导弹弹头如何穿“裙子”防热？

科普中国-军事科技前沿 2020-07-29

　　【弹道导弹弹头再入技术③】

　　如果仔细观察导弹弹头部分就会发现在许多导弹与弹头衔接的过渡部分都有一个突然放大的部分，一旦弹头与导弹弹体分离，这个放大的过渡段部位就像小姑娘在腰间穿着一件短裙一样。那么，为什么导弹弹头要在尾部系着一条“短裙”呢？

　　弹道导弹弹头的几种常见外形，其中前两种都似穿着裙子（图片来源：《弹头设计》宇航出版社）

　　在前面已经谈到，弹头在高空再入的时候，启动环境非常恶劣，在这时如果弹头出现前后翻滚的状态，将使弹头烧蚀的毫无规律，甚至以防热最薄弱的尾部冲向温度最高的前面，而且这种毫无规律的运动将打乱弹道设计，因此为了避免弹头在高速再入时出现不对称烧蚀，减少其滚动共振，保证弹头突防系统的正常工作，进而有效地提高弹头的命中精度，就必须准确地对弹头进行定向和稳定控制。这就要求在弹头上设计有相应的末段控制系统，以便控制弹头的飞行姿态。

　　稳定控制的技术途径虽然有很多，但最简单和使用最多的一种控制弹头再入飞行姿态的方法是，在弹头的尾部作一个稳定裙设计。这种裙状过渡段的设计本身是弹体壳体的一个组成部分，但它并不承受过高的载荷，只是在弹头穿过大气层时，如同羽毛球上的羽毛段，利用空气的阻滞，不断调整弹头飞行姿态，使所谓的空气动力作用的压心保持在弹头质心之后，就可以保证弹头头部始终向前，同时也可以降低一定的下落速度。当然，倘若弹头再入飞行的速度很高，仅仅依靠结构上的稳定裙是不够的，还必须在弹头上安装调整弹头姿态的姿控小火箭、制动折翼及精确的姿控系统等，通常这种姿态控制系统会使弹头再入时绕其相应的弹体对称轴旋转，这就像步枪子弹头通过膛线加速旋转，在出膛后高速旋转，以避免遭遇空气或目标物后侧偏甚至翻滚，确保了子弹的较高命中精度。不过，由于弹道导弹弹头内部结构强度和核装置工况的要求，弹头的旋转速度不可能像子弹那么高，其只能保持慢旋状态，这种慢旋不但能保持飞行方向和精度，还能保证弹头的防热可靠，因为弹头在再入时因为由于存在再入倾角的关系，导致轴对称的弹头不同侧面的阻力不同，这直接造成弹头表面不同方向的烧蚀情况有很大不同，而沿着飞行轴向缓慢旋转，可使弹头覆盖层不同侧面烧蚀均匀，避免了因为不均匀烧蚀造成外形不对称，最终导致弹头在高速气动环境中出现振动，甚至面一侧或点的过渡烧蚀导致弹头最终解体和烧毁。但由于这种设计使弹头舱内宝贵的载荷容积变小，因此通常是弹道导弹再入技术较为初级的国家，或在防热材料和结构设计难以取得突破的情况下采用，而且大多用于刚开始面临弹头再入防热困境的中程弹道导弹上，在发展中远程和洲际导弹时这种通过弹头独特外形缓解再入防热问题的做法就难以行得通了。我们在在美苏弹道导弹发展初期都可以发现这种弹头外形设计，但很快在防热技术成熟后，这种外形设计就非常少见了，而在近期朝鲜“劳动”和2017年发展起来的“火星-12”等中程导弹，以及伊朗的“流星”2和“奇亚姆”等中近程导弹上都还可以看到这种设计。可见，弹头穿“裙子”载入大气层可不是为了清爽或好看，而恰恰相反是为了防热呢。

　　射程只有1000多千米的劳动导弹采用多级圆锥的裙形再入体设计，可以满足弹头再入防热要求（图片来源：prokorea.ru）

　　李文盛：电子工程学士及军事学硕士，原总参某部高级工程师，从事军事信息与军事战略研究，以及远程作战问题研究，长期参加中国军控学会《年度国际军备控制与裁军报告》及中国国际问题研究所《全球核态势评估（年度）报告》的撰写，在军内外十余家刊物发表学术及军事科普论文400余篇，参与《俄罗新军事基本情况》、《美国未来作战系统》等多部论著撰写，主持或参加了多项国家及军队科研项目，获得军队科技进步奖多项，为核战略与核武器发展、作战使用专家，在防空与反导，以及常规远程作战方面也有较深研究。