大学生了没小叶rocky:MIRV技术漫谈

MIRV技术漫谈

军事科普 2010-01-25 05:07:46 阅读54626 评论48 字号：大中小

一、研制背景

新式武器研制的决策和指导思想来源于对威胁的分析。50年代后期，苏联导弹技术突飞猛进，打破了美国在远程轰炸机上对苏联的垄断性核优势，促使美国也大力发展导弹技术以巩固自己的核打击力量优势地位。为了尽快提高第一次核打击的能力和节省装备费用(主要是运载器和地下井的费用)，美国人首先提出了多弹头（Multiple Reentry Vehicle, MRV）技术，在一枚导弹上装载尽可能多的核弹头。这一思路和装备大型远程轰炸机以求一次轰炸尽量多携弹是一样。不同的是，导弹要比轰炸机难拦截的多，最开始导弹几乎就是不可拦截的。

有矛就有盾，1958年苏联开始研制A-35反弹道导弹系统（西方称为ABM-1“橡皮套鞋”），采用百万吨级核反导战斗部摧毁来袭的敌核弹头，有效杀伤半径为6～8 km。在苏联的核反导系统面前，弹道几乎一样的美国集束式MRV一旦被击中将几乎无一幸免。

苏联的A-350核反导弹

在突破反导的战术要求和已取得技术突破（核弹头小型化和空间飞行器姿控技术）的背景下，美国于1962年提出了分导式多弹头（Multiple independently reentry vehicle, MIRV）的概念。与MRV不同，MIRV的多个弹头飞行弹道不同，可打击横向和纵向范围内几十到上百公里的多个目标。一枚反导弹只能最多摧毁一个子弹头，这样反导弹与进攻导弹的交换比将大大下降，反导系统的效能大大降低。此外，随着制导、再入飞行器技术和核武器小型化的发展，子弹头的命中精度也达到了可以摧毁硬目标（如导弹发射井）的要求，装备MIRV的洲际导弹成为一种理想的“第一次核打击”（打击军事目标）武器。

MIRV弹道示意图

基于上述理由，MIRV立刻得到了美国军方的青睐。1964-1968年，美国开展了MIRV的探索性研制, 并在关键技术获得成果的基础上进入工程研制阶段。1970年6月，在“民兵III”导弹上首批部署了MK12/W62分导式多弹头。1971年3月, 又将MK3/W68分导式多弹头装备在“海神”C3导弹上。

美国在取得MIRV技术突破后为了限制对方的发展和减轻自己的负担, 与苏联开展了军控谈判。而到了1972年，苏联的A-35反导系统也正式建成服役。同年5月，美苏达成《关于限制进攻性战略武器的某些措施的临时协定》（SALT）和《限制反弹道导弹系统条约》（ABMT）。前者将战略导弹的总限额定为美1710枚、苏2358枚，但没有限制弹头数目。后者约定了反导弹系统的定义，“只允许双方按规定在各自的首都周围和一个洲际弹道导弹地下发射井周围建立有限度的反弹道导弹系统”。

1972年5月26日，尼克松和勃列日涅夫在莫斯科签署SALT

苏联从来都是“美国有的苏联也一定要有”，以取得战略平衡。1973年苏联开始试验第一批MIRV, 1975年开始装备部队, 比美国晚了五年。部署的导弹有SS-17，带4个子弹头；SS-18, 带8个子弹头；SS-19, 带6个子弹头。

随着美苏在导弹上装的子弹头越来越多，“第一次核打击”的能力越来越强，军备竞赛再次不断升级, 迫使双方不得不再坐下来谈判限制核弹头的数目。1991年达成的《第一阶段削减进攻性战略武器条约》（START I）对运载器、总投掷当量、第1次打击能力和战略核弹头总数的限制都作了规定，其中限定美国的核弹头总数不超过10395个、俄罗斯不超过8084个。1993年1月双方又签署了《第二阶段削减进攻性战略武器条约》（START II）条约 (未批准)。条约规定，在2003年1月1日之前(后来延至2007年12月31日），美俄部署在进攻性战略武器上的核弹头总数将分别削减至3000~3500枚，销毁所有陆基MIRV洲际弹道导弹。美国的和平保卫者MX导弹和俄罗斯的SS-24导弹因此于2005年全部退役。

二、装备情况

截至2009年初，美国现役的陆基MIRV导弹只有民兵III导弹，每枚装备1~3个MK12A/W78（33.5万吨当量）。据估计有250枚民兵III导弹装备了350个MK12A/W78弹头。美国现役的海基MIRV导弹也只有三叉戟 II D-5导弹，每枚导弹装备4-6个MK4/W76、MK4A/W76-1（10万吨当量）弹头或MK5/W88（47.5万吨当量）弹头。据估计，共有288枚三叉戟 II D-5导弹部署在14艘Ohio级战略核潜艇上，装备了718个MK4/W76弹头，50个MK4A/W76-1弹头和384个MK5/W88弹头，共1152个弹头。美国目前没有新的MIRV导弹研制计划。

截至2010年初，俄罗斯现役的陆基MIRV导弹包括的50枚SS-18导弹，每枚装备10个55万吨当量子弹头，共500个弹头；60枚SS-19导弹，每枚装备6个40万吨当量子弹头，共360个弹头。海基的MIRV导弹包括64枚SS-N-18导弹，每枚装备3个5万吨当量子弹头，共192个弹头，部署在5艘Delta III级战略核潜艇上；96枚SS-N-23导弹（包括“轻舟”及其改进型“蓝天”），每枚装备4枚10万吨当量子弹头，共384个弹头，部署在6艘Delta IV级战略核潜艇上。俄罗斯正在发展新型陆基MIRV洲际导弹RS-24，每枚装备3个40万吨当量子弹头，一般认为其改进自SS-27（白杨-M）。2007年5月29日、12月25日和2008年11月26日，RS-24进行了三次成功试射，原计划于2009年开始服役，现已推迟到2011年，计划还要进行1~2次试射。俄罗斯还计划研制一种液体燃料的陆基MIRV导弹，以替代已经超期服役的SS-18和SS-19导弹，但目前项目尚未开始。新型海基MIRV洲际导弹Bulava，估计每枚装备4~6枚子弹头，原计划2009年服役，由于屡次试验失败，至少会推迟到2012年。Bulava计划装备在955型战略核潜艇上，每艇可携带16枚导弹。目前已有四艘955型艇建成或建造中。

法国是第三个发展MIRV技术的国家。与美苏在第一次核打击力量上装备MIRV不同，法国的MIRV装备在作为第二次核打击（核反击）力量的潜射导弹上，这是为了在有限的核潜艇和潜射导弹上实现尽可能多的核打击力量。法国第一种MIRV导弹是M4潜地弹道导弹，1976年开始研制，1980年11月首次飞行试验成功，1985年5月开始在“不屈”号导弹核潜艇上部署，每枚带6个15万吨当量的TN-70和TN-71子弹头。随后又研制了射程更远的M45导弹，1991年12月首次试射，1996年3月开始在“胜利”号导弹核潜艇上部署。每枚M45导弹带4~6个15万吨当量的TN-75子弹头。法国目前在3艘“凯旋”级战略核潜艇上部署了48枚M45导弹，共携带240个弹头。法国正在发展装备6个TN75弹头（未来使用TNO弹头）的M51导弹，计划于2010年服役，以替换M45导弹。

英国没有发展自己的MIRV技术，其装备的“三叉戟” II D5潜地洲际导弹是从美国购买的。目前英国有4艘“前卫”级战略核潜艇，每艘可携带16枚“三叉戟” II D5导弹，每艘潜艇上共部署48枚10万吨当量弹头（英国版的MK12/W76）。据估计，英国共部署了200枚核弹头，未来将缩减至160枚。

三、工作原理

MIRV由末助推级（post boost vehicle, PBV，又称弹头母舱）和子弹头（reentry vehicle, RV）组成，外面由整流罩（头罩）包裹。PBV由推进舱、制导舱和释放舱组成，子弹头固定在释放舱上。PBV的主要任务是在导弹助推段结束后给子弹头以必要的机动能力，并在预定的姿态和弹道上逐个释放子弹头和突防装置。

下面以美国民兵III导弹的MIRV为例作一介绍。民兵III导弹的第四级（PBV）推进舱重约210 kg、高457 mm、直径1320 mm。外壳为镁合金壳体，内壁衬有软木。推进舱下端与第三级前端连接，上端则与制导舱相连。推进舱共有11台液体火箭发动机，其中1台是主发动机，10台是姿态控制小发动机，推进剂均采用一甲基肼和四氧化二氮。主发动机的任务是根据制导系统的指令提供必要的轴向推力，以调整PBV的速度。发动机安装在推进舱的底部的中央。具有多次起动的能力，推力1.4 kN，可以在俯仰和偏航两个方向上摆动，最大摆动角度约5度。10台姿态控制发动机的任务是根据制导系统的指令提供必要的俯仰、偏航和滚动所需要的推力，以调整PBV的姿态。其中4台用于控制俯仰(成对地安装在推进舱的两侧)，2台用于控制偏航，4台用于控制滚动。这10台发动机都安装在推进舱的四周。这些发动机的喷管出口端都与推进舱外壳相嵌接，以使其燃气通过推进舱外壳的开口排出。控制俯仰和偏航的6台发动机每台推力为102 N，控制滚动的4台发动机每台推力为80.4 N。

民兵III导弹PBV的推进舱

制导舱内装有惯性平台、三个加速度表、两个双轴向控制陀螺、电子控制装置、数字计算机等制导系统部件。制导系统的任务是：控制导弹的飞行、级间分离、推力中止、解除保险、释放子弹头和突防装置以及其他飞行功能。制导舱下端与推进舱连接，上端与释放舱相连。

下面是制导舱，上面是包裹在整流罩中的释放舱及弹头

释放舱是子弹头的分离释放机构，位于制导舱的上方，用于在导弹贮存或飞行期间支承并固定子弹头。分离释放机构的支座用爆炸螺栓将子弹头固紧，释放子弹头时炸开爆炸螺栓。突防装置（诱饵和金属箔条）也固定在释放舱内，和子弹头伴随释放。

整流罩的作用是使导弹保持完整的气动外形和保护子弹头。整流罩的外形为尖拱形，在导弹飞出大气层后，借助两个小火箭将整流罩沿导弹飞行方向推离PBV，两个小火箭最大推力为5 kN。

子弹头下方是释放舱，旁边是整流罩

民兵III导弹的MIRV设计充分考虑了对苏联导弹防御系统的突防性能，突防方案具有很强的针对性和目的性，典型工作流程如下：

民兵III导弹起飞后120秒抛整流罩，高度约100公里；210秒三级发动机分离，高度约240 km；3秒后PBV开始工作，进行星光定位，并按照计算机预定的程序，对PBV的方向和速度进行修正；当PBV滑翔到适宜的位置调整到预定姿态，开始沿着对射程不敏感的方向顺序地释放子弹头、金属箔条云团和诱饵，使子弹头或诱饵置于金属箔条云团之中；每次释放后PBV重心位置发生跳动，推进舱重新工作，调整PBV的飞行方向、速度和姿态到新的弹道，再投出下一个子弹头或诱饵；全部突防系统投放完毕后，在真空段形成3串并行“糖葫芦”式的多目标群构成的多目标飞行状态，每个多目标串大约有4-6个单目标群，每个群中多数含有诱饵和钨丝形成的干扰云团；少数目标串中含有子弹头，为的是真假混淆、以假乱真。以“2个子弹头+10个再入诱饵+12个单目标群”的方案为例，3串多目标串之间的间距(在下降段360 km高度)为28 km，目标群的串长113 km，3个目标群串落地时的横向间距分别可达到175km和149km。参见下图：

MX弹头再入。如果是真实的核战争，可能就是这样的恐怖场景了：

多个小当量的子弹头适用于打击形状不规则的城市目标

四、MIRV的多种布局

在同样的原理下，MIRV可以有不同的布局。

MX导弹的MIRV构型类似于民兵III。陆基地井部署弹导弹对长度要求不大，因此子弹头全部放置在PBV上，而PBV位于三级发动机之上。

而海基导弹对长度要求比较苛刻，因此有些海基导弹的PBV、子弹头和三级发动机嵌套放置，比如下图中的三叉戟II D5导弹，这里的子弹头是MK4/W76：

苏联的海基导弹采取了倒置式的MIRV布局（无论是液体还是固体导弹），比如下图中装载在“台风”级核潜艇上的SS-N-20导弹。

据说Bulava导弹的MIRV也采用这种倒置布局：

如果不加整流罩，为了减小气动阻力，可以用紧凑式布局，比如下图中的苏联SS-20导弹，其PBV也非常独特：

苏联人确实很有创造性，SS-18重型洲际导弹还有一种独特的子弹头上下重叠布局（左2）：

弹头数较少时，RV可以围绕PBV布置，比如苏联的SS-17：

五、我国的MIRV导弹研制

美国在60年代发展MIRV是在相关技术取得突破的背景下进行的。发展MIRV技术所需要的主要技术有：1，小型化弹头技术，包括热核武器的小型化和再入飞行器的小型化。2，空间飞行器姿控技术，包括空间定位和弹头分离姿态控制技术。从一些公开报道看，我国很早就有发展MIRV的计划。据说80年代计划中的DF-41就是一种MIRV导弹，用于取代DF-5。上个世纪90年代我国在这两个方面都取得了重大突破。一方面经过不懈的努力，掌握了小型化弹头技术。姿控方面，研制成功PBV推进舱用的多次启动变推力液体火箭发动机。空间飞行器姿控技术是一种典型的军民两用技术，MIRV和发射多颗不同轨道的多星发射技术有很多相通的地方。为Motorola公司研制发射铱星的CZ-2C/SD火箭上的“智能分配器”可以看作是一个PBV的简化原型。

CZ-2C/SD火箭“智能分配器”，可用自旋抛出方式一次将两颗铱星送入轨道

随着相关技术的突破，我国的第一种MIRV导弹DF-5B于2001年正式立项研制，2006年6月首飞成功。我国成为世界上第四个掌握MIRV技术的国家。一点也不奇怪的是，我国在掌握了MIRV技术后于2008年9月用CZ-2C/SMA火箭发射了HJ-1A、HJ-1B双星。《中国航天报》对这次发射报道说：“长征火箭虽然曾多次执行一箭多星发射任务，但卫星都是处于同一轨道。在本次发射任务中，长二丙SMA火箭把环境与灾害监测预报小卫星A、B星准确送入不同的轨道，实现了我国发射技术的重大突破。实现这一技术突破的关键是对火箭上面级的精准控制。（火箭总指挥）郑全宝用“跳芭蕾舞”来比喻火箭上面级在太空中的 17项精彩表演：滑行、调姿、变轨、减速、末修、释放A星……释放B星、回落，那种精彩似乎只有训练有素的舞蹈家才能声情并茂、姿态优美地展示出来。” 未来的北斗二号也计划采用CZ-3B火箭进行一箭双星发射。

官方并没有公开DF-5B的外形，不过某礼品公司为二炮订做的某型号导弹模型似乎就是这种多弹头导弹。整流罩的外形与DF-5和DF-5A完全不一样，倒是和苏联的SS-18导弹很相似。

在网络上一段对中国运载火箭技术研究院的介绍视频（http://tv.people.com.cn/GB/144357/150724/10134167.html）中，笔者还发现了这样一个“奇怪”的舱段：

这个舱段实在很像MX导弹的PBV（下图），图中尖尖东西的看起来就是子弹头。从DF-5的投掷能力（3吨）来看，一般PBV占投掷重量的1/3~1/2，即PBV重1~1.5吨，那么DF-5B可以投掷至少3~4枚500kg/1Mt的弹头或者5~6枚300kg/500kt的弹头。如果DF-5B的投掷能力有所增加，则还可以投掷更多的弹头，不过，再考虑到我们可能会放置比较多的突防装置，DF-5B的子弹头估计为3~5个。从打击能力来说，3枚1Mt当量弹头的EMT比DF-5A的5Mt单弹头还大，考虑到若CEP还有所减小，则打击能力更强。

MX导弹的PBV

我国为什么要在地井部署的DF-5B而不是机动导弹DF-31和DF-31A上装备MIRV呢？我认为这是由战略和技术多方面因素决定的。我国拥有的少量核武器是用来遏止它国对我发动核袭击，是作为核反击力量使用的。我国的陆基核力量分为地井部署的DF-5系列和公路机动的DF-31系列导弹。面对美国的导弹防御系统，必须保证导弹（弹头）的突防能力。对于我国DF-5系列导弹来说，发射阵地的隐蔽性是生存的前提，一旦阵地暴露就可能丧失核反击能力 (敌人用常规武器就可以进行打击)。由于我国强调地井的隐蔽性，可选择的地点并不多，不可能大量部署DF-5系列。而单弹头的DF-5A突防能力有限，即使使用诱饵，其体型巨大的弹头也较容易被敌雷达跟踪和识别。而若改用MIRV，突防概率就大大增加了。另一方面，作为一个已经非常成熟的平台，DF-5A 导弹拥有较大的投掷能力，因此改装为MIRV型号是技术上可行且风险较低的选择。DF-5B的研制成功，实现了花费尽量少的时间和经费显著提高了现有武器装备的性能。

再来看DF-31系列导弹。在总弹头数不变的前提下，公路机动的DF-31系列导弹为了增大突防概率可有两种选择：采用MIRV或增加单弹头导弹数量。公路机动对导弹的起飞质量和运载能力有很强的限制。对二、三级公路、汽-20桥梁，导弹起飞质量的上限为约48吨（差不多就是白杨-M的重量）。携带单弹头的导弹可采用较多的突防措施, 而携带多弹头导弹的有效载荷的质量绝大部分被几个弹头所占去,所能用于突防的质量必然会比单头导弹的少许多,分摊到掩护每1个弹头的突防质量就会更少。因此, 多头导弹的每1个弹头中段和再入段突防概率下降。在助推段相同的拦截条件下,单头导弹每拦截下1枚导弹只会损失1个核弹头, 而多头导弹会损失更多的核弹头。综上所述，对有限的核弹头来说, 多枚单头导弹齐射的突防概率更高，所以公路机动的DF-31系列导弹采用了单弹头部署（白杨-M也是类似的考虑）。预计我国未来更先进的公路机动导弹也将采用单弹头部署方式，研制类似于美国“侏儒”导弹那样的小型化高机动、高抗打击、高突防能力洲际导弹。而类似于SS-24的装备MIRV的铁路机动重型洲际导弹也是一个可考虑的选择。陆基重型MIRV洲际导弹也可以有其他的部署方式，比如参考MX的深埋地下部署（DUB）方案。

JL-2模型弹弹射试验

类似于法国的思路，我国的JL-2也很可能装备MIRV，CCTV的节目中出现的JL-2模型弹的钝头外形就是一个佐证，MIRV布局可能类似美国的“三叉戟”导弹。