运载火箭是把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等航天器从地球运送到预定轨道的多级火箭;弹道导弹是在火箭发动机推力作用下按预定程序飞行,关机后按自由抛物体轨迹飞行的导弹。两者的区别主要是:运载火箭的有效载荷是人造卫星、飞船或空间探测器等航天器;弹道导弹的有效载荷是战斗部(弹头)。
由此不难发现,运载火箭和弹道导弹均以火箭发动机作为动力。其实,岂止是推进系统,两者在飞行原理、箭体结构和飞行控制系统等方面也都基本相同。只要把火箭运载的航天器换成战斗部,增加制导装置,改变飞行轨道,就可使火箭成为攻击地面目标的弹道导弹。反之亦然,弹道导弹经过改装也可用于发射卫星。
发射卫星可证明火箭运载能力
人造地球卫星是在空间轨道上环绕地球运行(不少于一圈)的无人航天器。然而,要使卫星不停地绕地球旋转,卫星运行速度不得小于进入轨道所必需的最小速度,即第一宇宙速度——每秒7.91千米,否则,卫星就会落回到地球;当速度达到第二宇宙速度,即每秒11.18千米时,卫星便会脱离地球的引力圈,成为围绕太阳运转的人造行星;地球上的航天器飞出太阳系所需要的最小速度是第三宇宙速度,为每秒16.65千米。
计算表明,由于受到火箭发动机比冲(火箭发动机消耗单位质量推进剂或燃料所产生的推力)和火箭结构水平的限制,“目前要用单级火箭进行宇宙飞行是不可能的”。因此,“运载火箭一般由2-4级火箭组成”,各级火箭通过级间结构相连且每一级都包括推进系统、控制系统和箭体结构,上面级火箭发动机往往具有再启动能力以满足特定的轨道要求。有时为提高运载能力,还在中央芯级周围捆绑液体或固体助推器。
运载火箭的制导系统放在末级火箭的仪器舱内,卫星则放在火箭的最前部,外面套上整流罩以保护卫星在大气层内飞行时的安全。整流罩多为沿纵向分成两半的硬壳结构,卫星的径向尺寸较大时,整流罩的外径甚至可以超过运载火箭箭体的直径。多级火箭工作时,先点燃最下面的一级,即第一级。第一级工作结束后被抛掉。随即点燃第二级,依此类推,直到带有卫星的末级将卫星送入预定轨道为止。
多级火箭的任何下一级都是在原来飞行速度基础上的再加速,所以越飞越快,因而能达到单级火箭难以企及的宇宙速度。譬如,把卫星送入“1000千米高度圆轨道(所需要的速度为)8.3千米/秒,地球同步卫星过渡轨道需10.25千米/秒,探测太阳系需11.2千米/秒”。可见,将卫星送入的轨道越高,表明火箭的运载能力越强,因而将其改装成导弹后,便能携带更重的弹头,突击更远距离的目标。
导弹还是火箭?发射后可区分
要判断朝鲜即将发射的是卫星还是弹道导弹,可从两方面入手。一是外形,二是运动特性。
从外形上看,弹道导弹弹头和用于发射卫星的运载火箭的头部有所不同。通常情况下,运载火箭的整流罩为了容纳并保护卫星,显得较为饱满圆滑;而弹道导弹,尤其是单弹头弹道导弹,为减小再入大气层阻力,弹头一般做得较为尖锐。不过,这种细微差异仅凭在数百千米上空飞行的侦察卫星是很难辨别的,况且多弹头导弹的头部同样有类似运载火箭的整流罩。因此,这一方法对于准备阶段的发射来说,较难对运载火箭的有效载荷究竟是卫星还是弹头作出准确的判断。
从运动特性上讲,运载火箭与弹道导弹在动力飞行段(又称主动段)的运动特性基本相似,都是从地面垂直起飞4~16秒后,按预定的飞行程序转弯,穿越大气层,当达到给定的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的差异。
就运载火箭而言,若承担入轨点高度为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,发动机还需再次点火,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。
就弹道导弹而言,在主动段终点之后,弹头与弹体分离,火箭发动机被抛掉。此时导弹一般处于稠密大气层之外,既无动力,也无阻力,可视为只受地球引力的作用。这样,弹头先是依靠在主动段积蓄的动能继续往上飞,但由于地球引力的作用,飞行速度不断降低,到达弹道顶点后,弹头再也无力上升,只好转为下降,最后再入大气层击中地面目标。
也就是说,在火箭发动机关机后,卫星通常作环绕地球的轨道飞行,而弹道导弹则像抛射体一样作惯性自由飞行。两者的运动特性完全不同,十分容易区分。
火箭变导弹?需解决弹头再入问题
在2009年伊朗发射首颗卫星后,美国国务院发言人伍德宣称,伊朗将把发射卫星技术用于弹道导弹研制;英国外交大臣比尔·拉默尔表示,卫星发射技术具有军民两用性,将可能用于伊朗弹道导弹计划。
的确,从一般意义上讲,既然能发射卫星,则与弹道导弹在火箭发动机关机之前的诸多技术问题,譬如发射技术、推进技术、制导技术等,均已得到解决。剩下的就涉及到运载火箭和弹道导弹的一个显著的区别:“一个往天上打,一个往地上打。”姑且不论“往天上打”的卫星如何适应外层空间高真空、强辐射及失重环境的问题,单就“往地上打”的弹道导弹而言,对于以解决中远程、洲际弹道导弹有无为目的的国家,抑或是制造第一代战略武器——单弹头、无突防装置洲际弹道导弹——的国家,一个是要解决弹头设计问题,另一个是要解决弹头再入问题。
很显然,对于配备非核弹头、精度又较差的中远程、洲际弹道导弹,其实战价值并不大,威慑作用也十分有限。而尽管“第一代核武器的基本原理已经成为公开的秘密……美国的中学生都曾设计出了同实弹相近的原子弹”,但欲真正实现核爆炸,实现核能力的武器化,实现核弹头的小型化,以使其适于中远程、洲际弹道导弹携带,却比想象的要复杂得多。朝鲜虽然于2006年10月9日进行了首次核试验,但“目前,尚不清楚朝鲜是否有能力将核弹头做到小型化并装配在导弹上,也无证据表明朝鲜已改装飞机用作核投掷工具”。
另一个令梦想制造弹道导弹的国家望而却步的是弹头再入问题。众所周知,弹道导弹弹头在再入大气层时,速度通常达到4.3-7.3千米/秒,由于受到气动力和气动加热作用,其表面温度达数千开氏度,驻点处可达8000~10000开而形成“热障”。如此高的温度,不要说用普通的金属材料制成的弹头壳体难以承受,即使弹头壳体上再敷上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,其轻则使弹头偏离轨道,重则使弹头解体。也正因为这个原因,美国“大力神”导弹弹头的头几次飞行试验均告失败,“民兵III”导弹采用的MK-12弹头在前两次再入飞行试验穿越大气层时都被烧毁。很显然,导弹射程越远,再入速度越大,需要解决的再入技术问题也就越多、越复杂。(《兵器知识》 汤志成)
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