伊朗固體燃料火箭，導彈的技術發展及障礙

王繼新

發展歷程

固體燃料導彈比液體燃料導彈反應更加快捷、可靠，體積更小。由于技術門檻較高，伊朗雖然固體燃料導彈起步較早，但遠沒有液體燃料導彈取得的成就顯著。

從“蛙”式到“征服者”

20世紀70年代，伊朗和以色列制定了“石油換武器”計劃，伊朗的導彈研發計劃就是從那時開啟的。1980年，兩伊戰爭爆發后，伊拉克使用彈道導彈對伊朗進行打擊。吃盡苦頭的伊朗意識到，必須實現彈道導彈國產化。通過在兩伊戰爭中的使用，伊朗發現液體燃料導彈有著先天的不足，同時可存儲液體燃料技術的攻關和后繼可靠性等均存在問題，因此在彈道導彈發展的早期，伊朗就在發展液體導彈的同時開展了固體燃料導彈的研制。這一階段，伊拉克軍隊“蛙”7A無控火箭曾給伊朗軍隊留下了深刻印象，因此伊朗首先對“蛙”7A進行了仿制，這就是著名的“地震”系列火箭。這一系列火箭性能與蘇聯1964年裝備的“月球”M戰術導彈系統相當。由于射程小于90千米且精度不高，這些火箭主要用于對靠近前線的大城市進行打擊。以后伊朗參考引進的“薩姆”2導彈控制系統和“飛毛腿”導彈制導系統，最終開發了伊朗的第一種固體燃料彈道導彈“征服者”101，將射程擴大到200千米以上。這種導彈研制始于1997年，2001年正式公開，其作用主要是彌補“地震”火箭的精度不足，填補“流星”1導彈與火炮之間的火力空白。以后又開發了“征服者”110。名稱中的101和110分別指發動機噴管直徑。通過這兩型導彈的開發，伊朗基本自主解決了生產固體火箭推進劑所必需的原料問題。2000年1月，伊朗工業部門SBIG宣布丁羥樹脂（HTPB）、鋁粉和氯化鉀均實現自給自足。

“泥石”橫空出世

正在發射的“征服者”110近程彈道導彈

在固體燃料技術取得逐步成果后，伊朗開始將“流星”3等大型多級液體燃料導彈技術與之結合，發展射程更遠的固體燃料導彈。2005年8月，伊朗政府稱已成功研制出用于彈道導彈的固體燃料技術。伊朗國防部長沙姆哈尼稱，“伊朗已全面掌握生產導彈的固體燃料技術，并向前邁進了重要一步”。這時伊朗正在發展名為“阿舒拉”的固體燃料導彈，這一計劃并不順利，但最終升級為“泥石”110，并在2008年11月成功試射，其增程型在2009年也相繼試驗成功。2009年5月，伊朗電視臺首次播出了該型導彈發射畫面，將其稱為“泥石”2導彈，宣稱射程達到了2000千米。該導彈使用新型復合固體推進劑，具備高速、高精度特點，并可使用“流星”系列液體燃料導彈的陸地機動運輸—起豎—發射裝置。由于此前伊朗的固體燃料導彈均為單級型，“泥石”2采用的兩級火箭技術對伊朗來說是一個很大的進步，有較大的設計冗余，可進一步提高射程，具備向遠程導彈發展的潛力。這標志著伊朗導彈研制技術已經取得很大突破，為形成全面而有效的彈道導彈實戰威懾提供了條件。但此后“泥石”導彈僅在閱兵中出現，試驗飛行報道逐漸減少。外界估計伊朗的固體導彈發展計劃遭遇技術瓶頸，并可能由于2011年11月發生的重大事故而導致相關工作長期停滯。在這次事故中，不但伊固體火箭發動機試驗設施被毀，而且多名固體燃料導彈技術專家身亡，這對伊導彈發展造成了致命傷害。

“泥石”2固體導彈的出現，表明伊朗導彈技術達到了一個新的水平

正在起豎加注燃料的“流星”3液體燃料導彈

越來越精確的“征服者”

在大型固體燃料導彈發展受挫后，伊朗調整導彈發展路線，中遠程的大型導彈以液體燃料為主，固體燃料導彈則主要在打擊精度和可靠性方面進行改進。2011年，伊朗針對美國封鎖波斯灣的威脅，很快在“征服者”110基礎上發展了光電制導的具備打擊海上目標能力的“波斯灣”反艦彈道導彈。該導彈射程從最初的200千米擴展至250千米。2012年8月，第四代“征服者”110雖然射程不變，但使用了精度更高的制導系統。2015年8月，伊朗在其“國防工業日”典禮上又首次展出“征服者”313導彈。與之前的導彈相比，該導彈對尾翼進行了重新設計，增加了制導組件，減小了載荷攜帶量。它不但繼承了較高的精度，而且射程達到了500千米。“征服者”313與“征服者”110雖然外形結構相似，但通過改善導彈的飛行特性從而獲得了更大升力，使用一個更大推力和更有效的推進系統，減少有效載荷重量的同時使用更輕質材料減輕彈體質量等方式，大幅增加了導彈射程。“征服者”313導彈的研制成功和部署，進一步強化了伊朗常規近程精確打擊能力，鞏固了其中東地區軍事強國地位。該型導彈曾在2020年1月對美駐敘阿薩德機場的打擊中表現優異，展現了伊朗較高的精確制導技術水平。

“雷霆”后的薄發

2016年后，伊朗固體導彈繼續向遠程精確方向發展，并取得了重要進步。2016年9月，伊朗在閱兵式上首次展出被稱為“佐勒菲卡爾”的固體燃料導彈，隨后開始批量生產，并宣稱該導彈射程可達700千米，足以威懾以色列。從圖片來看，它仍屬于“征服者”系列。由于戰斗部尺寸較小，按照導彈射程與戰斗部重量換算的經驗公式，如果其總體技術水平和2011年的“波斯灣”導彈相同，戰斗部重量可能被削減到250千克。從伊朗公開的該導彈打靶視頻看，它具備精確制導能力，從而保證在如此射程上仍有足夠威力。在此基礎上，伊朗又發展了名為“霍爾木茲”2的固體燃料反艦彈道導彈，并在2017年3月成功試射，表明伊彈道導彈制導技術發展到了新的水平。在制導技術逐步完善可靠的同時，伊朗還重點發展了固體燃料火箭發動機，并應用在新一代導彈上。2020年2月，伊朗軍方正式公開“雷霆”500（Raad-500）新型戰術彈道導彈。它使用了全新發動機設計和新型材料，最大射程達到500千米，而重量只有“征服者”系列導彈的一半，推重比大幅增加，打擊精度也有質的提高。

一系列新型固體燃料導彈的出現，表明伊戰役戰術彈道導彈開始全面實現固體燃料化。2017年8月13日，伊朗議會通過法案，決定向伊朗導彈系統研發等項目增加5億多美元預算。隨著導彈射程和載荷能力的增加，固體燃料導彈將全面替代現有的“流星”1等同級別的導彈。同時，新的固體燃料導彈技術還將應用于軍事航天和中遠程導彈的發展。

伊朗固體燃料火箭的主要技術項目

目前，伊朗的固體燃料導彈/火箭技術主要應用于“征服者”系列近程導彈、“泥石”系列中程導彈和航天運載火箭使用的末級火箭等項目。

伊朗試射“泥石”2彈道導彈

在洞庫中測試的“泥石”2彈道導彈

“泥石”2導彈頭體對接

“征服者”近程導彈

1997年，伊朗巴哈里工業集團開始在“蛙”式火箭的仿制型“地震”2基礎上研制“征服者”近程導彈。2002年9月，第一代“征服者”110導彈研制成功并量產，射程200千米。2004-2016年，伊朗先后發展并裝備了四代“征服者”導彈，射程增至300～500千米，外形尺寸和重量基本保持不變，即彈長8.86米，彈徑0.61米，發射質量3.45噸，有效載荷450～650千克，均是一種單級固體、公路機動型彈道導彈。“征服者”313是第四代“征服者”的改進型或增程型。其最新的“佐勒菲卡爾”固體燃料導彈也應該是“征服者”系列導彈的發展型，射程提高到700千米說明其發動機和燃料技術已經達到全新水平。

“泥石”中程導彈

“泥石”2是伊朗自主研發的兩級地地導彈，完全使用固體燃料，射程超過2000千米。導彈總重量26噸，長19米，直徑約1.4米，彈頭重量約為1噸。該彈具有與“流星”3相似的三錐形彈頭，制導系統位于第二級。與“流星”3相比，“泥石”2的性能有較大提高。這主要表現在：首先是反應能力提高。前者在發射架上的起豎時間為數小時，而后者大幅縮短至30分。其次是生存能力提高。前者雖然可進行公路機動，但由于采用液體推進劑，可靠性差，影響機動性。后者采用固體推進劑，不需提前加注，且可靠性較高，機動性好，方便作戰使用。第三是命中精度提高。前者命中精度最高為1000米，后者命中精度估計可達350米。“泥石”2如果從伊朗西部地區發射，可將北約部署在希臘、土耳其的軍事基地乃至意大利那不勒斯的北約南歐司令部納入打擊范圍。

“雷霆”近程導彈

2020年2月，伊朗公布的“雷霆”500戰術彈道導彈，與以往同類型的“征服者”系列導彈相比有很大的技術躍升，其發動機性能和效率大幅提高。該導彈全長8.4米，其中彈體部分長5.4米，彈頭部分長3米。其發動機和彈體部分明顯小于“征服者”，但戰斗部卻比“征服者”大，這可有效增加戰斗部的質量和體積。該導彈彈頭后部配置了4個三角形控制翼，彈體尾部配備4個截尖直角三角形尾翼，這表明“雷霆”500具有較好的空氣動力控制能力。此外，“雷霆”500的彈體和火箭發動機殼體使用的是碳纖維材料，使整彈質量從“征服者”110的3.45噸減少一半到1.6噸，但射程卻增加了200千米多，達到了驚人的500千米。該型導彈的出現表明伊朗固體燃料導彈技術達到了新的水平。

伊朗電視臺公開的“雷霆”500導彈新聞發布會現場

“雷霆”500導彈的大致尺寸測算

伊朗公布的視頻中的“雷霆”500特寫，可以看到彈頭較為狹長，且為兩級圓錐體結構，彈頭尾部還有機動舵翼

“賽門”運載火箭級

從伊朗航天運載火箭技術發展看，最新的“鳳凰”火箭加裝了由“征服者”系列導彈發展而來的saman-1固體矢量發動機。該級發動機高1.25米，直徑1.5米，它與衛星載荷一體設計，部分在整流罩中。該級使用固體燃料，使火箭推力大幅提高的同時，也降低了體積和質量，特別是其矢量噴嘴設計使其可以控制衛星載荷準確入軌。伊朗航天負責人哈吉扎德準將稱，目前發展的可調噴嘴技術，可應用在航天器、衛星載體、反坦克導彈和防空導彈等的發展上，特別是大氣層外固體燃料火箭發動機的控制技術可使伊朗航天運載與控制技術得到大幅提高。

伊朗固體燃料火箭/導彈的技術特點

通常，固體燃料導彈比液體的體積更小，因此方便運輸和操作，且燃料和導彈一體，使發射準備時間大為縮短，這就是伊朗積極追求固體燃料導彈的主要原因。在外界嚴格制裁情況下，伊朗不斷摸索這種導彈的發展，這使其技術顯示出一些與眾不同的特點。

發動機設計水平

固體燃料導彈發動機噴管主要用于排出超音速燃氣，產生推力。噴管組件外有燃氣舵來控制導彈的飛行姿勢。點火裝置在點火指令控制下，解除安全保險并點燃發火藥，產生高溫高壓火焰用來點燃殼體內的推進劑。從伊朗功率最大的固體燃料導彈“泥石”2的發動機來看，其第二級與第一級的不同之一在于噴管的設計，第二級噴管的燃氣膨脹率大于第一級發動機。這是因為地面啟動的一級發動機往往使用較短的噴管，而第二級使用較長的噴管提高膨脹比以改善發動機效能。為了讓推進劑燃氣流充分膨脹以便將更多的化學能轉化為動能，設計師都會加長發動機噴管。但如此一來火箭的整體長度就增加了。太長細的火箭容易誘發振動且降低穩定性，前者會導致火箭折斷，后者會使火箭難以控制并墜毀。正因為此，“泥石”2導彈的長徑比過大，限制了它性能的進一步提升。此外，在“雷霆”導彈出現之前，已知的伊朗固體燃料導彈都還采用液體燃料導彈使用的燃氣舵控制技術，這種技術雖然門檻較低，但控制精度和效率明顯偏低。目前，雖然伊朗可能通過“雷霆”導彈掌握了發動機矢量噴管技術，但應該還沒應用在大型固體燃料發動機上。

“泥石”2導彈的結構和尺寸測算

新材料得到積極應用

2005年，伊朗就從印度等國非法運進金屬陶瓷復合材料，用于火箭發動機的耐熱材料。2011年8月，伊朗國防部長瓦希迪宣布，伊朗已經攻克碳纖維復合材料生產難題，“將消除伊朗現代化軍事裝備生產中的薄弱環節”。碳纖維復合材料可以根據固體火箭發動機結構要求，靈活地設計纖維的層次和鋪設方向。碳纖維復合材料制造的導彈彈體或發動機具有較高的比強度、比剛度，和耐振動沖擊、抗疲勞以及耐腐蝕等優良性能，同時可大幅降低結構重量。例如，“泥石”2導彈發動機殼體也是火箭燃燒室，是推進劑裝藥貯存和燃燒的場所。燃燒室藥柱產生的燃氣溫度高達3000～3900K，壓強達3～20兆帕，一般金屬材料無法達到這一要求。“泥石”2發動機外殼采用高強度鋼材料，在燃燒室內壁上使用了耐高溫的特殊材料，使其不但能承受高溫高壓燃氣的作用，而且作為結構件還能承受飛行過程的氣動壓力和各種機械應力作用。而“征服者”313和“雷霆”等型導彈已經將新型材料用于導彈發動機殼體、噴管襯喉和燃氣舵等關鍵部件上。隨著導彈射程的增大，相信在導彈再入彈頭等部件上將進一步擴大新型材料的應用。

固體燃料生產技術快速提高

2000年1月，伊朗沙希德·貝克雷工業集團宣布固體火箭發動機推進劑生產原料已經實現自給自足。從“泥石”2和“征服者”系列導彈的情況看，其主要使用HTPB復合推進劑，主要成分是含氧量較高的高氯酸鐵和端經基聚丁二烯等，為提高能量密度還加入鋁粉作為助燃劑。而這些材料的主要原料成分是丁經樹脂、鋁粉和氯化鉀等。伊朗目前固體燃料加工基本采用澆鑄法工藝，就是在殼體與隔熱層固化后噴涂上包覆層（通常是與推進劑的粘合劑為同一體系），然后把推進劑配方的混合物裝到放置有芯模的殼體內，在真空條件下固化成型，再拔除芯模，這時藥柱已與殼體緊密粘接在一起。這種工藝比較簡單，適宜于制造各種尺寸的藥柱，綜合性能良好，而且使用溫度范圍較寬，能量較高，力學性能較佳。綜合來看，目前伊朗固體火箭發動機推進劑生產已達到國際第三代水平，目前正在向第四代水平邁進。

融合液體燃料導彈通用技術

與朝鮮等其它導彈新興國家一樣，伊朗導彈技術也是從液體導彈發展起家，并引領國家導彈技術方向的。為了使固體燃料導彈快速發展，伊朗在不同系列導彈中都積極將液體燃料導彈的制導和控制等技術應用到固體燃料導彈上。2008年11月，伊朗德黑蘭阿倫國家電視臺報道稱，“泥石”導彈具有與“流星”3液體燃料導彈相似的三錐形彈頭。這可能是一種全新的重返大氣層飛行器設計，以適應伊朗已經研究過的新型戰斗部，這種設計可以抵御以色列和美國的導彈防御系統。而從前面固體燃料導彈發展過程看，在“征服者”導彈第二階段發展中，“波斯灣”、“霍爾木茲”反艦導彈和“征服者”313等帶有末制導的導彈型號，幾乎都使用了“飛毛腿”系列的“奇亞姆”液體燃料導彈發展起來的光電和衛星導航等精確制導系統。通過融合液體燃料導彈技術，加快了固體燃料導彈技術的發展。

主要技術障礙

大型發動機設計障礙

從外部的技術轉讓伊朗建立起可開發本土固體推進劑和發動機的火箭工業體系，該綜合體位于德黑蘭以東175千米的薩南，以伊朗工業集團第140部及其前身組織為基礎。這是負責固體燃料導彈計劃的主要工業集團。薩南工業集團陸續擴大，先后完成了30～40個以上的不同固體燃料火箭發動機研制。除了運載火箭計劃和彈道導彈計劃所需的固體發動機外，它還設計制造火箭炮炮彈、反坦克導彈、防空導彈、空空導彈和反艦、巡航導彈等相關的固體發動機。由于與外部交流較少，導致其只能設計小型火箭發動機，對大型發動機缺乏技術和經驗。為此，伊朗曾試圖打破封鎖，繼續通過引進來提高設計和制造水平，但都遭到西方壓制。例如，在“征服者”系列前身450毫米直徑的NP110發動機的研制中，伊朗在設計和標準培訓方面曾尋求俄羅斯的幫助，雖然這不受MTCR（“導彈及其技術控制制度”）限制，但美國政府仍因此對前身為俄羅斯軍事機械學院的波羅的海國家技術大學及其院長尤里·薩維利耶夫實施制裁。雖然通過“雷霆”導彈項目，伊朗初步掌握了固體燃料發動機矢量控制技術，但目前仍無法解決大型發動機的矢量控制問題。

屬于“征服者”導彈系列的“霍爾木茲”反艦導彈

伊朗公布的視頻中的碳纖維編織機編制火箭發動機殼體的景象

固體燃料規模化生產原料缺乏

伊朗依靠龐大的石油加工體系掌握了較高的固體燃料生產的化工技術，并擁有主要原料的生產能力，但鋁粉等提高燃料性能的原材料生產能力有限。2010年9月，新加坡截獲了一批302桶運往伊朗的鋁粉。導彈專家認為，這種粉末的高純度鋁含量表明其最終有可能用于導彈的固體推進劑生產。實際上，伊朗東北部呼羅珊省北部的沙漠邊緣擁有豐富的鋁土礦藏，在這里的賈賈姆市東北方約10千米處建設有鋁生產綜合體，并駐扎了精銳的伊斯蘭革命衛隊。該綜合體主要生產鋁粉。鋁粉被廣泛用于從油漆、電子產品，到太陽能電池板和煙花等產品中。由于鋁粉的爆炸特性，它也是用于發射火箭和導彈的固體燃料推進劑的關鍵成分，當其與含氧物質混合時，會釋放出大量能量。伊朗官員表示該設施在“提高該國生產導彈用固體燃料的自給自足程度”方面發揮了重要作用。但由于該企業生產工藝水平不高，只能滿足一般固體燃料生產需求，高效鋁粉仍需進口。

新型復合材料制造難度大

在本世紀初，俄羅斯企業就曾向伊朗提供了高品質鋼材，用作導彈外殼的特種合金，以及保護導航系統的金屬薄片等。但近年來伊朗的新型復合材料設計制造技術門檻較高，需求量也較大，伊朗只能引進技術自主生產，這導致以碳纖維為核心的新型復合材料獲取難度增大。這里的碳纖維是指碳的質量占90%以上的纖維狀碳材料。碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成的材料就是碳纖維復合材料（CFRP）。眾所周知，導彈和飛行器設計的重要指標就是重量，在不降低強度的同時盡可能減輕重量是每個設計師追求的目標。通過采用新材料減輕彈體質量，幾乎是世界各國導彈武器發展的必由之路。計算發現，遠程導彈一、二、三級發動機的結構重量分別減輕1千克，導彈射程相應地增加0.6、3、16千米左右。所以，對殼體特別是末級發動機殼體進行結構減重，成為增加導彈射程的重要技術途徑之一。碳纖維雖然重量輕、強度大，但是其與玻璃纖維等各種纖維產品一樣，存在成型性差的問題，很難塑造成各種需要的形狀。通常復合材料成型工藝有多種，如鋪層層疊成型工藝、噴涂成型工藝、纏繞成型工藝、拉擠成型工藝等。成型工藝的關鍵就是成型設備，特別是數控纖維纏繞機。而這些原料和設備的高效型號在國際市場上都受到嚴格管控，伊朗獲取難度較大。從目前情況看，伊朗只能通過商用設備制造較小型的碳纖維部件，“雷霆”導彈部件很可能就是通過這種途徑制造的。伊朗中遠程導彈發動機所需的較大型碳纖維部件仍難以制造。

[編輯/山水]