浅谈陆基洲际导弹和多弹头技术发展（3）

上期我们聊到，到了60年代，为了打击尽可能多的目标，集束式多弹头开始出现。

然而随着技术的发展，问题也接踵而至。

接踵而至的问题

1，强弩之下必有重盾——导弹发射井

美苏洲际导弹的发展经历了由地面到地下，最后再回归地面的发展过程。

美国于1959年装备了第一枚用于作战的洲际导弹“宇宙神-D”，当时刚刚解决“有无”问题，还没考虑导弹的储存和隐蔽。所以“宇宙神-D”刚生下来时就是竖在地面上的。

导弹量产之后就不得不考虑导弹的储存和隐蔽问题了，这时候就有了地下掩体，导弹平时躺在地下掩体内，发射时候拉出来，系统测试，加注燃料，装定诸元然后发射。

到了“宇宙神-E”，掩体的伪装能力得到重视，掩体上部与地表齐平，具备了一定程度的反侦察能力，然而发射前仍然要把导弹拉到地面上起竖展开、加注、点火发射（下图）。

宇宙神（Atlas）-E起竖到地面，由于没有看到加注液氧时气化形成的白色雾气，所以这应该是一张发射合练照片。存储导弹的发射井起到了一定隐蔽作用，但是抗打击能力较弱

到了1962年服役的“宇宙神（Atlas）-F”和“大力神（Titan）-I”，导弹就不用折腾到地面展开了，直接在发射井内就可以完成测试、加注等射前准备。不过脆弱的发射井难以承受导弹发射时带来的排烟、震动和漂移等问题，导弹仍然要提到发射井口再点火发射（下图）。

宇宙神（Atlas）-F储存、发射示意图图。

等“宇宙神（Atlas）-F”和“大力神（Titan）-I”发射井建成服役后，美苏彼此都部署了相当数量的洲际导弹，发射井的生存问题就摆上了桌面。从“大力神（Titan）-II”开始，后面的“民兵-1”、“民兵-2”全部改为井下储存、井下点火发射。

上图为“民兵-1”导弹地下发射井结构图。为提升“民兵-1”导弹的生存能力，“民兵-1”均采用地下发射井发射，井深约24.38米、直径3.6 米。为了防止被一锅端，同时便于指挥控制，每个地下井间隔7公里。

“民兵-1”导弹的平时维护只需要对导弹进行值班监视即可，发射时采用遥控指令发射方式。这节省了不小的人力，同时也对计算机设备提出了更高的要求。

导弹发射井井盖关闭后，地表经过伪装很难被侦察卫星看到。

“民兵-1”导弹的指控系统也被建在地下，每个指控中心相距18千米。单个指控中心负责管辖十个发射井。“民兵-1”导弹系统操作简便，指控中心只需要两名工作人员就可以完成十枚导弹的日常维护任务。

相比而言，苏联从SS-7就开始了发射井的建设。导弹升级换代时直接把退役导弹拉出来重新装填新导弹（当然了，发射井也要翻新加固一下）。

苏联开始时也采用井内直接点火的热发射方式，该方式对发射井破坏较大，打一发之后发射井基本上就报废了。从SS-13开始，苏联冷发射技术日臻成熟，到了SS-17，导弹被放进发射筒内，发射筒联同导弹置于发射井中，发射时导弹由发射筒内弹出地面点火，重新装填只需要更换发射筒即可（苏联陆基洲际弹道导弹（中）之——SS-17（疾行者））。

苏联SS-11的发射井，在长达三十年的时间跨度上该发射井先后入住过R-14U（SS-5 Skean），UR-100（SS-11塞戈），UR-100N（SS-19），UR-100NU（SS-19 Mod.3），RT -23UTTh（SS-24）等型号导弹。是苏联导弹发展和国家兴衰的见证者。

这样的发射井如果有灵魂的话，它该怎样诉说那段委屈的历史？？？上图，乌克兰弃核后，发射井中令人恐怖的RT -23UTTh（SS-24）导弹被移除出发射井，SS-24还有另一个名称——手术刀。它同时服役于铁路机动发射系统上，详细请点击浅析苏联陆基洲际弹道导弹（下）——SS-24。照片拍摄在1998年，面对这样的场景，发射井边的一位前苏联军人掩面而泣。乌克兰境内像这样的发射井都被爆破填埋，仅留Pervomaysk导弹基地作为博物馆。二十年后，曾经的兄弟同室操戈（俄乌冲突），乌克兰被欺负得有多惨就别提了，说多了都是泪。

在此之前，导弹发射设施和城市目标就像摆在几千公里之外的活靶子一样，人们只需要考虑开发足够远射程，弹头数量和威力足够大的洲际导弹。为此产生了集束式多弹头技术，只要把弹头在目标区域像撒盐一样撒下去就OK。

空中撒盐差可拟。集束多弹头技术实现子弹头在目标区内的均匀散布，克服大当量单弹头在打击面目标时破坏效果强弱不均的情况。

但也可以看出，集束式多弹头的母舱和子弹头均无制导系统和推动系统，其弹头只能均匀地分布在一个幅员较大的目标区域内，适用于攻击面目标，而不适于攻击点状目标

发射井自出现后就在不断翻新和加固，从之后的数据我们知道，哪怕弹头当量在17万吨，命中精度为220米的“民兵-3”型导弹对抗力为390000Pa的发射井摧毁概率都不到70%。发射井保留一个都是灭顶之灾。“民兵-3”尚且如此，用“民兵-1”和“民兵-2”打击这样的发射井，难度可想而知。

导弹发射井的大量出现使美苏双方产生了深深的危机感，他们遇到了此前从未遇到的问题：如何有效打击地下加固发射井。

2，单弹头还是集束弹头？

打击加固地下发射井？

直接提高弹头当量不就可以了？

然而弹头当量的提高意味着弹头变重，可当时的火箭推力就那么大，这就不得不减少弹头数量（事实上在空气动力学中有个著名的段子：推力够的话搬砖也能飞上天）。

事情似乎又回到弹头威力的比拼上了。大当量单弹头仍是难以割舍的利器。因此苏联的每一型导弹都有着单弹头的版本和多弹头的几种版本，打击城市和坚固发射井时采用不同的弹头型号。这一矛盾一直影响到下一代洲际导弹。

SS-9，SS-11，SS-17，SS-18（R-36M）和SS-19，都有相应的多弹头版本

同样的事情发生在美国的“民兵-2”和“民兵-3”上，相对于“民兵-1”而言，“民兵-2”的发动机性能和突防能力获得了一定提高，然而“民兵-2”搭载单弹头战斗部，火力稍差，这一缺点导致“民兵-2”服役时间远远没有“民兵-3”长，更多的是把“民兵-2”作为“民兵-3”的一种过渡的型号，在“民兵-2”上所尝试的突破创新更是寥寥无几，更多的是起到对“民兵-1”的改进和完善

民兵1，民兵2，民兵3三型导弹参数对比

弹载计算机

通过计算，美国人发现将现有武器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。还有一种说法是，在命中精度不变的情况下，弹头威力提高1倍，摧毁能力将增加大约0.6倍，如果弹头威力不变，命中精度提高1倍，则摧毁能力增加大约3倍（也就是变为原来4倍）。

总之，提高打击精度比提高弹头威力的效果要好的多。

如何提高打击精度呢？

很大程度上要依赖弹载计算机和陀螺仪的性能。实际上，没有性能强大的弹载计算机，分导式多弹头技术便是无米之炊。在这一方面，美国的“民兵”导弹尤为典型。

1，“民兵-1”——NS-10Q制导系统+Autonetics D-17B计算机

（下文文字机翻为主）

资料来源：https://minutemanmissile.com/missileguidancesystem.html

从“民兵1”开始，NS-10Q导弹制导系统随每枚导弹一起安装，该导弹依靠Autonetics D-17B计算机作为其导航系统的一部分。

“民兵1”的计算机既要兼顾弹上的计算又要兼顾地面计算任务。然而60年代的计算机技术水平有限，计算机元件大且笨重，难以压缩到期望的大小。为解决元器件大小问题，美国政府大力推动本国的半导体器件研制工作，通过改进元器件的工艺水平，不仅制造了性能优异的计算机，还进一步降低了系统成本。这些计算机不仅用于军方的弹道导弹和火箭，还广泛泽被民用领域。

“民兵-1”导弹弹载计算机 Autonetics D-17B，它拥有6282个二极管，1521个晶体管，1116个电容器和504个电阻器，每一个元件都安装在双铜包层，镀金，玻璃纤维层压电路板上。图中右下方是磁盘存储器，该磁盘内存装有与D-17B一起使用的6000 rpm磁盘。 它有能力存储5454个单词。存储器上的预发射和飞行软件由副承包商Autonetics提供。

“民兵-1”导弹采用高性能计算机Autonetics D-17B后，其反应时间和系统性能得到了质的提升，远远优于当时美国其他导弹系统。

像上面所说的电路板，D-17B计算机有着75个，而每个电路板都涂有柔软的聚氨酯复合材料，防止在长期战备值班期间因潮湿或发射过程中因巨大振动而破坏。有关D-17B及其组件更详细的讨论参见维基百科。

2，“民兵-2”——NS-17制导系统+Autonetics D-37C计算机

得益于半导体和计算机技术的发展，“民兵2”导弹制导系统升级为NS-17，该系统包含Autonetics D-37C计算机。

Autonetics D-37C计算机围绕一个全惯性系统设计，可以在其内部存储器中存储多个预编程的目标，D-37C计算机编制这些信息来计算导弹的当前位置，并对导弹进行调整，计算机由四个主要部分组成。 存储器，中央处理单元（CPU）以及输入和输出单元。 存储器包含以6000rpm旋转的双面固定磁头磁盘。 其存储容量最多可包含7222个字，相对于D-17B的5454个单词存量提高了一半。

NS-17的惯性制导系统不依赖于对恒星或陆地位置的观测，也不依赖于无线电或雷达信号（基本上这个系统不依赖于导弹外部的任何信息）。 NS-17导弹制导装置中设计的惯性导航仪使用指示方向的陀螺仪以及测量导弹速度和方向变化的加速度计提供制导信息。

然而，这些计算机和制导系统无法满足分导式弹头的需要。主要是CPU的性能难以满足弹道快速解算的要求。（等CPU解算出弹道后，弹头已经错过窗口了）。

3，“民兵-3”——NS-20制导系统+Autonetics D-37D计算机

在引进具有3个分导式弹头（MIRV，多重独立目标再入飞行器）能力的“民兵3”导弹时，部署了新的NS-20导弹制导系统，该系统依靠Autonetics D-37D计算机获得强大的处理能力（机翻）。

NS-20制导系统由Autonetics D-37D计算机组成，该计算机专为惯性测量，布线，冷却液软管和其他硬件而设计。

在发射设施中，导弹制导系统不断与地面系统通信，并响应从地面系统接收的指令，不断监测和报告导弹系统的健康状况。

在点火发射和导弹飞行的第一阶段，导弹制导系统和弹载计算机向发动机喷嘴控制单元发送指令，使导弹保持在再入飞行器到达其特定目标所需的精确弹道上。

对于三级固体火箭中的每一级，D-37D飞行计算机能够感知发动机何时即将耗尽燃料，发送指令将接近耗尽的助推器脱离，同时点燃下一级发动机。惯性制导系统然后向飞行计算机发送信号，飞行计算机向每个后续固体火箭助推器上的推力矢量控制(TVC）单元发送命令，确保导弹保持在弹道上。

Autonetics D-37D上的陀螺仪

NS-20导弹制导系统和Autonetics D-37D计算机的出现减轻了弹载计算控制系统的重量，提高了精度，满足了分导式多弹头对计算机性能的进一步要求。可谓一举三得。

截至2007年，“民兵3”导弹制导系统再次更新，新的NS-50制导系统将确保这批导弹至少服役到2020年

“一箭多星”催生MIRV

2017年印度成功进行了一箭104星的发射，一时朋友圈一片哗然，褒贬不一。说出来不怕您惊讶，“一箭多星”技术是个老掉牙的“新科技”。多老呢？早在上世纪五十年代末六十年代初，美国就先后研制了几种用一枚火箭发射多颗卫星的末助推装置。

1960年，美国用“Thor-Able”运载火箭的末级，首次将3颗卫星送入近地轨道。“艾布尔”使用自燃推进剂(硝酸+偏二甲肼)，使发动机既能关机又能重新启动，这是第一个可重启的火箭发动机。

Thor-Able细长的二级是其非常容易区分的特点，Thor-Able还被用于发射美国第一代导航卫星“子午仪”，这在卫星导航定位先河--子午仪卫星导航系统（1）系列有过介绍

“艾布尔”安装的制导控制系统、一套程序机构和加速度计正是分导式多弹头的末助推控制系统的重要部件。在此基础上，美国又研制出性能更好的、被称为“过渡级”的末助推控制系统，就是下面这个：

该系统中有一个能够惯性飞行和再次启动的推进装置，凭借该装置，载荷能作多样化的机动飞行

从1964年开始，美国进行了多次多弹头飞行试验，对集束式和分导式多弹头技术进行了研究，并最终通过“一箭多星”中的“过渡级”开发掌握了分导式多弹头必需的末助推控制技术，这就是分导式多弹头技术（MIRV）的雏形。因此在1966年“大力神” 3C火箭应用“过渡级”成功后仅3年，美国空军就完成了分导式多弹头技术的开发。

1966年，美国用一枚“大力神”3C火箭和“过渡级”把8颗卫星送入8条不同的赤道轨道。这标志着分导式多弹头技术的成熟

而苏联呢？苏联的卫星轨控技术比美国要早，其分导式多弹头的技术发展路线与美国非常接近。

也是从1964年开始，苏联利用东方号火箭发射的宇宙号系列卫星，进行了一系列一箭多星发射和轨道控制技术试验。

用于一箭多星试验的东方号（Vostok 8K72K）火箭。东方号火箭发射了第一颗人造卫星，第一颗月球探测器，第一颗金星探测器，第一颗火星探测器，第一艘载人飞船，第一艘无人载货飞船进步号等。由它衍生出的火箭系列是当今世界发射次数最多的运载火箭系列，其中现役联盟号是东方号的一个子系列，主要发射联盟号载人飞船、进步号载货飞船。

宇宙号系列卫星飞行分为两个阶段，即试验阶段与实用阶段。试验阶段自1964年8月到1965年9月，在13个月时间内苏联一口气进行了七次飞行试验，第一、三、四次是一箭三星，第二次是一箭双星，第五、六、七次为一箭五星飞行。

苏联一箭多星的发射试验活动进展很快，到了1970年，苏联也进行了一箭八星的飞行，并由此进入了一箭八星的实用飞行阶段：从1970年开始到1981年，苏联在11年间进行了28次一箭八星飞行，平均每年达到2-3次。

分导式多弹头技术和一箭多星技术同出本源，美苏卫星轨控技术的增强为分导式多弹头技术奠定了基础。

现在的一箭多星技术很成熟了（所以就连印度也进行了一箭104星发射）。不过该技术也有档次，高档次的能将多枚卫星精确部署在不同高度不同倾角的轨道上（像上面说到的“大力神-3C”一箭八星八条不同的轨道），低档次的也能将一盒火柴散布在同一轨道。运载不同的卫星需要开发相应的适配器（下图），安装到火箭的上面级上