一周内试射两发高超音速导弹,朝鲜这么厉害了?

一周内试射两发高超音速导弹,朝鲜这么厉害了?
2022年01月14日 11:17 观察者网

  原标题:一周内试射两发高超音速导弹,朝鲜这么厉害了?

  先进的战役和战术打击手段实际上是提高核门槛的,只有在快要满盘皆输的时候,才会诉诸玉石俱焚。从这个意义来说,朝鲜发展高超弹其实是降低半岛核风险的,当然,前提是朝鲜的高超弹有足够多、足够精确。就现在来看,朝鲜的高超弹技术是超出其一般经济、科技发展水平的,还是比较厉害的。

  1月5日,朝鲜发射了一枚高超音速导弹。不到一个星期后,在1月11日再次发射一枚高超音速导弹。如果说在2021年9月29日朝鲜宣布首次发射高超音速导弹的时候,人们还将信将疑,3个多月后的两次密集发射打消了人们的疑惑。这是真的。但也使得人们很好奇:朝鲜的导弹技术这么厉害了吗?

1月5日,朝鲜发射了一枚高超音速导弹(图源:劳动新闻)1月5日,朝鲜发射了一枚高超音速导弹(图源:劳动新闻)
这不是朝鲜第一次试验高超音速导弹,在2021年9月29日进行的才是第一次发射(图源:朝中社)这不是朝鲜第一次试验高超音速导弹,在2021年9月29日进行的才是第一次发射(图源:朝中社)

  据报道,在1月5日的试验里,导弹检验了多种高超音速技术,滑翔体与助推火箭成功分离,多次滑翔跳跃飞行与强横向机动成功结合,操纵性与稳定性得到检验,实现了从初始发射方位角向目标方位角横向机动120公里,准确命中700公里外的目标,最高速度达到M6。

  在1月11日的试验里,导弹更是达到M10的速度,击中1000公里外的目标。

  9月29日的试验参数不明。

  韩国军方在1月5日的导弹试验后宣称,朝鲜发射的不是高超音速导弹,而是具有机动再入能力的弹道导弹。难说1月11日的试验是不是朝鲜特意为打韩国军方的脸而进行的:“看清楚了,这是高超音速导弹!”也可能这是原来就安排的另一次试验,为了测试不同的技术参数。

在“自卫2021”中展示的一枚导弹(左二)与试验中使用的导弹很相像(图源:朝鲜中央电视台)在“自卫2021”中展示的一枚导弹(左二)与试验中使用的导弹很相像(图源:朝鲜中央电视台)
同时展出的还有另一种高超音速导弹,据称型号为火星-8(图源:朝中社)同时展出的还有另一种高超音速导弹,据称型号为火星-8(图源:朝中社)

  为了纪念朝鲜劳动党建党76周年,朝鲜于2021年10月11日在平壤举行《自卫2021》军事装备展,展出了多种新型装备,其中包括两种高超音速导弹。对比发现,9月29日发射的是展示中高调展出的乘波体高超音速导弹,据报道型号为火星-8,外观与中国东风-17很有几分相似。但1月5日发射的是更加传统的双锥体结构,型号不明,这里暂且称为火星-高超。

  两种高超音速导弹都采用火星-12助推级的改进型,这是液体燃料的,但具有长期贮存技术。也就是说,可早早加注液体燃料,随时准备发射,避免了发射前加注所需的时间和可能导致的遗失战机问题。

  在不长的时间里,朝鲜接连试验两种不同构型的高超音速导弹,自然引出一个问题:为什么?

  高超音速上是一个框,什么都可以往里装。真正有意义的高超音速不仅速度要超过M5,还要有足够的横向机动能力,否则再入的弹道导弹早就达到高超音速了。

  高超音速也分三种典型模式:

  1、高抛-滑翔

  2、水漂-滑翔

  3、大气层内滑翔

高抛-滑翔弹道就是钱学森弹道,水漂-滑翔弹道就是桑戈尔弹道,大气层滑翔弹道在关机点和滑翔段之间直接连线,不出大气层(图源:网络)高抛-滑翔弹道就是钱学森弹道,水漂-滑翔弹道就是桑戈尔弹道,大气层滑翔弹道在关机点和滑翔段之间直接连线,不出大气层(图源:网络)

  高抛-滑翔是最简单的高超音速滑翔弹,用火箭像弹道导弹一样发射到高空,通常达到大气层外的高度,然后在重力作用下返回,在进入大气层后改平,转入滑翔。由于惯性,从拉起到水平滑翔之间实际上有一段“下沉-浮起”过程,这是弹体受到过载最大的时候,也是能量控制的关键。再入角度较浅的话,“下沉-浮起”的幅度差不多可以忽略不计,如图中所示的情况。这时弹体受到应力较小,速度和射程受到的损失较小。但这也决定了离去角度较小,弹道较低,射程较短。射程较大的话,弹道必定较高,再入角度必然较大,“下沉-浮起”就接近水漂-滑翔弹道的第一段“浮起”,只是在弹出大气层之前就转入水平滑翔了。

  水漂-滑翔是高抛-滑翔的进一步发展,在再入中,利用大气层边缘的密度差,像石片打水漂一样,在“稠密”的大气层边缘弹起,重回空气密度接近真空的大气层外,在两个水漂点之间是弹道飞行。水漂-滑翔在每一次再入后,继续在水漂点之间利用大气层外低阻力飞行的优点,速度高,射程远。在每次打水漂的时候,还可利用空气动力控制改变反弹方向,形成横向机动,使得飞行轨迹难以捉摸,甚至实现迂回攻击,绕过反导防御最强大的方向。

  大气层内滑翔就像滑翔机一样,飞行轨迹的改变是连续的,慢说横向机动,兴趣来了,绕圈子飞都是做得到的。但与高抛-或者水漂-滑翔相比,空气阻力的作用明显,速度较低,射程也降低。一般采用大气层内起滑,也就是说,在飞出大气层前,助推火箭关机,导弹在重力作用下自然低头,在转入水平的时候,助推火箭再次开机,水平推进,直到燃料耗尽,弹体分离,转入滑翔。

  从反导来说,三种高超音速模式都超过M5,都超出典型防空导弹的拦截包线。三种高超音速飞行都属于极限飞行,而且极限之处不在于速度,而在于机动性。反高超弹的机动性需要比高超弹更强大,难度可想而知。这是奥运百米冠军之间的追逐,多吃鸡腿是没用的。

  相对来说,水漂-滑翔的弹起-弹道段可近似为弹道导弹处理,速度快,但弹道简单,只要在下一次水漂和改变方向之前完成拦截,技术上相对成熟。对于水漂-滑翔弹来说,水漂点间距越小,弹道越不可测,横向机动能力越大,但速度和射程损失也越大。朝鲜报导里提到“多次滑翔跳跃”,应该是指火星-高超具有水漂-滑翔能力。有可能在1月5日和11日的两次试验里,利用不同再入角和水漂点的数量,测试了最大横向机动和最大速度-射程的两个极端情况,液体火箭的可调推力和再点火能力使得弹道可控能力更高。

  全程大气层内滑翔的机动性更强,尽管速度低一点,飞行更加不可预测,甚至有可能做对抗性的反机动,拦截更加困难。

  高抛-和水漂-滑翔的飞行轨迹高,早期预警的探测距离大;大气层内滑翔的飞行轨迹低,预警距离小,进一步增加拦截困难。

  但这些都只是针对中段拦截而言,进入末段拦截时,水漂-和高抛-滑翔都进入最终的水平滑翔段,和全程大气层内滑翔没有本质差别。

  在技术上,高抛-滑翔最简单,具有再入-拉起能力的远程火箭炮弹都可说具有近似高抛-滑翔的能力,如中国供出口的A300火箭炮。水漂-滑翔的难度高一点,大气层内滑翔的难度最高。

  在构型上,高抛-滑翔通常采用双锥体,大气层内滑翔采用乘波体。

  双锥体是传统的子弹头外形的改进型,重点在于提高再入后的拉起和末制导能力,具有末端制导能力的弹道导弹经常采用双锥体,如东风-15B。

东风-15B是典型的双锥体(图源:新华社)东风-15B是典型的双锥体(图源:新华社)
美国陆海军的“通用高超音速滑翔体”也是双锥体(图源:美国陆军公关视频截图)美国陆海军的“通用高超音速滑翔体”也是双锥体(图源:美国陆军公关视频截图)
与助推火箭相结合,就成为LRHW高超音速导弹(图源:美国陆军)与助推火箭相结合,就成为LRHW高超音速导弹(图源:美国陆军)

  双锥体由于轴对称,气动设计比较简单,但升阻比较低,不适合远距离滑翔。双锥体用于水漂还是不错的,在水漂中转向也相对容易设计和控制。火星-高超就属于这样的构型。美国陆海军通用的“通用高超音速滑翔体”(C-HGB)也是双锥体,换句话说,与朝鲜的火星-高超在本质上处于同一水平的技术。

  乘波体像扁平的箭簇一样,升阻比高得多,适合远距离滑翔,但气动和飞控的设计难度也高得多。更重要的是,高超音速飞行时间越长,热管理问题越大,如何在高超音速飞行中不使气动加热烧毁飞行器是一个世界难题。东风-17是世界上唯一可确认达到实战水平的乘波体高超弹。俄罗斯的“先锋”据说也是乘波体,但从未公布过构型,无法确认;美国AGM-183也是一样,而且三次试验都由于不可言说的低级错误失败了。在这方面,双锥体因为轴对称,气动加热产生的热负荷相对均匀,耐热性较好,较短的滑翔飞行时间也降低了热管理的难度。

AGM-183的三次试验都失败了(图源:美国空军)AGM-183的三次试验都失败了(图源:美国空军)
中国的东风-17是世界上唯一可确认达到实战水平的乘波体高超弹(图源:新华社)中国的东风-17是世界上唯一可确认达到实战水平的乘波体高超弹(图源:新华社)

  乘波体的潜力大,技术难度高,一步到位困难,不是谁都有中国这样的高超音速风洞群的条件的。两条腿走路,或者用双锥体先过渡一下,不失为技术上较稳妥的做法,至少可以较快就拥有可用的高超弹,美国陆军的LRHW就是这样。

  但更高的升阻比意味着更大的射程,或者同样射程下更大的投掷重量。乘波体的诱惑是不可阻挡的。美国空军的AGM-183要求最终能用F-15E携带,只有乘波体才可能满足要求。朝鲜需要高超弹至少能可靠覆盖日本全境,还不能一味依靠加大助推火箭,所以也需要乘波体。

  火星-8在火星-高超之前就开始试验。但起个大早不等于赶上早集,甚至有可能在研发过程中意识到离技术成熟尚远,只好加上火星-高超作为过渡,并非原来发展路线图上的一步。这能解释两者试验时间的“倒挂”。但乘波体的潜力也更大,火星-8也因此值得更多的关注。

  必须说,火星-8和中国的东风-17在外观上很相象,远看还真不好分辨。这不等于说朝鲜的乘波体技术来自中国。中国首先在军控方面始终是负责任的国家;其次高超音速技术的敏感度高,中国未必愿意转让。在琳琅满目的珠海航展上,中国展出了高度隐身的无人机,展出了射程达到甚至超过战术地地导弹下界的制导火箭炮弹,但是没有展出高超音速导弹,具有再入-拉起能力的火箭炮弹不算,那更多的是增程技术,与有意义的高超音速技术还有距离。

  但外观相像只是外观相像,细节决定水平。

  运载车辆的差别不与导弹本身相关,这是朝鲜在重型运载车辆技术方面的差距。朝鲜是有更大的运载车的。火星-8用的是6轴车,火星-15用的是9轴车,火星-16更是11轴车,肯定够长了,但那成本太高,没必要。

火星-8的下弹翼很小,几乎可以忽略不计(图源:网络)火星-8的下弹翼很小,几乎可以忽略不计(图源:网络)
东风-17的下弹翼和上弹翼一样大(图源:新华社)东风-17的下弹翼和上弹翼一样大(图源:新华社)

  东风-17的侧弹翼的安装位置是在弹体两侧“削平”的部位,也就是说,侧弹翼可有显著的转动范围。这意味着东风-17具有强大的俯仰控制力矩。火星-8也有这样的结构,所以侧弹翼也可以偏转,控制俯仰。

最大的差别在于底面,火星-8的底面是平直的(图源:朝鲜中央电视台)最大的差别在于底面,火星-8的底面是平直的(图源:朝鲜中央电视台)
东风-17的底面就是饱满的弧面(图源:简氏防务)东风-17的底面就是饱满的弧面(图源:简氏防务)
两者的设计水平差别好比F-117和F-22(图源:美国空军)两者的设计水平差别好比F-117和F-22(图源:美国空军)

  但火星-8的底面是简单的平直多面体,下弹翼很小。东风-17的底面是饱满的弧面,下弹翼和上弹翼一样大。这意味着火星-8只是简单粗暴的平面激波设计,而东风-17的激波设计更加精细、先进,好比F-117和F-22的设计水平的差别。

  在速度很高的时候,弹翼升力的阻力代价太大,可以用弹体本身直接产生升力,这时弹体本身就是升力体。简单的升力体与滑水很相像。换句话说,利用前进运动对水的压力直接产生升力,在航空上也叫压缩升力。比升力体更进一步就是乘波体。升力体用弹体直接产生升力,但乘波体用弹体产生激波,然后通过激波产生升力,而弹体“坐在”激波上飞行,好像坐在魔毯上一样,故名乘波体。

压缩升力的原理和滑水很相像(图源:维基)压缩升力的原理和滑水很相像(图源:维基)
简单的楔形体用紧贴下斜面的平面激波产生升力,本身骑乘在上面(图源:Aerospaceweb.org)简单的楔形体用紧贴下斜面的平面激波产生升力,本身骑乘在上面(图源:Aerospaceweb.org)
二十年前的X-43就是基于这样的原理的设计(图源:NASA)二十年前的X-43就是基于这样的原理的设计(图源:NASA)
火星-8也是这样的基本设计,所以不能有太大的下弹翼,否则会破坏平面激波(图源:朝鲜中央电视台)火星-8也是这样的基本设计,所以不能有太大的下弹翼,否则会破坏平面激波(图源:朝鲜中央电视台)

  最简单粗暴的乘波体用平坦的下弹体产生平面激波,乘波体本身骑乘在上,这就是早期多平面乘波体的基本设计,火星-8的下弹体也是这样。但平面激波针对的是无限宽度的理想乘波体,实际乘波体不仅不会无限宽度,宽度还常常很有限。有限宽度的乘波体不可能产生平面激波,而是锥形激波,锥形的形状由乘波体构型和速度决定。为了简化分析和设计,常用简单的圆锥形激波来近似分析,而忽略具体锥形形状的影响。现有工具反正也分析不了太具体的复杂锥形,只能做简化的近似分析。

可以看到,X-43的激波也不是平面的,很接近圆锥(图源:NASA)可以看到,X-43的激波也不是平面的,很接近圆锥(图源:NASA)
低马赫时,可用大直径锥形激波近似分析;高马赫时,可用小直径锥形激波近似分析,乘波体的翼展与锥面相接(图源:Science Direct)低马赫时,可用大直径锥形激波近似分析;高马赫时,可用小直径锥形激波近似分析,乘波体的翼展与锥面相接(图源:Science Direct)

  可以看到,速度越低,下激波越接近平面激波,乘波体的底面与下激波的锋面越近;速度越高,下激波越接近弧面激波,乘波体的底面与下激波反而有一点距离。以此推断,火星-8的速度相对不高。作为比照,按照多面体设计的X-43的设计速度为M10,一共试飞过三次,第一次失败,第二次在29000米达到M6.83,第三次在33000米达到M9.64。火星-8的起滑速度估计不会超过M10一级。相比之下,东风-17据说达到M15-20。

  火星-8的橙色弹体上有大片黑色,那是帮助散热的防热涂料。高超音速飞行时,气动加热严重,表面对流已经不足以带走足够的热量,需要加强辐射散热。广东老太在夏天爱穿黑绸衫乘凉,一方面是因为绸料透风,另一方面是因为黑色是辐射散热的最好手段。夏天人们爱穿白色,那是因为白色在户外反射太阳的热辐射最好,但在背阴的地方,反而是黑色最有助于散热。SR-71“黑鸟”采用全黑涂装,部份原因就是有助于蒙皮散热。

X-43(前面的小黑东西)是通体漆黑的,后面白色的是助推器(图源:NASA)X-43(前面的小黑东西)是通体漆黑的,后面白色的是助推器(图源:NASA)
X-51技术进步了,就不再通体漆黑了(图源:NASA)X-51技术进步了,就不再通体漆黑了(图源:NASA)

  东风-17不用黑色涂料,因为更好地利用了激波。乘波体的奥妙在于,激波是致密的空气层,不仅提供升力,本身也是良好的导热体。东风-17的下激波锋面远离弹体,弹体处在相对凉快的激波尾流里,热管理问题不大。火星-8只利用激波的升力,但热管理的作用利用得不好,必须用黑色涂料加强散热。

  火星-8小小的下弹翼也削弱末段气动控制能力,可能命中精度方面也差一点。

  高超音速飞行体的热管理是中国的独门绝技。美国高超音速导弹试验好几次就栽在热管理不善上,飞到中途就自己烧毁了。朝鲜解决不力是很情有可原的。

  就朝鲜在1月两次密集发射火星-高超来看,火星-高超已经接近或者达到实战水平了,大量部署只是时间和投资问题。这也接近传统弹道导弹的机动再入技术,韩国“贬低”朝鲜1月5日的高超试验并非全无道理。但在更多试验之前,还不能断定技术水平更高的火星-8是否完成技术研发了。

  这与火星-15/16一级的洲际导弹不同。对于洲际导弹,“让我们的心上人自己去猜想”本身就是一种威慑力,测试多了反而有可能露怯。火星-8和火星-高超属于战役打击导弹,使用门槛低,需要可靠、好用,“不需要让自己人猜想”才是要紧的。

  朝鲜的高超弹给美日韩造成不少困扰。朝鲜的战役弹道导弹和巡航导弹已经是大麻烦,但“爱国者”、“萨德”、“宙斯盾”总还是应对的办法。高超弹就没有已知的应对办法了,而无所作为是不可接受的。

日本计划以美国海军放弃的电磁炮为基础,发展反高超弹的武器(图源:日本防卫省)日本计划以美国海军放弃的电磁炮为基础,发展反高超弹的武器(图源:日本防卫省)

  韩国的办法是以矛对矛,研发Hycore高超弹。这是采用超燃冲压推进的高超巡航弹,技术要求比大气层滑翔的高超弹还要高。韩国声称2022年试飞,但除非是“哲学意义的超燃冲压高超巡航弹”,韩国很需要一点奇迹才能实现这个“赶中超美”的目标。

  美国可能推出“萨德ER”,具备某种反高超能力,但什么时候能成不好说。

  日本则试图把美国海军丢下的电磁轨道炮拾起来,用于反导。只能说,祝君好运。

朝鲜的各种导弹(图源:BBC)朝鲜的各种导弹(图源:BBC)

  对于中国来说,中国支持朝鲜半岛无核化,中国也支持朝鲜拥有正当的自卫力量。先进的战役和战术打击手段实际上是提高核门槛的,只有在快要满盘皆输的时候,才会诉诸玉石俱焚。从这个意义来说,朝鲜发展高超弹其实是降低半岛核风险的,当然,前提是朝鲜的高超弹有足够多、足够精确。就现在来看,朝鲜的高超弹技术是超出其一般经济、科技发展水平的,还是比较厉害的。

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