东风17弹头装“小飞机”,一举将导弹拉到高超时代,打造全球标杆

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在建国70周年阅兵式上,东风-17首次公开亮相,一上来就展示了16枚导弹及其发射车的大阵仗,东风-17的弹头令人耳目一新,长得像是一架小飞机,跟常规导弹的圆锥体弹头完全不同。这叫乘波体弹头,其强悍的高超音速机动性使我军导弹的突防能力提升了不止一个档次。东风-17是世界首款正式服役的高超音速导弹。伊朗和亚洲某国随后也列装了外形类似于东风17的高超导弹,然而它们真能达到东风17的水准吗?

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(阅兵式上的东风-17方阵)

什么是高超音速导弹

东风-17长为11米,直径1.5米,采用2级固体火箭发动机,重约15吨,最大射程2500公里,飞行速度10马赫以上,命中精度只有几米,这是因为乘波体弹头空间有限,限制了战斗部的重量,需要提高精度以保证威力。

东风-17最显著的特征就是采用了不同于传统抛物线弹道的助推-滑翔弹道,其发射之后,先是爬升到预定高度,之后关闭发动机,依靠自身重力实现转弯,达到设定速度后,主发动机与作为弹头的高超音速滑翔飞行器分离,随即,后者开始滑翔突防。

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(助推-滑翔弹道示意图)

在展开论述之前,有必要明确一下什么是高超音速导弹,不要跟传统弹道导弹混为一谈才行。广义上的高超音速导弹指的是最大速度超过5马赫的导弹,可绝大多数弹道导弹的最大速度都超过5马赫。因此,本文所说的高超音速导弹是狭义上的高超音速导弹,即主要在大气层内飞行,最大速度超过5马赫,且能够进行大幅度机动的导弹。按照这个标准,东风-15、东风-21、东风-31等传统弹道导弹都不属于高超音速导弹。

要说东风-17最关键的部分,显然是其高超音速滑翔弹头,外媒称这就是此前报道的WU-14,从2014年开始,WU-14已经进行了6次发射试验。这表明,在东风-17首次亮相之前,作为其核心部件的高超音速滑翔弹头已经进行了充分测试。有一种说法是,东风-17由东风-16B加上一级火箭(固体火箭或液体火箭),再配上WU-14弹头组合而成,但问题是,东风-16B与东风-17的长度都是11米。因此,笔者严重怀疑东风-17就是东风-16B加了滑翔弹头升级而来,而这个滑翔弹头还自带火箭动力。尽管如此,这也反映了东风-17的技术来源。

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(东风-16弹道导弹)

东风-17的突防能力之所以能显著增强,与其高超音速机动能力有很大关系,传统弹道导弹的最大速度几乎都可以超过5马赫,但它们的飞行轨迹基本上是严格的抛物线弹道,机动能力非常有限。正因为如此,传统弹道导弹更容易遭到拦截,虽然很多拦截弹的速度还不如弹道导弹快,但由于后者的弹道却很容易预测,拦截弹只需按时到达指定空域就有很大概率与之"相撞"。

但高超音速导弹就不一样了,其速度虽然不一定比弹道导弹快,但机动性却要强得多,换言之,高超音速导弹的飞行轨迹不是固定的,在这种情况下,"守株待兔"式的拦截方式自然就行不通了。

东风-17乘波体弹头的优点

现在看来,东风-17的核心或者说精华就是这个乘波体弹头了,可以这么说,弄懂了乘波体弹头也就基本上弄懂了东风-17。

所谓乘波体,简单来说,就是当飞行器的前缘平面与激波的上表面重合时,激波的压力就能演变为升力,这样的飞行器就叫乘波体。说白了,乘波体飞行器主要是靠激波形成的压缩升力飞行的。仔细观察东风-17的乘波体弹头,就会发现,其腹部并非是平面,而是像船底那样有一定的弧度,如此设计就是为了充分利用激波形成的压缩升力。

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(东风-17的乘波体弹头)

那东风-17采用的这种乘波体弹头,有什么优点呢?那优点可就多了,大体来说有以下几点:

一,隐形。东风-17的乘波体弹头呈扁平的三角锥形,虽然这种外形的三个面并不平坦,而是呈一定弧度,但比起传统弹道导弹的旋成体弹头来,隐身性能还是强一些。

二,增程。东风-17的乘波体弹头除了能充分利用激波的压缩升力以外,其本身在滑翔状态也可以产生很大的升力,因而增程效果很是显著。一个明显的例子就是,东风-17就是在东风-16B第一级火箭基础上加了一个乘波体弹头组合而成,长度也没有增加,射程却增加了1000公里以上。

三,机动性。仔细观察东风-17,就可以发现其乘波体弹头有三片气动舵面,其中的垂直舵面可以进行横向控制,而乘波体弹头恰恰能够减小横向机动阻力,根据相关报道,东风-17的横向机动过载可以达4个G。与之相比,双锥体弹头的机动能力就差了很多,俄罗斯"匕首"高超音速导弹之所以屡次被击落,与其双锥体弹头机动能力差有很大关系。

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(被击落的俄罗斯"匕首"高超音速导弹)

四,末端制导。东风-17不仅采用了惯性制导和卫星导航,还带有与东风-21D类似主动雷达导引头,这从东风-17乘波体头部的白色涂装就可以看出端倪,这里装的很可能是末端导引头。而乘波体弹头优异的高超音速机动性,对末段导引头的瞄准非常有利。

研制难度不是一般的大

虽然东风-17性能优异,突防能力强悍,但其研制难度也是非常大的,这主要表现在以下几个方面:

一,黑障。东风-17的速度可以达到10马赫,此时气动加热温度可过3000℃,已经足以将空气电离成等离子体,形成黑障了。而黑障能够阻断电磁波的传递。因此,要提升高超音速导弹的命中精度,就必须破解信号穿透黑障的问题,否则,别说是末制导了,就算是卫星制导信号也用不了。

二,高超音速飞控。高超音速飞控离不开高超音速风洞,因为东风-17的飞控软件是在海量的计算机模拟、风洞测试和实弹测试基础上编写的。而我国于2012年建成的JF12激波风洞可以吹出5-9马赫的模拟风,温度可达3000℃,完全可以模拟出弹头在高超音速飞行中面临的恶劣环境。

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(JF-12高超音速风洞)

三,冷却。上面已经提及,东风-17乘波体弹头的气动加热温度可达3000℃,这个温度早已超过了钛合金的熔点,必须采用碳纤维材料制造弹体,且为了保证弹体内部的惯导元件等电子设备在常温下工作,还要设计复杂高效的冷却系统,这不是一般国家能够做到的。

通过以上分析,就可以知道伊朗和东北亚某国的高超音速导弹是个什么水平了,说它们光有一个外形都不夸张,最后不得不提的是,东风-27这种带乘波体弹头的远程反舰弹道导弹,就是在东风-17基础上发展而来的,其在我军装备体系中的地位可见一斑。