论文部分内容阅读
2009年2月14日，朝鲜官方公开宣布，要用一枚“银河”2运载火箭发射一颗“光明星”2试验通信卫星。在此之前，韩美情报机构推断，朝鲜欲在咸镜北道试射“大浦洞”Ⅱ弹道导弹。朝鲜的声明并未打消韩国的疑虑。当日，韩国国防部长李相熹称，韩国政府认为朝鲜发射导弹的可能性很大。曾在中央情报局供职的美国朝鲜问题专家布鲁克，克林纳也认为，朝鲜借发射卫星试射导弹的可能性为70％～80％。那么，韩美为什么会作出这样的估计?是发射卫星与发射弹道导弹难以区分吗?把运载火箭改成中远程甚至洲际弹道导弹需要解决哪些技术问题呢?
早期运载火箭多由弹道导弹改装而成
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，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。
1957年8月21日，苏联第一枚也是世界第一枚洲际弹道导弹P-7(美国代号SS-6，北约代号“警棍”)的飞行试验获得成功。该型导弹为液体导弹，由中央芯级和周围捆绑的4个助推器构成。导弹发射时，中央芯级和4个助推器同时点火工作。飞行中，4个助推器先行熄火和分离，中央芯级则继续工作，直至关机。在此前的1956年1月30日，苏联政府就作出发展人造地球卫星的决定，同时要求在P-7导弹的基础上研制一种派生型火箭，将卫星送入太空轨道。将P-7导弹改为运载火箭的工作由科罗廖夫负责。他首先将P-7导弹的核弹头卸下为卫星腾出位置：然后去掉中央芯级顶部300千克重的无线电设备，换上一个用于连接卫星的圆锥形接合器；再拆走液体火箭发动机的振动测量装置……如此拆拆装装、装装拆拆，定名为“卫星”号(苏联代号8K71PS)的适于安装卫星的运载火箭终于在1957年上半年基本研制完成，并于当年10月4日将代号为“人造卫星”Ⅲ的卫星送入环绕地球飞行的轨道。美国发射第一颗人造卫星“探险者”Ⅰ的运载火箭“朱诺”Ⅰ，也是以“红石”液体弹道导弹为基础改制而成的。
综观世界各国运载火箭的发展，无不与液体弹道导弹技术的发展密切相关。苏联在“卫星”号的基础上，又逐步发展了“东方”号、“联盟”号、“能源”号等运载火箭。继“朱诺”Ⅰ后，美国还在“雷神”、“宇宙神”、“大力神”等液体弹道导弹的基础上发展了“雷神”、“宇宙神”、“大力神”和“德尔塔”等系列运载火箭。西欧诸国早期联合研制的“欧洲”号运载火箭，也是以英国的“蓝光”液体弹道导弹为基础。中国的“长征”系列运载火箭，同样是在液体弹道导弹的基础上发展起来的。伊朗于2009年2月3日将其首颗自主研制的“希望”号科研卫星送入太空的“信使”Ⅱ运载火箭，则由“流星”Ⅲ导弹改装而成。
不过，日本却是一个例外。囿于《和平宪法》，日本并不拥有自行研制、开发的弹道导弹，但在“和平利用”的旗号下，其运载火箭技术似乎不落人后。日本先后开发出L、M、N、H、J五个系列11种型号的运载火箭，并用自行研制的火箭成功地发射了包括通信卫星、侦察卫星和气象卫星在内的50多颗不同轨道的卫星。1989年，日本还成功地向月球发射了一个“先驱者”探测器，成为世界上继美、苏之后第三个探月的国家。目前，无论是在火箭发动机推进剂、材料、喷管方面，还是在火箭的控制、发射技术方面，日本都积累了丰富的经验并达到世界一流水平。计算表明、日本的M-3S火箭可发展成有效载荷500千克、射程4 000千米的弹道导弹。其三级固体火箭N-5，可将2000千克有效载荷送入250千米的低地球轨道，运载能力与美国的“民兵”Ⅲ和俄罗斯的“白杨”弹道导弹相当。若将该火箭的一、二级壳体材料由合金钢改为碳纤维复合材料，则可将超过4000千克的有效载荷投送到10000千米以远的目标处。
能发射卫星表明运载火箭具有较强的运载能力
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。在不引起误会的情况下，人造地球卫星也可简称为人造卫星或卫星。要使卫星不停地绕地球旋转，卫星运行速度不得小于第一宇宙速度——每秒7.91千米，否则，卫星就会落回到地球上来；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1665千米，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，不太容易用单级火箭实现宇宙飞行。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，下一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。
发射导弹和发射卫星如何区分?
要判断朝鲜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很难辨别，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，都是从地面起飞4～16秒后，按预定的飞行程序转弯，穿越大气层，当达到预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，火箭发动机被拋掉。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，弹头再也无力往上爬了，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。
运载火箭改弹道导弹要考虑的问题
在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，一个要解决弹头设计问题，另一个要解决弹头再入问题。
很显然，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。尽管第一代核武器的基本原理已经成为公开的秘密，甚至美国的中学生都曾设计出了同实弹相近的原子弹，但要真正实现核爆炸、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，却比想像的要复杂得多。就连日本这样技术先进、产业发达的国家，“即使没有法令和条约的制约，利用国内现有的核设施和核燃料，在一两年之内实现核武器的国产化也是不可能的。要想试制出小型核弹头，至少需要3～5年的时间以及2000亿～3000亿日元的预算，并需要动员数百名技术人员”。更不用说其它国家了。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，其表面温度达数千摄氏度，驻点处可达8000℃～10000℃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。并且弹头再入大气层时，还会遇到横向过载、滚动共振及粒子云侵蚀等问题，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。从目前情况看，对于这一领域的研究，除五个“法定的”核国家外，日本也具有相当的水准。1969年，日本东丽公司生产出了世界上首批高强度碳纤维，并在此基础上制造出耐高温、耐烧蚀、抗热震的碳/碳复合材料。该材料还于70年代末被美国“民兵”Ⅲ导弹的MK-12弹头头锥采用。1996年2月12日，日本成功进行了“希望”号航天飞机“高超音速飞行试验件”(HYFLEX)的再入试验。2002年2月4日，日本又完成了超高速大气层再入系统试验仪(DASH)的测试。这些试验表明，日本已解决相当于3000千米射程的弹道导弹弹头的再入防热问题。
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。
编辑 李海峰
早期运载火箭多由弹道导弹改装而成
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，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。
1957年8月21日，苏联第一枚也是世界第一枚洲际弹道导弹P-7(美国代号SS-6，北约代号“警棍”)的飞行试验获得成功。该型导弹为液体导弹，由中央芯级和周围捆绑的4个助推器构成。导弹发射时，中央芯级和4个助推器同时点火工作。飞行中，4个助推器先行熄火和分离，中央芯级则继续工作，直至关机。在此前的1956年1月30日，苏联政府就作出发展人造地球卫星的决定，同时要求在P-7导弹的基础上研制一种派生型火箭，将卫星送入太空轨道。将P-7导弹改为运载火箭的工作由科罗廖夫负责。他首先将P-7导弹的核弹头卸下为卫星腾出位置：然后去掉中央芯级顶部300千克重的无线电设备，换上一个用于连接卫星的圆锥形接合器；再拆走液体火箭发动机的振动测量装置……如此拆拆装装、装装拆拆，定名为“卫星”号(苏联代号8K71PS)的适于安装卫星的运载火箭终于在1957年上半年基本研制完成，并于当年10月4日将代号为“人造卫星”Ⅲ的卫星送入环绕地球飞行的轨道。美国发射第一颗人造卫星“探险者”Ⅰ的运载火箭“朱诺”Ⅰ，也是以“红石”液体弹道导弹为基础改制而成的。
综观世界各国运载火箭的发展，无不与液体弹道导弹技术的发展密切相关。苏联在“卫星”号的基础上，又逐步发展了“东方”号、“联盟”号、“能源”号等运载火箭。继“朱诺”Ⅰ后，美国还在“雷神”、“宇宙神”、“大力神”等液体弹道导弹的基础上发展了“雷神”、“宇宙神”、“大力神”和“德尔塔”等系列运载火箭。西欧诸国早期联合研制的“欧洲”号运载火箭，也是以英国的“蓝光”液体弹道导弹为基础。中国的“长征”系列运载火箭，同样是在液体弹道导弹的基础上发展起来的。伊朗于2009年2月3日将其首颗自主研制的“希望”号科研卫星送入太空的“信使”Ⅱ运载火箭，则由“流星”Ⅲ导弹改装而成。
不过，日本却是一个例外。囿于《和平宪法》，日本并不拥有自行研制、开发的弹道导弹，但在“和平利用”的旗号下，其运载火箭技术似乎不落人后。日本先后开发出L、M、N、H、J五个系列11种型号的运载火箭，并用自行研制的火箭成功地发射了包括通信卫星、侦察卫星和气象卫星在内的50多颗不同轨道的卫星。1989年，日本还成功地向月球发射了一个“先驱者”探测器，成为世界上继美、苏之后第三个探月的国家。目前，无论是在火箭发动机推进剂、材料、喷管方面，还是在火箭的控制、发射技术方面，日本都积累了丰富的经验并达到世界一流水平。计算表明、日本的M-3S火箭可发展成有效载荷500千克、射程4 000千米的弹道导弹。其三级固体火箭N-5，可将2000千克有效载荷送入250千米的低地球轨道，运载能力与美国的“民兵”Ⅲ和俄罗斯的“白杨”弹道导弹相当。若将该火箭的一、二级壳体材料由合金钢改为碳纤维复合材料，则可将超过4000千克的有效载荷投送到10000千米以远的目标处。
能发射卫星表明运载火箭具有较强的运载能力
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。在不引起误会的情况下，人造地球卫星也可简称为人造卫星或卫星。要使卫星不停地绕地球旋转，卫星运行速度不得小于第一宇宙速度——每秒7.91千米，否则，卫星就会落回到地球上来；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1665千米，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，不太容易用单级火箭实现宇宙飞行。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，下一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。
发射导弹和发射卫星如何区分?
要判断朝鲜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很难辨别，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，都是从地面起飞4～16秒后，按预定的飞行程序转弯，穿越大气层，当达到预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，火箭发动机被拋掉。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，弹头再也无力往上爬了，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。
运载火箭改弹道导弹要考虑的问题
在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，一个要解决弹头设计问题，另一个要解决弹头再入问题。
很显然，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。尽管第一代核武器的基本原理已经成为公开的秘密，甚至美国的中学生都曾设计出了同实弹相近的原子弹，但要真正实现核爆炸、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，却比想像的要复杂得多。就连日本这样技术先进、产业发达的国家，“即使没有法令和条约的制约，利用国内现有的核设施和核燃料，在一两年之内实现核武器的国产化也是不可能的。要想试制出小型核弹头，至少需要3～5年的时间以及2000亿～3000亿日元的预算，并需要动员数百名技术人员”。更不用说其它国家了。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，其表面温度达数千摄氏度，驻点处可达8000℃～10000℃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。并且弹头再入大气层时，还会遇到横向过载、滚动共振及粒子云侵蚀等问题，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。从目前情况看，对于这一领域的研究，除五个“法定的”核国家外，日本也具有相当的水准。1969年，日本东丽公司生产出了世界上首批高强度碳纤维，并在此基础上制造出耐高温、耐烧蚀、抗热震的碳/碳复合材料。该材料还于70年代末被美国“民兵”Ⅲ导弹的MK-12弹头头锥采用。1996年2月12日，日本成功进行了“希望”号航天飞机“高超音速飞行试验件”(HYFLEX)的再入试验。2002年2月4日，日本又完成了超高速大气层再入系统试验仪(DASH)的测试。这些试验表明，日本已解决相当于3000千米射程的弹道导弹弹头的再入防热问题。
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。
编辑 李海峰