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[科普中国]-洲际弹道导弹

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洲际弹道导弹(intercontinental ballistic missile) ,通常指射程大于8000公里的远程弹道式导弹。它是战略核力量的重要组成部分,主要用于攻击敌国领土上的重要军事、政治和经济目标。洲际弹道导弹具有比中程弹道导弹、短程弹道导弹和新命名的战区弹道导弹更长的射程和更快的速度。目前,世界公认的拥有可立即投入使用的洲际导弹的国家已扩展为俄罗斯、美国、英国、法国和中国等 5 个联合国安理会常任理事国,洲际导弹成为体现大国威慑力的重要“名片”。1

2017年5月30日,美国国防部导弹防御局宣布,美军首次洲际弹道导弹拦截测试获得成功。2

基本资料一般来说,洲际弹道导弹的射程至少应达到5500-8000公里(各国定义不一,目前除法国以外,几个核大国的洲际导弹射程都在11000公里以上)。洲际弹道导弹一般(但并非一定)装备1枚核或热核弹头,其典型构成为:液体或固体推进装置,二级或多级助推火箭,惯性制导系统(并可加装星座导航、卫星导航或末端制导系统),一个或多个载入飞行器,每个载入飞行器各含有一枚弹头。4

在美国,洲际弹道导弹、潜射弹道导弹和远程轰炸机的地位大致相同,共同组成“三位一体”的战略威慑力量。而在俄罗斯,洲际弹道导弹是战略打击力量的主体。如今,已经拥有远程弹道导弹的国家越来越多,主要有美国、俄罗斯、英国、法国、中国。1

洲际弹道导弹具有比中程弹道导弹、短程弹道导弹和新命名的战区弹道导弹更长的射程和更快的速度。然而以射程来区分导弹种类总是带有主观性和一定的随意性,所以并没有普遍接受的定义严格地区分上述各种类型的导弹,所有定义都只在一定的学术群体内部能够达成共识。5

世界上试射成功的第一枚洲际弹道导弹是苏联的Р-7(苏军的昵称是Семёрка,意为“老七”),北约代号SS-6“警棍”。这枚导弹于1957年8月21日从位于加盟共和国哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场试射成功,飞行了6000公里。5

发展沿革洲际弹道导弹的设计思想最早可以追溯到1930—1940年代由纳粹德国著名火箭专家沃纳·冯·布劳恩向纳粹政府提议的A9/10系列。由于后来二战德国战败,这些构想未能实现。最早的中程弹道导弹则是冯·布劳恩在二战期间主持设计制造的V2火箭(“V”取自德语词Vergeltung 的首字母,意为“复仇”)。V2上装备的是液体燃料发动机和惯性制导系统,从移动发射车上发射以避免遭受盟军的空袭。二战结束后,冯·布劳恩和大批曾为纳粹服务的德国科学家被俘,之后被秘密转移到美国,加入了美国军方发起的名为“文件夹行动”(Operation Paperclip)的中程弹道导弹研发计划,在V2设计思想的基础上研制了“红石”(Redstone)和“丘比特”(Jupiter)中程弹道导弹。依据《北大西洋公约》的规定,美国可以将这些导弹部署在射程可覆盖苏联东欧平原地区的欧洲国家。1

美国和俄罗斯(前苏联)都是从第二次世界大战开始研制洲际弹道导弹的。1957年8月前苏联首次试射成功第一枚SS-6洲际弹道导弹,美国第一枚洲际弹道导弹“宇宙神”于1959年开始装备。两国都拥有一批火箭发展的先驱,其中著名的有前苏联的齐奥尔科夫斯和美国的戈达德。洲际弹道导弹已经发展了五代。1

苏联研制的第一种洲际导弹是SS-6。它长30米,直径4.5米,重量达254吨,可以携载重达4100千克的百万吨级核弹。但SS-6导弹还算不上是一种很好的洲际弹道导弹,因为导弹体积太大、使用的液体燃料不易贮存,使得发射平台易遭摧毁。因此,SS-6型导弹很快就被淘汰,转而用作苏联的航天运载工具。15

美国的第一代洲际弹道导弹是“宇宙神”导弹。前苏联研制的第二代远程导弹是SS-7和SS-8洲际弹道导弹。此后,苏联又研制和部署了SS-9、SS-11和SS-13等3种型号的第三代洲际弹道导弹,解决了以往导弹中所遇到的许多问题。美国在第二代及第三代导弹发展上用了数年的时间,并推出了多种型号。在“宇宙神”系列导弹完全退役以前,先后推出了D型、E型和F型。全新的固体燃料导弹系列“民兵Ⅰ”A型和B型推出之后,又推出了“民兵Ⅱ”型,这些导弹进入陆基战略导弹部队服役,并成为主力导弹。“北极星”A-3和“民兵Ⅱ”导弹是第二代导弹向第三代的过渡型。装备有分导式再入飞行器的“民兵Ⅲ”导弹则是美国战略导弹系统中的第三代导弹。5

苏联第四代洲际导弹装备了分导式多弹头,如SS-17导弹有4个弹头,SS-18导弹有10个以上弹头,SS-19导弹有6个弹头,SS-20中程弹道导弹有3个弹头,从而使一枚洲际导弹可以攻击多个目标。美国第四代洲际导弹的特点是可以打击导弹发射井和坚固目标,如“和平卫士”导弹和“民兵Ⅲ”导弹。5

俄罗斯已经研制和部署了第五代洲际弹道导弹,如单弹头的SS-25公路机动洲际弹道导弹;能突破拦截系统的“白杨-M”洲际弹道导弹和RS-24多弹头洲际弹道导弹。而美国也发展出铁路机动“和平卫士”洲际导弹和另一种小型公路机动导弹系统。随着俄罗斯导弹命中精度和当量的进一步提高,美国的洲际导弹部队可能还要增加机动弹道导弹力量。5

2017年5月30日,美国国防部导弹防御局宣布,美军首次洲际弹道导弹拦截测试获得成功。2

分类陆基洲际弹道导弹一定意义上说,陆基型导弹才是真正的“洲际”,因为陆基型导弹可以不考虑体积对周围环境影响的因素。这种导弹发射距离最远,反应时间最快,自我保护能力也最强。3

陆基型导弹发射井,所有陆基型导弹都需要一个发射井。原子弹发明后,洲际弹道导弹都具备了发射核弹的功能。因此,为了自身具有反击能力,发陆基型洲际导弹发射井射井井壁很厚且深埋地下。一般都能够在自身遭受核弹攻击后根据预先设定的程序自行启动,实施核反击。因此,陆基型洲际弹道导弹具备二次打击能力。3

所有的航天发射架都适合发射洲际弹道导弹,但洲际弹道导弹的发射井却未必适合用于航天项目。因为作为战争机器,洲际导弹需要的是在最短的时间内发射出舱,并通过大气层外的高速滑翔飞向敌战区,故而发射震动很大,且自身体积越小越好。而航天发射架主要用于民用和科学实验,不具备自我保护能力。3

中国人民解放军第二炮兵部队部署了若干枚东风5型及东风31型洲际弹道导弹。7

海基洲际际弹道导弹指将导弹弹体安装在潜水艇中(一般是核潜艇),进行发射。潜射型弹道导弹是一个国家真正的杀手锏。具有全球到达(核潜艇可以连续巡航上万海里、几个月不浮出水面)、全球打击(导弹一般具有上万公里的飞行弹道)、隐蔽性高。苏联台风级核潜艇,是世界上最大的核潜艇(超过水下300米的深度)和二次打击能力。最典型的是美国的三叉戟核潜艇和苏联的台风级核潜艇。8

但潜射型导弹一般受到潜艇自身高度、宽度和载重量的影响,比较粗短,而且导弹的弹体周围必须要有一个保护壳,来承载巨大的水压。因此导弹弹体比较小。发射时一般由潜艇把发射浮筒发射出舱,壳体上浮至离水面数米处,启动点火程序,保护壳内的导弹点火、冲出水面,通过地磁和GPS天线自行调整弹道曲线。8

车载型洲际弹道导弹车载型具有良好的机动性和隐蔽性,同样具有全球打击能力,包括汽车和火车两种运载方式。但车载型由于受到车体自身大小和载重量等限制,导弹参数通常低于陆基型。汽车型发射最典型的莫过于俄罗斯的“白杨”系列导弹,白杨M型(发射车为8轮)。火车型则是俄罗斯的SS-24“手术刀”型,和美国的MX“和平卫士”型。5

组成部分从洲际弹道导弹发展来看,其主要构成系统包括以下几个核心部件:4

推进系统只有多级推进装置才能使有效载荷达到洲际射程,因此洲际弹道导弹一般采用多级推进装置,推进器有液体燃料推进器和固体燃料推进器。4

制导系统早期的洲际弹道导弹综合使用了无线电指令和惯性制导方式,这种方式不尽如人意,尤其是无线电指令制导系统易遭外界干扰或破坏。美苏两国在早期的导弹计划中都采用全惯性制导系统来提高命中精度和可靠性。如今,洲际弹道导弹大都采用复合制导方式,即惯性制导、GPS制导和地形匹配制导等。4

后助推飞行器后助推飞行器是洲际弹道导弹上分导式再入飞行器的运载器,又称分导式再入飞行器母舱。它也能用于运载诱饵、干扰物和其他突防装置。后助推飞行器可以在再入飞行器释放出来沿无动力的弹道飞向预定目标前为其增加一定的射程。4

再入飞行器携载弹头飞向预定目标的容器就是再入飞行器。有洲际弹道导弹可以携载10个或者更多的再入飞行器,打击分布广泛的目标。因此,再入飞行器的数量越多,每枚导弹所能打击的目标也就越多。4

弹头洲际弹道导弹的弹头一般都是核弹头。洲际弹道导弹问世后,核聚变弹头进一步发展,使弹头进一步小型化,并便于使用多弹头。弹头抗核辐射效应的能力更强,结构上也得到加固,可以承受地面冲击力,从而导致人们研制出用于摧毁特别坚固目标的钻地弹头。但是弹道导弹的弹头并不一定必需是热核弹头,甚至不一定是核弹头。随着导弹命中精度的提高,弹道导弹也可能携带精确制导和摧毁面状目标的常规弹药。4

基地设置方式鉴于当时的技术状况和导弹部署的急迫需要,早期的洲际弹道导弹都是从地上发射平台发射的。由于早期的洲际弹道导弹命中精度较差,而且轰炸机到达同一目标的速度较慢,这种设置方式在初期尚能满足人们的需要。但是随着洲际弹道导弹命中精度的提高以及部署数量的增加,加强洲际弹道导弹设置基地的安全成为对抗双方关心的重点。由于地下发射井易遭打击,因而转而发展陆基机动、海上机动发射和空中机动发射洲际弹道导弹。4

指挥与控制系统在现有的战略进攻武器系统中,洲际弹道导弹占有一项优势,即最高指挥当局能对洲际弹道导弹的授权发射加以控制,确保防止未经批准就擅自发射导弹。美国、苏联、法国、英国和中国都为各自的弹道导弹部队建立了严格的指挥控制与通信(C4I)系统。4

飞行阶段洲际弹道导弹发射后可以区分成下列三个飞行阶段:2

推进加速阶段从火箭发动机点火开始,飞行时间3~5分钟不等(固态燃料火箭的推进加速阶段短于液态燃料火箭),本阶段结束时导弹一般处于距地面150到400公里的高度(依选择的弹道轨迹不同而随之变化),燃料烧尽时的速度通常为7公里/秒。2

中途阶段本阶段约25分钟,期间洲际弹道导弹主要在大气层外沿着椭圆轨道作亚轨道飞行(suborbital flight),轨道的远地点距地面约1200公里,椭圆轨道的半长轴长度为0.5~1倍地球半径,飞行轨道在地球表面的投影接近大圆线(之所以是“接近”而非“重合”是由于飞行期间地球本身自转造成的偏移),在本阶段携带多弹头重返大气层载具或者是分导式多弹头的洲际弹道导弹会释放出携带的子弹头,以及金属气球、铝箔干扰丝和全尺寸诱饵弹头等各种电子对抗装置,以欺骗敌方雷达。2

再入大气层阶段从距地面100公里开始计算,飞行时间约2分钟,撞击地面时的速度可高达4公里/秒(早期的洲际弹道导弹小于1公里/秒)。2

打击精度打击精度是另一个普遍关心的问题。将打击精度提高一倍意味着摧毁同样的目标,需要弹头的重量(爆炸当量)可以降为原来的1/4。打击精度受到制导系统和掌握的实时地球物理学信息的限制。一些分析人士认为,多数政府支持的定位、导航、测绘系统,如GPS、Seasat(海洋观测卫星)等等,都具有向洲际弹道导弹提供诸如重力异常等信息的功能,以提高它们的打击精度。9

除配备空间导航系统外,现代的战略导弹还配有专用的高速集成电路,综合导航系统和装在导弹上的各种传感器得到的数据,以每秒数千到上百万次的速度实时求解导弹的运动微分方程,将结果返回助推器以便修正轨道偏差。导弹运行数据的读取按照发射前默认的时间表进行。9

断代史第一代第一代洲际导弹主要是指上世纪50年代末苏联研制成的SS-6系列导弹,以及美国的“宇宙神”“大力神”等系列导弹。它们实现了洲际导弹从无到有的跨越,但技术性能较差。这些导弹主要采用液体燃料,发射前需要很长时间加注准备且不易贮存,最大起飞重量可达122吨。导弹装载的单弹头最大威力相当于500万吨TNT当量,但精度较低,圆概率误差近10公里。1

第二代第二代洲际弹道导弹的特点为固体推进增射程。就武器装备发展而言,弥补了上一代的弊病往往就会是下一代的亮点,洲际导弹也不例外。针对第一代洲际导弹使用液体燃料射程短、自重大、反应时间长等缺点,美国“大力神Ⅱ”“民兵Ⅰ”“民兵Ⅱ”以及苏联SS-7、SS-8等导弹都改为固体燃料推进,最大起飞重量减小至80吨,射程却增加至1.1万公里,命中精度提高到了百米级,导弹的发射地点也逐步从地上塔架转入地下发射井。这一阶段,洲际导弹搭载的核弹头开始加装突防装置,其命中精度、威力、实用性和可靠性都有所提高。1

第三代第三代洲际弹道导弹的特点是集束式弹头且突防强。矛与盾总是共生的,随着洲际导弹的发展,到了上世纪70年代,导弹防御系统也雏形初现。为此,第三代洲际导弹开始在增强突防能力上“做文章”。苏联的SS-9系列、SS-11系列和美国的“民兵Ⅲ”系列导弹都普遍采用了集束式多弹头。当导弹搭载这种弹头飞至预定地点时,可在打开弹头母舱的同时释放出多个子弹头,共同攻击目标。与单弹头相比,这种集束式多弹头可有效提高洲际导弹的突防能力,增强对地面目标的毁伤效果。1

第四代第四代洲际弹道导弹的特点是分导弹头“一打多”。集束式多弹头诞生后不久,人们就发现了它的不足:子弹头多靠惯性飞行,精度低、消耗大,且不宜打击点目标。为此,从上世纪70年代开始,美苏两国开始研制分导式多弹头。与集束式多弹头一次释放多个子弹头不同,分导式多弹头的弹头母舱可以按预定程序逐个释放子弹头,并使其分别导向目标,从而可精确攻击相隔一定距离的数个目标或集中攻击同一目标。美国的“潘兴Ⅱ”以及苏联的SS-17、SS-18、SS-19、SS-20等导弹都是分导式多弹头的代表。随着精确制导技术的发展,这些导弹的精度大幅提高,圆概率误差降至百米以内。1

第五代第五代洲际弹道导弹的特点是更小巧,更精悍。随着导弹防御系统越来越坚固,当洲际导弹发展到第五代时,讲究的已经不再是威力和射程,而是生存力和突防力。各国洲际导弹竞相朝着小型化、可车载机动发射以及水下潜射等方向发展。在这方面,俄罗斯人似乎领先一步,他们已发展出陆基的“白杨-M”“亚尔斯”,潜射型的“布拉瓦”“蓝天”等多型第五代战略核导弹。美国人也不甘落后,研制出了可铁路机动发射的“和平卫士”洲际导弹,以及可采用轮式机动车作为发射平台的“侏儒”系列导弹。相比前几代洲际导弹,这些导弹的威力虽有所减小,但突防能力却不断增强,而且精度越来越高,甚至可以直接攻击对方的导弹发射井。1

代表型号“民兵”洲际弹道导弹“民兵”-1A是美军装备第一种固体燃料陆基洲际弹道导弹。导弹为三级,第一级、第二级和第三级的直径依次减小。其中一级弹体直径(导弹最大直径)1.67米。导弹全长16.45米.最大射程8000千米,起飞重量29.5吨,弹头重量约450千克。携带当量60万吨单弹头,命中精度(cEP)约为1800米。导弹采用地下井热发射方式,最快反应时间约为1分钟钟。5

SS-24洲际弹道导弹SS-24是世界上唯一一种从火车上发射的洲际弹道导弹。苏联的SS-24导弹列车由17节车厢组成,其中包括3个用于装载和发射导弹的发射舱。一个导弹发射舱由3节车厢组成.包括主发射装置、辅助发射装置和控制发射舱的指挥所等。导弹列车另外7节车厢主要用作指挥车厢、燃料、润滑油罐车车厢等。5

SS-24洲际弹道导弹带有10个分导式弹头.每一个弹头爆炸当量达到43万吨:导弹采用惯性制导方式,但通过采取信息转存、增加元器件防护能力、实施信息交互等措施,命中精度显著提高。5

东风-41洲际弹道导弹东风-41洲际导弹采用公路机动平台,铁路机动平台和加固地井发射三种方式部署。1984年东风—41洲际弹道导弹立项,工程编号204工程;1991年东风—41解决固体燃料问题;1994年东风—41进行首次高弹道试射取得成功;2010年交付使用。东风—41弹长16.5米,弹径2.78米,整体重量达到633吨。采用三级固体燃料推进,配备一枚1600公斤的550万吨级当量弹头,精度(CEP)为100-200米。6

战略意义早期的洲际弹道导弹的发展为人类的空间探索提供了直接而坚实的基础,空间技术史上许多著名的运载火箭,如“宇宙神”(Atlas,美国)、“红石”(Redstone,美国)、“大力神”系列(Titan,美国)、“卫星”(苏联)、“质子”(苏联),以及我国的长征系列运载火箭等都是从早期洲际弹道导弹设计中移植过来的(这些设计最终都没有在洲际导弹中使用)。随着技术的进步,现代洲际弹道导弹的打击精度已大为提高,不再需要携带破坏力巨大的弹头即可摧毁预定目标,所以尺寸已比早期导弹大为减小,弹头也比原来更轻,推进剂则改为固体燃料(这使得它们的运载能力要低于运载火箭),但处在洲际弹道导弹研发初期的各国一般仍采用液体燃料火箭,因为其构造比固体燃料火箭更为简单。当今世界各国(尤其是大国)的洲际弹道导弹的部署一般遵循“相互保证毁灭”的战略思想。10

到了1970年代,美苏都开研制反弹道导弹系统(Anti-ballistic missile),这使得上述“相互确保毁灭”原则的基础受到威胁。为避免军备竞赛加剧,1972年5月26日,美苏签署了《反弹道导弹条约》(Anti-Ballistic Missile Treaty),以保存现有洲际弹道导弹的威胁力,保证冷战双方的平衡。然而这一平衡在1980年代美国总统罗纳德·里根启动星球大战计划,发展新一代的“和平卫士”和“侏儒”(Midgetman)洲际弹道导弹后再次受到威胁。这些举动导致了后来的各次《削减战略武器条约》(START)谈判。10

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学