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日志

 
 

(转)大国基石——东风31洲际弹道导弹  

2009-11-12 08:00:37|  分类: 武器装备 |  标签: |举报 |字号 订阅

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东风31是我国首种远程固体弹道导弹,作为国内第二代战略武器,应用了许多新技术。与其前辈东风5洲际导弹相比,东风31在体积、打击精度、生存性能和突防能力等方面均有明显突破,部分性能已达到世界先进水平。显而易见,东风三十一系列将成为我国核武库的中流砥柱。

中国东风-31洲际弹道导弹,该弹应用了许多新技术,部分性能达到了世界领先水平。

(转)大国基石——东风31洲际弹道导弹 - zhouliang803 - 亮亮的博客

七十年代,移动式液体远程导弹东风二十二(DF-22)导弹正式立项研制,这宣告我国第二代战略导弹正式提上了日程。1978年底,东风二十二的方案论证和预研工作开始,代号“202工程”(国家重点工程),主要着眼于实现机动、快速发射,提高生存能力、命中精度和突防能力,达到小型化、标准化、系列化和通用化。东风二十二项目有11项关键技术,包括高性能液体火箭发动机、仪器设备小型化设计、新型结构材料、机动发射模式、全数字化的控制系统等。关键技术很快得到突破,到1984年底,导弹初样的设计、生产和试验任务均已完成。

但很快进展顺利的东风二十二便告下马,主要原因有二。其一,“七五”计划期间,“以常规武器为主,适当发展战略核武器”的方针意味着重心的倾斜及核武器研制计划的精简。而更适合机动的固体导弹则被挑中。其二,我国自行研制的大直径固体火箭发动机进展顺利。1985年1月,国务院和中央军委正式批准终止东风二十二导弹的研制工作。次年,在经过联合论证组论证后,“大直径、基本型、系列化”方案得到认同。其后,航天工业部正式开始东风三十一(DF-31)研制工作。

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处于发射状态的DF-4弹道导弹。该弹准备时间较长,射程上也存在不足,故决定研制机动性能更强的远程弹道导弹。

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前苏联在70年代发展的机动发射SS-20固体中程导弹。中国也深受了其设计其设计思想影响。

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尽管东风二十二未成正果,但新型三级远程导弹东风三十一大量沿用其技术成果,例如全数字化控制系统、末速修正技术、以及头部设计,仪器设备小型化的成果也得以应用。

另外,东风三十一的第一、二级发动机均采用新研制成功的固体火箭发动机。

与东风二十二的11项关键技术类似,东风三十一有13项关键技术,包括:全弹总体技术、固体燃料火箭发动机技术、小型化弹头技术、复合材料与结构技术、弹上电子设备小型化技术、高精度惯导技术、快速机动发射技术、突防技术、制导控制系统误差分离技术、新一代试验遥测技术等。对于初次尝试开发固体战略导弹的我国而言,无疑是难题林立,诸如固体燃料发动机,推进剂合成,弹锥复合材料制造,大型特种拖车制造等均属严峻挑战。其中高性能推进剂合成就发生过事故导致整个厂房炸平。

与东风五号有所不同,东风三十一采用的是小型化弹头,因而整流罩非常尖锐,再入大气层之后气动加热效果明显。东风五号使用碳/石英烧蚀材料即可满足需要,但东风三十一的弹头再入段防热问题在很长时间内无法得到解决,直到东华大学潘鼎教授的高纯度粘胶基碳纤维研制成功才攻克了这一难关。在2004年关于潘鼎教授的报道中,很明确地提到了“潘教授近十年来潜心研究的具有国际先进水平的航天级高纯度粘胶基碳纤维成果已经被应用于我国首位杀手锏武器——XX-31,并在高新工程的后续型号的应用中获得成功,解决了国家急需,使我国成为能够拥有该产品生产技术的世界第三大国”。最终,东风三十一成功进行了首次飞行试验并获得成功。

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固体燃料火箭发动机示意图。固体火箭发动机的研制技术非常复杂。

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尽管东风三十一的成功属于一大进步,但毕竟技术起点不算很高,拖延时间较长。当东风三十一问世之时,部分性能并不能充分满足作战需求,例如射程便介于通常意义上的远程导弹和洲际导弹之间,打击范围相对有限,并不能真正成为核打击的主力,导致装备数量极其有限。另一方面,国内也在不断进行新技术的开发和应用,于是改进型的东风三十一甲(DF-31A)很快正式立项,立项的还包括潜地洲际导弹巨浪二号(JL-2)。

同样是关于东华大学的报道曾经提到:“2002年11月22日采用该校产品的最新一代洲际导弹高新工程主项内容DF-31甲已首次发射成功。”这就等于告知了东风三十一甲的首射时间。总体而言,东风三十一甲的研制过程比较顺利。尽管由于某系统设计上的一个小缺陷导致首次飞行试验失败,但随后的飞行试验都取得了成功。2006年9月5日,俄罗斯塔斯社报道东风三十一洲际导弹从五寨发射到塔克拉玛干沙漠试验成功的消息,并指出中国方面提前通知了俄方。这里实际上测试的对象就是东风三十一甲。试验成功后,东风三十一甲定型装备部队。至此,我国新一代固体燃料洲际弹道导弹真正形成了可靠的战斗力。

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东风三十一作为我国第二代战略导弹,其性能属于高度机密等级。与推测东风五号性能有所不同,缺乏性能接近的民用火箭数据作为推测依据。西方国家公开媒体对于东风三十一的数据主要是通过情报来获得。在Missilethreat、fas等网站和Jane's Defense Weekly等刊物上往往可以看到如下数据:

级数:三级

长度:13.00米

直径:2.25米

发射重量:42 吨

载荷:1050 -1750千克

弹头:单弹头100万吨TNT当量,或3-6×MIRV(9-20万吨TNT当量)

射程:8000千米/10000千米(东风三十一甲)

CEP:300米

服役:1999年/2002年(东风三十一甲)

如果对照更早期的西方媒体数据,应该说这些数字更加接近真实情况。例如KANWA(汉和)一度给出“重量20吨”的荒唐说法。然而对照更加可靠的国内相关资料,可以看出仍然存在明显误差。

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2007年7月份,中国展出的东风31弹道导弹模型。外国通过各种渠道获得的DF-31信息与实际情况误差较大。

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东风三十一基本型号射程8000千米的说法已经广为流传,很多较为权威的西方机构也多次援引,并返销回中国国内。但这一数字最早的出现时间为80年代末,当时东风三十一仅立项数年,总体方案设计和初样设计均未完成,因而所谓8000千米射程实际上是一个未经证实的估计值。那么是不是就无从查证真实数据了呢?2003年8月CCTV-10的科教节目介绍复合材料时,曾提及复合材料在航天领域的应用带来的效益,所列举的例子是我国某运载火箭采用复合材料后减重300多千克,使射程提高了14%,提高了1300多千米。尽管是以“运载火箭”的名义给出数字,但细心的观众一眼就可以看出“射程”两个字和一般意义上的商用运载火箭并不匹配。民用火箭都是将载荷送入轨道,只有轨道高低之分,并不会有射程参数。而东风五号的年代又与之不吻合,也没有明确的复合材料替换部位。按照燃料燃尽后死重与射程的关系也能推算出该弹的重量应当在40吨左右,这又与东风五号矛盾。东风三十一第一级发动机FG-6原本采用金属壳体,改进的方向当属芳纶复合材料、碳纤维复合材料和树脂基体。2005年11月南京复合材料技术发展研讨会上,崔红研究员的报告《航天动力复合材料技术发展现状及设想》曾提及“国内固体发动机壳体已成功采用玻璃纤维及芳纶纤维”,在当时最为契合的固体发动机也只有东风三十一。

由于上述原因,可以判断CCTV-10所提到的该“运载火箭”实际上就是东风三十一。如果按照14%的射程在1300-1400千米之间,可以推算出原型射程为9300-10000千米,而改进后则是10600-11400千米。从这一“官方数据”的暗示中可以肯定:即便是东风三十一基本型号的射程也明显超过8000千米。而我国往往对10000千米射程以下的导弹命名为“远程”,典型的例子就是580试验中的东风五号,射程超过9000千米却依然在诸多报道中名为“远程运载火箭”,可见一个“远程导弹”的称呼并不能作为东风三十一射程不超过8000千米的可靠依据。

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西方最新对DF-31的射程估计为7250千米,DF-31A的射程估计为11270千米。

那么东风三十一甲的改进是否局限于复合材料壳体的替换呢?答案很可能是否定的。东风三十一基本型号采用的是我国第二代固体推进技术,例如玻璃纤维壳体、HTPB推进剂、三维药型、碳-碳喉衬、柔性全轴摆动喷管等。而第三代技术新高能推进剂,石墨环氧纤维壳体,可抛式延伸喷管等在东风三十一甲的研制期间均取得进展,部分可能已经转为实用成果。

其中最典型的技术是高能推进剂。一般而言,火箭固体燃料相对于液体燃料的优点在于储存性和结构简单性方面,缺点则是比冲明显较低。固体燃料中,比冲大于2450牛?秒/千克(即250秒)为高能,2255牛?秒/千克(即230秒)到2450牛?秒/千克为中能,小于2255牛?秒/千克为低能,而液体燃料很多比冲均可达到2800牛?秒/千克以上。于是高能固体燃料的开发已经是新型洲际导弹的关键技术。例如美国三叉戟I潜射导弹所使用的交联改性双基推进剂(Crosslinking Double Base Propellant,XLDB)理论比冲2646牛?秒/千克(270秒);三叉戟II潜射导弹使用的高能硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether Propellant,NEPE)理论比冲2685牛?秒/千克(274秒)。我国对应NEPE的新燃料名称为N15,在《中国科学技术专家传略 工程技术编 航天卷II》中对崔国良院士的介绍中提到:“NEPE类推进剂,我们70年代开始摸索,80年代研制走入正轨,90年代初取得突破。93-98年分别完成300mm至1400mm直径发动机的演示验证试验。实际比冲达到约2500Ns/kg,比DF31用的HTPB提高约100Ns/kg。”而对湖南大学教授邓剑如的报道中也提到“开发N15高能推进剂……期间突破性地解决了DF-31型号配方中工艺与力学性能相矛盾的技术难题”。可见,东风三十一甲很有可能已经采用了类NEPE固体燃料,加上使用芳纶纤维/环氧树脂壳体减重等手段,这意味着载荷不变的情况下射程可以进一步增加到12000千米以上,或者保持11000千米左右的射程,增加载荷来提高突防能力。

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早期西方数据中,东风三十一的载荷为700千克,尽管该数字迄今仍被部分引用,但当时与之匹配的弹体重量是20吨,仅仅是实际情况的一半。以东风三十一/甲的技术水准,在重量接近SS-27白杨M(47.2吨)的情况下,不可能仅具备其60%的载荷。因此在较晚的数据中,一般给出来的都是1000-1750千克载荷。

实际上,核弹头的性能将反映在对载荷的需求中,因而在没有载荷的直观数据情况下,可以从我国核武器小型化水平入手分析东风三十一的载荷。

与第二代战略导弹配套的第二代核武器研制工作同样始于上世纪70年代中期。中央专委提出我国第二代核武器的发展方向是小型、机动、突防、安全、可靠。

洲际导弹所配备的热核弹头的小型化,关键是初级的小型化,需要采用助爆原理(初级已不是纯裂变弹)。“助爆”的概念是指在裂变装置的中央加人少量的聚变材料,用低裂变威力引发聚变反应,使聚变反应放出高能中子再引起裂变,以此来提高初级的裂变材料利用效率。助爆初级包括“气体助爆”和“固体助爆”两种形式。前者是指聚变材料在武器中以氘氚气体的形式存在,我国应用于东风五号核弹头;后者是指聚变材料在武器中以氘氚化锂-6的形式存在,即应用于第二代核武器。

然后是次级小型化解决比威力与重量尺寸的权衡问题。

我国在80年代获得一系列突破,初级小型化原理已经突破,次级小型化的技术途径也已明确。为了满足实用的需求,适应小型化弹头的尖锥外形,把初级塞进鼻锥内,之后又研制了非球形构形的气体助爆初级,最终于1992年9月25日的核试验中取得成功。据美国人通过间谍手段获得的材料表明,该核装置的设计水平极高,仅比美国最先进的W88核弹头稍大。此次核试验中还采用了双轴针孔照像技术,标志着我国的核试验测试诊断达到了国际先进水平。

(转)大国基石——东风31洲际弹道导弹 - zhouliang803 - 亮亮的博客中国研制的热核弹头仅比美国的W88稍大。

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东风三十一甲测试。西方对其的新载荷估计在1000-1750千克。

核战斗部方面水平我国已经达到世界先进水准,而我国在重入载具(Reentry Vehicle,RV)方面水平相对落后一些。参照美国核弹头数据:较为先进的W87核战斗部的重量为150KG,加上重入载具MK21之后的重量约为360KG,标准当量是30万吨TNT,可以提高到W88的47.5万吨TNT水平。根据Johnstons网站的核试验数据库,在1992年进行的核实验所显示的当量最有可能与东风三十一系列的弹头吻合。但该数据库同时给出了65万吨TNT的估计值和100万吨TNT的最大值。假设我国核战斗部的水平高于W87而略低于W88和W87改:如果是65万吨TNT当量,则核战斗部可能在250-300千克左右,加上载具约为700千克左右;如果是100万吨TNT当量,则核战斗部可能在400-500千克左右,加上载具约为1000千克左右。尽管前一个700千克与早期推测数值较为接近,但作为突防手段,洲际导弹还需要携带诱饵。

在最近CCTV军事频道曝光的东风三十一甲的操控屏幕上,可以清楚地看到“有速诱饵”和“再入诱饵”等字样。这两者均指重量10千克上下的重诱饵,在再入段模拟弹头特性,与在中段模拟弹头特性的轻诱饵明显不同。能够确信的一点是:东风三十一需要另外的载荷来承担诱饵的重量。如果东风三十一需要携带10-15个重诱饵外加数十上百的轻诱饵,这意味着上面两种情况的载荷总需求将分别达到800-900千克和1.1-1.2吨左右。实际情况很可能是:采用较大载荷时会牺牲一些射程,而保证最大射程时又需要采用较低的载荷模式,因作战需求而进行侧重点的选择。

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MIRV(分导式多弹头导弹),就是一枚导弹可以搭载多个核弹头攻击位置不同的目标。

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央视画面中显示东风新型号导弹至少携带两种诱饵:有速诱饵,再入诱饵。

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东风三十一采用惯性制导,而我国在该领域进步明显。根据《中国科学技术专家传略 工程技术编 航天卷II》记载,三浮陀螺已经于1999年研制成功,尚未肯定是否已经应用,该陀螺具有世界先进水平,有助于提高打击精度。至于国外所称的星光修正技术尚未见到确凿证据。国外媒体给出的CEP=300米数据应当与真实水平相差不大,随着惯导技术的提高和末修技术的改良,东风三十一有望接近国外先进水平,若能采用先进末制导技术,则打击精度有望提高一个数量级。实际上我国倘若仅仅执行最低核威慑政策,则无需过多考虑对付敌方洲际导弹发射井等硬目标时才会苛求的打击精度,反而生存能力和突防能力显得更加重要。

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美国民兵III导弹的三浮陀螺漂移率达到0.000015度/小时,寿命40000小时。中国在该领域近年的进步也很明显。

(转)大国基石——东风31洲际弹道导弹 - zhouliang803 - 亮亮的博客东风31A导弹测试发射控制系统

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东风三十一系列体积重量较上一代东风五明显缩减,13米左右的长度在所有陆基洲际导弹中是最低的,40吨级别的重量则是介于36吨的民兵III和47.2吨的白杨M之间。小型化为东风三十一实现机动部署提供了先决条件,这对于躲避侦察、提高生存能力是非常重要的。

阅兵式上展出的东风三十一/甲仍然采用牵引-发射车分离的方式。根据西方报道,牵引车的型号是8×8型HY4330半挂牵引车(1999年开始研制,2000年6月完成试制,主要用于牵引DF31A型导弹发射车。但实际上我国已经成功应用了运输、安装、发射一体的TEL(Transporter Erector Launcher )车辆。半挂牵引车的缺陷在于只能局限在公路上使用,而无法实现越野,生存能力有限。TEL的使用则代表获得了真正的机动生存性能。并且我国的TEL设计参照了美国Midgetman侏儒的一体发射车,避免了俄罗斯白杨TEL容易翻车的毛病。

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采用新型汉阳造HY4330底盘的东风-31A远程弹道导弹进行机动训练中。

虽然生存能力高,但公路机动仍然有其缺陷:与固定地下井发射相比,公路机动发射系统的快速发射能力(快速起竖、调平、瞄准、测试、发射、撤离)较为落后,打击精度低。这也是为何东风三十一保留了地下井发射在内的多种发射方式的原因所在。

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美国侏儒导弹三用发射车。中国的DF31A的TEL三用车参照了该弹的设计不易翻车。

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东风三十一系列导弹总体而言已经较为先进。无论是紧凑的外形、较低的重量,还是射程与载荷比例,均与国外当前装备的先进型号大致相当。在打击精度和生存能力上,也和主流型号基本处于一个档次。

不过我们要看到的是:国外当前部署的很多同类武器都是上个世纪的产物,例如民兵III甚至是70年开始部署的,快速反应改进型(Rapid Execution and Combat Targeting,REACT) 也于1996年完成,东风三十一甲在射程、精度等方面并无优势。同时还要看到国外同类不少将执行改良延寿计划,以SS-27(白杨M)为代表的最新型号也先于东风三十一甲进入现役,在末制导高精确度打击、机动弹头和速燃短助推段技术方面,东风三十一甲犹有不及。

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今年5月9日参加红场阅兵的白杨-M洲际导弹,该弹是俄本世纪中期前的主要核打击力量。 白杨M导弹性能优越,近年来也频频亮相用来展示俄罗斯核力量。

但东风三十一甲也可以根据我国的需要进行改进,尤其是在我国三代核武器技术日臻成熟的情况下,从而紧盯世界先进水平,保证我国核威慑之剑永烁锋芒。

下面是东风三十一甲型洲际弹道导弹与美俄同类洲际弹道导弹的性能对比:

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下表是网易军事对东风三十一甲型洲际弹道导弹的排名及国产化率评估,5星为满分:

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