【弹道导弹弹头再入技术①】
大家知道，流星在划过天际时，大部分都被与空气摩擦生成的高热烧掉，只有极少部分坠落到地面，成了罕见的陨石。那么，弹道导弹的弹头高速再入大气层时，会不会象流星体那样被空气摩擦烧毁了呢？
在上个世纪50年代中期，苏联第一枚弹道式洲际导弹试飞成功之后，美国便急忙加紧研制名为“大力神”的导弹与之抗衡。然而，由于美国当时对导弹弹头高速再入的特性缺乏充分认识，结果头几次弹头再入试验全部失败，迫使“大力神”洲际导弹研制工作推迟数年。类似的情况在上个世纪60年代研制“民兵3”导弹时再次出现。当时“民兵3”采用的“MK-12”型多弹头再入时遭遇的飞行环境比“大力神”那样的单弹头更加恶劣，由此产生的滚动共振、横向过载、不对称烧蚀等都比较严重。因此该弹头在前两次再入试验中都被烧掉，导致“民兵3”计划推迟2年。弹道弹头再入是各国远程导弹发展中普遍存在的难题，那么，这些“拦路虎”究竟有哪些呢？
一是高温烧蚀。导弹的弹头再入速度很大，一般都等于甚至超过陨星体坠落的速度，最大速度甚至可以达到24倍音速。这使弹头再入所接触的空气受到强烈压缩，弹头飞行速度受阻。这样，弹头的大部分动能就转化成热能，使其周围的空气和其自身的温度急剧上升，最高温度可以达到约7000-11000摄氏度。这样高的温度不要说用普通金属材料制的弹头壳体难以承受，即使弹头壳体上再敷上一层耐高温烧蚀的保护层，也会产生一定程度的烧蚀和机械剥蚀。因此若不加以精确控制，弹头壳体将出现凹陷、沟槽、花纹、鱼鳞坑、鼻锥等异常形变。这样，轻则影响弹头再入飞行的稳定性，重则导致整个弹头烧毁或解体。
弹头烧蚀试验情况，可见铸造的端头帽和纤维布包裹的再入体壳体（图片来源：朝鲜《劳动新闻》）
二是等离子鞘。弹头高速再入时，由于气动力加热，弹头表面出现高温，空气分子分解为原子，而原子又进一步被分解为正离子和电子；由于这时出现的正离子和负电子的电荷量是相等的，所以被称为“等离子体”。这样，高速飞行的弹头就象装进了“刀鞘”，这就是所谓的“等离子鞘”。由于“等离子体”可以屏蔽电磁波，所以“等离子鞘”隔断了弹头上的遥测、通信等与地面联系的电子信号，给导弹的飞行试验造成严重困难。
使用火箭发动机对弹头头锥部分进行耐烧蚀测试（图片来源：朝鲜《劳动新闻》）
三是气动力。在高速再入时，弹头将受到强大的空气阻滞和压缩，产生50G以上的轴向过载。同时，在阵风等偶然因素的干扰下，弹头就会失控。另外，由于受到空气动力的作用，弹头将会有较大的振动，从而使弹头不仅会偏离预定的飞行弹道，还能在再入时受气动力的作用而被摧毁。
四是粒子云侵蚀。粒子云对高速再入弹头的侵蚀问题是上个世纪70年代初才开始被人们重视、研究和着手解决的一个问题。所谓“粒子云”，指的是弹道式导弹再入大气层时，可能出现的雨滴、雪晶、冰晶等水凝云粒子环境，或悬浮在大气之中的灰尘，以及核爆炸引起的尘埃及各种漂浮物等所形成的粒子云团。由于弹头与粒子云高速碰撞，弹头的气动外形和气动特性将发生显著变化。这不仅影响弹头的命中精度，还可能造成整个弹头的解体。当然，粒子尺寸的大小、质量和密度的不同，所受到的侵蚀程度也不同。但无论如何，这与弹头在晴朗天气和清洁大气中再入飞行是截然不同的。
总之，弹头在高温烧蚀、粒子云的侵蚀和气动力等多个“拦路虎”的作用下，不但可能使弹头烧毁或解体，还会引起滚动共振问题，使弹头翻滚或旋转，严重影响弹头飞行的稳定性。
李文盛：电子工程学士及军事学硕士，原总参某部高级工程师，从事军事信息与军事战略研究，以及远程作战问题研究，长期参加中国军控学会《年度国际军备控制与裁军报告》及中国国际问题研究所《全球核态势评估（年度）报告》的撰写，在军内外十余家刊物发表学术及军事科普论文400余篇，参与《俄罗新军事基本情况》、《美国未来作战系统》等多部论著撰写，主持或参加了多项国家及军队科研项目，获得军队科技进步奖多项，为核战略与核武器发展、作战使用专家，在防空与反导，以及常规远程作战方面也有较深研究。
出品：科普中国军事科技前沿
策划：金赫
科学顾问：李文盛
监制：光明网科普事业部
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