朝鲜新型潜射弹道导弹的发展

文\/戴艳丽   2016-11-25 03:37:02

2016年8月24日凌晨朝鲜“北极星”潜射弹道导弹试验发射升空的场面2016年8月24日,朝鲜从咸镜南道新浦近海向朝鲜半岛东部海域发射一枚潜射弹道导弹,导弹飞行约500千米后落入日本防空识别区。这是朝鲜迄今为止第7次也是今年第3次试射潜射弹道导弹,试射后朝鲜对此高调宣传,并再次公布了部分试验相关图片,与以往不同,此次试验被外界普遍认为取得了成功,这标志着朝鲜潜射弹道导弹技术取得巨大进步。那么,朝鲜近几次试验究竟有何新意?新型潜射弹道导弹性能如何?其未来发展又将受到什么样的影响呢?

朝鲜新型潜射弹道导弹试验情况

目前朝鲜共进行了7次潜射导弹发射试验,公布了其中4次发射试验的影像资料,这成为对朝鲜潜射导弹发展情况分析的基础依据。

朝鲜潜射弹道导弹前期试验 在2016年之前,朝鲜共进行了4次导弹发射试验。第一次是2014年10月底,当时外界通过卫星照片发现朝鲜在新浦造船厂的地面试验台进行了导弹出筒的弹射试验,从平台损坏情况看,此次导弹并没有点火进入飞行状态。第二次试验是在2015年1月23日,这是首次导弹弹射与飞行试验,外界分析这次试验是从可下潜的浮动试验平台进行的,美国情报收集舰船与侦察机跟踪了导弹的发射。此后在2015年4月22日朝鲜再次在新浦南船厂近海海域进行了第三次弹射试验,美国宣称仍是在“水下平台”进行的“弹射试验”,这次试验后朝鲜公布了试验纪录片。朝鲜的第四次潜射导弹发射试验是在2015年5月8日进行的,韩国媒体称此次很可能是该导弹首次从潜艇水下发射,但不像是全程试验,仅仅是验证导弹的点火出水过程。此次试验朝鲜公布的图片显示潜射导弹以75度角出水发射,导弹涂装显示该导弹被命名为“北极星”1,而西方按传统将其称为KN-11;虽然朝鲜当时宣布试射成功,但美国情报机构认为导弹只是弹出了水面,火箭主发动机并没有点火,试验导弹只飞行了大约200米。需要注意的是,朝鲜对以上4次发射均称试验成功,而外界认为均以失败告终。此后,虽然朝鲜因为2016年年初的核武器地下试验与美韩等国剑拔弩张,不断射星射导示威,但是从2015年5月一直到2016年4月中旬未进行潜射导弹试验。

朝鲜潜射弹道导弹近期试验 朝鲜在2016年4月23日进行的潜射导弹试验,是在朝鲜2016年3月24日和4月9日连续高调进行了大型固体和大型液体燃料火箭发动机地面测试后进行的。目的是检验最大发射深度下的弹道导弹发射系统的稳定性、利用新开发的大功率固体燃料发动机助推的导弹垂直飞行的力学特性、阶段性热分离的稳定性以及核弹头起爆装置的动作精度。据报道,试验结果显示,水下发射系统具有充分的稳定性,所有指标满足水下攻击作战需要。韩联社援引韩国联合参谋本部的消息说,朝鲜当天下午6时30分左右在咸镜南道新浦市向半岛东北方向海域,发射疑为潜射弹道导弹的1枚飞行物。韩联社报道称,朝军利用“新浦”级潜艇发射飞行物,该飞行物在出水后成功点燃发动机。从这些情况看,此次导弹发射过程是成功的,但射程只有30千米引起外界关于此次试验是否成功的争议。

紧接着在2016年7月,朝鲜再次进行年内第二次潜射弹道导弹发射试验,但导弹在距离地面10余千米高空爆炸,飞行距离仅为数十千米。此次试验被美国和韩国侦察发现,但朝鲜未作任何宣传报道。外界认为,此次试验朝鲜更换了更大型的固体燃料火箭发动机,但由于导弹总体设计未作调整,导致发射不久弹体振动解体。

朝鲜新型潜射导弹最近试验 2016年8月24日的试验具有里程碑意义,从朝鲜公布的影像资料相对多的情况看,朝鲜对此次试验也较为满意。韩国联合参谋本部透露,朝鲜在2016年8月24日凌晨5时30分左右,从咸镜南道新浦近海向朝鲜半岛东部海域发射一枚潜射导弹。韩国《中央日报》则称,此次导弹以高角度进行了发射,虽然仅飞行了500千米,但如果以正常角度发射,射程或在1000千米以上。报道认为,朝鲜之所以选择以高角度发射潜射弹道导弹,或是为尽可能避免刺激日本。而朝鲜中央通讯社报道,这次试射是通过高角度进行的,再次确认了冷点火的安全性、大功率发动机性能、出水后导弹在不同阶段的飞行动力学特性,一些核心技术指标都完全达到了作战水平。韩军方也罕见表态认为此次发射取得了成功,并认为朝鲜潜射导弹服役时间有可能提前。◎2015年5月8日进行的朝鲜第四次潜射弹道导弹发射试验的场面,从喷管中出现的尾焰狭窄且有2~3米的长度几乎透明,这是典型的液体火箭尾焰特征

2016年4月23日朝鲜潜射弹道导弹试验发射升空的场面,喷管中出现的是典型的固体火箭发动机尾焰和尾烟迹试验情况分析

近几次试验中,公布相关图片和有限信息的只有2016年4月23日和8月24日两次,因此我们以这两次试验为主进行分析。

试验射程 朝鲜导弹试验历来争议最大的就是射程问题。从2016年4月试验时美韩监测的情况看,并没有出现导弹弹道异常或爆炸或翻滚下落等情况,只是发现其采用正常弹道完成了30千米射程飞行。实际上要确保导弹在如此短的射程中具有理想弹道并不容易:由于是单级导弹,从安全性讲,导弹一旦开始飞行,就必须不断加速直到燃料耗尽,然后呈弓形弹道下降以达到最大射程。如果要求导弹飞行30千米,那么其就只能携带飞行30千米的燃料。而朝鲜之所以只发射仅携带飞行30千米燃料的导弹,较为合理的解释是,在此前4次试验发射并不成功后,试验人员不希望携带10~20吨火箭燃料的导弹在其面前爆炸,毁坏昂贵的水下试验平台或潜艇。而此次试验很可能完成了试验目的,也就是说取得了成功。而2016年7月则可能使用了较大发动机和完整火箭燃料的试验,由于发动机直径变大和燃料增加,而导弹总体设计没有改变,导致导弹起飞后由于燃料的迅速消耗,质心和结构应力均发生变化,最终使导弹在仅飞到10千米高度时发生解体爆炸。

而2016年8月的这次试验中导弹飞行了500千米,并进入日本防空识别区约80千米,最后溅落海面。而从朝鲜公布的宣传图片中出现的导弹弹道轨迹测控画面,可以看到高弹道试射的典型轨迹。朝鲜也强调称试验没有给周边国家造成影响,这表明由于海域的限制,导弹实际射程应该比此次飞行的要远。

燃料分析 在2015年5月的试验中,导弹尾焰狭窄且有2~3米的长度是几乎透明的状态,然后延伸发展为典型的橘黄色尾焰流。羽状尾焰在大约20米后才扩散,这是典型的液体火箭尾焰特征。这可能是发动机燃烧的是煤油的缘故,而从尺寸和尾焰特征看,这与朝鲜的“劳动”导弹发动机非常相似。而从2016年4月23日和8月24日两次试验的照片可以发现,在导弹的根部出现了几乎炽热明亮的白色尾焰,然后很快扩散,变为明亮的灰色烟雾,而且2016年8月24日试验照片中导弹助推段尾迹明显为较长的深色烟雾带,这表明2016年的两次更像固体火箭发动机的尾焰和尾烟迹。就在2016年4月试验前1个月,朝鲜向外界展示了固体火箭发动机的地面测试情况,那次试验中的尾焰形状和颜色与这两次潜射导弹试验几乎相同。从其它国家的潜射导弹发展看,潜射弹道导弹采用固体燃料火箭发动机,具有推力大、比冲高、燃烧速度和尾焰喷射速度都很快的特点,但也伴有很多固体颗粒物,这与朝鲜此次发射特征吻合。

朝鲜电视台公布的2016年8月“北极星”导弹试验前“新浦”级潜艇准备吊装及开始吊装的影像

2016年8月朝鲜“北极星”导弹试验发射使用的“新浦”级潜艇

朝鲜电视台公布的2016年8月“北极星”导弹试验前测试影像平台推测 与以往发射后西方分析认为采用水下浮台不同,今年的几次发射对朝鲜采用潜艇平台的分析外界几乎没有质疑。2014年7月,美国卫星率先发现在朝鲜东海岸咸镜南道的新浦船厂出现了一种被称为“新浦”级的新型潜艇,从外形看应是南斯拉夫“萨瓦”级的改进型,长约65米,排水量1000~1500吨,采用了鲸型艇体和十字型艉舵,属于主要考虑水下活动的设计。与众不同的是该艇围壳顶端有一个与苏联“高尔夫”级潜艇发射管类似的开口,外界普遍猜测这应该是朝鲜正在发展的潜射导弹平台,但由于“高尔夫”级排水量3000吨,只可携带2~3枚R-27导弹,而“新浦级”只有“高尔夫”级的1/3~1/2,因此外界认为该艇只能携带1枚与R-27类似的导弹。韩国防部在相关报告中也认为,朝鲜进行潜射导弹试验的“新浦”级潜艇是仿制的俄“高尔夫”级常规潜艇,它可能装备有1套潜射导弹发射系统。韩国《京乡新闻》称,朝鲜潜射导弹技术距离完全掌握仍需2年以上时间。

2016年8月的这次试验宣传中,朝鲜首次公布了潜射“北极星”导弹的地面静态照片和潜艇吊装图片,从导弹直径和装填情况可以看出该艇只有一个垂直的导弹发射管。因此该艇可能只是朝鲜潜射导弹的试验平台,但在全新平台服役前,其可能也会担负一定的战备任务。

发射方式 从此次试验照片看,朝鲜此次水下发射的导弹出水后,空中存在深色烟雾,而出水处并没有较大烟雾累积,可以判断导弹是在出水后大约高度20余米空中点火,也就是导弹采用了水下燃气弹射方式,出水后空中点火启动火箭发动机,也就是“冷发射”。这种方式多为固体燃料导弹采用,与“热发射”相比发射系统更复杂。潜射弹道导弹的研制试验,各国会根据自己的情况选择不同的试验程序。陆上发射试验通常用来证明导弹发射和总体的可行性。苏联在第一枚潜射弹道导弹进行海上试射前,还专门在卡普斯丁亚尔靶场第4发射台上建造了一个特制试验平台,模拟在5~6级海浪中颠簸不定的舰船上发射导弹。通常在陆上发射成功后才会海上试验。俄罗斯最新型的“布拉瓦”潜射弹道导弹,是先进行一次水上发射试验,紧接着进行两次水下发射,在发现两次水下发射未获完全成功后,又进行了一次水上发射。由于水下发射的复杂性,一些国家在利用潜艇进行水下发射前,先用一个相对简单的固定水下发射平台进行测试。印度的潜射弹道导弹就是先通过水下发射平台发射的。朝鲜基本也是按照先陆上再水下,先平台再潜艇的过程,但可能由于采用苏联技术的原因,试验次数和时间间隔明显减少。

2016年8月24日朝鲜“北极星”导弹试验发射中,助推段尾迹明显为较长的深色烟雾带,另外可以清楚看到与以往不同的尾部格栅翼技术改进 从朝鲜公布的2016年8月试验照片可以发现,这次朝鲜“北极星”导弹采用了和先前试射的“火星10号”(“舞水端”导弹)类似的折叠式栅格尾翼。这在以往的“北极星”潜射导弹试验中均未发现。外界基本认为,“北极星”导弹栅格尾翼作用与此前“舞水端”导弹类似,主要解决导弹发射初期弹体的稳定问题,而这可能是“舞水端”和“北极星”导弹此前一再发射失败的原因。

新型潜射导弹性能分析

外观尺寸 从照片来看,此次试验的新型潜射导弹的直径大约1.5米,而且长度超过了9米,可能的重量也有15吨。而朝鲜在2016年3月24日进行的发动机试验中测试的大型固体燃料火箭发动机直径约1.25米,长3米,就目前所知是朝鲜制造的最大的固体火箭发动机,外界专业机构猜测朝鲜很可能在新型潜射导弹上安装了这种发动机,而该发动机显然比KN-11潜射导弹所匹配的发动机要小得多,其只能保证KN-11导弹助推起飞。外界机构通过计算发现,这样组合的导弹最大射程也只有约30千米,与2016年4月试验的结果基本吻合。而在2016年8月的试验中,“北极星”导弹高弹道射程达到500千米,这表明其采用了与其匹配的1.5米直径固体火箭发动机,也表明朝鲜仍存在一种更大直径的固体火箭发动机计划。

发射系统 前几次关于发射方式和发射系统的问题存在较大争议,此次发射如果被确认采用了弹射方式,那么这是朝鲜第一种采用弹射方式的导弹系统。朝鲜此次公报称,此次试验目的是检验在最大发射深度下进行的弹道导弹发射系统稳定性,以及利用新开发的大功率固体燃料发动机助推的导弹垂直飞行的力学特性。虽然没提及弹射式发射系统,但这也许是在前几次试验中已经验证的。朝鲜一直仿制的苏联SS-N-6导弹采用的是水下热发射方式,此次的弹射方式无疑是一次技术突破。但也需要注意的是,此次导弹试验采用了较小的固体火箭发动机,导弹重量有所减少,弹射试验成功并不能说明问题,但可以肯定的是朝鲜正在试验发展全新技术的水下发射系统。

发动机类型 从朝鲜此次试验公报看,朝鲜此次发射的潜射导弹采用了“大推力固体发动机”技术。而此前外界一般认为朝鲜的“北极星1号”(美国称KN-11)潜射导弹技术水平类似苏联R-27(SS-N-6)导弹,是一种液体燃料潜射导弹。液体燃料导弹采用水下弹射方式存在诸多技术风险。当导弹从潜艇发射管中弹射出来时,燃料储箱中的液体燃料会在垂直方向振荡,这种振荡力可能导致导弹倾覆或使燃料储箱破裂。燃料加注口即使是瞬间开裂,典型液体燃料火箭的高能燃料泵都会超速,并发生破损吸入空气,非常可能的是火箭在发动机点火后瞬时爆炸,实际上朝鲜至少发生过一次类似事故。不过像苏联发展R-27潜射弹道导弹那样,克服这一困难也是有可能的,朝鲜人很可能获得了这种技术,甚至可能从俄罗斯得到了这种导弹。而且从2016年4月9日朝鲜在东仓里发射场进行的大型液体燃料火箭发动机试验的地面照片看,朝鲜测试的发动机将一组2台R-27导弹发动机4D10组合在一起,R-27导弹基本适合朝鲜“新浦”级潜艇发射管,但是朝鲜为什么没有使用这种导弹呢?实际上,朝鲜得到的这些导弹中最新批次也是30年前生产的,而且这些导弹由于朝鲜没有技术修整和储存,可能已达使用年限,从近期朝鲜同样源于苏联R-27导弹的“舞水端”中程导弹接连发射失败的情况看,朝鲜对于该型导弹技术的消化和关键部件的保养的确存在问题。这就不难理解朝鲜为什么现在要从液体燃料导弹转向固体燃料导弹了。

使用固体燃料发动机不仅因为前面提到的液体燃料震荡问题,而且可储液体火箭燃料具有高度的腐蚀性,如果发生泄漏,由于燃料蒸汽具有剧毒性,在密闭空间中非常难以处理。过去也只有苏联使用液体燃料,而现在他们在其最新潜射导弹上也已经改用固体燃料。外界推测,朝鲜当初着手发展液体燃料潜射导弹是因为在当时无法制造足够大型的固体燃料发动机,而俄罗斯技术专家在液体燃料发动机方面却可以达到要求,但是朝鲜在液体燃料火箭发动机方面几乎从未取得过成功,这可能使得朝鲜军工企业陷入困境,而另一批科研人员在固体燃料发动机方面取得了进展,因此朝鲜理所当然地适时中止液体燃料火箭发动机的发展,从头开始使用新的固体燃料发动机,但导弹并不是全新系统。

导弹射程 按照性能分析,从液体燃料改为固体燃料后导弹射程将会略有损失。在工作时,液体燃料火箭发动机比固体的要轻些,效率也更高些。通常情况下,固体推进剂一般比液体推进剂的比冲低。所谓比冲就是1千克推进剂能发出的冲量,而冲量通俗讲就是发动机的推动能力,它标志着推进剂的能量和发动机对能量的利用程度。一般情况固体推进剂的比冲为2600米/秒,而液体推进剂可达2800米/秒。不过虽然固体推进剂的比冲较液体的要低,但密度较大,导弹携带相同质量的推进剂,占的体积小,因此其体积比冲大,同样冲量的固体火箭发动机尺寸要比液体火箭发动机小,这也是发射空间狭小的潜射导弹设计所追求的重要目标。此外,从朝鲜KN-11导弹的外观看,其第二级长度不足以弥补液体燃料改为固体燃料后导弹的性能损失。外界认为如果液体燃料的KN-11能携带650千克弹头飞行1600千米距离,那么单级固体燃料型KN-11的最大射程可能只略大于900千米。

朝鲜潜射弹道导弹发展分析

近几次试验表明,朝鲜在潜射导弹发展上开始从液体燃料转换为固体燃料,但外观两者基本一样。2016年4月潜射导弹发射试验不是全程测试,并没有使用全尺寸发动机,而2016年8月这次试验已经使用了与KN-11导弹适配的1.5米直径固体火箭发动机。如果朝鲜现在全力专向1.5米直径固体火箭发动机试验,则正在发展的使用1.2米直径第二级发动机的新型固体燃料导弹则需要放弃或至少中止1~2年。以前外界认为朝鲜要等到2020年才具备潜射导弹的实际作战系统,而如果他们返回去从新设计,并使用较为简单的配置,那么上述评估时间维持不变也是可能的。而2016年8月的试验后,美韩情报部门均承认朝鲜潜射导弹的成功,并因此修订了其预测时间,认为朝鲜潜射导弹最快能在今后1~2年内完成实战部署。

射程范围可扩大 外界在2016年4月试验后,就推测固体燃料的“北极星”导弹射程可能从液体型号的1600千米缩短到900千米。从2016年8月试验达到500千米的情况以及其公布的公报内容看,此次试验采用了高弹道来压缩射程,这也可提高弹头的突防概率。从监控室图片看,如果弹道延伸为标准弹道模式,导弹射程扩大到试验实际飞行射程的2倍是有可能的,因此外界推测的900千米射程是可信的。如果朝鲜继续改进该型导弹,将其改为两级直径均为1.5米,或一个1.5米一个1.2米,那么导弹的射程可能达到1600千米或1200千米,大大拓展朝鲜战略威慑的范围。

发射技术可推广 朝鲜公开的潜射弹道导弹试验的图片表明,其已经放弃在过去不断失败的液体燃料发动机设计。如果通过固体燃料潜射导弹的发展使得朝鲜导弹“冷发射”技术成熟完善,其很可能像印度那样将该技术上陆,进而发展储运发射筒弹射方式发射的陆射弹道导弹,全面提高朝鲜的中远程弹道导弹的生存性和可维护性。特别是朝鲜前期公开试验的1.2米直径固体燃料发动机可以与1.5米直径固体燃料发动机组成级联,形成射程更远的陆基机动固体燃料导弹,要么两者均缩短,形成新的长度9米的潜射弹道导弹,并使用现有发射平台,形成射程更远的潜射导弹或公路机动弹射导弹系统。

◎2016年3月朝鲜1.2米直径固体火箭发动机地面测试场面

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