论文部分内容阅读
什么是分导式多弹头
弹道导弹与核武器联合在一起，就成为了世界上最恐怖的武器，因此在冷战时期美苏就开始大规模研制各种反导武器来对抗。为应对敌方的反导武器，美苏开始在导弹上使用多弹头技术。首先是集束式弹头，但是集束式弹头的弹道仍然是相对固定的，就好比撒了一把石头子扔向对手，其弹道仍然是可以预测的，即被拦截的可能性仍然很大，因此在上世纪60年代，美国首先开发了分导式多弹头技术。
分导式多弹头（MIRV）弹道导弹的弹头母舱按照预定程序在不同轨道释放子弹头（实际是载具），多个弹头沿着不同的轨道再入大气层，可打击横向和纵向范围内几十到上百千米的多个目标。
当导弹飞至预定释放第一个子弹头的弹道附近时，弹头母舱与末级火箭分离。此时弹头母舱的末助推系统点火，并作机动飞行，对弹道进行精确修正，接着母舱的发动机关机，启动释放装置，释放第一个子弹头。然后，母舱发动机重新点火，变换方位，调整速度，校正弹道，释放第二个子弹头。这样周而复始，直到所有子弹头放完为止。
从打击范围上看，不同弹头落点距离可达500～600千米，只要携带3枚子弹头就可实现对数千平方千米范围特定目标的打击，让对手顾此失彼。同时，分导式多弹头也能从不同弹道攻击同一个或不同目标，突防能力极强。再入段核弹头的再入速度很大，进行低空拦截的可能性几乎为零。多弹头分导技术是应对导弹防御系统最有效的途径之一，以SS-18导弹为例，携带10枚小型核弹头，10发SS-18同时发射将在大空域内产生100枚核弹头和数百个诱饵，对导弹防御系统形成饱和攻击。
如何决定带多少个分导式子弹头
◎战略导弹的载具、弹头结构示意
一枚导弹究竟带多少个分导式子弹头，这需综合考虑目标性质、突防效果、导弹射程、载荷和核装置大小、工艺水平以及经济性等。例如要打击对方的导弹发射井，分导式多弹头的精度要求更高，因此数量并不是越多越好。而要打击对手的大城市、未加固的指挥中心等软目标，精度要求不高，可以携带更多的弹头以实现杀伤效果的最大化。再如要实现更好的突防效果，或者敌人的反导实力很强，就要携带更多弹头，反之则不用。
如果导弹的有效射程非常远，例如达到了13 000千米以上，那么可携带弹头数量就有较大的冗余量，能够在打击洲际目标上尽量携带更多弹头。如果有效射程只有7 000～9 000千米，那么要击中极限目标，则要削减弹头数量以减轻载荷，尽量实现导弹射程的最大化。
导弹载荷这个指标很好理解，核装置大小是另一个重要指标。核弹头小型化技术越高，就能携带更多的子弹头。
核武器的研制、维护和保养的费用都很高。如果一个国家没有实力来研制更多的核弹头，也就限制了子弹头的数量。如果一个国家只能承受120枚子弹头的数量，那么它的策略是使用40枚带有3枚子弹头的导弹而不是15枚带有8枚子弹头的导弹，因为后者导弹数量更少，更易遭到对手打击而丧失核反击能力。当然像美苏冷战时期不计成本造导弹、造弹头的情况不在此列。
除此以外，条约限制也是重要原因。例如美俄导弹分导式子弹头数量下降并不是因为两国技术水平落后，而是条约限制的结果。从层级上看，导弹射程、载荷和核装置大小直接影响子弹头数量的多寡，而目标性质、经济条件等为间接影响因素。
◎国外专家对俄罗斯SS-18导弹携带8颗弹头排列方式的推测图
◎国外专家对俄罗斯SS-18导弹携带10颗弹头排列方式的推测图
从弹头小型化到母舱控制技术
战略导弹的相关数据肯定是严格保密，但这并不等于在公开媒介没有分析它的性能依据。由于运载火箭和洲际导弹密切相关，可通过公开的运载火箭情况来猜测洲际导弹的相关情况。
早期洲际导弹的有效载荷范围估测在3吨以下，射程在10 000千米左右。这两个指标已经限制了当时采用分导式多弹头的能力。此外，导弹打击精度也是重要因素。上世纪80年代苏美主力导弹CEP为300～500米，有的可达200米。多年前中国曾经进行过一箭三星的发射，这被外界普遍认为拥有了分导式多弹头能力，但发射卫星是在相邻较近的轨道上依次投放卫星，并没有达到军用分导式多弹头突防的要求。再加上洲际导弹本身射程、精度上的限制，没有使用分导式多弹头的条件。改进型洲际导弹在增大第一、第二级发动机的推力后，射程可能大于12 000千米，调整载荷后甚至可能将射程延伸到13 000～15 000千米。此外在进入上世纪90年代后，惯导技术有了明显进步，例如美国“民兵”Ⅲ惯导平台漂移度水平是每小时0.005度。入轨精度和导航精度的提升，足以将导弹精度由千米级提升至百米级。
◎美国MX导弹的测量单元
对于空间有限的导弹来说，核武器小型化技术意味着弹头尺寸重量至少比原来的弹头缩小三分之一以上，否则就没有任何意义，因为弹头小型化至少要满足在原来的空间内装3个以上的弹头。例如美军“大力神”导弹在1961年使用的W38单弹头，长两米，直径81厘米。“民兵”Ⅲ是美军首个使用分导式多弹头的导弹，其搭载的W62弹头长182厘米，直径55厘米，重114千克。美海军第一枚小型化核弹头是诞生于1957年的W47弹头，直径46厘米，弹长120厘米，重330千克。美国现在最先进的海军W88核弹头长1.75米，直径55厘米，重量约360千克。也就是说核弹头小型化后，长度范围为1.7～1.8米，直径为50～ 80厘米，重量在300～400千克。核弹头小型化的关键问题在于缩小后仍具有较强的打击能力，而且陆基核导弹相比海基核导弹空间更大，能容纳尺寸更大、当量更大的小型化核弹头。 如果一个国家承认突破了弹头小型化技术，那么意味着其弹头尺寸也应在美军的弹头尺寸范围之内，而不会有太大的误差，否则弹头小型化就无从谈起。如果从公开阅兵场面目测判断一型导弹直径约3.1～3.35米，弹头整流罩长约2.5米，那么以美国“三叉戟”ⅡD5潜射导弹的W-88核弹头的弹体尺寸标准来看，装载8～10枚弹头是没有问题的。
如果射程、载荷乃至核武器小型化技术都已不是使用分导式多弹头的技术障碍，那么还要克服一项关键技术，即MIRV母舱多弹头投送技术及其相关控制程序。
◎美国“三叉戟”ⅡD5潜射战略导弹攻击目标时释放分导弹头的场景画
MIRV母舱是军事上的说法，实际这种技术在民用多星发射上，被称为自主控制上面级及其卫星分配器系统。如果能几次进行多星发射成功，就意味着在上面级关键控制技术上取得了突破。MIRV母舱控制技术的关键在于弹头在不同轨道分离之后，母舱的质心位置会发生较大变化，这就要求控制系统能够精确控制母舱的俯仰、偏航和滚动。MIRV母舱控制技术和多星发射在控制上完全是相通的。上世纪80年代曾任美国国防部长的著名物理学家哈罗德·布朗曾经公开表示：我们（美国）已经从一个运载器上释放了八个卫星，这种办法尽管与分导式多弹头技术不是完全一样，但也是非常相似的。换个角度看，卫星入轨需要的精度比核弹头要更高，这反过来会促进分导式多弹头技术发展。
导弹外观因素
◎美国MX导弹的载具弹头排列方式
MX导弹于1984年进行分导弹头投放试验的场面
如果洲际导弹采用了头部钝圆的整流罩而非以前的锥形整流罩，说明这种整流罩可以为内部的弹头建立一个有恒定温度、湿度的空间，从而保证弹头的存放环境要求。如果整流罩上方还分布着一些连接装置，则可能是导弹整流罩的平行分离式机构。这种整流罩平行式分离机构主要优点是能够在导弹弹道的初始阶段就开始分离整流罩，这样既可以适应导弹早期机动变轨的需要，也节省了载荷空间以携带更多弹头或者诱饵。
从导弹发射车外观判断导弹尺寸的一个参照物是牵引车的轮胎。一些熟悉军用卡车的朋友或许知道，导弹牵引车使用的是一种军用卡车经常使用的全钢载重子午线轮胎。这种轮胎的直径网上都可以查到，大约1.2米。比如，如果从外观估测导弹整流罩收敛点到导弹顶端的距离大约为2.7个左右轮胎直径的长度，就可大致估测出导弹整流罩长3.3米。再比如，如果估测出MIRV母舱直径约3.2米，那么从多弹头的排列方式来看，直径为80厘米、长1.8～1.9米的小型核弹头可以一圈排列8枚，而直径64厘米，长1.75米的小型核弹头可以一圈排列10枚。直径为80厘米、长1.8米这一标准对于掌握核弹头小型化技术的国家，并不是高不可攀。
决定核导弹分导式多弹头数量的因素，除了技术之外，还有其它条件限制。其他国家的洲际导弹可能与美国“民兵”导弹攻击对手发射井的用途并不一样，而是在有限核威慑的思想下，通过较少的导弹数量来搭载分导式多弹头，实现最大限度的突防，对敌方城市群实施大规模核报复，最大程度杀伤对方的人口和工业基础设施，遏制敌方对己方先发制人的核打击。假设一个国家有20枚这种导弹，每枚携8个弹头，总共可以投掷160个核弹头，等于可以攻击对手160个城市目标。根据美国最新的城市人口统计，加州是美国城市数量最多的州，总共有70座城市，人口达3 800万，也是美国人口最多的州。美国人口第二第三的德克萨斯州和佛罗里达州的城市总数也没60个。也就是说，20枚这样的多弹头导弹就可涵盖美国人口密集的三个州。
如果1枚导弹的分导式弹头数量增加到10枚，那么毁伤增加的力度则并不十分明显，因为美俄以外国家的导弹数量有限，而且弹头增加意味着单个弹头当量要下降，这不但取决于弹头小型化技术的进一步提升，也和导弹载荷的限制有关。因为毕竟不是谁都有俄罗斯SS-18那样载荷超过8吨的超重型大杀器，也不会像冷战时期美国那样，追求精度和数量主要对敌方发射井实施攻击。
因此，配置8枚子弹头更符合这种战略核威慑策略，而且还可以在MIRV母舱中节省下来的空间配置更多的诱饵和假目标，以达到更强的突防性能。通过大致计算，20枚这样的导弹，可以搭载160枚弹头对美国约26%的人口实施有效核威慑。
美国现在总共有1 957枚核弹头。如果有美国六分之一的军费，估计就能够承受大约320枚核弹头的发展数量。当然如果实施的是有限核威慑政策，弹头数量还要更少，对经济的压力更小。
由于弹头数量较少，从武器的生存性上考虑，可能有人认为不但没有必要增加到10个子弹头，而且要把子弹头数量降更多，来增加导弹的数量，比如说每一枚导弹只携带3枚子弹头，这样在敌方先发制人核打击下，可能有更多的导弹幸存下来。但现在来看并不需要这样，第一个原因是最大型的洲际导弹并不见得是一国最先进的战略核武器，其机动能力有限是最大的弊端。对于一种地下井固定发射的战略核武器，增加数量并不是最优选择。这一策略应该应用于生存性更强的机动式战略导弹发射系统。即机动式战略导弹如果采用分导式多弹头，可以减少弹头数量，增加导弹数量，来最大程度实现导弹战时生存性。
◎美国“民兵”3洲际导弹于2015年3月23日进行发射试验的场面，发射后形成了一圈烟云
第二个原因是如果已开始研制反导系统，那么将为数量有限的战略导弹撑起保护伞，使这类固定发射的战略导弹具备更强悍的生存性能，因此没必要将单枚导弹弹头数减得更多，保持8枚能实现打击效果的最大化。
弹道导弹与核武器联合在一起，就成为了世界上最恐怖的武器，因此在冷战时期美苏就开始大规模研制各种反导武器来对抗。为应对敌方的反导武器，美苏开始在导弹上使用多弹头技术。首先是集束式弹头，但是集束式弹头的弹道仍然是相对固定的，就好比撒了一把石头子扔向对手，其弹道仍然是可以预测的，即被拦截的可能性仍然很大，因此在上世纪60年代，美国首先开发了分导式多弹头技术。
分导式多弹头（MIRV）弹道导弹的弹头母舱按照预定程序在不同轨道释放子弹头（实际是载具），多个弹头沿着不同的轨道再入大气层，可打击横向和纵向范围内几十到上百千米的多个目标。
当导弹飞至预定释放第一个子弹头的弹道附近时，弹头母舱与末级火箭分离。此时弹头母舱的末助推系统点火，并作机动飞行，对弹道进行精确修正，接着母舱的发动机关机，启动释放装置，释放第一个子弹头。然后，母舱发动机重新点火，变换方位，调整速度，校正弹道，释放第二个子弹头。这样周而复始，直到所有子弹头放完为止。
从打击范围上看，不同弹头落点距离可达500～600千米，只要携带3枚子弹头就可实现对数千平方千米范围特定目标的打击，让对手顾此失彼。同时，分导式多弹头也能从不同弹道攻击同一个或不同目标，突防能力极强。再入段核弹头的再入速度很大，进行低空拦截的可能性几乎为零。多弹头分导技术是应对导弹防御系统最有效的途径之一，以SS-18导弹为例，携带10枚小型核弹头，10发SS-18同时发射将在大空域内产生100枚核弹头和数百个诱饵，对导弹防御系统形成饱和攻击。
如何决定带多少个分导式子弹头
一枚导弹究竟带多少个分导式子弹头，这需综合考虑目标性质、突防效果、导弹射程、载荷和核装置大小、工艺水平以及经济性等。例如要打击对方的导弹发射井，分导式多弹头的精度要求更高，因此数量并不是越多越好。而要打击对手的大城市、未加固的指挥中心等软目标，精度要求不高，可以携带更多的弹头以实现杀伤效果的最大化。再如要实现更好的突防效果，或者敌人的反导实力很强，就要携带更多弹头，反之则不用。
如果导弹的有效射程非常远，例如达到了13 000千米以上，那么可携带弹头数量就有较大的冗余量，能够在打击洲际目标上尽量携带更多弹头。如果有效射程只有7 000～9 000千米，那么要击中极限目标，则要削减弹头数量以减轻载荷，尽量实现导弹射程的最大化。
导弹载荷这个指标很好理解，核装置大小是另一个重要指标。核弹头小型化技术越高，就能携带更多的子弹头。
核武器的研制、维护和保养的费用都很高。如果一个国家没有实力来研制更多的核弹头，也就限制了子弹头的数量。如果一个国家只能承受120枚子弹头的数量，那么它的策略是使用40枚带有3枚子弹头的导弹而不是15枚带有8枚子弹头的导弹，因为后者导弹数量更少，更易遭到对手打击而丧失核反击能力。当然像美苏冷战时期不计成本造导弹、造弹头的情况不在此列。
除此以外，条约限制也是重要原因。例如美俄导弹分导式子弹头数量下降并不是因为两国技术水平落后，而是条约限制的结果。从层级上看，导弹射程、载荷和核装置大小直接影响子弹头数量的多寡，而目标性质、经济条件等为间接影响因素。
从弹头小型化到母舱控制技术
战略导弹的相关数据肯定是严格保密，但这并不等于在公开媒介没有分析它的性能依据。由于运载火箭和洲际导弹密切相关，可通过公开的运载火箭情况来猜测洲际导弹的相关情况。
早期洲际导弹的有效载荷范围估测在3吨以下，射程在10 000千米左右。这两个指标已经限制了当时采用分导式多弹头的能力。此外，导弹打击精度也是重要因素。上世纪80年代苏美主力导弹CEP为300～500米，有的可达200米。多年前中国曾经进行过一箭三星的发射，这被外界普遍认为拥有了分导式多弹头能力，但发射卫星是在相邻较近的轨道上依次投放卫星，并没有达到军用分导式多弹头突防的要求。再加上洲际导弹本身射程、精度上的限制，没有使用分导式多弹头的条件。改进型洲际导弹在增大第一、第二级发动机的推力后，射程可能大于12 000千米，调整载荷后甚至可能将射程延伸到13 000～15 000千米。此外在进入上世纪90年代后，惯导技术有了明显进步，例如美国“民兵”Ⅲ惯导平台漂移度水平是每小时0.005度。入轨精度和导航精度的提升，足以将导弹精度由千米级提升至百米级。
对于空间有限的导弹来说，核武器小型化技术意味着弹头尺寸重量至少比原来的弹头缩小三分之一以上，否则就没有任何意义，因为弹头小型化至少要满足在原来的空间内装3个以上的弹头。例如美军“大力神”导弹在1961年使用的W38单弹头，长两米，直径81厘米。“民兵”Ⅲ是美军首个使用分导式多弹头的导弹，其搭载的W62弹头长182厘米，直径55厘米，重114千克。美海军第一枚小型化核弹头是诞生于1957年的W47弹头，直径46厘米，弹长120厘米，重330千克。美国现在最先进的海军W88核弹头长1.75米，直径55厘米，重量约360千克。也就是说核弹头小型化后，长度范围为1.7～1.8米，直径为50～ 80厘米，重量在300～400千克。核弹头小型化的关键问题在于缩小后仍具有较强的打击能力，而且陆基核导弹相比海基核导弹空间更大，能容纳尺寸更大、当量更大的小型化核弹头。 如果一个国家承认突破了弹头小型化技术，那么意味着其弹头尺寸也应在美军的弹头尺寸范围之内，而不会有太大的误差，否则弹头小型化就无从谈起。如果从公开阅兵场面目测判断一型导弹直径约3.1～3.35米，弹头整流罩长约2.5米，那么以美国“三叉戟”ⅡD5潜射导弹的W-88核弹头的弹体尺寸标准来看，装载8～10枚弹头是没有问题的。
如果射程、载荷乃至核武器小型化技术都已不是使用分导式多弹头的技术障碍，那么还要克服一项关键技术，即MIRV母舱多弹头投送技术及其相关控制程序。
MIRV母舱是军事上的说法，实际这种技术在民用多星发射上，被称为自主控制上面级及其卫星分配器系统。如果能几次进行多星发射成功，就意味着在上面级关键控制技术上取得了突破。MIRV母舱控制技术的关键在于弹头在不同轨道分离之后，母舱的质心位置会发生较大变化，这就要求控制系统能够精确控制母舱的俯仰、偏航和滚动。MIRV母舱控制技术和多星发射在控制上完全是相通的。上世纪80年代曾任美国国防部长的著名物理学家哈罗德·布朗曾经公开表示：我们（美国）已经从一个运载器上释放了八个卫星，这种办法尽管与分导式多弹头技术不是完全一样，但也是非常相似的。换个角度看，卫星入轨需要的精度比核弹头要更高，这反过来会促进分导式多弹头技术发展。
导弹外观因素
如果洲际导弹采用了头部钝圆的整流罩而非以前的锥形整流罩，说明这种整流罩可以为内部的弹头建立一个有恒定温度、湿度的空间，从而保证弹头的存放环境要求。如果整流罩上方还分布着一些连接装置，则可能是导弹整流罩的平行分离式机构。这种整流罩平行式分离机构主要优点是能够在导弹弹道的初始阶段就开始分离整流罩，这样既可以适应导弹早期机动变轨的需要，也节省了载荷空间以携带更多弹头或者诱饵。
从导弹发射车外观判断导弹尺寸的一个参照物是牵引车的轮胎。一些熟悉军用卡车的朋友或许知道，导弹牵引车使用的是一种军用卡车经常使用的全钢载重子午线轮胎。这种轮胎的直径网上都可以查到，大约1.2米。比如，如果从外观估测导弹整流罩收敛点到导弹顶端的距离大约为2.7个左右轮胎直径的长度，就可大致估测出导弹整流罩长3.3米。再比如，如果估测出MIRV母舱直径约3.2米，那么从多弹头的排列方式来看，直径为80厘米、长1.8～1.9米的小型核弹头可以一圈排列8枚，而直径64厘米，长1.75米的小型核弹头可以一圈排列10枚。直径为80厘米、长1.8米这一标准对于掌握核弹头小型化技术的国家，并不是高不可攀。
决定核导弹分导式多弹头数量的因素，除了技术之外，还有其它条件限制。其他国家的洲际导弹可能与美国“民兵”导弹攻击对手发射井的用途并不一样，而是在有限核威慑的思想下，通过较少的导弹数量来搭载分导式多弹头，实现最大限度的突防，对敌方城市群实施大规模核报复，最大程度杀伤对方的人口和工业基础设施，遏制敌方对己方先发制人的核打击。假设一个国家有20枚这种导弹，每枚携8个弹头，总共可以投掷160个核弹头，等于可以攻击对手160个城市目标。根据美国最新的城市人口统计，加州是美国城市数量最多的州，总共有70座城市，人口达3 800万，也是美国人口最多的州。美国人口第二第三的德克萨斯州和佛罗里达州的城市总数也没60个。也就是说，20枚这样的多弹头导弹就可涵盖美国人口密集的三个州。
如果1枚导弹的分导式弹头数量增加到10枚，那么毁伤增加的力度则并不十分明显，因为美俄以外国家的导弹数量有限，而且弹头增加意味着单个弹头当量要下降，这不但取决于弹头小型化技术的进一步提升，也和导弹载荷的限制有关。因为毕竟不是谁都有俄罗斯SS-18那样载荷超过8吨的超重型大杀器，也不会像冷战时期美国那样，追求精度和数量主要对敌方发射井实施攻击。
因此，配置8枚子弹头更符合这种战略核威慑策略，而且还可以在MIRV母舱中节省下来的空间配置更多的诱饵和假目标，以达到更强的突防性能。通过大致计算，20枚这样的导弹，可以搭载160枚弹头对美国约26%的人口实施有效核威慑。
美国现在总共有1 957枚核弹头。如果有美国六分之一的军费，估计就能够承受大约320枚核弹头的发展数量。当然如果实施的是有限核威慑政策，弹头数量还要更少，对经济的压力更小。
由于弹头数量较少，从武器的生存性上考虑，可能有人认为不但没有必要增加到10个子弹头，而且要把子弹头数量降更多，来增加导弹的数量，比如说每一枚导弹只携带3枚子弹头，这样在敌方先发制人核打击下，可能有更多的导弹幸存下来。但现在来看并不需要这样，第一个原因是最大型的洲际导弹并不见得是一国最先进的战略核武器，其机动能力有限是最大的弊端。对于一种地下井固定发射的战略核武器，增加数量并不是最优选择。这一策略应该应用于生存性更强的机动式战略导弹发射系统。即机动式战略导弹如果采用分导式多弹头，可以减少弹头数量，增加导弹数量，来最大程度实现导弹战时生存性。
第二个原因是如果已开始研制反导系统，那么将为数量有限的战略导弹撑起保护伞，使这类固定发射的战略导弹具备更强悍的生存性能，因此没必要将单枚导弹弹头数减得更多，保持8枚能实现打击效果的最大化。