分導式多彈頭（MIRV）技術漫談

分導式多彈頭（MIRV）技術漫談

星虎軍政參考

作者：kktt

一、研製背景

新式武器研製的決策和指導思想來源於對威脅的分析。50年代後期，蘇聯導彈技術突飛猛進，打破了美國在遠程轟炸機上對蘇聯的壟斷性核優勢，促使美國也大力發展導彈技術以鞏固自己的核打擊力量優勢地位。為了盡快提高第一次核打擊的能力和節省裝備費用(主要是運載器和地下井的費用)，美國人首先提出了多彈頭（MRV）技術，在一枚導彈上裝載盡可能多的核彈頭。這一思路和裝備大型遠程轟炸機以求一次轟炸盡量多攜彈是一樣。不同的是，導彈要比轟炸機難攔截的多，最開始導彈幾乎就是不可攔截的。

有矛就有盾，1958年蘇聯開始研製A-35反彈道導彈係統（西方稱為ABM-1“橡皮套鞋”），采用百萬噸級核反導戰鬥部摧毀來襲的敵核彈頭，有效殺傷半徑為6～8 km。在蘇聯的核反導係統麵前，彈道幾乎一樣的美國集束式MRV一旦被擊中將幾乎無一幸免。

在突破反導的戰術要求和已取得技術突破（核彈頭小型化和空間飛行器姿控技術）的背景下，美國於1962年提出了分導式多彈頭（MIRV）的概念。與MRV不同，MIRV的多個彈頭飛行彈道不同，可打擊橫向和縱向範圍內幾十到上百公裏的多個目標。一枚反導彈隻能最多摧毀一個子彈頭，這樣反導彈與進攻導彈的交換比將大大下降，反導係統的效能大大降低。此外，隨著製導、再入飛行器技術和核武器小型化的發展，子彈頭的命中精度也達到了可以摧毀硬目標（如導彈發射井）的要求，裝備MIRV的洲際導彈成為一種理想的“第一次核打擊”（打擊軍事目標）武器。

基於上述理由，MIRV立刻得到了美國軍方的青睞。1964-1968年，美國開展了MIRV的探索性研製, 並在關鍵技術獲得成果的基礎上進入工程研製階段。1970年6月，在“民兵III”導彈上首批部署了MK12/W62分導式多彈頭。1971年3月, 又將MK3/W68分導式多彈頭裝備在“海神”C3導彈上。

美國在取得MIRV技術突破後為了限製對方的發展和減輕自己的負擔, 與蘇聯開展了軍控談判。而到了1972年，蘇聯的A-35反導係統也正式建成服役。同年5月，美蘇達成《關於限製進攻性戰略武器的某些措施的臨時協定》（SALT）和《限製反彈道導彈係統條約》（ABMT）。前者將戰略導彈的總限額定為美1710枚、蘇2358枚，但沒有限製彈頭數目。後者約定了反導彈係統的定義，“隻允許雙方按規定在各自的首都周圍和一個洲際彈道導彈地下發射井周圍建立有限度的反彈道導彈係統”。

1972年5月26日，尼克鬆和勃列日涅夫在莫斯科簽署SALT

蘇聯從來都是“美國有的蘇聯也一定要有”，以取得戰略平衡。1973年蘇聯開始試驗第一批MIRV, 1975年開始裝備部隊, 比美國晚了五年。部署的導彈有SS-17，帶4個子彈頭；SS-18, 帶8個子彈頭；SS-19, 帶6個子彈頭。

隨著美蘇在導彈上裝的子彈頭越來越多，“第一次核打擊”的能力越來越強，軍備競賽再次不斷升級, 迫使雙方不得不再坐下來談判限製核彈頭的數目。1991年達成的《第一階段削減進攻性戰略武器條約》（START I）對運載器、總投擲當量、第1次打擊能力和戰略核彈頭總數的限製都作了規定，其中限定美國的核彈頭總數不超過10395個、俄羅斯不超過8084個。1993年1月雙方又簽署了《第二階段削減進攻性戰略武器條約》（START II）條約 (未批準)。條約規定，在2003年1月1日之前(後來延至2007年12月31日），美俄部署在進攻性戰略武器上的核彈頭總數將分別削減至3000~3500枚，銷毀所有陸基MIRV洲際彈道導彈。美國的和平保衛者MX導彈和俄羅斯的SS-24導彈因此於2005年全部退役。

二、裝備情況

截至2009年初，美國現役的陸基MIRV導彈隻有民兵III導彈，每枚裝備1~3個MK12A/W78（33.5萬噸當量）。據估計有250枚民兵III導彈裝備了350個MK12A/W78彈頭。美國現役的海基MIRV導彈也隻有三叉戟 II D-5導彈，每枚導彈裝備4-6個MK4/W76、MK4A/W76-1（10萬噸當量）彈頭或MK5/W88（47.5萬噸當量）彈頭。據估計，共有288枚三叉戟 II D-5導彈部署在14艘Ohio級戰略核潛艇上，裝備了718個MK4/W76彈頭，50個MK4A/W76-1彈頭和384個MK5/W88彈頭，共1152個彈頭。美國目前沒有新的MIRV導彈研製計劃。

截至2010年初，俄羅斯現役的陸基MIRV導彈包括的50枚SS-18導彈，每枚裝備10個55萬噸當量子彈頭，共500個彈頭；60枚SS-19導彈，每枚裝備6個40萬噸當量子彈頭，共360個彈頭。海基的MIRV導彈包括64枚SS-N-18導彈，每枚裝備3個5萬噸當量子彈頭，共192個彈頭，部署在5艘Delta III級戰略核潛艇上；96枚SS-N-23導彈（包括“輕舟”及其改進型“藍天”），每枚裝備4枚10萬噸當量子彈頭，共384個彈頭，部署在6艘Delta IV級戰略核潛艇上。俄羅斯正在發展新型陸基MIRV洲際導彈RS-24，每枚裝備3個40萬噸當量子彈頭，一般認為其改進自SS-27（白楊-M）。2007年5月29日、12月25日和2008年11月26日，RS-24進行了三次成功試射，原計劃於2009年開始服役，現已推遲到2011年，計劃還要進行1~2次試射。俄羅斯還計劃研製一種液體燃料的陸基MIRV導彈，以替代已經超期服役的SS-18和SS-19導彈，但目前項目尚未開始。新型海基MIRV洲際導彈Bulava，估計每枚裝備4~6枚子彈頭，原計劃2009年服役，由於屢次試驗失敗，至少會推遲到2012年。Bulava計劃裝備在955型戰略核潛艇上，每艇可攜帶16枚導彈。目前已有三艘955型艇建成或建造中，原計劃的第四艘尚未開工，也可能會取消。

法國是第三個發展MIRV技術的國家。與美蘇在第一次核打擊力量上裝備MIRV不同，法國的MIRV裝備在作為第二次核打擊（核反擊）力量的潛射導彈上，這是為了在有限的核潛艇和潛射導彈上實現盡可能多的核打擊力量。法國第一種MIRV導彈是M4潛地彈道導彈，1976年開始研製，1980年11月首次飛行試驗成功，1985年5月開始在“不屈”號導彈核潛艇上部署，每枚帶6個15萬噸當量的TN-70和TN-71子彈頭。隨後又研製了射程更遠的M45導彈，1991年12月首次試射，1996年3月開始在“勝利”號導彈核潛艇上部署。每枚M45導彈帶4~6個15萬噸當量的TN-75子彈頭。法國目前在3艘“凱旋”級戰略核潛艇上部署了48枚M45導彈，共攜帶240個彈頭。法國正在發展裝備6個TN75彈頭（未來使用TNO彈頭）的M51導彈，計劃於2010年服役，以替換M45導彈。

英國沒有發展自己的MIRV技術，其裝備的“三叉戟” II D5潛地洲際導彈是從美國購買的。目前英國有4艘“前衛”級戰略核潛艇，每艘可攜帶16枚“三叉戟” II D5導彈，每艘潛艇上共部署48枚10萬噸當量彈頭（英國版的MK12/W76）。據估計，英國共部署了200枚核彈頭，未來將縮減至160枚。

三、工作原理

MIRV由末助推級（post boost vehicle, PBV，又稱彈頭母艙）和子彈頭（reentry vehicle, RV）組成，外麵由整流罩（頭罩）包裹。PBV由推進艙、製導艙和釋放艙組成，子彈頭固定在釋放艙上。PBV的主要任務是在導彈助推段結束後給子彈頭以必要的機動能力，並在預定的姿態和彈道上逐個釋放子彈頭和突防裝置。

下麵以美國民兵III導彈的MIRV為例作一介紹。民兵III導彈的第四級（PBV）推進艙重約210 kg、高457 mm、直徑1320 mm。外殼為鎂合金殼體，內壁襯有軟木。推進艙下端與第三級前端連接，上端則與製導艙相連。推進艙共有11台液體火箭發動機，其中1台是主發動機，10台是姿態控製小發動機，推進劑均采用一甲基肼和四氧化二氮。主發動機的任務是根據製導係統的指令提供必要的軸向推力，以調整PBV的速度。發動機安裝在推進艙的底部的中央。具有多次起動的能力，推力1.4 kN，可以在俯仰和偏航兩個方向上擺動，最大擺動角度約5度。10台姿態控製發動機的任務是根據製導係統的指令提供必要的俯仰、偏航和滾動所需要的推力，以調整PBV的姿態。其中4台用於控製俯仰(成對地安裝在推進艙的兩側)，2台用於控製偏航，4台用於控製滾動。這10台發動機都安裝在推進艙的四周。這些發動機的噴管出口端都與推進艙外殼相嵌接，以使其燃氣通過推進艙外殼的開口排出。控製俯仰和偏航的6台發動機每台推力為102 N，控製滾動的4台發動機每台推力為80.4 N。

製導艙內裝有慣性平台、三個加速度表、兩個雙軸向控製陀螺、電子控製裝置、數字計算機等製導係統部件。製導係統的任務是：控製導彈的飛行、級間分離、推力中止、解除保險、釋放子彈頭和突防裝置以及其他飛行功能。製導艙下端與推進艙連接，上端與釋放艙相連。

下麵是製導艙，上麵是包裹在整流罩中的釋放艙及彈頭

釋放艙是子彈頭的分離釋放機構，位於製導艙的上方，用於在導彈貯存或飛行期間支承並固定子彈頭。分離釋放機構的支座用爆炸螺栓將子彈頭固緊，釋放子彈頭時炸開爆炸螺栓。突防裝置（誘餌和金屬箔條）也固定在釋放艙內，和子彈頭伴隨釋放。

整流罩的作用是使導彈保持完整的氣動外形和保護子彈頭。整流罩的外形為尖拱形，在導彈飛出大氣層後，借助兩個小火箭將整流罩沿導彈飛行方向推離PBV，兩個小火箭最大推力為5 kN。

民兵III導彈的MIRV設計充分考慮了對蘇聯導彈防禦係統的突防性能，突防方案具有很強的針對性和目的性，典型工作流程如下：

民兵III導彈起飛後120秒拋整流罩，高度約100公裏；210秒三級發動機分離，高度約240 km；3秒後PBV開始工作，進行星光定位，並按照計算機預定的程序，對PBV的方向和速度進行修正；當PBV滑翔到適宜的位置調整到預定姿態，開始沿著對射程不敏感的方向順序地釋放子彈頭、金屬箔條雲團和誘餌，使子彈頭或誘餌置於金屬箔條雲團之中；每次釋放後PBV重心位置發生跳動，推進艙重新工作，調整PBV的飛行方向、速度和姿態到新的彈道，再投出下一個子彈頭或誘餌；全部突防係統投放完畢後，在真空段形成3串並行“糖葫蘆”式的多目標群構成的多目標飛行狀態，每個多目標串大約有4-6個單目標群，每個群中多數含有誘餌和鎢絲形成的幹擾雲團；少數目標串中含有子彈頭，為的是真假混淆、以假亂真。以“2個子彈頭+10個再入誘餌+12個單目標群”的方案為例，3串多目標串之間的間距(在下降段360 km高度)為28 km，目標群的串長113 km，3個目標群串落地時的橫向間距分別可達到175km和149km。參見下圖：

四、MIRV的多種布局

在同樣的原理下，MIRV可以有不同的布局。

MX導彈的MIRV構型類似於民兵III。陸基地井部署彈導彈對長度要求不大，因此子彈頭全部放置在PBV上，而PBV位於三級發動機之上。

而海基導彈對長度要求比較苛刻，因此有些海基導彈的PBV、子彈頭和三級發動機嵌套放置，比如下圖中的三叉戟II D5導彈，這裏的子彈頭是MK4/W76：

蘇聯的海基導彈采取了倒置式的MIRV布局（無論是液體還是固體導彈），比如下圖中裝載在“台風”級核潛艇上的SS-N-20導彈。

據說Bulava導彈的MIRV也采用這種倒置布局：

如果不加整流罩，為了減小氣動阻力，可以用緊湊式布局，比如蘇聯SS-20導彈，其PBV也非常獨特：

蘇聯人確實很有創造性，SS-18重型洲際導彈還有一種獨特的子彈頭上下重疊布局（左2）：

五、我國的MIRV導彈研製

美國在60年代發展MIRV是在相關技術取得突破的背景下進行的。發展MIRV技術所需要的主要技術有：1，小型化彈頭技術，包括熱核武器的小型化和再入飛行器的小型化。2，空間飛行器姿控技術，包括空間定位和彈頭分離姿態控製技術。從一些公開報道看，我國很早就有發展MIRV的計劃。據說80年代計劃中的DF-41就是一種MIRV導彈，用於取代DF-5。上個世紀90年代我國在這兩個方麵都取得了重大突破。一方麵經過不懈的努力，掌握了小型化彈頭技術。姿控方麵，研製成功PBV推進艙用的多次啟動變推力液體火箭發動機。空間飛行器姿控技術是一種典型的軍民兩用技術，MIRV和發射多顆不同軌道的多星發射技術有很多相通的地方。為Motorola公司研製發射銥星的CZ-2C/SD火箭上的“智能分配器”可以看作是一個PBV的簡化原型。

CZ-2C/SD火箭“智能分配器”，可用自旋拋出方式一次將兩顆銥星送入軌道

隨著相關技術的突破，我國的第一種MIRV導彈DF-5B於2001年正式立項研製，2006年6月首飛成功。我國成為世界上第四個掌握MIRV技術的國家。一點也不奇怪的是，我國在掌握了MIRV技術後於2008年9月用CZ-2C/SMA火箭發射了HJ-1A、HJ-1B雙星。《中國航天報》對這次發射報道說：“長征火箭雖然曾多次執行一箭多星發射任務，但衛星都是處於同一軌道。在本次發射任務中，長二丙SMA火箭把環境與災害監測預報小衛星A、B星準確送入不同的軌道，實現了我國發射技術的重大突破。實現這一技術突破的關鍵是對火箭上麵級的精準控製。（火箭總指揮）鄭全寶用“跳芭蕾舞”來比喻火箭上麵級在太空中的 17項精彩表演：滑行、調姿、變軌、減速、末修、釋放A星……釋放B星、回落，那種精彩似乎隻有訓練有素的舞蹈家才能聲情並茂、姿態優美地展示出來。” 未來的北鬥二號也計劃采用CZ-3B火箭進行一箭雙星發射。

官方並沒有公開DF-5B的外形，不過某禮品公司為二炮訂做的某型號導彈模型似乎就是這種多彈頭導彈。整流罩的外形與DF-5和DF-5A完全不一樣，倒是和蘇聯的SS-18導彈很相似。

在網絡上一段對中國運載火箭技術研究院的介紹視頻（http://tv.people.com.cn/GB/144357/150724/10134167.html）中，筆者還發現了這樣一個“奇怪”的艙段：

這個艙段實在很像MX導彈的PBV，圖中尖尖東西的看起來就是子彈頭。從DF-5的投擲能力（3噸）來看，一般PBV占投擲重量的1/3~1/2，即PBV重1~1.5噸，那麽DF-5B可以投擲至少3~4枚500kg/1Mt的彈頭或者5~6枚300kg/500kt的彈頭。如果DF-5B的投擲能力有所增加，則還可以投擲更多的彈頭，不過，再考慮到我們可能會放置比較多的突防裝置，DF-5B的子彈頭估計為3~5個。

我國為什麽要在地井部署的DF-5B而不是機動導彈DF-31和DF-31A上裝備MIRV呢？我認為這是由戰略和技術多方麵因素決定的。我國擁有的少量核武器是用來遏止它國對我發動核襲擊，是作為核反擊力量使用的。我國的陸基核力量分為地井部署的DF-5係列和公路機動的DF-31係列導彈。麵對美國的導彈防禦係統，必須保證導彈（彈頭）的突防能力。對於我國DF-5係列導彈來說，發射陣地的隱蔽性是生存的前提，一旦陣地暴露就可能喪失核反擊能力 (敵人用常規武器就可以進行打擊)。由於我國強調地井的隱蔽性，可選擇的地點並不多，不可能大量部署DF-5係列。而單彈頭的DF-5A突防能力有限，即使使用誘餌，其體型巨大的彈頭也較容易被敵雷達跟蹤和識別。而若改用MIRV，突防概率就大大增加了。另一方麵，作為一個已經非常成熟的平台，DF-5A 導彈擁有較大的投擲能力，因此改裝為MIRV型號是技術上可行且風險較低的選擇。DF-5B的研製成功，實現了花費盡量少的時間和經費顯著提高了現有武器裝備的性能。

再來看DF-31係列導彈。在總彈頭數不變的前提下，公路機動的DF-31係列導彈為了增大突防概率可有兩種選擇：采用MIRV或增加單彈頭導彈數量。公路機動對導彈的起飛質量和運載能力有很強的限製。對二、三級公路、汽-20橋梁，導彈起飛質量的上限為約48噸（差不多就是白楊-M的重量）。攜帶單彈頭的導彈可采用較多的突防措施, 而攜帶多彈頭導彈的有效載荷的質量絕大部分被幾個彈頭所占去,所能用於突防的質量必然會比單頭導彈的少許多,分攤到掩護每1個彈頭的突防質量就會更少。因此, 多頭導彈的每1個彈頭中段和再入段突防概率下降。在助推段相同的攔截條件下,單頭導彈每攔截下1枚導彈隻會損失1個核彈頭, 而多頭導彈會損失更多的核彈頭。綜上所述，對有限的核彈頭來說, 多枚單頭導彈齊射的突防概率更高，所以公路機動的DF-31係列導彈采用了單彈頭部署（白楊-M也是類似的考慮）。預計我國未來更先進的公路機動導彈也將采用單彈頭部署方式，研製類似於美國“侏儒”導彈那樣的小型化高機動、高抗打擊、高突防能力洲際導彈。而類似於SS-24的裝備MIRV的鐵路機動重型洲際導彈也是一個可考慮的選擇。陸基重型MIRV洲際導彈也可以有其他的部署方式，比如參考MX的深埋地下部署（DUB）方案。

類似於法國的思路，我國的JL-2也很可能裝備MIRV，CCTV的節目中出現的JL-2模型彈的鈍頭外形就是一個佐證，MIRV布局可以參考美國的“三叉戟”導彈。考慮到目前我國的導彈製導精度還不太高，不適於采用多個小當量彈頭（比如M45和M51上的6個15萬噸彈頭），可能會攜帶少量中等當量彈頭（比如3個50萬噸彈頭）。不過，彈頭的數目和當量（重量）選擇還要考慮到保證射程的需要。

以上都隻是筆者的推測，僅供網友參考。