俄罗斯新型“萨尔马特”战略导弹为什么采用落后的液体发动机?

竹林剑客独行侠


首先需要说明的是采用液体推进剂的发动机并不代表导弹本身落后


自1900年正式开始研究液体火箭以来,液体推进剂也得到了很大发展。

1900-1957年是第一阶段,主要成果有中能低温推进剂(即液氧与煤油或酒精)和单元推进剂过氧化氢(包括高锰酸钾催化剂)。

1957-1969年为第二阶段,得到了大力发展,苏联研制了偏二甲肼和四氧化二氮,美国则对可贮推进剂、高能低温推进剂、单元推进剂进行了全面研究。

偏二甲肼是一种易燃有毒,具有强烈鱼腥味的无色透明液体,热稳定性好,冲击、压缩、摩擦、振动等均不敏感,从20世纪50年代末期开始做为液体推进剂在航天领域使用。它在生产过程中会产生N-二甲基亚硝胺(DMNA),它是一种毒性很强的高致癌化学物质。此外,在偏二甲肼使用过程以及发动机燃气中也会存在。

给地下导弹发射井加注推进剂


总体来说,当时主要的液体推进剂偏二甲肼、硝基氧化剂四氧化二氮以及低温推进剂液氧和液氢,都具有易燃、易爆,安全性比较差,还具有一定腐蚀作用。此外,推进剂和燃气还会对操作人员造成中毒、刺激与腐蚀、过敏与变态反应、环境污染等。

1969-1980年为第三阶段,主要是对已有推进剂进行性能改进和开始研究高能推进剂。

1980年后至今为第四阶段,重点研究环境友好、低冰点、高密度、绿色高能推进剂,例如硝酸羟胺基单组元推进剂、高浓度过氧化氢推进剂。

目前在液体推进剂方面,美国和俄罗斯水平最高;在大型运载火箭方面,美、俄、法基本相当;但在巡航导弹、高超声速导弹、高空高速侦察机、无人机用高密度吸热燃料(推进剂)方面美国仍具有领先优势。在低温推进剂方面,美、俄、法基本相当。

导弹推进剂移动加注设备КПЗО


至于固体推进导弹,苏联在上世纪60年代就开始研制。

与之前的液体推进导弹相比,固体推进导弹有着自身独到的优势:

-省去了液体导弹配套的加注设备和车辆,缩小了阵地规模和简化了工程设施,使得维护费用大为降低,发射部队编制也相应缩小

-发射前不必临时加注推进剂补充气压和撤收管路设备,有利于实现快速发射和待机发射,提高了反应能力和战斗值勤值班率

-导弹在贮存时没有因液体推进剂蒸汽冒出而产生的污染与爆炸危险,有良好的可贮存性

-由于发动机点火启动简便,加速性好,以及不存在液体导弹失重状态下空中点火的困难,因此适合多阵地部署和发射方式

-便于实现多发导弹的“齐射”和“群射”,尤其是对于小型战术导弹。

不过没有事物是完美的,固体导弹的出现也产生了新的问题

首先是运输重量增大。液体导弹通常为空弹状态运输,而运载能力相同的固体导弹其运输量为液体的5-10倍。这样就需要重型运输车辆与高等级公路,从而使得机动地区和范围受到一定限制。因而要实现高机动化的前提条件就是轻小型化。

其次是对结构提出新要求。由于追求高装药密度和高的质量比,广泛采用了轻质复合材料制造发动机壳体,其单位负荷高达几十公斤,比液体高出一个数量级,所以对支承托座结构形式提出了特殊要求

最后是对运输过程也有了新的要求。在运输过程中,必须考虑降低和减少冲击震动载荷并对推进剂采取保温措施,同时还要防止电磁感应,因而一般采取运输筒包装。

苏联最初的固体推进导弹PT-15


固体推进剂是一种具有特定性能的含能复合材料,是导弹、空间飞行器各类固体发动机的动力源。其组成物质在燃烧室内燃烧,由化学能转换为热能生成高温高压燃气,燃气通过喷管膨胀加速,将热能转换为动能,高速向后喷出的燃气给发动机一个反作用力,为发动机提供一定的推力。它的性能优劣直接影响到战略和战术导弹的生存能力和作战效能。

它的发展始于20世纪初的双基推进剂和20世纪中叶的复合固体推进剂。从20世纪60年代和70年代以来,国外先后研制出端羧基聚丁二烯(CTPB)推进剂、端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂、交联双基(XLDB)和复合双基(CDB)推进剂。

导弹推进剂贮存仓库


70年代末和80年代初以来,国外使用奥克托今HMX部分取代高氯酸铵的HTPB推进剂。同时,双基和复合双基进一步结合产生了硝酸酯增塑的聚醚(NEPE)高性能推进剂。苏联则在同一时期成功研制出含三氢化铝AIH3和二硝酰胺铵ADN高能推进剂。

在80年代末和90年代以后,产生了一系列高能物质,包括氧化剂、粘和剂、增塑剂和添加剂等。

目前国外正在向以下方面进行研究:新型高能量密度物质(HEDM)、新型高能推进剂配方、高能固体推进剂新型成型工艺和革新技术等。

目前战略导弹固体推进剂无论能量水平还是品种数量与生产规模,美国具有领先优势,俄罗斯与其差距不大。在战术导弹方面,美、俄、法、英等各具特色,近年来日本、印度和巴基斯坦也在不断缩小差距。

固体推进剂发展简介


至于萨尔马特导弹,本身就是继承了有“撒旦”之称的P-36M导弹,采用液体推进剂也在情理之中。

根据马克耶夫国家导弹中心披露的消息,Сармат萨尔马特导弹可携带10个重型或者15个中型分导式核弹头,射程大于10000千米。该导弹预计将可能采用“一体两型”的设计思路,针对西欧和美国提出不同的设计方案,其中针对美国的方案,导弹起飞重量150~200吨,射程16000千米,投掷重量达8吨,略高于P-36M2。针对欧洲的方案,导弹射程9000千米,起飞重量100~120吨,投掷重量5吨。两种设计都采用了分导式核弹头。

据介绍,“萨尔马特”将采用井基冷发射方式,发射时先用火药蓄压器将导弹弹射到发射井上方20-30米左右高度,然后导弹自行点火起飞。

“萨尔马特”将采用新型惯导+星光制导+卫星制导的复合制导方式,其分导式核弹头的打击精度比P-36M2更高,预计在250米左右。在导弹突防能力方面,由于导弹的投掷重量有所增加,其可以配备种类齐全、数量更多的诱饵,突防能力凸显。

萨尔马特导弹设计图


荣华之武器堂


图注:俄罗斯新型重型洲际导弹“萨尔马特”

为了替代“白杨”系列洲际导弹,俄罗斯最新研制了“萨尔马特”战略导弹,已经在2017年试验发射,预计2018年装备部队。令人感到费解的是,这款号称新一代的战略导弹却没有沿用当前各国战略导弹普遍采用的固体火箭发动机技术,而是采用了上世纪五六十年代主流的液体火箭发动机技术,其实这并不奇怪。

“萨尔马特”编号为RS-28,重量达到100吨,射程超过1万公里,仅以导弹的重量而言,“萨尔马特”可以说是迄今为止最为巨大的洲际弹道导弹。“萨尔马特”的巨大,很重要的一个原因就在于,它的发动机采用了液体燃料,一般来说在相同射程条件下,液体燃料要比固体燃料消耗更多,所以体积和重量就会变得巨大,从上世纪的八十年代开始到现在,各国的洲际导弹已经普遍弃用液体燃料,而改用固体燃料。在“液转固、全固化”的导弹发展潮流下,俄罗斯竟然走回头路搞液体弹道导弹,说明俄罗斯眼下还不能尽快研制成功更大尺寸、更大推力的固体火箭发动机,而为了携带更多的弹头,只能“捡回”重型液体弹道导弹的既往老模式。

从这些看似不合潮流的奇怪现象来看,俄罗斯当下的经济形势不乐观,苏联时期可以做到一个弹头配一枚导弹和一座发射井,如今这种烧钱的部署方式在经济吃紧的条件下多少就不合时宜了,俄罗斯只能退求其次,重启液体燃料导弹,显然是反复算了经济账的结果。


兵工科技


其实俄罗斯的战略导弹此前一直都是采用液体燃料为主,直到80年代才开始发展固体燃料战略导弹。但是相对于固燃技术,俄罗斯的液体燃料技术要更加成熟更加可靠。他们的液体燃料甚至能达到加注到导弹弹体之后,10年内都不需要维护保养。液体燃料拥有高腐蚀度,像我国的远程的液体燃料导弹都是在要发射前几小时才会开始加注燃料,就是担心弹体被腐蚀的问题。但是和平时期的火箭可以这样做,如果在战时,这样则会容易出现暴露目标的危险。对于潜艇装备潜射战略导弹,如果临时加注燃料更是会耽误宝贵的攻击时间。但是由于俄罗斯拥有一项高子分膜的技术,可以避免弹体被腐蚀问题,所以也就可以让液体燃料长时间保存,达到随用随发的水平,不比固体燃料差。

至于全新的萨尔马特战略导弹为什么不用固体燃料,主要也是因为俄罗斯最近几年发展的布拉瓦固定燃料战略潜射导弹并不成功,多次试射失败。这让俄罗斯重新启用新一代液体燃料。

相对比固体燃料,液体燃料的推进力要比固燃大,同样质量情况下,液燃的推进力要比固燃大出每秒200米左右的速度,优势还是明显的。

液燃的可操控性能也要比固燃更好,主要是液体推进剂的工作需要进行一系列过程,先把推进剂送入燃烧室,混合燃烧后产生高温高压燃气,然后通过喷管高速排出,产生推力,这中间可以进行各种阀门调节燃料流量和速度,来控制推力。而固燃一旦着了就很难控制了。

设计上液燃也要比固燃简单,固燃导弹的部件需要能承受高温却没有冷却系统因此对材料要求很高。液燃因为可调节所以这个问题并不突出。同时因为固燃有高温的问题,所以部件不可能长时间工作,所以发动机的工作时长也不如液燃,差了约一半时间。当然,液燃也有很多缺点,操作性复杂,发动机结构复杂,燃料可储存时间也不如固燃。但是因为成本比较低,生产和研发时间也较短,加上推力大,而又可以更多利用现有设施就可以实战部署。所以,综合这些优势俄罗斯方面最终选择了萨尔马特采用液体燃料。

俄罗斯的新一代布拉瓦战略潜射导弹曾在试射过程中多次失败。


陶德中士


符合战斗民主特点。

萨尔玛特导弹作为白杨的升级换代产品已经稳坐了世界洲际导弹之首了。

利用液体导弹发动机可以提高导弹的载荷并且增加导弹的精度。

对于萨尔玛特来说,单枚1000万吨当量的弹头或者12枚50万吨当量的分导弹头可以问问妥妥的摧毁目标。精度并不是一个太重要的问题,所以更重要的是能带起1000万吨当量核弹头的巨大载荷的导弹单体重量达到了220吨。使用固体燃料发射效率则很低了,因此只好继续使用液体导弹发射机制。

传统意义上来说,液体导弹发射如果依靠发射车进行发射那么受到的地形限制多。开辟一个发射场的限制太条件导致液体导弹真正能活动的范围其实不大。虽然俄罗斯有课运载萨尔玛特的机动车辆,但这些车辆并不是萨尔玛特的最主要发射方式。

最主要的发射方式还是——利用发射井进行发射。这样实际上使用液体导弹就更加顺理成章经济实惠了。

通过调整发射井内导弹弹头也可以更加方便快捷的更换打击单元进行多种任务部署。

可能有人说发射机是第一波核弹打击的目标,其实话是这么说而已。虽然各国都在寻求发展可移动式的发射平台进行二次打击。但对于使用发射井的战斗民主来说——第一波核弹必然是战斗民族从发射井中发射的。因此——用液体导弹发动机,放在固定的发射井里面其实对于萨尔玛特来说都不叫事。


怕吗?


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