伊朗“鳳凰”運載火箭及導彈技術發(fā)展淺析

董露

“鳳凰”發(fā)射情況

這次發(fā)射是“鳳凰”運載火箭自2016年4月以來總共4次發(fā)射中的第三次失敗。從故障情況看，這次發(fā)射與前幾次有很多相似之處。

當?shù)貢r間2020年2月9日19點15分，伊朗航天機構在該國塞姆南省距離德黑蘭230千米的伊瑪目霍梅尼國家航天中心，用自主研制的“鳳凰”號（Simorgh）運載火箭搭載“勝利”號（Zafar）衛(wèi)星進行發(fā)射，但衛(wèi)星沒有被送入預定軌道，發(fā)射失敗。按計劃，“勝利”號遙感衛(wèi)星將被送入距離地面550千米高度的近地軌道。該衛(wèi)星由伊朗自主制造，具有彩色攝影功能。2月11日是伊朗伊斯蘭革命勝利41周年紀念日，發(fā)射“勝利”號遙感衛(wèi)星，是其慶?；顒拥闹匾M成部分，意在展示國威，提振民心。伊朗國防部發(fā)言人侯賽尼稱，火箭“成功”將衛(wèi)星推入太空，衛(wèi)星走完了“90%的路”，到達了540千米的高度。專家將分析數(shù)據(jù)并糾正錯誤，以準備下一次發(fā)射。

事故分析

發(fā)動機點火失敗 伊朗國防部發(fā)言人侯賽尼事后發(fā)表聲明稱，發(fā)射過程中，雖然“鳳凰”號火箭的一級與二級火箭正常運作，“勝利”號衛(wèi)星也成功從火箭上分離，但衛(wèi)星在其軌道末段沒有達到入軌所需的預定速度。我們知道，運載火箭發(fā)射衛(wèi)星需要在最后時刻將衛(wèi)星載荷以特定的傾角加速到第一宇宙速度，衛(wèi)星才能環(huán)繞地球勻速飛行。第一宇宙速度值通常認為是7.9千米/秒，而這是衛(wèi)星在地球表面繞飛的速度。由于在地球表面一定距離的大氣層內(nèi)空氣稠密，衛(wèi)星飛行阻力也較大，因此衛(wèi)星需要在150千米以上高度才不至于由于空氣摩擦阻力快速下降，而這一高度的第一宇宙速度值是7.8千米/秒。以此計算，在伊朗要求的500多千米近地軌道高度的第一宇宙速度值大約是7.4千米/秒。由于“鳳凰”號上面級出現(xiàn)問題，要么點火失敗，要么點火推遲，要么點火后發(fā)動機推力不足，導致“勝利”號衛(wèi)星無法入軌，最終墜入大氣層。

伊朗通信和信息技術部長穆罕默德·賈赫羅米透露：“在最后12秒內(nèi)，必須增加火箭的燃料或發(fā)動機功率才能達到所需的速度。但這沒有發(fā)生，可能與第二級的燃料質量和重量有關，也可能與發(fā)動機的動力系統(tǒng)有關?！睆倪@一表述可以看出，事故原因還有可能是“鳳凰”號第二級的液體發(fā)動機關機速度沒有達到預定值，導致第二級點火推遲。從外界透露的情況看，“鳳凰”號上面級采用固體燃料火箭發(fā)動機，2019年第二次發(fā)射失敗的原因也發(fā)生在該級的固體燃料火箭發(fā)動機上。雖然伊朗沒有明確故障究竟在哪里，但值得關注的是，在發(fā)射失敗后，伊朗很快在公開名為“雷霆”500的新型固體燃料導彈的同時，又展示了新型固體燃料發(fā)動機及制造技術，并宣稱最新研發(fā)成功的“Zohair”復合材料火箭發(fā)動機和“Salman”推力矢量火箭發(fā)動機也能應用于運載火箭。這似乎在暗示，伊朗已經(jīng)找到問題，并具備通過使用新型發(fā)動機來解決這些問題的能力。

黑客網(wǎng)絡攻擊 有消息稱此次失敗是美國和以色列網(wǎng)絡攻擊的結果。以色列總理內(nèi)塔尼亞胡對伊朗衛(wèi)星發(fā)射失敗發(fā)表的評論暗示，以色列成功參與了伊朗火箭和遠程導彈發(fā)射。雖然伊朗否認了有關以色列情報局摩薩德參與到衛(wèi)星發(fā)射的報道，但在此次發(fā)射衛(wèi)星前，的確有不少黑客對德黑蘭進行了網(wǎng)絡攻擊，這得到了伊朗官方的證實。伊朗信息安全機構負責人法塔基稱這場襲擊為“最大規(guī)?！钡木W(wǎng)絡攻擊，時長約1個小時，導致該國多家運營商網(wǎng)絡出現(xiàn)故障。雖然并沒有直接證據(jù)表明此次網(wǎng)絡襲擊與伊朗衛(wèi)星發(fā)射失敗存在關聯(lián)，但二者發(fā)生的時間很相近，讓此事變得愈發(fā)疑點重重。不過，3～4年前朝鮮導彈發(fā)射接連失利時，美國也曾透露存在類似的網(wǎng)絡和工業(yè)滲透計劃。日本甚至將類似企圖要列入公開預算計劃。特別是2010年6月發(fā)生的“網(wǎng)震”病毒攻擊伊朗布什爾核電站事件，曾導致伊朗核計劃推遲2-3年。這種專門攻擊伊朗核設施的病毒后來被證實來源于美國軍方。因此目前還無法完全排除美國和以色列用網(wǎng)絡攻擊導致發(fā)射失敗的可能。

“鳳凰”運載火箭的基本構成

伊朗在2020年2月9日公布的新型固體火箭發(fā)動機

伊朗運載火箭主要有“使者”和“鳳凰”兩個系列。此次發(fā)射的“鳳凰”火箭是在2010年由時任伊朗總統(tǒng)內(nèi)賈德公開的。與“使者”相比，“鳳凰”火箭不僅尺寸和重量有了增加，總體設計也不同。此次使用的“鳳凰”火箭是2010年公開的初始型號的改進型。雖然伊朗從未公布相關詳細情況，但從伊朗透露的圖片結合相關信息，我們可以知道“鳳凰”運載火箭全長27米，主要由一、二級火箭發(fā)動機，入軌發(fā)動機和衛(wèi)星載荷等幾部分構成。

一級火箭發(fā)動機

“鳳凰”運載火箭的第一級高17.5米，直徑2.5米，使用四臺并聯(lián)的液體燃料火箭發(fā)動機。外界認為，這4臺并聯(lián)的火箭發(fā)動機源于伊朗正在服役的“流星”3導彈，而該導彈采用了從國外引進的“勞動”導彈技術。一級火箭的每臺發(fā)動機大約有30噸推力，并聯(lián)后實現(xiàn)了約130噸的起飛推力。實際上朝鮮的“銀河”系列運載火箭也采用了類似的設計思路，即并聯(lián)了4臺“勞動”導彈的發(fā)動機來提高推力。需要注意的是，除了4臺主發(fā)動機外，為實現(xiàn)火箭的飛行控制，一級火箭還配有4臺LRE-15小型搖擺液體發(fā)動機。LRE-15源于蘇聯(lián)R-27潛射導彈的游動發(fā)動機，也是伊朗最新的“霍拉姆沙赫爾”和朝鮮“舞水端”中程導彈的游動發(fā)動機。與“流星”3導彈一樣，“鳳凰”火箭的第一級發(fā)動機燃料也使用了燃燒效率較高的偏二甲肼和四氧化二氮。雖然這類燃料較為危險，但可以明顯提高發(fā)動機推力，這也是最新的改進型“鳳凰”火箭與2010年的初始型號的主要區(qū)別。

二級火箭發(fā)動機

“鳳凰”運載火箭的第二級高5米，直徑1.5米，使用兩臺并聯(lián)的LRE-4小推力液體燃料發(fā)動機。這種發(fā)動機也源于蘇聯(lián)R-27導彈，可能經(jīng)過改進和放大，實際就是一級使用的LRE-15的放大型號。從“霍拉姆沙赫爾”導彈服役情況看，這種小型液體火箭發(fā)動機技術伊朗應該已經(jīng)掌握，但不成熟。例如，2017年7月27日，“鳳凰”火箭在航天發(fā)射中因第二級液體火箭發(fā)動機故障導致失敗。

伊朗在2020年2月9日公布的新型固體火箭發(fā)動機

由4臺“流星”發(fā)動機并聯(lián)的“鳳凰”一級火箭

入軌火箭發(fā)動機

“鳳凰”火箭的入軌火箭級高1.25米，直徑1.5米。由于它與衛(wèi)星載荷結合緊密，且部分在整流罩中，因此有媒體將該級發(fā)動機稱為“鳳凰”火箭的第三級，也稱為上面級。該級采用saman-1固體燃料火箭發(fā)動機。雖然伊朗固體導彈在多次實戰(zhàn)中表現(xiàn)搶眼，比如2020年報復攻擊美軍阿薩德空軍基地的“征服者”系列固體導彈命中精度不錯，但其控制技術方面還比較薄弱?！傍P凰”火箭在2019年1月15日的發(fā)射中第三級已經(jīng)出現(xiàn)了故障，此次發(fā)射的問題依然在第三級上，說明伊朗還沒有真正掌握第三級火箭技術。

負責入軌的衛(wèi)星載荷艙

衛(wèi)星載荷

“鳳凰”火箭的整流罩長3.2米，直徑1.5米，內(nèi)部搭載“勝利”1號遙感衛(wèi)星。該星成本約200萬歐元，全重113千克。伊朗稱衛(wèi)星的設計目的是用于自然災害監(jiān)測和農(nóng)業(yè)森林石油勘察，上面配備有彩色高分辨率攝像機，能拍攝地面的高分辨率圖像。該衛(wèi)星被美國認為是伊朗對國際社會的“挑釁”。

“鳳凰”運載火箭的基本性能

“鳳凰”運載火箭是伊朗目前性能最先進的航天運載工具，其被西方貼上軍事標簽，因此其技術水平也被認為反映了伊朗遠程戰(zhàn)略打擊能力的水準。

總體基本合理，但可靠性不高“鳳凰”運載火箭的總體設計，與朝鮮“銀河”系列運載火箭非常相似，雖然與航天大國專用的運載火箭設計有很大差距，但就伊朗現(xiàn)有火箭技術水平來看，與先前的“使者”火箭相比，總體設計基本合理?！笆拐摺被鸺c朝鮮的“大浦洞”非常相似，采用現(xiàn)有系統(tǒng)多級串聯(lián)來增強運載能力，使其總體呈現(xiàn)出鉛筆狀，導致長徑比過大，不但發(fā)射效率低，還容易產(chǎn)生彈體彈性震蕩，易導致制導系統(tǒng)工作失穩(wěn)，甚至星箭解體，而且也極大限制了進一步提高推力的潛力?！傍P凰”火箭在一級采用了4臺發(fā)動機并聯(lián)，二級采用2臺發(fā)動機并聯(lián)，一級直徑2.5米，二級直徑控制在1.5米。從發(fā)射效率看，這種下大上小，質量越來越小的設計較為合理。但也應該看到，由于伊朗發(fā)動機設計制造能力有限，無法制造大型發(fā)動機，因此不得不采用多臺并聯(lián)的方式。如果將輔助發(fā)動機計算在內(nèi)，一二級火箭就有10多臺發(fā)動機，這無疑使系統(tǒng)變得復雜，大幅降低了系統(tǒng)可靠性。截至目前，實際上“鳳凰”火箭共進行了4次發(fā)射，其中只有2016年4月的第一次無載荷發(fā)射成功，之后2017年7月的發(fā)射因二級火箭故障而失敗，2019年1月的發(fā)射則因三級火箭故障而失敗，此次發(fā)射還是由于三級火箭問題失敗。

“鳳凰”火箭的第三級Saman-1固體火箭發(fā)動機

發(fā)射塔中測試的“鳳凰”運載火箭

載荷功能多，但技術性能不足

此次發(fā)射的“勝利”1號遙感衛(wèi)星全重113千克，屬于微衛(wèi)星，比蘇聯(lián)第一顆衛(wèi)星重了約20多千克，但比中國173千克的第一顆衛(wèi)星“東方紅”號的重量少了1/3。朝鮮首顆發(fā)射成功的“光明星”3號重量也只有100千克左右，與“勝利”1號近似。雖然伊朗火箭投送能力有限，但伊朗從本世紀初就開始與俄羅斯合作開發(fā)了多種載荷的衛(wèi)星。在與國外合作的情況下，伊朗2009-2015年不斷嘗試制造了多種類型衛(wèi)星，并委托國外陸續(xù)發(fā)射了4顆，實現(xiàn)了對通信、制圖和微小衛(wèi)星的自主研發(fā)，比如“觀測”1號、“科工先驅”號和“黎明”號等。“勝利”1號也是伊朗自主研制的，采用的攝像機性能不高，拍攝圖像的地面分辨精度為22.5米，也有資料稱是80米。在國際市場上，這一性能只能勉強用于民用制圖，軍用的價值有限。雖然伊朗通信和信息技術部長穆罕默德·賈赫羅米在內(nèi)閣會議上說，“勝利”2號衛(wèi)星的設計、制造和測試已經(jīng)完成，將比“勝利”1號更先進，其攝像機分辨率更高，精度將達到16米。

運載能力提高，但發(fā)展?jié)摿τ邢?/p>

“鳳凰”號運載火箭的動力系統(tǒng)采用的并聯(lián)發(fā)動機結構，比伊朗之前采用串聯(lián)的“使者”號功率大幅提高?！笆拐摺?火箭全長22米，直徑1.25米，質量26噸，采用二級串聯(lián)方式，只有50千克的低軌道運載能力。2010年公布的初始型“鳳凰”火箭全長27米左右，發(fā)射質量約87噸，尺寸和重量都和我國1970年發(fā)射的“長征”1號運載火箭接近，近地軌道投送能力也都是300千克的水平。2016年發(fā)射的改進型“鳳凰”火箭在長度和外形沒有大的變化的情況下，通過改進燃料，并增加衛(wèi)星的上面級（第三級固體火箭），使發(fā)射質量達到130噸，低軌道運載能力達到500千克。但從可控制角度看，“鳳凰”號并聯(lián)火箭發(fā)動機較多，使得設計和使用較為復雜，可靠性降低，因此其進一步提高推力的潛力受到限制。從伊朗新型固體火箭發(fā)動機情況看，伊朗如果要進一步提高發(fā)射效率可以在關鍵部件上采用碳纖維復合材料，減輕整體重量，但這樣做的技術和人工成本較高。

“使者”2火箭第二級結構示意圖

掌握分離技術，但入軌尚不成熟

從2016年3月開始伊朗“鳳凰”號火箭共進行4次發(fā)射，雖然幾乎都以失敗告終，但每次都有很大進步。逐步克服二級故障，并增加了第三級發(fā)動機，特別是第三、第四次發(fā)射的問題都出現(xiàn)在第三級，前面的一、二級和二、三級分離幾乎完全成功，這說明通過多次失敗，伊朗已經(jīng)掌握了復雜的級間分離技術，而這曾是困擾朝鮮航天發(fā)射的老大難問題。目前，主要問題是第三級點火和推力問題，實際歸結為一點仍是第三級的控制問題。不過，伊朗官方宣稱，此次失敗前火箭成功地傳輸了有價值的遙測數(shù)據(jù)，有望使工程人員找到阻礙衛(wèi)星入軌的問題。外界普遍認為伊朗并未掌握固體火箭的精細的矢量控制技術，這種技術在近程固體燃料彈道導彈上尚可，但在太空和復雜力學環(huán)境中難以確保其可靠工作，伊朗似乎也意識到這一點。在2020年2月9日發(fā)射當天，伊朗公布新型近程固體彈道導彈“雷霆”500時，發(fā)言人專門提到了一種新型固體燃料發(fā)動機。該發(fā)動機用于輕型航天器的次級，采用與軍方相同的復合材料制成，能夠進行推力矢量控制，可將衛(wèi)星送入軌道，也能讓導彈在飛行時調(diào)整姿態(tài)。

“鳳凰”火箭的彈道導彈發(fā)展?jié)摿?/h3>

自2009年以來，美國一直指責伊朗的航天項目是“變相發(fā)展洲際彈道導彈”。這次伊朗用“鳳凰”火箭發(fā)射衛(wèi)星后，美國國務卿蓬佩奧與以色列總理內(nèi)塔尼亞胡均表示，伊朗這一行為不符合聯(lián)合國安理會第2231號決議，是其導彈發(fā)展計劃的一部分。那么，伊朗運載火箭究竟是否具備導彈發(fā)展?jié)摿?？它又會在哪些方面促進伊朗彈道導彈技術進步呢？

改裝為遠程導彈，但實用性不強

很多西方媒體最初在報道“鳳凰”火箭發(fā)射衛(wèi)星時稱，如果火箭發(fā)射成功，則意味著伊朗具備了洲際導彈發(fā)射能力，可以把300千克的物體投放到地球軌道。也有軍事專家認為，發(fā)射衛(wèi)星是伊朗研制洲際導彈計劃的開端，伊朗可能通過一系列試驗，開發(fā)出射程達4000千米的遠程彈道導彈。以色列導彈防御組織前負責人烏齊·魯賓也認為：一顆具有相當功能的偵察衛(wèi)星的重量應該在300千克左右。一旦伊朗能夠將300千克重的東西送入地球軌道，那么它就可能將衛(wèi)星發(fā)射裝置改裝成洲際導彈，在世界任何地方投放這么重的東西。實際上，將運載火箭改裝為洲際導彈并不簡單。通過前面介紹大家知道，“鳳凰”火箭是將4臺發(fā)動機并聯(lián)組成第一級，直徑達到2.5米。為降低發(fā)射成本，運載火箭通常使用商用燃料和工作流程。雖然成本低，但加注時間長，安全級別低，工作程序繁瑣，這使其發(fā)射前準備通常需要數(shù)十天，即使進入發(fā)射場也需要3～5天的發(fā)射準備與測試時間。這無法滿足部隊快速展開發(fā)射和隱蔽機動的要求。因此，即使具備遠程投送能力，但缺乏作戰(zhàn)實用性。

驗證大型火箭設計，為導彈積累經(jīng)驗

根據(jù)聯(lián)合國安理會第2231（2015）號決議，安理會促請伊朗不要進行任何涉及運載核武器的彈道導彈活動，包括使用彈道導彈技術進行的火箭發(fā)射。而伊朗目前的“使者”和“鳳凰”火箭恰恰都和液體彈道導彈技術密不可分。實際上，不能否認伊朗積極研制運載火箭，尤其是“鳳凰”大型火箭很大程度上有軍事方面的考量。這種情況朝鮮也存在。朝鮮在進行多次“大浦洞”和“銀河”系列火箭發(fā)射后，彈道導彈發(fā)展有了長足進步。因此伊朗通過“鳳凰”火箭的研制和發(fā)射，可以驗證大型多級液體火箭的研制能力，有助于研制類似朝鮮“火星”14和“火星”15那樣的機動液體遠程彈道導彈。

西方衛(wèi)星拍攝的建設中的伊朗衛(wèi)星發(fā)射中心

伊朗衛(wèi)星發(fā)射中心內(nèi)部的組裝車間

采集可靠性數(shù)據(jù)。測試關鍵性部件

發(fā)展運載火箭從法律上和道義上都難以得到禁止，這在朝鮮的航天發(fā)展中就可以看出來。雖然運載火箭發(fā)射與導彈發(fā)射有很大不同，但可以通過運載火箭發(fā)射采集系統(tǒng)及關鍵部件的可靠性數(shù)據(jù)，為導彈發(fā)展與改進提供參考。例如，前面提到“鳳凰”火箭的一級是由“流星”導彈液體火箭發(fā)動機并聯(lián)而成的，因此通過運載火箭發(fā)射可以檢驗幾乎相同型號發(fā)動機在飛行環(huán)境下不同工作時長和內(nèi)部壓力情況下的工作參數(shù)曲線，為導彈改進提供參考。實際上，伊朗目前已經(jīng)掌握中程導彈設計，但最缺乏的就是關鍵部件和系統(tǒng)的實際工作數(shù)據(jù)，這導致火箭發(fā)動機和導彈系統(tǒng)可靠性不高。例如，2020年1月8日凌晨，伊朗為革命衛(wèi)隊將領蘇萊曼尼被美國“斬首”而發(fā)動的“烈士蘇萊曼尼”報復行動中，使用“數(shù)十枚導彈”對美駐伊拉克軍事基地實施了彈道導彈遠程突襲。突襲中，對阿薩德機場使用的“征服者”313固體燃料導彈效果較好，而對埃爾比勒基地使用的“奇亞姆”1液體燃料導彈，在飛抵目標前幾乎都自爆解體，究其原因就是液體燃料發(fā)動機可靠性不高，無法在復雜飛行環(huán)境中長時間穩(wěn)定工作。而通過相近發(fā)動機的地面測試和運載火箭的實際發(fā)射，可以采集大量可靠性數(shù)據(jù)，為相關導彈改進提供依據(jù)。

發(fā)展雙用途技術，使科研生產(chǎn)合法化

眾所周知，運載火箭和彈道導彈在技術本質上是一回事，其中95%的技術都是軍事和民用雙用途的。美《航空和空間技術周刊》在一篇題為《伊朗準備向太空進軍》的文章中說，伊朗的火箭可能成為其遠程導彈試射過程中的“一只披著羊皮的狼”，因為制造運載火箭所需的技術與制造能攜帶彈頭的洲際彈道導彈的技術沒什么差別。美國馬克斯韋爾空軍基地高級航空研究學院的約翰·謝爾登說：“它們采用相同的核心技術，只是在制導系統(tǒng)和燃料方面有所區(qū)別?！背思夹g外，運載火箭設計和制造基礎設施與導彈生產(chǎn)設施也具有雙重用途。通過運載火箭發(fā)展可以建設或保留絕大多數(shù)的導彈基礎設施，使其避免制裁而合法化存在。例如，負責“使者”和“鳳凰”運載火箭設計制造的伊朗沙希德·巴凱里公司，隸屬于國營航天工業(yè)組織（AIO）。該綜合體曾研制生產(chǎn)30多種戰(zhàn)術導彈，涉及反艦、對地、防空、反潛等諸多領域，科研與生產(chǎn)能力在中東首屈一指，是美國等西方國家制裁的重點，而通過衛(wèi)星發(fā)射則可能使其存在合法化。 [編輯/山水]

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