深海迴音——巨浪2潛射洲際彈道導彈深度解析（一）_風聞
刘敏-军事观察员，独立撰稿人2019-05-09 17:19
就在剛剛結束的2018年年底的時候，長期關注中國軍力發展的美國《華盛頓自由燈塔報》引述“美國國防部知情官員”的消息，稱中國軍方在2018年11月底首次試射了一枚“巨浪-3”型潛射洲際彈道導彈。美媒稱，“巨浪-3”是中國正在開發的第三代潛射洲際彈道導彈的代號，射程超12000公里，可攜帶單個或多個核彈頭。
看到這樣一條消息，我們不禁就要思考了，“巨浪-2”是在2012年年底設計定型裝備海軍的，094戰略核潛艇首次攜帶巨浪-2進行戰備巡航是在2014年。也就是説巨浪-2裝備部隊才四年時間，巨浪-3就已經進入實彈試射階段了？難道説巨浪-3和巨浪-2當初就是平行發展的兩個項目嗎？這顯然是不可能的，所以，以其相信這個純屬子虛烏有的巨浪-3，筆者更傾向於這只不過是一次巨浪-2的年度試射。
圖1：剛剛躍出水面的一枚巨浪-2潛射洲際彈道導彈，發動機尚未點火，從塗裝看這是一枚實驗彈
一、研製背景
要想理清楚巨浪-2的來龍去脈，我們的故事就要從很多年以前開始説起。很多軍事愛好者估計在很久以前就聽説過巨浪-2的名字，都知道巨浪-2經歷了漫長的研發，但實際上巨浪-2的歷史比大家知道的還要早很多。時間往前可以一直追述到1976年，那一年文革都尚未完全結束，中國中央軍委就已經正式批准了巨浪-2的研製任務，只不過對於先研製“潛射中程導彈”還是“潛射遠程導彈”出現了意見分歧。因為那個時候連近程的“巨浪-1”潛射導彈都尚處於研製階段。1986年，航天一院、二院、四院聯合論證固體遠程戰略導彈總體方案，決定要研製“陸基遠程導彈”和“海基遠程導彈”，遵照“先陸後海、陸海兼顧、技術通用”的指導思想，導彈要達到直徑2米、3級固體火箭發動機、最大射程8000公里的要求。這項計劃的核心是要研製體現“大直徑、基本型、系列化”要求的2米直徑大型固體火箭發動機。這一支藤上開出了兩朵花，依照這個計劃中的2米直徑固體火箭發動機為基礎發展而來的，一個就是後來的“東風-31”，另一個就是“巨浪-2”。1994年，第二代戰略核潛艇正式立項，這就是後來的094戰略核潛艇。1999年5月8日，美軍轟炸了中國駐南斯拉夫大使館，同年10月1日，東風-31參與了北京建國五十週年國慶閲兵，正式在世人面前亮相。同年底東風-31A和巨浪-2正式立項。
從這段歷史可以看出，後來世人熱炒的“東風下海”是很不確切的。東風-31和巨浪-2在論證階段就是平行發展的兩個項目，在相關設計上一開始就兼顧了兩者的需求，所以東風-31和巨浪-2並不是父子關係，而更像是一對系出同源的同胞兄弟。
圖2：被漁民打撈上岸的巨浪-2第一級，可以分辨出它有2米直徑和複合材料殼體
二、整體佈局
從現有的資料來看，巨浪-2直徑2米，3級固體火箭發動機，長度14米，起飛重量估計超過50噸。依照1986年的最初計劃要求，射程要達到8000公里。在整體設計上採用了頭部雙整流罩，水中尾整流罩，水中主動空泡減阻，水面點火等設計。
雙整流罩這種設計最早見於前蘇聯的“R-39鱘魚”潛射洲際彈道導彈（北約編號：SS-N-20）。由於潛射彈道導彈需要從水下發射，等導彈躍出水面後再改為大氣飛行，所以導彈需要同時面對海水和大氣這兩種不同介質的考驗。海水的密度約是空氣的800倍，在水裏最理想的整流罩造型是水滴造型，如同魚雷或水滴造型的潛艇頭部；而在大氣飛行時，由於導彈最終是要離開大氣層的，所以需要加速到第一宇宙速度，也就是每秒7.9公里的高超音速，這時候最理想的整流罩造型則是圓錐型，如同步槍子彈彈頭或是超音速戰鬥機的鼻錐。而巨浪-2採用雙整流罩的設計，目的就是想同時擁有水下和空中的最佳流體性能和氣動外形。導彈離開潛艇時，先使用流體性能最佳的水滴造型整流罩，導彈躍出水面後，水滴造型整流罩拋離，露出裏面超音速性能最佳的圓錐型整流罩，出大氣層後，再把圓錐型整流罩拋離。跟R-39不一樣的是，巨浪-2還開創性的使用了水下尾整流罩，用來減少導彈水下尾部阻力，尾整流罩也是躍出水面後拋離。巨浪-2這麼做的目的，顯然是在追求極限性能，當然帶來的直接問題就是設計過於複雜，可靠度相對較低。
而美國的“三叉戟2-D5”和法國的“M51”潛射洲際彈道導彈則沒有搞得這麼複雜，由於無法同時兼顧水下流體行能和大氣飛行的氣動造型。於是按水下造型優化，使用水滴造型整流罩，大氣飛行時則使用減阻杆減阻。這種設計簡單有效，可靠性極高。導彈在躍出水面後，除了彈出減阻杆外再沒別的機械動作。缺點則是水滴造型整流罩在超音速飛行時，阻力實在大的驚人，雖然美海軍宣稱D5的減阻杆在導彈前面產生激波，可以減少後部彈體50%的摩擦阻力，但整體減阻效果仍遠遠不如圓錐型整流罩。
圖3：左邊是美國的“三叉戟2-D5”，右邊則是“三叉戟1-C4”，注意D5的水滴造型整流罩和頭部減阻杆
水中主動空泡技術原理類似於“超空泡”現象，導彈上帶有空泡發生器，可以產生大量空泡包裹住彈體，這時彈體表面接觸的介質就會從海水變成氣體，大大減少了彈體摩擦阻力。水中主動空泡技術常見於法國和俄羅斯的潛射彈道導彈，因為法、俄兩國導彈慣常使用水下點火技術，導彈在水下點火後，需要靠自身的火箭發動機衝出水面，而海水阻力又遠遠大於空氣，這極大的消耗了導彈燃料，影響了最大射程，所以需要主動空泡技術來降低水中阻力。而使用水面點火的導彈由於不存在水中阻力問題，是可以不使用主動空泡技術的，比如美國三叉戟2-D5，導彈靠潛艇的燃氣或壓縮空氣彈射，無動力出水，在水面點火。由於阻力巨大的海水是靠外力通過的，所以D5的射程驚人。但由於D5在水下是沒有動力的，彈道不可控。出水的時候，由於出水潰滅壓力和巨大出水載荷，無動力的導彈當出現大姿態角時，就需要第一級發動機用矢量噴管來大角度糾正導彈姿態，這也會額外消耗一些燃料。
巨浪-2最初的設計和D5如出一轍，水下使用水滴造型整流罩來優化水下彈道，無動力出水，水下彈道不可控，水面點火。巨浪-2由於缺乏經濟和必要的試驗數據支持，試射時連續試射失敗。甚至在2009年最後的定型試驗時試射失敗，於是整個計劃喊停，不得不重新做補充設計。增加了水中主動空泡技術，目的是通過空泡水中減阻的方法，把導彈的出水姿態約束在第一級發動機矢量噴管的伺服系統可控範圍內。這樣做即可規避水下導彈不可控的風險，減少水中阻力，又可以大大減少第一級發動機的糾偏角度，節約燃料，提高射程。但問題跟前面一樣，這額外增加的水中主動空泡技術，又增加了導彈的複雜度，降低了可靠性。
圖4：剛剛躍出水面的一枚三叉戟2-D5，矢量噴管正在大角度糾偏
三、研製過程
頭部雙整流罩、水中尾整流罩、水中主動空泡減阻、水面點火、高比衝固體火箭發動機、先進的殼體材料、輕巧可靠的電子設備。這些技術無一不是複雜而艱深的，至今還沒有哪個國家能在一種潛射彈道導彈上全部使用這些技術，美國的“三叉戟2-D5”、法國的“M-51”、俄羅斯的“R-30圓錘”（北約編號：SS-N-30，也被翻譯成“布拉瓦”）都只能選擇其中一種或是幾種。而“巨浪-2”則是第一種選擇了它們全部的潛射彈道導彈，這顯然是在追求極限性能，不過既然想將它們全部集於一身，那就註定了整個研發過程困難重重。
還是先回到1999年，那年巨浪-2正式立項。同年10月，當時中國唯一的一艘彈道導彈實驗潛艇——“長城200號”艇解封，並重新服役，組建艇員隊，此前該艇曾封存8年；2001年8月，長城200號艇第一次在水下成功試射巨浪-2模型；2002-2003年，完成多次模型彈水下發射試驗；2003年5月17日，陸態巨浪-2遙測彈首次在25基地成功完成飛行試驗；2004年8月，遙測彈水下發射失敗；2005年6月17日，遙測彈水下發射成功；2006年，遙測彈水下發射失敗；2008年5月29日，模型彈水下發射成功；2009年4月27日，遙測彈水下發射失敗，這次實驗原本是定型前最後一次試驗，由於試驗失敗，整個計劃受到巨大的挫折，各方面的壓力對研製單位鋪天蓋地而來。
圖5：中國海軍“長城200號”彈道導彈試驗艇，脱胎於前蘇聯629級，中國僅建造一艘，於1964年下水，見證了中國“巨浪-1”和“巨浪-2”的全部研製試射過程
在隨後的方案討論會上，有專家提出在限制使用條件的前提下，繼續沿用原有技術方案，這樣能夠減輕巨浪-2攻關的壓力和難度，使巨浪-2儘快定型。但這樣的話，就勢必減弱巨浪-2的戰場適應能力，巨浪-2做為潛射洲際彈道導彈，肩負着二次核反擊的重任，不是可以隨意將就的型號。最後研製單位決定使用新的技術方案來徹底解決問題，新技術就是水中主動空泡減阻技術，並最終取得重大突破，取得了降低出水潰滅壓力和減少出水載荷的顯著效果。相關單位還重新設計了巨浪-2的遙測系統，大幅度增加水下發射的參數測點，彈體結構也進行了設計改進，進行了全面的有限元的仿真分析，並通過了地面靜力實驗考核，設計一次成功，前後進行多次全尺寸的實驗驗證，最終取得巨浪-2海態飛行試驗的圓滿成功。2010年8月1日，長城200號艇獲得“水下發射試驗先鋒艇”榮譽稱號。同年12月25日和27日，水下兩次發射模型彈獲得成功，驗證了水中主動空泡減阻技術；2011年7月20日，修改設計後首次水下發射遙測彈成功，航天一院召開了祝捷表彰大會；2011年12月30日和2012年8月16日，水下連續發射遙測彈試驗成功，巨浪-2至此正式定型。2013年初，長城200號艇退役，從1999年再次服役開始至2013年退役，長城200號艇一共發射了20枚巨浪-2模型或遙測彈，功勳卓著。2013年12月22日，巨浪-2和094戰略核潛艇首次“彈艇合一”水下發射試驗圓滿成功。
值得一提的是，在整個研製過程中，研究單位非常注重巨浪-2的質量問題，創造了“時序動作確認”等質量控制方法。這種方法行之有效，在研製中，巨浪-2從未因為質量問題造成過飛行試驗失敗。
圖6：中國軍方在重大裝備實驗成功或服役時有製作紀念章的傳統。這是“真金坊”為海軍制作的純銀紀念章。其中“92”是巨浪-2的代號，“13”是指2013年，“海軍潛艇第二基地”正是三亞亞龍灣基地。此紀念章是紀念2013年巨浪-2和094核潛艇“彈艇合一”發射成功
圖7：一艘浮航中的094戰略核潛艇，背上的12個發射筒清晰可見，從圍殼的造型可以分辨，這是最初版的094
戰略核潛艇在水下發射彈道導彈極為複雜，因為影響發射成敗的因素實在太多了。那是潛艇、導彈、發射筒、海水、空氣、水中空泡等一系列非線性相關的耦合事件的集合。裏面任何一項又都會產生一連串的互相影響的因果聯繫，比如海水就會隨深度變化而產生壓力變化，隨温度、鹽度變化而產生密度變化，還會有海浪、海流、流切變等多種干擾因素；再比如水裏的空泡也要經歷生成、發育、回射、潰滅等一系列過程，空泡的生成、發育會吸收能量，而回射、潰滅則會施放能量，成千上萬的空泡不斷的生成，又不斷的潰滅，會對導彈和海底發射環境造成巨大的影響；再比如導彈在發射時，潛艇有可能在導彈射程內的茫茫大海上任意一個點上，無法預先得知發射座標，對於導彈飛行來説，地球緯度越高的地方，地球緯線周長就越短，導彈飛行距離就有可能越短，但導彈也就越不利於藉助地球自轉往東飛行，這需要導彈在極短的時間內參考所有變量後立即計算出飛行彈道，而且速度必須極快，因為潛艇在接到發射命令後到導彈升空，只有極短的時間；而潛艇本身又是一個以2-4節速度不停移動的6自由度運動平台，它自始至終都在移動，並不會因為導彈發射而停下來。這些綜合性的、細小的、互相交叉的因素，有些影響發射環境、有些影響導彈、有些互相影響，產生無數種偶然性和必然性。乃至於有人曾説，哪怕一個計劃外的空泡潰滅都足以導致水中導彈偏航，進而導至發射失敗。
當今的計算機是無法計算這幾乎成幾何倍增長的無數變量和偶然性的。研製潛射彈道導彈更多的還是需要大量的實驗數據支撐和研發人員的經驗傳承，而不能用計算機模擬的來主導研發。巨浪-2水下試驗屢屢失敗就難免有這方面的問題：首先、步子邁得太大、缺乏經驗。美、俄、法三國發展潛射彈道導彈，都是循序漸進，從近程、中程、遠程、洲際這麼一步步發展上來的，有四、五十年從不間斷的研發經驗，每年還要進行實彈試射，收集了海量的實驗數據，有一大批生產、服役型號。而中國研製的第一款潛射彈道導彈是射程2000公里的巨浪-1，第二款就一步邁到了射程超8000公里的洲際彈道導彈巨浪-2，原本想省時省力一步到位，但卻嚴重錯估了工程難度，實際上卻是欲速不達；第二、缺乏相關的實驗設施和必要的數據支撐，潛射彈道導彈的水下發射環境極為複雜，這需要陸地水池和相關設施進行大量實驗，積累數據，這些設施在巨浪-2的早期研製時並不具備，因為中國也是第一次研製巨浪-2這個級別的潛射導彈，連實驗方法本身都在摸索階段。而且就算是經驗豐富的俄羅斯也難免要掉同一個坑裏，俄羅斯在九十年代末期發展“圓錘”潛射洲際導彈時同樣吃盡苦頭，圓錘導彈同樣是省略了陸地水池實驗，全部使用計算機模擬，原本想省時省錢省力，結果關鍵數據採集不足，後期海上試射時問題層出不窮，前十二次試射，竟然有八次失敗，問題同樣是出在導彈離開發射筒到出水前的水下階段；第三、巨浪-2太過於追求性能而導致設計複雜，可靠性受到極大影響。比如頭部雙整流罩和水中尾整流罩這個設計，導彈出水後，需要同時拋掉頭部水滴型整流罩和尾整流罩，然後導彈才能點火。在海上試驗時，就曾出現導彈出水後，空中拋棄尾整流罩失敗，導彈無法點火，高空落下險些砸中長城-200號艇的事故。再比如，根據國防基礎科研項目《大尺寸迴旋體垂直髮射吹水載荷特性研究》的論文披露，巨浪-2的前4次水下發射試驗中，有3次導彈出水後出現彈體結構斷裂的問題，彈體結構斷裂這顯然是在殼體材料上出現問題，根據後來披露的資料顯示，巨浪-2三級全部使用了碳纖維殼體，中國在洲際彈道導彈上全面使用碳纖維這是頭一次，極有可能在碳纖維殼體的製造方法或是相關力學計算上因為缺乏經驗而出現了失誤。
圖8：美國的潛射彈道導彈，中國的研製進程相當於研製完A1，然後直接研製D5
圖9：或者相當於法國剛研製完M1，然後直接研製M51