方與圓之爭

李梅 徐智城

2019年8月，伊朗公布了其新型防空導彈“信仰”373，并號稱該型導彈最大射程達到300千米，性能超過了俄羅斯S-300導彈系統。不過令外界感到詫異的是，這種導彈與以前閱兵中展示的最大不同是發射箱由類似S-300的圓柱形改變為了類似“愛國者”的矩形（題圖）。那么，導彈發射箱基本外形設計受哪些因素的影響？伊朗又為什么要改變發射箱外形設計呢？

導彈發射箱的基本類型與構成

類型儲運發射箱是導彈武器系統的重要設備之一，它平時用于導彈的儲存與運輸，戰時可配合發射裝置給導彈提供初始的發射角和射向，多用于發射艦艦、艦空和地空導彈。除了提供初始發射姿態外，導彈發射箱還擔負著貯存、運輸、調溫、起豎、支撐的重任。上世紀70年代以前，導彈沒有發射箱，直接從導軌上發射，在風吹、日曬、雨淋等外部環境侵襲下，不利于維護，也降低壽命。到上世紀70年代中期，以法國“飛魚”導彈為代表的新一代導彈大多使用了發射/儲運箱，大幅提高了導彈的作戰勤務條件。

按照發射箱是否密封，導彈發射箱可以分為開放式和密封式。發射箱密封主要是使導彈與外部高鹽、高濕和高溫條件隔絕，為導彈提供較好的溫濕條件，為此發射箱平時儲存和戰備值班狀態時需要抽空內部空氣或充入一定量的干燥氮氣等。但是充氣的導彈發射箱在開蓋時由于箱內氣體壓力的瞬間釋放會對發射箱蓋體造成沖擊，拉動開蓋機構，情況嚴重時還可能造成結構損傷或破壞。

按照發射方式，導彈發射箱可以分為彈射發射箱和自力發射箱，也就是冷發射箱和熱發射箱。這兩種發射箱主要是為了滿足導彈熱發射和冷發射兩種不同的發射方式。由于兩種發射原理不同造成了其結構有很大不同，這也是目前區分發射箱結構的主要依據。

按照發射箱外形，導彈發射箱可以分為圓柱形和矩形。這兩種外形理論上沒有本質區別，但由于發射方式、儲存/發射導彈的形狀和設計習慣及工藝、材料等因素，導致不同型號導彈的選擇有所不同。

構成發射箱的不同構成主要是為了完成不同的功能，而不同的功能則是為了滿足不同的發射原理。目前主流的導彈發射箱為滿足不同發射方式需要，構成大致有以下兩種。

S-300防空導彈采用圓形發射筒和冷發射方式

冷發射箱構成采用冷發射的導彈發射箱通常包括發射筒、彈射器、密封器和隔熱裝置等。其中，發射筒是導彈發射的定向部件，形成發射導彈所需的彈射力，并可以作為運輸、儲存導彈的容器。目前，大多數發射筒都是由復合材料制成，具有加好的耐壓強度和保溫性能。彈射器主要用于提供彈射導彈的動力，目前大多數彈射動力為燃氣發生器，實際就是火藥啟動裝置，通過火藥燃燒產生高溫高壓氣體，將導彈推送出發射筒。由于燃氣溫度和壓力較高，如果直接作用在導彈底部會造成導彈尾部受損，因此都設計有隔熱裝置或適配器，實際就相當于一個活塞，高壓高溫燃氣通過它將動能傳遞給導彈，賦予導彈一定的出筒動力，同時還起到密封燃氣的作用，使燃氣不接觸導彈彈體。

熱發射箱構成熱發射箱主要用于導彈或導彈助推器在發射箱內直接點火，依靠自身動力飛出發射筒。這種發射箱看似簡單，但內部結構復雜，通常由箱體、前后箱蓋、加強框、縱向加強筋、支撐機構等組成。內部有定向裝置（發射梁、導軌、適配器等），電氣控制設備，剪切、鎖定機構（剪切銷、爆炸螺栓等）以及空調、噴淋裝置等。其中，導軌用于支撐導彈并引導導彈在點火發射后沿一定方向出筒;適配器用于發射箱內固定和緩沖導彈，在發射后隨導彈出筒并拋棄;有些密封的發射箱還配置有活動前后蓋或密封膜，可在發射前打開，或隨導彈發射機械破裂。

采用冷發射方式、正彈射出筒的S-300導彈

導彈發射箱外形設計的影響因素

從各國導彈發展情況看，導彈發射箱的形狀有圓柱形、長方形和菱形等，目前基本已經趨于圓柱形和矩形兩種。那么，選擇哪種形狀的影響因素有哪些呢？

發射方式導彈發射的冷發射和熱發射方式對發射箱的要求不同：熱發射時，導彈在發射箱中點火，并貫穿發射箱高速飛行，考慮到重復使用和安全，要求發射箱必須具備一定的阻燃和耐高溫性能。而截面為矩形的發射箱在內容物外廓一致的情況下截面尺寸較圓形要大，其排出高溫氣流效果好，高速、高壓、高溫燃氣流對箱體內壁的沖刷燒蝕相對小。而冷發射時，燃氣將在發射筒中產生瞬時高溫、高壓氣體（速度較低），因為需要高壓燃氣將數噸重的導彈高速推送出發射筒，對發射筒密閉性和耐壓性能要求很高，而圓柱形發射箱的內部承壓較矩形要好很多，因為矩形發射箱內壁四角截面應力結構使其先天承壓能力較低。前面談到，冷發射時高壓氣體需要通過類似活塞的適配器推動導彈快速出筒，顯然圓形活塞要比“矩形”的可靠性、密閉性和單元承壓能力都要高。

采用矩形發射箱的“愛國者”PAC-3防空導彈，布置比較緊湊

儲運方式從儲存效率和方便運輸的角度看，矩形發射箱顯然要優于圓形發射箱。多個矩形發射箱部署時，可以較為緊密配置，占用空間較小;而圓形發射筒筒間無法緊密配置，距離較大，占用空間較大。例如，美國“愛國者”和俄羅斯S-300的導彈配置方式相似，但“愛國者”更加緊密，這在地面機動時問題并不大，但在空間較為局限的艦艇上則較為突出。美國艦載MK41垂直發射系統中各單元可以較為緊密的部署，而蘇式艦載垂直發射系統只能采用圓形布局方式，同樣空間內導彈容量明顯要小。此外，矩形儲存/發射箱在運輸中基本不需要固定，而圓形發射筒在轉運中則需要使用專用固定的矩形裝置。可見，矩形箱體更容易固定，振動也小;而圓柱形箱體不易固定，振動大，但抗外力沖擊、扭曲等性能好，厚度也可以適當降低，重量也隨之減少。

正在裝填“海麻雀”艦空導彈，可見其發射箱內部結構

導彈外廓由于大部分導彈都在大氣層稠密的40千米以下空間飛行，需要充分利用空氣動力，因此都設計有形態各異的彈翼和空氣舵等。這些彈翼、尾翼增大了導彈的外廓尺寸，使發射箱設計不得不增大尺寸，并采用適配的外形。我們知道，早期的導彈彈翼不能折疊，或只能半折疊，由于導彈通常采用兩副對稱彈翼，因此其外廓呈正方形，所以發射箱用長方體能更好的容納彈翼。隨著技術進步，為減少空間占用，大多數導彈都采用了折疊彈翼，這使圓柱形發射箱的普及成為可能。圓柱形箱體外截面尺寸小，內部空間利用率高，體積減小，可以有效提高平臺的載彈量。例如，法國“飛魚”導彈從MM40導彈開始改用圓柱形儲運發射箱，其由玻璃纖維制造的圓柱形箱體和前后可彈開的端蓋組成。由于采用折疊彈翼，原裝1枚“飛魚”MM38導彈的空間現可裝4枚“飛魚”MM40導彈，從而加強了單艦火力。

工藝材料為了降低導彈貯運發射箱的重量，提高性能，從上世紀90年代開始，各國大多采用復合材料制造貯運發射箱，基本實現了輕型化和小型化。復合材料貯運發射箱技術主要是利用玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維以及凱芙拉纖維增強復合材料來設計箱體結構，并通過改進纖維纏繞工藝、真空輔助樹脂傳遞模塑工藝和拉擠成型工藝來降低發射箱的制造成本。例如，法國“飛魚”MM40貯運發射箱采用復合材料的圓筒式設計后，不但如前所述體積減小，而且比基本型“飛魚”MM38鋼質貯運發射箱輕了約三分之二。但復合材料與金屬材料比，成型加工工藝難度較大。例如，玻璃纖維增強復合材料（又稱玻璃鋼）大都用高強度玻璃纖維和熱固性環氧樹脂復合加熱固化而成，在用于導彈發射筒時，用玻璃纖維帶材纏繞在芯模上經熱壓固化而成，內壁不需機械加工，但要求芯模具有良好的尺寸精度、較高的表面光潔度以及熱膨脹系數。從成本上看，這種制造方法增加了成本，單件生產時，玻璃鋼發射筒的制造成本和金屬發射筒的大體相當，但隨著批量增加，其制造成本就會低于金屬發射筒。正是由于這種經芯模熱壓固化的工藝導致玻璃纖維、碳纖維制作箱體時多制成圓形截面，而沒有采用方形截面設計，所以箱體多呈圓柱形。而長方形箱體一般用多個鋁合金板組合，結構強度稍弱，需要多個加強框加固。加強框之間的蒙皮中心點是變形最大的地方，間隔越大蒙皮越脆弱。所以美國導彈的長方形發射箱多采用內外雙層箱體結構，中間用泡沫材料填充。

采用圓筒形發射箱的“飛魚”MM40 Block3導彈發射出筒

典型導彈發射箱的構成與使用

美國“愛國者”“愛國者”導彈是美國最普及的防空導彈系統，其對發射箱的設計要求是重量輕，便于運輸，并能承受加速載荷、熱載荷以及輕武器的射擊，具有耐腐蝕性，制造成本和系統全壽命周期成本低。輕量化和耐腐蝕性設計要求使用低成本復合材料以及低成本制造工藝，為此其大量使用了聚合物基復合材料作為導彈發射箱的主體材料。“愛國者”導彈在發射時，導彈噴焰首先吹掉發射箱后蓋，直接穿破由玻璃纖維和橡膠制成的前蓋。發射筒為密封加固的方形鋁箱，內裝隔熱層，兼作運輸和儲存導彈用。它由蒙皮、框架、導軌、支架、導向板、前后端蓋、箱內保溫材料、環境微調裝置、固定導彈的自鎖裝置等組成。箱內下端兩條導軌表面粘有石墨層，用以減小導彈運動時的摩擦。

法國“飛魚”“飛魚”是法國制造并在世界上普及很廣的反艦導彈，也是世界上最早采用發射箱的導彈之一。其發射箱由箱體、前后箱蓋、加強框、縱向加強筋、支撐機構等組成;內部有定向裝置（發射梁、導軌、適配器等），電氣控制設備，剪切、鎖定機構（剪切銷、爆炸螺栓等）以及空調、噴淋裝置等。在兩端蓋內都有一個導彈定位套，對導彈的頭部和尾部進行定位，在箱內導彈的戰斗部和助推器的部位都有墊塊，防止導彈在箱內震動。

俄羅斯S-300 S-300導彈4聯裝發射裝置裝在輪式運輸發射車上，采用垂直發射，靠小型燃氣發生器先將發射筒前蓋打開，然后通過另一臺燃氣發生器作為動力的彈射裝置將導彈從發射筒內彈射出筒，火箭發動機在導彈完全離開發射筒后點火。發射筒為密閉的導彈運輸發射筒，前蓋為泡沫塑料結構，筒內裝有開蓋用和彈射用的燃氣發生器、彈射筒及導軌。

“愛國者”PAC-3防空導彈采用熱發射方式

伊朗“信仰”373“信仰”373是伊朗最近正式公開的一款遠程防空導彈系統，其首次公開是在2014年的德黑蘭閱兵式上，當時其發射箱采用了類似S-300的圓柱形發射箱和相似布局配置。但在2019年8月伊朗再次公布的圖片中，該型導彈改為采用類似“愛國者”導彈的矩形發射箱，這種發射箱設計曾見于2013年12月伊朗國家媒體公布的“霍爾達德”15（Khordad-15）防空導彈。此次公布的“信仰”373導彈又被稱為“賽義德”4，導彈外觀與S一300系統采用的攔截彈類似，但發射箱從圓柱形改為采用21個加強筋的矩形發射箱。從伊朗透露情況看，該導彈發射方式也改為筒內熱發射。因此判斷，其很可能因為尚未完全掌握冷發射方式而導致了發射不穩定，從而采用了更為簡單的熱發射方式，發射箱也從圓柱形變為了矩形。

【編輯/山水】