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[战略战术导弹] 空射弹道导弹/运载火箭技术

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kktt 发表于 2010-3-28 18:52 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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刺破青天挥长矛 挟雷裹电舞碧空

作者:翔天
《现代兵器》2010年4期

  20世纪50年代,弹道导弹技术的发展如火如荼,地面、水下和空中发射方式都在探索中,但空射方式限于当时的技术水平未获成功。到了60年代末期,处于深度冷战状态的美、苏两国的核武库已经膨胀到了足以摧毁地球数百次的规模。两国认识到单纯增加核武器数量已经毫无意义,于是在1969年11月27日开始进行限制战略武器谈判,并于1972年5月签订第一阶段战略武器限制条约(SALT-1)。SALT-1仅要求双方把核武器数量冻结在1972年中期水平上,并不限制提高核武器性能水平和部署方式。此时美、苏都已具备三位一体(陆基洲际导弹、潜射战略导弹、战略轰炸机)战略核力量,于是,双方不约而同地又把目光投向到战略导弹空中机动发射这种方式上。
  美国在1974年7月正式启动“空中机动发射可行性验证”计划,使用C-5A“银河”运输机进行空射“民兵”-1洲际导弹可行性演示验证。在 3个多月时间里,共进行了21次试验,前20次是基础性试验,其中包括两次模型弹空投,最后一次为点火飞行试验,“民兵”-1导弹一级发动机内置能以最大推力飞行10秒钟的固体推进剂。1974年10月24日,C-5A运输机携带“民兵”-1导弹起飞,爬升到6100米高度后巡航飞行。这时在巨大的货舱里,约17米长的“民兵”-I头部朝向尾舱门平卧在货台上的支架内,导弹/货台/支架总重约38.7吨。倒计时30分钟,货台与货舱紧固连接装置解锁,弹上制导系统加电;倒计时30秒,牵引伞释放机构打开保险;倒计时为0,投出牵引伞。两具直径9.75米连接到货台上的牵引伞均匀张开,巨大的牵引力拖着货台沿着导轨加速滑出尾舱门,随之三具减速主伞张开,不一会下降到高度3000米的浓厚云层下面;当下降到2450米时,“民兵”-1的姿势处于接近垂直位置,爆炸螺栓立即切断环抱导弹的连接装置,一级发动机随即点火;下降到2300米时,导弹在推力作用下开始爬升。货舱内的试验人员看到了令人震撼的一幕:在离飞机后面数英里远处导弹呼啸着从云层里钻出来直刺苍穹……
  这次试验取得圆满成功,运输机、伴飞的监视飞机及地面的遥测设备记录了全部过程。美国人对此大肆宣传,第二天,基辛格带着这次试验的录像资料与苏联进行第二阶段战略武器限制谈判(SALT-2),以行动继续实践着其前辈罗斯福的名言——“言语要温和,但手里要握有大棒”。
  
  空射弹道导弹/运载火箭技术发展简史及现状
  
  空射弹道导弹/运载火箭就是使用大型货运飞机、军用运输机、战略轰炸机或是某些特种航空器将导弹/火箭携带到高空后释放分离,导弹/火箭获得正确姿势后发动机点火,然后在制导系统的制导下对远距离目标实施打击,或是把卫星送入地球轨道。在空气稀薄的高空,导弹飞行中承受的动压相对小些,对结构强度的要求也相对低些,可以适当减轻结构重量。此外,大气压力的变化稍缓些,火箭发动机喷管工况可以相对更理想,有利于提高发动机工作效率。故此,高空发射方式可以有效消除或减轻地面发射的种种不足,具有很多独特优势。由于空射弹道导弹/运载火箭属于高精尖航空航天技术,需要突破很多关键技术,难度极高。
  早在20世纪50年代,美国就已提出空射弹道导弹的构想。1974年,美国成功进行“民兵”-1洲际导弹空射可行性试验,更引起了各国高度关注。此后,美、苏等国提出的各种空射方案铺天盖地而来,但巨大的技术挑战和高额研发费用使各种奇思妙想只能停留在纸面上,鲜见有成功者。1990年4月5 日,B-52成功发射“飞马座”小型固体运载火箭,终于为弹道导弹/运载火箭空射技术的实用化打开了成功之门。
  美、苏/俄战略空射技术的发展大都经过了三个阶段:冷战时期的空射弹道导弹和机载反卫星导弹技术;后冷战时期的商用空射运载火箭技术;未来发展方向是使用高超音速飞行器作载机,兼具全球打击和可重复使用空间运输系统等功能。鉴于航天技术具有典型的军民两用特征,即便是商用空射运载火箭,特别是具有快速反应能力的空射小型运载火箭,其具有的重大军事意义不言而喻。
  目前为止,只有美国真正掌握了实用化的空射弹道导弹/运载火箭技术,其中“飞马座”固体小型运载火箭的吊挂式水平投放发射技术已进行了40多次商业发射,“短程/中程/远程空射弹道靶弹”的内置式重装空投发射技术也已成功进行乐多次实弹飞行。
  美国 1958年,美国战略空军司令部开始进行空射弹道导弹可行性研究,马丁公司的“勇敢猎人”(WS-199B Bold Orion)和洛克希德公司的“高室女座”(WS-199C High Virgo)项目分别使用B-47和B-58进行空射弹道导弹初步飞行试验。在此基础上,美国空军于1959年发布远程空射弹道导弹需求文件,道格拉斯公司随之被授予合同研发作战型号“天空弩箭”(GAM-87 Skybolt)空射弹道导弹。“天空弩箭”为两级固体导弹,长11.66米,直径0.89米,重5吨,射程1850公里,携带当量120万吨级的W- 59核弹头,B-52可挂载4枚。1960年,英国决定订购100枚“天空弩箭”,载机为“火神”轰炸机,每架携带2枚。但由于前5次有动力和制导的飞行试验均告失败,1962年12月该计划被终止。从1959年开始的近十年时间里,美国一直用B-52采取吊挂式空射对X-15火箭动力试验机进行跨大气层飞行试验。
  受到1974年“民兵”-1空射试验成功的鼓舞,美国于1975年开始研发MX“和平保卫者”洲际导弹时,又提出空中机动部署的设想。 1981年8月,美国国防部提交空中机动部署方案,打算修改115架C-5A,每架携带一枚MX,采用内置式重装空投发射方式,任何时刻有100架保持警戒状态,第一架要求在1986年形成作战能力。同时鉴于C-5A生产线已关闭,打算在1988年研发长50米、翼展110米的4发螺旋桨巨型飞机“大鸟” (C-5A长75米,翼展68米),作为C-5A的后继机。“大鸟”巡航速度为185公里/时,高度为1500米,不加油续航时间7天(C-5A为8小时)。部署方式有多种,如:部署在美国中部和北部基地,飞机保持地面警戒状态,接到预警指令立即起飞;部署在东西海岸边的基地,危机时期在海洋上空保持空中警戒状态;或是同时采用这两种部署方式。当时,由于苏联战略核潜艇采取在美国海岸附近进行抵近发射战略核导弹的方式,预警时间只有7~8分钟,机动平台的生存性和可靠性将很难得到保证。同时,MX导弹作为核战第一攻击武器,打击目标是苏联的超硬发射井,采用空射方式以当时的技术水平而言,很难达到井基部署的打击精度。此外,大规模空中机动部署代价高昂。基于多种因素,MX洲际导弹空中机动部署方案最终被国会否决。但是美国并没有就此止步,从那时至今,其继续发展了多个空射弹道导弹/运载火箭项目。
  美国轨道科学公司的“飞马座”为小型三级固体运载火箭,全长15.5米,直径1.28米,翼6.7米,重量18.8吨,低轨道(LEO)运载能力375公斤。增强型“飞马座”一XL长16.9米,直径1 28米,翼6.7米,重量23.13吨,LEO运载能力450公斤,太阳同步轨道(SSO)运载能力190公斤,发射费用2200万美元。“飞马座”采用飞机吊挂式水平空射方式,早期载机为B-52轰炸机,火箭吊挂在机翼下。后来又专门改装L-1011运输机为载机,火箭挂载于机腹下。发射时,L- 1011将火箭载到约12公里的高空后进行水平投放,火箭自由下落5秒后一级发动机点火。“飞马座”在理论上可以在地球上任何地点进行发射,仅需很少的地面支援设施。到目前为止,“飞马座”分别在7个发射场上空共进行了37次发射,其中4次失败,最后的22次发射取得连续成功,事实证明它是一种成熟的运载火箭,同时验证了空中发射的巨大灵活性。
  美国空军在2005年5月把1亿美元的合同授予轨道科学公司,由该公司开发两种新型空射三级固体运载火箭,用于军用载荷的快速空间发射。这两型火箭基于成熟的“飞马座”运载火箭并使用最新的电子技术,分别命名为“猛禽”-1和“猛禽”-2,长约16.8米,发射质量22-7吨。“猛禽”-1有翼,机腹挂载,空射方式与“飞马座”一样;“猛禽”-2无翼,载机为C-17A,使用内置式重装空投技术。
  “短程/中程/远程空射弹道靶弹”是美国导弹防御局为模拟多方向来袭不同射程、不同飞行弹道的弹道导弹而发展的靶弹,它们有分离的模拟弹头和诱饵,以供导弹防御系统进行拦截试验。短程靶弹弹体由已退役的“民兵”一2导弹的第二级构成,远程靶弹由两个“民兵”一2的第二级构成,中程靶弹由单级商用固体火箭发动机Castor IVB构成。
  短程靶弹原来由C-130运输机发射,现在3种空射靶弹的载机都是C-17A运输机。靶弹安装在货台上与弹体外形相适应的支架内,头部朝向尾舱门。投放时,货台由牵引伞拖出货舱,然后减速主伞和小型稳定伞张开,在降落伞减速落下过程中调整到正确姿势后切断与货台支架连接,发动机立即点火。这几种空射靶弹已进行过多次成功发射,伴随着美国弹道导弹防御系统的发展,这类空射靶弹还会不断登场进行“本色表演”。
  2000年3月,波音公司宣布将与Thiokol推进公司(已并入ATK公司,ATK现在是美国最大的固体火箭发动机厂商)联合开发一种空中发射的三级带翼固体运载火箭,一、二级使用现成的Castor 120发动机,只需研制新的第三级发动机Castor 95,火箭低轨道运载能力约3吨,载机为经过改装的波音747-400F。载机背驮运载火箭到达7.3公里高度,火箭与载机分离,机翼和尾翼提供足够的升力并保持稳定,数秒后一级发动机点火加速爬升,机翼和尾翼随之被抛掉。ALS有两种构型,一种专用于快速发射美国空军拟议中的空间机动飞行器(SMV)。 SMV是可重复使用的无人小型军用航天飞机,具有较强变轨能力,可在轨部署一年时间,执行包括发射卫星和精确对地打击的通用气动飞行器(CAV)等空间任务。另一种用于卫星商业发射。ALS的未来将取决于SMV的研发进程,前景并不明朗。
  美国《航空航天技术周刊》于2006年3月5日发表了一篇令人震惊的文章,披露美国曾在1980 1990年代研发绝密的“黑项目”——“黑星”(Blackstar)两级入轨运载系统,并进行过多次飞行试验。“黑星”系统由一架大型超音速载机SR- 3(由60年代3倍音速的XB-70战略轰炸机衍生而来)和称为“实验轨道飞行器”(XOV)的小型军用航天飞机组成。XOV采用翼身融合升力体结构,分为无人型(长18~20米)和载人型(长30米,翼展13米,重达30吨,可载两人)两种。XOV挂载于SR-3的机腹下,SR-3起飞后爬升到30公里高度并以3-3马赫速度飞行,然后投放XOV。XOV使用线性气塞式火箭发动机推进,加速到入轨或在亚轨道飞行。XOV的载荷舱根据任务需要可携带不同的有效载荷,因而可执行各种任务,包括战略侦察、快速发射小卫星入轨、反卫星或携带高速动能弹头对地面目标实施打击。任务完成后,XOV像航天飞机一样在跑道上着陆,然后使用C-5运输机把它运回高度机密的格鲁姆湖51区基地。据称,在1994年的一次飞行中,XOV曾因任务取消而在冲绳嘉手纳空军基地应急着陆。
  2002年3月,美国防先期研究计划局(DARPA)开始实施RASCAL项目,研发具有快速反应能力的低成本小型载荷发射系统,它由可重复使用的MPV飞机和一次性两级火箭ERV组成。MPV使用带有“大流量喷射压气机预冷却”(MIPCC)装置的4具F100系列涡扇发动机作为动力,MIPCC推进的原理是在压气机上游喷注水和液氧,以提高质量流量,同时使发动机冷却,从而使发动机能在更高的速度和高度上工作。发射时,MPV背驮 ERV起飞,到达15公里高度后进行超音速急跃升机动,直到30公里时发动机关闭;MPV沿惯性弹道滑行到60公里高度时与ERV分离,ERV点火把小载荷送入轨道;MPV回落到15公里时重新启动发动机,返回机场。该系统能把至少50公斤有效载荷送入1250公里以下的低轨道,能把至少75公斤有效载荷送入500公里太阳同步轨道,每次发射费用低于75万美元,再次发射间隔小于24小时。由于进度不理想和经费超支,2005年该项目被终止,DARPA把快速反应空间发射方面的研发转移到“猎鹰”计划的小型运载火箭SLV项目上。
  为保持太空军事优势,确保美国具备快速进入空间并利用空间的能力,同时限制或剥夺敌手在空间的行动自由,2002年美国开始构建具有快速反应空间发射和快速全球打击能力的“快速反应空间”(ORS)体系,并由国防部长直辖的“部队转型办公室”(OFT)实施“作战快速反应空间试验”。“快速反应空间”主要目标是在15个月内设计、制造、测试、交付有效载荷,在一周内发射入轨并交付使用,强调快速反应性和经济可承受性,空间作战与全球打击并重,范围涵盖美空军航天司令部的四大任务领域:力量增强、力量运用、空间支援和空间对抗;包括三个部分:A、快速反应有效载荷,包括小型战术卫星、传感器和通信载荷、全球打击弹药(如通用气动飞行器CAV);B、快速反应运载器,包括小型运载火箭SLV、“可负担快速响应作战发射”(ARES)运载器、无人机和飞艇等;C、快速反应发射场,包括发射工位、基础设施、指挥和控制系统。
  其中,“猎鹰”(FALCON)高超音速研发计划中的空射小型运载火箭“快速抵达”(QuickReach)在ORS中具有重要地位。“快速抵达”SLV为两级液体火箭,推进剂为液氧/丙烷,惯导/GPS辅助制导,全长约20米,直径2.13米,全重32 7吨;载机为不经过任何改装的C-17A运输机,每架可以装载两枚SLV。“快速抵达”具有双重用途,既可发射CAV和增强型CAV(ECAV)进行全球快速常规打击,又可把小卫星送入地球低轨道。CAV/ECAV重907公斤,内含454公斤的有效载荷(1枚刚性钻地弹头、或4枚小直径炸弹、或6枚广域自主搜寻弹药WAASM、或6架无人机),射程5560/16700公里,横向机动距离约1500/5560公里,命中精度为圆概率误差(CEP)3米,从发射到击中目标时间小于1小时;低轨道运载能力100~1000公斤,每次发射费用低于500万美元。接到发射命令后,“快速抵达”可在24小时内达到警戒状态,警戒状态下获得授权发射命令后在2小时内进行发射;C-17A再次出动间隔为6小时,配备两架C-17A即可在24小时内实施16次高密度发射。
  空射技术未来发展方向是使用高超音速飞行器作为全球打击平台和可重复使用空间运输系统,如大气层内飞行的高超音速巡航飞行器HCV及跨大气层飞行的空天飞机。“猎鹰”计划的目标之一就是研发HCV,既可发射CAV进行快速全球打击,又能背驮火箭发射卫星。
  前苏联/俄罗斯及独联体国家
  前苏联拥有雄厚的航空航天实力,在空射技术上自然也不甘人后,提出的技术方案比美国还多。上世纪60年代后期,前苏联就提出使用安-22运输机空射原来“扬基”级战略核潜艇携带的SS-N-6潜射导弹。1970—1980年代,前苏联进行了多项空射弹道导弹的技术研究,提出Bizan、 Spiral 50-50和MAKS等多项航天运输计划。前苏联也重点研究反卫星武器,探索使用米格-31和图-160进行反卫星导弹系统试验。前苏联解体后,原来研发洲际导弹的设计局纷纷提出从导弹衍生而来的运载火箭方案,其中包含了许多空射方案。
  著名的南方设计局(Yuzhnoye,曾研发西方闻风丧胆的铁路机动的SS一24‘手术刀’洲际导弹)在1983年提出以图-160超音速战略轰炸机作载机,采用内置式空射“矛隼”弹道导弹方案。1989—1991年,南方设计局完成了使用安.124SK作载机的“空间快帆”固体运载火箭系统的初步设计。“空间快帆”基于SS-24洲际弹道导弹,低轨道运载能力1.75吨,地球同步转移轨道(GTO)运载能力800公斤。不过,所有这一切终因巨大的技术挑战和当时处于崩溃边缘的经济状况而被搁置。
  前苏联解体后,已归属乌克兰的南方设计局在空射运载技术研究上仍然非常活跃。1994年,南方设计局开始研究从伊尔-76TD运输机发射起飞质量为18.5吨、低轨道运载能力为200公斤的空射固体运载火箭;1996年至今,研发以安-124为载机的“鹰”(Oril,英文Eagle)式空射运载火箭。“鹰”式空射运载火箭以SS-24洲际导弹的二、三级作为火箭的一、二级,再加上两级液体火箭构成,起飞重量57吨,长20米,直径2.4 米,200公里低轨道运载能力为1吨,采用内置式重装空投方法,发射高度9公里,速度400~450公里/时,据估计完成研发和载机改装需要1亿美元。 2001年,南方设计局开始研发“天顶”-2液体运载火箭的空射型号“黎明”(Svitiaz,英文Dawn),火箭重达250吨,长40米,翼展15 米,直径3.9米,载机为安-225,采用背驮式发射方法,发射高度9公里,速度0.62马赫,200公里低轨道运载能力高达8吨,研发和载机改装需要2 亿美元。目前,乌克兰正积极推动“鹰”和“黎明”两种空射系统,但若不能寻求有效的国际合作,将很难有所作为。
  1980年代,曾研制“暴风雪”航天飞机的闪电科学生产联合体(Molniya)提出“多用途空天系统”(MAKS)技术方案,打算使用安 -225背驮第二级到高空发射。根据不同用途第二级有三种构型:载人型MAKS-OS由可重复使用轨道器和外挂燃料箱组成,可载两人;货运型MAKS-T 由一次性货舱和外挂燃料箱组成,低轨道运载能力18吨;MAKS-M实际上就是内置燃料箱的无人航天飞机。该方案于1988年完成初步设计,但仅仅过了3 年便被终止。
  1991年,著名的彩虹(Raduga)设计局开始研发“纤夫”号(Burlak)空射液体运载火箭。Burlak基于该局冷战时期秘密研发的反卫星导弹,属于两级液体火箭,长19米,直径1.6米,起飞重量27.5吨,低轨道运载能力1.1吨;1992年后,德国航天局参与项目研发,名称改为“Diana Burlak”。Burlak挂载于图-160机腹下,当载机爬升到12公里高度以1.7马赫速度飞行时被投放,发射时需要由伊尔-76运输机改装的控制飞机对发射过程进行控制。这个方案由于缺乏经费支持,目前处于停滞状态。
  马卡耶夫设计局(Makeye,原称机械制造科学生产联合体,目前俄罗斯在役潜射战略导弹都由该局研发)在1990年代推出了基于潜射战略导弹SS-N-23“轻舟”的“静海”(Shtil)系列液体运载火箭。其中,“静海”-3A型是四级空射火箭,起飞重量46吨,200公里低轨道运载能力为950公斤,400公里轨道为620公斤,载机为安-124,采用内置式重装空投方式。马可耶夫设计局还提出了基于潜射战略导弹SS-N-20“鲟鱼” 的“里夫”-MA(Rif-MA)固体运载火箭,起飞重量79吨,能将1500公斤有效载荷送入200公里轨道,或将950公斤有效载荷送入700公里轨道,载机为安-124。虽然“静海”-3N潜射型运载火箭已进行过多次发射,但这两种空射型火箭还处于研发初级阶段,前景并不明朗。
  虽然俄罗斯及独联体国家还没有进行过任何空射弹道导弹/运载火箭的飞行试验,但下述两种空射系统有可能在未来几年内实现零的突破。
  2005年3月,哈萨克斯坦政府总理会见莫斯科热工学院总设计师尤里·索罗莫诺夫,初步达成了合作开发名为“伊什姆”的空射小型固体运载系统协议。2005年12月,双方正式签约。研发费用估计8~9千万美元,由哈萨克斯坦全额承担,固体运载火箭由研发“白杨”-M(Topoi-M)陆基洲际导弹和新一代潜射弹道导弹“布拉瓦”(Bulava)的莫斯科热工学院负责,总设计师由“白杨”-M和“布拉瓦”项目的总设计师尤里·索罗莫诺夫担纲,发射平台使用米格-31I超音速截击机,由米格设计局负责飞机改装工作。1980年代,美国极力推动“星球大战”计划(即战略防御倡议 SDI)。为此,前苏联决定研发反卫星导弹系统用于摧毁SDI的天基传感器。1987年,米格设计局改装了两架米格-31作为反卫星导弹载机,这型飞机被称为米格-31D。90年代初期,由于导弹技术问题而搁置了对系统的测试。现在,这两架米格-31D仍然保存在哈萨克斯坦,米格-31I即从该机改装而来。
  “伊什姆”是三级小型固体火箭,外形上有点像“起飞”-1号运载火箭(Start-1,从SS-25洲际导弹改装而来的地面机动发射的5级运载火箭,低轨道运载能力390公斤)的缩小版,重约10吨,使用保型挂架挂载于米格-31I的机腹下。整个空射系统包括2架米格-31I、“伊什姆”运载火箭和1架伊尔-76MD监视控制机。携带“伊什姆”的米格-31I爬升到15~18公里高度,到达预定发射点并以2200公里/时速度飞行,然后投下火箭,数秒后一级发动机点火沿着预定弹道飞行。“伊什姆”300公里低轨道运载能力为160公斤,600公里轨道为120公斤。“伊什姆”空射系统由于其合理的定位和有吸引力的发射价格,且得到哈萨克斯坦政府的全力支持,方案一经推出就引起多个商家的浓厚兴趣。原定2007年夏天用米格-311进行各种测试,2008年进行第一次发射。
  俄罗斯一直以没有实用化的空射运载火箭为憾。1999年在俄罗斯政府的大力支持下,几家俄、乌航空航天企业合资成立了“空中发射航空航天公司”(ALAC),全力研发酝酿多年的“飞行”号空射运载系统。“飞行”号是两级液体火箭(高轨道发射需加一个上面级),发动机采用成熟的液氧/煤油火箭发动机,一级使用从N-1巨型登月火箭的NK-33发动机改进而来的NK-43M,二级使用久经考验的“联盟”-2系列运载火箭第三级发动机 RD0124,发射平台为经过改装的安-124-100AL。“飞行”号起飞重量原始设计指标是80吨,打算采用重装空投技术用牵引伞把火箭拖出后舱门,后来为提高运载能力把火箭起飞重量增加到100吨。若继续使用降落伞系统则必须增加伞的数目以提高牵引力,这会使降落伞容易发生缠绕从而影响发射的安全性,最后决定使用空气弹射系统把火箭从发射筒中推出。发射前把火箭装载到一个特制的气密发射筒中并固定到载机货舱内,载机起飞后爬升到10~11公里高空,到达预定发射点后以24°~26°攻角实施跃升机动;达到失重状态时(这时最大空速700公里/时)空气弹射系统的大功率活塞作功瞬间提升发射筒内的压力,把火箭以相对载机30米/秒的速度推出尾舱门,9.7秒后火箭一级发动机点火,推力矢量控制系统5秒钟内把火箭调整到正确姿势并按预定弹道飞行。
  “飞行”号长32.5米,直径3.2米,载机上发射设施和火箭总重120吨,可靠性99%,200公里低轨道运载能力3~3.85吨,高轨道 (包括地球同步转移轨道GTO)运载能力1.5~1.65吨,还具有把600~800公斤有效载荷直接送入地球同步轨道(GEO)的能力。“飞行”号每次发射费用约2300万美元,每公斤有效载荷发射成本仅5000~6000美元,低于海上发射系统的7000~9000美元,更远低于地面发射的 25000~30000美元,具有极强的竞争力。
  俄罗斯政府早在2000年就已批准对俄空军的4架安-124运输机进行改装,其中2架安装有发射装置。2003年,俄罗斯与印尼协商合作在印尼最东部的巴布亚省比亚克岛(Biak,位于南纬2°)建立空射航天中心,历经数年谈判,在2006年12月1日印尼总统苏西洛访俄时终于签署了国家协议。据评估,“飞行”号空射系统研发费用将达1.8亿美元,建立航天中心还需1.6亿美元,将在2010之前进行第一次发射,每年可发射9~11次,真可谓是十年磨一剑!
  中国
  中国航天科工集团从2000年开始对空射技术进行概念性研究,提出以伊尔-76运输机为载机,空中发射“开拓者”-1号小型固体运载火箭的方案。载机在10公里高空以0.67马赫速度投放火箭,400公里太阳同步轨道(SSO)运载能力达100公斤以上。
  在2006年珠海航展上,中国航天科技集团展出了一种带翼的小型空射固体运载火箭,载机为轰-6中型轰炸机,采用与“飞马座”一样的吊挂式水平投放空射方式,火箭起飞重量13吨,500公里太阳同步轨道运载能力高于50公斤。据报道,中国运载火箭技术研究院院长吴燕生于2006年11月底在北京宇航学会2006年航天科技论坛上指出,新一代大推力运载火箭、空射小型运载火箭和跨大气层可重复使用运载器是我国新型航天运输系统研发的三大方向,空射小型运载火箭正处在技术研究阶段,争取在“十一五”期间(2006—2010)完成演示验证。空射小型运载火箭被置于中国航天发展的战略层面来统筹安排,这是令国人振奋的消息。
  以色利 以色列的高分辨率Eros/Ofek系列侦察卫星、“杰里科”(Jericho)系列固体弹道导弹及派生的“沙维特” (Shavit,彗星)系列运载火箭在国际上享有盛誉。由于地理位置所限,以色列地面发射的火箭只能采取西向发射,不能利用地球的自转速度,使火箭运载能力损失30%。同时,以色列地处动荡不安的地区,必须在危机时刻能够快速发射侦察卫星监控周边地区。因此,以色列积极开展空射运载火箭技术研究。2003 年,Technion大学提出使用C-130运输机在6000米高度发射两级固体火箭的TALS方案,一级采用“沙维特”的第一级发动机,二级采用美国 Star-48B发动机,使用内置式重装空投发射方式,能把100~300公斤有效载荷送入350~500公里高度的低轨道,该项目由以色列飞机工业公司 (IAI)导弹与航天集团MLM分部负责监督管理。
  以色列国防部和空军正支持两个空射计划的实施:拉斐尔公司开发的“黑麻雀”短程和“蓝麻雀”中程弹道导弹靶弹,其使用F-15战斗机作为空射平台,从2000年以后多次在“箭”-2导弹防御系统拦截试验中亮相。现在拉斐尔公司计划把弹道导弹靶弹改装成发射小卫星的运载火箭,载机仍是F-15,把约100公斤有效载荷送入250公里高的轨道。IAI则计划研发三级“沙维特”固体火箭的空射型号,载机使用C-17A或伊尔-76运输机,低轨道运载能力300公斤,适合发射Eros/Ofek级别的卫星。
  
  空射弹道导弹/运载火箭最新技术简述
  
  从2003年至今,美国几个富有创新精神的小型航天企业提出并初步实现了两种新式空射火箭技术,这两种技术的装载方式分别采用内置式和吊挂式,仅仅利用了宇宙中无所不在的万有引力——重力,可以说是目前最简单、安全、可靠、经济的空射技术,从某种意义上可以说降低了空射技术的门槛。而这一切都源自“猎鹰”计划。
  内置式重力空射技术(GAL) 以空中发射公司为首的团队以“快速抵达”(QuickReach)空射SLV和采用C-17A运输机内置式重力空射技术方案参与“猎鹰”计划SLV的竞标,击败了包括波音、诺·格、洛·马、轨道科学等众多对手,成功晋级第二研发阶段。目前,“快速抵达”SLV已成功完成三次全尺寸模型弹空投试验,每次使用不同的C-17A,第一次试投高度1950米,弹重22.7吨:第二次试投高度9000米,弹重29.5吨;第三次完全达到设计的作战高度和重量,高度9700米,弹重32.7吨。此外,“快速抵达”SLV还完成了发动机地面点火、级间分离、整流罩设计制造等试验,原定2009年进行真实的空射飞行试验。
  SLV的储存/发射托架(SLC)的底座由铝合金制造,其宽度兼容C-17A货舱导轨和美军标准463L型空投货台,底座上面有两列“八”字型倾斜放置直径0.45米的飞机着陆轮胎。SLC由两部分构成,第一部分由26排52个轮胎组成,火箭平时就放置在轮胎中间以便于储存和运输,发射时作为传送托架;第二部分由9排双轮3排四轮共30个轮胎组成,这部分放置于C-17A的斜面货舱门上。
  接到准备发射作战命令后,运输拖车从储存库把火箭拉到有效载荷处理厂房,在水平状态下把卫星或是CAV/ECAV安装到二级火箭上面的适配器上并安装好整流罩,然后到燃料加注站加注好燃料,再运往C-17A停机坪。C-17A尾舱门打开,斜面舱门调平,拖车倒车到合适位置并把载有火箭的SLC 举升到与斜面舱门同一高度,货舱内绞盘把SLC拉入货舱内紧固,再把第二部分发射托架放置到斜面舱门并与第一部分SLC连接。装载好后即达到戒备状态,这时根据任务需要可以就地待命或马上飞往预定空域在空中待命。
  C-17A爬升到7.5~11公里高度后保持约600公里/时的空速巡航。收到授权发射命令后,C-17A打开尾舱门并把斜面舱门放置到水平状态,接着机头上昂6°~8°飞行,释放出连接到一级发动机喷管外壁的小型稳定伞,倒计时为0时紧固火箭的连接装置解锁,在重力作用下火箭沿着发射托架的传送轮胎快速滑动,5秒钟后火箭滑出舱门(这时火箭相对于载机滑动速度约为6~9米/秒)。由于火箭尾部先落下而头部后落下,在重力作用下火箭就会像跷跷板一样绕重心作俯仰运动,头部向后尾部向前,而稳定伞的作用就是产生适当阻力控制俯仰运动以较低俯仰角速率进行;当陀螺仪感应到俯仰角速率趋于零即将反转时(即达到最大俯仰角,约65°~90°,这时火箭处于接近垂直位置),切断伞绳,一级发动机点火,由推力矢量控制系统保持火箭的稳定;火箭从滑出舱门到点火间隔约3秒。火箭落下到比载机约低250米时在推力作用下开始向上爬升,按预定弹道飞行;火箭滑出舱门15秒后,在离载机后面约400米处穿越载机所在飞行高度。
  传统的内置式重装空投方式需要使用技术难度高而复杂的降落伞系统完成导弹/火箭的牵引出舱、减速降落,且货台/支架一同掉落地面存在安全隐患;特别是这种方式使导弹初始高度和速度有较大损失,部分抵消了空射技术的优点。重力空射技术则没有这些缺点,可以说是最简单、安全、可靠、高效的空射技术。
  吊挂式“悬吊-系索空投”(t/LAD)技术 2003年初创时只有两人的小型私营企业转型航天公司(T/Space),干2004年9月获得NASA资助进行新一代载人飞船“乘员探索飞行器”(CEV)备用方案的概念设计研究。该公司的方案使用波音747级别的飞机进行空中发射,运载火箭为 “快速抵达”-2,该火箭为“快速抵达”-1的放大版,总重87吨,长27.5米,直径4.12米;载人飞船CXV可乘坐4人,每次发射费用仅两千万美元。“快速抵达”-2挂载于机腹下,火箭重心位置处有一个挂载连接点,火箭头部也有一个系索连接点。火箭的空中发射使用堪称“灵光一闪”的“悬吊一系索空投”(T/LAD——Trapeze-Lanyard Air Drop)技术,它与重力空射技术(GAL)实有异曲同工之妙。
  发射前,载机携带火箭爬升到10~12公里高空作水平巡航,先展开连接到一级发动机喷管外壁的小型稳定伞,倒计时为0时连接火箭重心处的挂载装置解锁断开,火箭尾部先落下,延时0-5~1秒再断开连接头部的系索,这时重力的作用使火箭产生俯仰力矩,接下来的过程就与重力空射技术的这个阶段完全一样了……
  传统吊挂式水平发射的火箭从水平状态往上爬升时承受过载较大,升力和控制翼面也增加了结构重量从而降低有效载荷重量,而且火箭是在载机前方穿越飞机所在航线,这存在安全隐患。“悬吊-系索空投”空射技术只是利用了时延和重力,不需要控制翼面,而且火箭是在载机后方穿越,具有简单、安全、可靠、高效、经济等优势。
  T/Space团队中除了开发“快速抵达”火箭的空中发射公司外,还有以“太空船一号”勇夺1000万美元X大奖的传奇式航空航天器设计怪才 ——伯特·鲁坦的比例复合公司。它们的快速原型技术的高效率令人惊讶,从灵光闪现的t/LAD提出到实施缩比火箭模型空投试验,其间隔只有135天,在 2005年5—6月间已进行三次四分之一模型空投试验,非常成功地验证了“悬吊-系索空投”技术的可行性。T/Space团队正雄心勃勃地计划以空射 CXV载人飞船方案角逐未来的太空旅游市场。
  
  结束语
  
  2006年8月31日,美国总统布什签署批准了新版“国家航天政策”,这份战略性文件明确反对任何禁止空间武器化的条约,强调美国在空间的权利、能力和行动自由的重要性等同于空中力量和海上力量,必要时剥夺敌方进入和利用空间的权利。这份文件充斥了赤裸裸的空间霸权主义,不但打开了在太空部署武器之门,而且试图为日后控制太空奠定法律基础。对此我们应保持高度警惕。
  21世纪的战争将在陆、海、空、天、电多维空间进行,空间力量是其他军兵种的力量倍增器,战时太空装备特别是昂贵的大型卫星、有限的地面发射场很容易被摧毁,如何对敌实施快速反击和快速进入并利用空间对战争胜负将是至关重要的。而空中发射弹道导弹/运载火箭提供了一种关键能力,在和平时期可以对潜在敌手实施威慑,也可用于为国民经济服务;战时可对全球范围内的敌手实施快速打击,发射小型卫星组网构建天基C4ISR系统。
  我国主张和平利用太空,但我国在太空的安全利益必须得到尊重。为捍卫我国的国家利益,确保我国能够自由地快速进入和利用空间,必须建设具有快速反应能力的空间基础设施,而空射弹道导弹/运载火箭是其中非常重要的一环。以我国的航空航天技术水平,完全有能力尽快突破空射弹道导弹/运载火箭的关键技术,届时共和国武库中又将增加新的撒手锏,维护国家安全又多一份保证。
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 楼主| kktt 发表于 2010-3-28 18:53 | 只看该作者
给大家分享一下翔天兄的新文章
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 楼主| kktt 发表于 2010-3-28 19:55 | 只看该作者
空射小型运载火箭争取在“十一五”期间(2006—2010)完成演示验证

这个今年有希望吗?
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stannislas 发表于 2010-3-28 21:16 | 只看该作者
那个神龙是这个玩意吗?求科普~
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lixianghua 发表于 2010-3-28 23:10 | 只看该作者
没有什么消息,看来又遇到什么技术难题了吧
6
word 发表于 2010-3-30 18:54 | 只看该作者
空射弹道导道有很多优势,例如可以将短程导弹搬到人家的门口发射.要经济方面也省了很多地面上的设施等等.
本人有个假想:
我认为空射不一定要用到运输机.可以使用两架飞机进行空射,当两架飞机飞到一定高度,两架飞机同时反向飞掉,此时导弹在下坠中发射.

不过空射要求技术含量是很高的.目前中国还没有这个战略意识吧?
7
sped 发表于 2010-3-31 22:45 | 只看该作者
空射小型运载火箭争取在“十一五”期间(2006—2010)完成演示验证

这个今年有希望吗?
kktt 发表于 2010-3-28 19:55



    我正想问你,没想到你也不知道,看来遭遇技术难关了
8
buliti 发表于 2012-7-22 11:51 | 只看该作者
“十一五”期间(2006—2010)完成演示验证? 结束了!延期了? 遇到什么困难了?!
9
DF21 发表于 2012-7-23 07:56 | 只看该作者
word 发表于 2010-3-30 18:54
空射弹道导道有很多优势,例如可以将短程导弹搬到人家的门口发射.要经济方面也省了很多地面上的设施等等.
本 ...

空射弹道导弹停滞的一个原因是精度太差
10
纸飞机 发表于 2012-7-23 09:24 | 只看该作者
空射弹道导弹一直都有吧,比如SRAM和KH-15
发展缓慢的原因主要是因为飞行模式和制导方式造成使用灵活性很差,只能攻击特定类型的目标
11
junzheng 发表于 2012-7-30 19:36 | 只看该作者
空射弹道导弹感觉不实用啊,不过携带较小的固体导弹来打卫星应该是可以的吧
老美好像做过实验
12
让钢铁飞翔 发表于 2013-5-16 23:20 | 只看该作者
美国成功试验了新型空射中程弹道导弹靶弹原型

2013-05-16

[据美国洛克希德•马丁公司网站2013年5月13日报道]美国国防部导弹防御局(MDA)和洛•马公司已在亚利桑那州的尤马试验场,对一枚“空射增程型中程弹道导弹”(eMRBM)靶弹原型进行了成功的测试。在试验中,一枚全尺寸eMRBM靶弹原型成功地从一架美国空军C-17运输机的货舱中释放,释放高度为2.5万英尺(7620米)。该系统的拖引伞成功打开,随后靶弹原型成功地从运载容器中被拖拽出舱。除了MDA和洛•马公司之外,美国空军、美国陆军和子承包商轨道科学公司等也为试验提供了帮助。这次试验使用的eMRBM靶弹原型不含推进系统,用来测试和验证空射设备和运载-拖拽系统,以便为2013年晚些时候将要进行的eMRBM靶弹原型首飞做准备。MDA将使用eMRBM靶弹来准确模拟在作战环境中可能遭遇的中程弹道导弹威胁,以在试验中对导弹防御系统进行有效鉴定。按照2003年获得的靶弹和对抗设备主合同,洛•马公司正在研制和生产17枚各种类型和射程的导弹靶弹,其中包括5枚eMRBM靶弹。自从获得前述主合同以来,洛•马公司已为弹道导弹防御系统试验交付并发射了27枚导弹靶弹;而在此之前,洛•马公司已按照其他合同交付并发射了17枚导弹靶弹。自1996年至今,洛马公司陆射、空射和海射的近程、中程和远程导弹靶弹的任务成功率为98%。(中国航空工业发展研究中心  张洋)

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DF21 发表于 2013-5-18 06:29 | 只看该作者
让钢铁飞翔 发表于 2013-5-16 23:20
美国成功试验了新型空射中程弹道导弹靶弹原型

2013-05-16

这货怎么像是把发射筒直接扔出去了
14
wsl20005 发表于 2017-2-10 19:38 | 只看该作者
运20空射火箭方案

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