萌虎鯨：重量遠超東風41，朝鮮新“火星炮”有多強？
【文/觀察者網專欄作者 萌虎鯨】
終於，2020年慶祝朝鮮勞動黨成立75週年的那場獨特的夜間閲兵式上壓軸出場的重型洲際彈道導彈，在2022年3月24日成功試射。根據朝中社官方漢語新聞稿，這型導彈被稱為“火星炮-17”。導彈試射地點位於平壤國際機場附近，採用了高角度發射方式，彈道頂點6248.5千米，射程1090千米，全程耗時4052秒。朝鮮稱武器系統的所有參數均按照設計要求準確達標。
“火星炮-17”——外觀推測
儘管朝鮮擁有漫長的導彈與核武器開發週期，也研發了多個性能逐漸增強的型號，但作為外界觀察人士，所有的信源不得不侷限於朝鮮官方媒體釋出的，十分有限的信息。這意味着除非可以直接根據官方圖片和視頻資料判讀，所有的分析均是有根據的猜測（即Educated Guess），而非定論。
“火星炮-17”導彈的基本結構推測 圖源：萌虎鯨
本次亮相的“火星炮-17”是朝鮮繼2017年7月首飛的“火星-14”和10月首飛的“火星-15”兩款洲際導彈後開發的第三款可以達到洲際射程的兩級液體動力洲際彈道導彈。
根據筆者對朝中社公佈的發射照片的觀察和測量，該款導彈使用流線型、鈍頭體的整流罩，導彈二級上細下粗，一級擁有較長不變的直徑，約為2.5（±0.1）米。在發動機艙處有擴張的錐形裙邊設計，最粗處直徑約2.7（±0.1）米。
這種設計在蘇聯南方設計局的首個作品R-12導彈上也可以見到，其主要目的是通過將導彈氣動中心下移，增強導彈在大氣層飛行過程中的穩定性，為姿態控制系統減輕負擔。發動機的噴管延伸出彈體外約1米，彈體本身的長度約23（±0.5）米，包含發動機噴管則為24米左右。
UR-100N洲際彈道導彈，兩級均採用共底儲箱和正交網格承力結構，在一級儲箱上部採用非規則形狀，提高體積利用率 圖源：社交媒體
僅僅從尺寸體積上，與它最為接近的是蘇聯中央機器製造設計局於1970年代早期為替換老式的UR-100（北約代號SS-11“賽果”）導彈而研製的UR-100N（北約代號SS-19“匕首”）洲際彈道導彈。
它的“三圍”和“火星炮-17”幾乎完全一致——長約24米，直徑也剛好2.5米。UR-100N的起飛質量為103-105公噸，根據美蘇軍控談判交換的數據，UR-100N的投擲質量可達4350千克（此投擲質量包含導彈的末修正級，即PBV），射程為10000千米，可攜帶一枚500萬噸的單彈頭或6枚55-75萬噸的分導核彈頭，最大誤差為920米。
“火星炮-17”和UR-100N同為兩級液體燃料洲際導彈，但前者前部採用直徑不斷縮減的設計，容積率不如後者；且UR-100N作為蘇聯第三代彈道導彈採用了先進的合金材料和共底儲箱、壓縮級間段等多種提高幹質比的設計，其燃料佔全彈的比重高達92%。
朝鮮很可能達不到這樣的技術。“火星炮-17”起飛質量的合理估計應當在90至100噸之間，其彈體空間利用率不及UR-100N，故起飛質量略輕。
發動機燃燒室點火前燃氣發生器的預先點火，這是燃氣發生器循環火箭發動機的典型特徵 圖源：朝中社
“火星炮-17”是明顯的兩級導彈，這可以從其彈體側面的線纜通道判定出來。尚不確定該彈是否有末助推級——一種在彈頭下方用來補速增程並分配多彈頭的“第三級”。如果真的加上了這樣的裝置，那麼該彈就會具備MIRV（多重分導再入大氣層載具）能力。目前為止，美日負責監測朝鮮導彈的雷達並未報告存在多彈頭目標，我們姑且認為“火星炮-17”儘管具備升級為分導導彈的潛力，眼下還不具備這一現代洲際導彈必備的特徵。
另外，導彈的一級長度至少是二級的四倍，燃料儲箱部分的長度差距很可能更大，再加上二級儲箱部分的平均直徑小於一級，這意味着一二級的滿載質量可能存在6-6.5倍的差距。這比其他國家的液體導彈級間質量比要大不少。
儘管在洲際導彈和運載火箭設計中，級間質量分配沒有一個標準的設計，但如果級間質量差距過大，可能會造成重力和阻力損失較大的情況。“火星炮-17”之所以要這樣設計，可能與二級發動機的推力較小有關。但迄今為止沒有任何二級發動機工作或試車的資料流出，所以這純粹是猜測。
在醒目的黑白交錯格子塗裝的導彈二級上方是導彈的彈頭部分。這裏存在兩種可能，一是白色的頭部部分為一巨大的整體彈頭，和彈體分離後便以現在的外形直接再入大氣層。另一種可能是整流罩，彈頭處於整流罩的保護中，當導彈飛離大氣層後整流罩便會脱落。
個人認為其是整流罩的可能性更大一些，一來是下沿環繞着一圈引人注目，大小不一的開口，推測可能是拋罩用的固體火箭發動機。二來是整流罩和小彈頭的設計比較符合現代洲際導彈強調突防能力的設計理念，未來升級MRV或MIRV也更方便。
2020年閲兵式上展現的“火星炮-17”洲際彈道導彈
運載“火星炮-17”的是一型獨特的11軸TEL（運輸-起豎-發射一體車），這和“火星-15”運載車不具備發射能力有很大的不同。朝鮮這一型TEL和中俄的同類產品相比，輪徑明顯更大，重心更高，速度也更慢，一切似乎都指向其超高的噸位：筆者估計其戰鬥全重可能超過165噸。在視頻中，導彈發動機噴出的火焰對TEL造成了嚴重的燒灼，估計在每次發射後都要進行工作量不小的維護。
獨一無二的機動重型液體洲際彈道導彈
在“火星炮-17”之前，存在過機動液體導彈的設想，也存在過重型機動導彈方案，但從未有人把這兩者結合在一起……
中國在東風四號遠程彈道導彈研製成功後，於1973年下半年提出研製兩級可儲存液體燃料動力的洲際彈道導彈東風-14，其起飛質量約30-40噸，可將700千克的彈頭投擲到8000多千米的距離上。1978年該項目改名為東風-22，直到上世紀末決定專心發展固體洲際彈道導彈才被終結。
機動的液體導彈遠比固體導彈更危險，當運輸過程中出現儲罐的磕碰，很有可能導致燃料的泄露。而可儲存肼類燃料的特性是當氧化劑和燃料接觸時，就會發生自燃。美蘇類似燃料的導彈在潛艇和地下井中都曾發生過因為泄露導致的爆炸（蘇聯K-219潛艇災難和美國大馬士革泰坦II爆炸事故），更別提更易發生磕碰的機動部署了。
RT-23 UTTH的公路機動版本Celina-2的TEL模型，儘管性能強大，但可行性和生存性十分低下
而把超大質量（起飛質量大於80噸）的洲際導彈機動起來也存在方案，這就是蘇聯80年代Celina-2計劃，將起飛質量近105噸的三級固體洲際彈道導彈RT-23 UTTH（北約代號SS-24“手術刀”）用白俄羅斯明斯克汽車廠生產的MAZ-7907超重型運載車進行公路機動。
MAZ-7907擁有12軸24輪，全重250噸，最大載重量150噸，使用1250馬力的燃氣輪機作為動力，最高時速24千米/小時。不過蘇聯設計師很快發現，對於這麼重的導彈來説，地下井和鐵路機動顯然更加適合，於是最終取消了該計劃。
重型、液體導彈和機動，這三者好似不可能三角，然而朝鮮卻奇蹟般地將他們同時“實現”了。表面上這是“武德充沛”，其實背後凸顯着朝鮮技術路線選擇上的無奈。
火箭航天偉大的先驅——謝爾蓋·科羅廖夫曾經説過，液體燃料適合航天，固體燃料適合導彈。朝鮮當然想發展更安全可靠的固體洲際導彈，然而固體火箭發動機儘管看起來遠比液體發動機簡單，但實際上它更注重工藝，而工藝的研發無可避免地需要大量試驗，朝鮮作為經濟困難的國家，其大型固體發動機的研發進度無法保障洲際導彈的政治需求。
但同時，我們也看到了朝鮮正在潛射彈道導彈上快速推進固體路線，所以龐大臃腫的“火星炮-17”很可能不是朝鮮洲際導彈發展的終點。
動力——烏克蘭的影子？
2017年11月28日發射的“火星-15”洲際彈道導彈據説使用了一台推力為788千牛的，被西方人稱作是“白頭山”的液體火箭發動機。根據朝鮮發佈的導彈飛行視頻和相關發動機試車視頻，可以發現該發動機從結構上非常類似於蘇聯格魯什科設計局為R-36洲際彈道導彈設計的一級發動機RD-250。同樣是渦輪泵中置、雙推力室、燃氣發生器設計，甚至連冷卻管路設計和渦輪廢氣排放口都幾乎一模一樣。
自2013年，就不斷有報告指出，位於烏克蘭的南方設計局和南方機械製造廠——即R-36導彈的研製生產方——有協助朝鮮發展導彈的動力系統的跡象，這些行為甚至引起了聯合國的注意。不管朝鮮液體火箭動力發展上有沒有獲得過外界的幫助，“火星炮-17”的出現顯示他們已經掌握了肼類燃料發動機技術。
火星-14、15和火星炮-17，請留意它們的一級發動機，火星-14採用單機+4台遊機，火星-15採用了單台雙室發動機，火星炮-17則可能採用了兩台雙室發動機
國內外一些分析人士認為，“火星炮-17”使用了17年“火星-15”的發動機，雙機並聯為導彈一級提供動力。筆者不這麼認為，仔細觀察就會發現，“火星炮-17”的發動機存在完全不同的渦輪廢氣排氣管結構，且單推力室推力要明顯小於“火星-15”的發動機。根據對發射視頻的估計（假設視頻沒有被人為放慢的話），“火星炮-17”的起飛推重比在1.2-1.4之間，即便以最大估計，單推力室推力不會大於35噸。
結合不再顯著可見的渦輪泵廢氣，我們有理由相信，朝鮮使用了一套全新開發的發動機，它採用紅煙硝酸-偏二甲肼或者四氧化二氮-偏二甲肼推進劑組合。若不是在視頻開頭筆者看見了渦輪泵啓動的排氣，該發動機甚至存在使用分級燃燒循環的可能性。
此外，和17年的“火星-15”一樣，全彈既無任何空氣舵面，也沒有看見RCS系統工作的跡象，亦不存在遊動發動機，朝鮮顯然已經熟練掌握發動機整機搖擺矢量控制系統。
置於運輸與發射容器的UR-100導彈模型，對照右邊的結構圖，可以理解其一級儲箱上部的凹陷形狀是為了提高容積利用率
2021年9月，朝中社發表新聞稱朝鮮進行了“火星-8”高超音速導彈試射，在新聞中特別提到“確認了第一次採用的安瓿化導彈燃料系統的穩定性”。所謂“安瓿化”實際指的是導彈在出廠時就進行液體燃料的加註並封裝，在導彈運輸、儲存和部署時無需重大維護，隨時可以點火發射。
這項技術最早由蘇聯第52試驗設計局（切洛梅設計局）第二分部為UR-100導彈開發，其核心技術是使用全充氮、AMG-6合金製成的運輸與發射容器，使用焊接的儲箱密封和特殊的膜片來隔絕腐蝕性燃料及其蒸汽。這使得導彈可以在充滿燃料的狀態下等待7至10年（改進型UR-100N UTTH導彈保質期可達33年），在這期間隨時可以發射，無需做繁瑣的準備工作。
而作為機動發射的“火星炮-17”顯然非常需要這一朝鮮已經在中小型導彈上掌握的技術，筆者開始也認為該導彈可能採用了安瓿技術出廠即封裝燃料，直到在朝鮮中央電視台的視頻中發現了導彈準備區域存在的燃料加註設施。
即便如此，“火星炮-17”仍然有可能和某大國的某型戰略導彈一樣，在加註燃料後，具備幾個月的待命時間，在此期間隨時可以發射。過期之後，需要將燃料抽出，導彈報廢。
投擲性能估算
“火星炮-17”的粗壯和龐大使得它牢牢佔據了世界洲際導彈界“重型”的位置，僅論起飛質量，它超過了美國所有的固體洲際核導彈，也遠在中國的東風-31A、41，俄羅斯的白楊-M、亞爾斯等現役陸基機動核導彈之上。
根據齊奧爾科夫斯基公式，當確定了各級導彈的質量比（即各級初始質量和發動機關機分離時的質量的比值，可以大致認為其中的差異在燃燒掉的燃料質量）和比衝後，我們就可以估計出在給定投擲質量下的關機速度，從而得出對應的射程，反之亦然。儘管我們對“火星炮-17”的各級精確的質量比和發動機比衝數據一無所知，但可以根據經驗，對照他國導彈不同階段的發展，做一個粗略的估計。
導彈從朝鮮本土起飛時射程分別為10000、11000和13000千米時，所覆蓋的範圍（紅色區域）
關於各級質量比和發動機平均比衝，筆者給出最佳和最差兩種估計，再把兩者數據取中點做一個一般性估計。最差估計對應着比中國70年代、蘇聯50年代ICBM更弱一些的技術水平；而最佳估計則對應着最優秀的彈體質量比和肼類燃氣發射器循環火箭發動機能到達的極限。
為了給讀者以直觀的技術對比，我還添加了兩型用於對照的洲際導彈：中國於70年代研製的東風五號基本型，它同為兩級液體導彈，起飛質量要大很多；美國於80年代研製的固體三級導彈，LGM-118 “和平衞士”，它的起飛質量比“火星炮-17”稍輕，但代表着固體導彈的最高水平。筆者計算了三種射程的最省能量彈道的投擲質量，注意這裏不考慮末助推級。從朝鮮本土起飛，10000千米對應着覆蓋美國西海岸的全部城市，11000千米對應着覆蓋美國首都華盛頓，13000千米對應着完全覆蓋美國本土。
“火星炮-17”的投擲能力同一些主流洲際彈道導彈對比 圖源：萌虎鯨
根據計算結果，“火星炮-17”的洲際射程投擲能力在1-2.8噸之間。得益於其較重的起飛質量和液體燃料天生的優良性能，即便是最糟糕的估計，“火星炮-17”也足以把1.35噸的彈頭投送至美國首都，在一般性能的估計下，甚至可以將超過1.7噸的彈頭覆蓋美國本土的每一寸土地。
儘管我們對朝鮮核武器小型化的能力並不清楚，但這個投擲性能對美國產生威脅是完全不成問題的。筆者還對一些朋友感興趣的導彈改運載火箭發射衞星的能力進行了計算，從北緯38°起飛，一般估計下的朝鮮洲際導彈可以將1236千克的衞星送入200千米的低地球軌道（LEO）或是740千克的衞星送入500千米的太陽同步軌道（SSO）。這樣的理論運載能力超過了當今很多小型運載火箭，如果有一天朝鮮將此彈改為運載火箭發射衞星，完全在情理之中。
值得注意的是，二級的比衝性能對導彈投擲能力的影響極為巨大，特別是速度增量要求較高的遠距離投射或是發射衞星，從圖表上可以看出，起飛質量遠大於“火星炮-17”的東風5號在發射高速度增量需求的軌道時，運力下降十分明顯。所以對於朝鮮導彈二級的估計非常影響投擲能力的計算準確度，遺憾的是這一塊卻是信息黑洞。
2017年和2022年朝鮮兩次洲際導彈試射的實際彈道
根據西方智庫將24日試射的高拋彈道展開後計算，“火星炮-17”在正常彈道下至少具備15000公里的射程，其關機速度至少達到了7.5千米/秒，這意味着首次試射的載荷重量適中，根據不同的導彈性能估計，可能在1-2噸左右。
生存性迷思
有了合格的投擲性能只是洲際彈道導彈成為核威懾的第一步，處於敵方高度發展的複合打擊手段下的洲際導彈，快速反應能力、穿透能力、高生存性、扛核加固能力甚至數量，都是建立真正意義上的核威懾必不可少部分。
更為殘酷的是這些性能是一點短板都不能有，否則很容易被強大的對手對症下藥，以小得多的代價擊破傾舉國之力構建的核威懾。比照中國發展核威懾力量過程的漫長和艱辛，朝鮮想建立可靠的二次核反擊力量還有非常長的路要走。這裏受制於信息和篇幅，我們重點來討論以下生存性問題。
比導彈更重要的是其部署方式，陸基洲際彈道導彈的部署主要有以下幾種方案：加固發射井、非加固發射井預警發射、洞庫+TEL、公路機動TEL和鐵路機動發射。儘管我們不知道“火星炮-17”究竟會不會作為一款武器實際列裝朝鮮的作戰部隊，但就其特性，可選擇的部署方式非常有限。
發射井和預警發射顯然不適合朝鮮，它們都既有數量要求又有技術挑戰，以朝鮮的經濟和技術能力完全不現實。更別提發射井通常適用於擁有廣袤國土縱深的國家。公路機動和鐵路機動同樣對早期預警能力和國土縱深有要求，朝鮮也明顯不符合要求。 “火星炮-17”加上11軸TEL的重量，對任何一個國家的路網都是一場災難。排除了所有可能性後，唯一剩下的選擇便是洞庫部署了。
MX 和平衞士導彈部署方案討論中的加固隧道方案與洞庫部署有異曲同工之妙，其最大的問題是反應速度慢，和不靠譜的掘進機械
所謂洞庫部署，便是利用朝鮮山地丘陵地帶多的特性，在山中挖出洞庫，用多個長長的隧道與山底的出口連接，導彈連同TEL平時呆在洞庫的深處，敵方大當量核武器也無法直接擊毀。如果敵方攻擊隧道入口，一來隧道數量可以很多，可以用低廉的成本消耗敵方彈頭，二來即便隧道口被炸塌，己方可以通過從內部挖掘疏通隧道，推出導彈至預設陣地併發射。這種方案合理利用朝鮮的地形優勢，而且對導彈運輸平台的機動性要求很低，似乎很適合“火星炮-17”的部署。
然而，隨着美國及其盟國在衞星情報體系和精確制導常規武器上的進步，洞庫部署方案也存在明顯的缺點。首先，洞庫修建是龐大的土木工程，幾乎不可能逃脱衞星的偵察。其次由於朝鮮戰略縱深短淺，國土離海岸線近，洞庫隧道口處於敵方大量常規精確制導武器的打擊下。甚至敵方在局勢緊張時派遣無人機在洞庫口，一旦發現導彈推出，就可以立即發動攻擊擊毀導彈。
朝鮮的潛射彈道導彈，也就是“北極星-4S”
曾經有人説“擁有廣袤縱深的大國才玩得起陸基核威懾”，本土狹窄的英國法國在嘗試了陸基導彈後，紛紛轉向海基核力量，就是一個典型例子。對於朝鮮來説，核潛艇加潛射彈道導彈幾乎可算得上是唯一的可靠選擇了。
然而，核潛艇和海基導彈奇高無比的研發難度和資金需求讓朝鮮望而卻步，儘管他們已經嘗試在常規潛艇上走這條技術路線，並開發出一系列“北極星”潛射導彈，但前景並不明朗。
核威懾是大國的玩具，朝鮮想加入這個俱樂部，擁有核武器和投射工具最多隻算是獲得了鑰匙，前方的路還很長很長……
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