朝鮮半島一直是東北亞最大的不定因素,近來這不定因素又增加了不定性了。9月28日,朝鮮公佈了高超音速導彈發射的圖片。老實說,看到訊息的時候是將信將疑的。但10月11日,朝鮮舉辦國防展,其領導人參觀展品,其中的高超音速導彈不是最顯眼的,但確實是最重要的。看到這圖,恍然大悟了,不用懷疑,朝鮮的高超彈是真的。
9月28日,朝鮮公佈了成功試射高超音速導彈的圖片
必須說,朝鮮的高超音速導彈和中國的東風17在外觀上很想象,遠看還真不好分辨。這不等於說朝鮮的高超音速技術來自中國。中國首先在軍控方面始終是負責任的國家;其次高超音速技術的敏感度高,中國未必願意轉讓。在琳琅滿目的珠海航展上,中國展出了高度隱身的無人機,展出了射程達到甚至超過戰術地地導彈下界的制導火箭炮彈,但是沒有展出高超音速導彈,具有再入-拉起能力的火箭炮彈不算,那更多的是增程技術,與有意義的高超音速技術還有距離。
10月11日,金正恩參觀朝鮮國防展,高超音速導彈值得注意
在外觀上與中國的東風17很相像
必須說,粗看起來,兩者的外觀很像。但細節決定水平,兩者還是有細微但是重要的差別的。
運載車輛的差別並不與導彈本身相關,這是朝鮮在重型運載車輛技術方面的差距。朝鮮是有更大的運載車的。高超彈用的是5軸車,“超大型武器”用的是8軸車,就夠長了,但那成本太高,沒必要。
朝鮮高超彈的下彈翼很小
東風17的下彈翼和上彈翼一樣大
東風17的側彈翼的安裝位置是在彈體兩側“削平”的部位,也就是說,側彈翼可有顯著的轉動範圍。這意味著東風17具有強大的俯仰控制力矩。朝鮮高超彈也有這樣的結構,所以側彈翼也可以偏轉,控制俯仰。
朝鮮高超彈的底面是平坦的
東風17的底面是飽滿的弧線
但朝鮮高超彈的底面是簡單的兩個平面搭接,下彈翼很小。東風17的底面是飽滿的弧面,下彈翼和上彈翼一樣大。
有說法東風17採用的是不徹底的乘波體,這是對的。徹底的乘波體是沒有彈翼結構的,只有很有特徵的箭簇體。東風17的彈翼可能有玄機。一種猜想是:東風17在滑翔的主要飛行段裡是以乘波體構型飛行的,側稜和彈體形成的激波把尾部的彈翼“籠罩”住了,彈翼在乘波體飛行時不起多少作用。在速度降低到乘波體速度下限時,轉入依靠彈翼升力的普通超音速滑翔。這不僅增加射程,也容許衛星導航、彈載雷達發揮作用。在高超音速滑翔階段,衛星導航和彈載雷達受到黑障影響,無法正常工作。
在乘波體向彈翼升力過渡時,氣動控制面控制躍升-拉平機動。這時速度尚高,但在乘波體滑翔中,高度已經掉了不少。在躍升中用速度換高度,然後拉平轉入超音速滑翔,增加射程。在最後到達目標上空時,轉入俯衝,高速衝向目標。
朝鮮高超彈可能也是一樣的機制,問題在乘波體這段,東風17採用更加先進的乘波體設計,而朝鮮高超彈還是用簡單粗暴的平面激波設計。
壓縮升力的原理和滑水很相像
在速度很高的時候,彈翼升力的阻力太大,可以用彈體本身直接產生升力,這時彈體本身就是升力體。簡單的升力體與滑水很相像。換句話說,利用前進中對水的壓力直接產生升力,在航空上也叫壓縮升力。比升力體更進一步就是乘波體。升力體用彈體直接產生升力,但乘波體用彈體產生激波,然後透過激波產生升力,而彈體“坐在”激波上飛行,好像坐在魔毯上一樣,故名乘波體。
簡單的楔形體用緊貼下斜面的平面激波產生升力,本身騎乘在上
二十年前的X-43就是基於這樣的原理的設計
朝鮮高超彈也是這樣的基本設計,所以不能有太大的下彈翼,會破壞平面激波
最簡單粗暴的乘波體用平坦的下彈體產生平面激波,乘波體本身騎乘在上,這就是朝鮮高超彈的基本設計。但平面激波是假定無限寬度乘波體,實際乘波體不僅不會無限寬度,寬度還常常很有限。有限寬度的乘波體不可能產生平面激波,而是錐形激波,截面形狀由乘波體和速度決定。為了簡化分析和設計,常用簡單的圓錐形激波來近似分析,而忽略具體錐形形狀的影響。現有工具反正也分析不了太具體的複雜錐形,只能做簡化的近似分析。
可以看到,X-43的激波也不是平面的,很接近圓錐
錐形速度越低,乘波體的截面形狀影響越大,下激波越接近平面;速度越高,乘波體的截面形狀越小,錐形越接近圓錐。乘波體本身都坐在錐形的底部。
低馬赫時,可用大錐形激波近似分析;高馬赫時,可用小錐形激波近似分析
可以看到,速度越低,下激波越接近平面激波,乘波體的底面與下激波的鋒面越近;速度越高,下激波越接近錐形激波,乘波體的底面與下激波反而有一點距離。以此推斷,朝鮮高超彈的速度相對不高。正巧,X-43的設計速度為M10,一共試飛過三次,第一次失敗,第二次達到在29000米達到M6.83,第三次在33000米達到M9.64。朝鮮高超彈的起滑速度估計不會超過M10-15。相比之下,東風17據說達到M20。
朝鮮高超彈的橙色彈體上有大片黑色,那是幫助散熱的防熱塗料。高超音速飛行時,氣動加熱嚴重,表面對流已經不足以帶走足夠的熱量,需要加強輻射散熱。廣東老太在夏天愛穿黑綢衫乘涼,一方面是因為綢料透風,另一方面是因為黑色是輻射散熱的最好手段。夏天人們愛穿白色,那是因為白色在戶外反射太陽的熱輻射最好,但在背陰的地方,反而是黑色最有助於散熱。SR-71“黑鳥”採用全黑塗裝,部份原因就是有助於蒙皮散熱。
X-43(前面的小黑東西)是通體漆黑的,後面白色的是助推器
X-51技術進步了,就不再通體漆黑了
東風17不用黑色塗料,因為更好地利用了激波。乘波體的奧妙在於,激波是緻密的空氣層,不僅提供升力,本身也是良好的導熱體。東風17的下激波鋒面遠離彈體,彈體處在相對涼快的激波尾流裡,熱管理問題不大。朝鮮高超彈只利用激波的升力,但熱管理的作用利用得不好,必須用黑色塗料加強散熱。小小的下彈翼也影響末段氣動控制能力,可能命中精度方面也差一點。
高超音速飛行體的熱管理是中國的獨門絕技。美國高超音速導彈試驗好幾次就栽在熱管理不善上,飛到中途就自己燒燬了。朝鮮解決不力是很情有可原的。
說起來,朝鮮很不容易。印度和臺灣資源和技術條件都好得多,要是有朝鮮那樣的倔勁,也不至於如今航天和導彈技術這麼拉跨。