宣传。


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