高超音速飛彈現況(中)

前篇介紹俄國的「高超音速飛彈現況」(上),本篇為讀者介紹中國的「高超音速飛彈現況」。在進入主題前,我們先介紹「桑格爾彈道」與「錢學森彈道」這兩種彈道的重要性及差別性何在?

 

「桑格爾彈道」與「錢學森彈道」

在第二次世界大戰結束前,納粹德國的火箭科學家華納·馮·布朗1(Wernher von Braun) 開發出射程可以打到英國的V2火箭,這款彈道飛彈的射程約300多公里,最高速度可達4.8馬赫。希特勒希望能夠將V2火箭射程延伸到紐約,當時有位奧地利出生的科學家尤金·桑格爾 (Eugen Sanger)利用打水漂的原理,提出可以將V2火箭在大西洋上空、近大氣層的高度打數個水漂,就能夠將射程延伸到紐約。當然這在當時只是一個構想,尚未付諸實行,納粹德國就在1944年戰敗了。

來源;二戰結束後,錢學森 (中) 和他的老師von Karman (右)與馮卡門的老師 普朗特 (Ludwig Prandtl)留下航空科技三代奇才的難得合影。

 

華人科學家錢學森與他的老師西奧多·馮·卡門 (Theodore von Karman) 於1945年,代表戰勝國美國前往接收納粹德國的科學家,包括馮·卡門的老師普朗特及馮·布朗 – 後者在二戰後來到美國,開發出NASA的登月火箭農神5號 ( Saturn V)。相信錢學森當時 (1945年) 可能獲知所謂的「桑格爾彈道」,並在這個基礎下錢學森於1948年提出從紐約飛到巴黎只需要1個小時的超音速客機飛行 (參見下圖) – 當時論文是針對超音速客機的飛行軌道,並不是導彈彈道。

 

桑格爾與錢學森在1940年代末所提出的飛行軌道後來被稱為「桑格爾彈道」與「錢學森彈道」2,從下圖可以看出這兩種軌道都是靠火箭引擎將載荷 (payload) 送出大氣層,「桑格爾彈道」是採「打水漂原理」3數度進出大氣層以延長射程,這種飛行方式對於反導彈系統而言,因為飛行軌跡難以預期,所以幾乎無法攔截。「桑格爾彈道」可以稱之為「助推 + 彈跳」彈道,也可以稱為「水漂彈」。

 

「錢學森彈道」與「桑格爾彈道」最大的不同處在於:一旦重返大氣層內,飛行軌跡就不再出大氣層;導彈在進入大氣層後採取滑翔–可以有動力、或者沒有動力,但是一定有飛行控制翼。「錢學森彈道」可以稱之為「助推+ 滑翔」彈道,它的飛行軌跡雖然較「桑格爾彈道」相對單純些,但是飛行速度更快,命中目標的準確度更高。同樣地,反導彈系統對於採「錢學森彈道」飛行的導彈也是束手無策的,一因高超音速 (Hypersonic Speed),一因「電離雲」(Plasma Cloud)。

「東風壓倒西風」是毛澤東於1957年11月2日,在莫斯科舉行的共產黨和工人黨代表會議上所說出的一句話;不清楚是否是因為毛澤東的這句話,中國大陸所發展的飛彈系列就以「東風」命名,包括:東風15 (射程約600公里)、東風16 (射程約1,000公里)、東風17 (射程約2,500公里)、東風21 (射程約2,500公里)、東風26 (射程約4,000公里)、以及東風41 (射程超過10,000公里)等。本文僅挑選其中具代表性的三型高超音速飛彈:東風17、東風21、東風41,為讀者作科普介紹:

東風17

來源:東風17高超音速彈道飛彈4

 

東風17高超音速彈道飛彈4(DF-17)於2019年中華人民共和國70周年國慶閱兵上首次向公眾展示;東風17是由東風16B型彈道飛彈改良而來,採兩級固態燃料火箭助推,屬於陸基戰術高超音速乘波體、臨近空間的彈道飛彈,最高飛行速度可達10馬赫,射程在1,800 - 2,500公里;相較於東風16的飛行軌道為「錢學森彈道」,東風17的飛行軌道則屬於「桑格爾彈道」。

來源:東風17彈道為「桑格爾彈道」4

 

東風17 屬於Hypersonic Glide Vehicle (HGV) ,採用在大氣層內起滑技術:飛彈上升到預定高度後關閉發動機,依靠自身重力實現轉彎,使用火箭發動機橫向加速達到滑翔速度後開始滑翔;反導彈系統無法從遠距離對其進行偵測。東風17是專為美國「戰區導彈防禦系統」(Theater Missile Defense, TMD) 所開發的一型飛彈,可以成為「薩德反飛彈系統」(Terminal High Altitude Area Defense, THAAD)的剋星。

東風21

來源:東風21D中程彈道飛彈5

 

東風21中程彈道飛彈5的研發始於1979年,由潛艇發射的「巨浪系列飛彈」的巨浪一型彈道飛彈改裝為陸基而來,所以中國軍方內部將東風21稱為「巨浪上岸」。東風21是地面車載彈道飛彈,飛彈車儲存、舉起、發射三位一體。東風21也是採兩級固態燃料火箭助推,進入大氣層內的最高飛行速度可達8馬赫,射程在1,700 - 3,100公里,屬於中程彈道導彈(IRBM)

東風21中程彈道飛彈一共有A / B / C / D四型,其中東風21D被稱為「航母殺手」。東風21D(DF-21D)為反制飛彈防禦系統,增加了精密導引與主被動突防輔助裝置,在進入大氣層部有氣動翼面控制彈道,射程可達3,100公里以上,精準度則在方圓100公尺以內。

東風21為求能夠成為055型飛彈驅逐艦的艦載導彈,開發出縮小版「鷹擊21」(YJ-21),這款艦射飛彈的彈道不出大氣層,射程為1,000 – 1,500公里,飛行彈道如下圖所示。

來源:鷹擊21的飛行彈道軌跡不出大氣層

 

東風41

來源:東風41洲際彈道飛彈6

 

東風41洲際彈道飛彈6是一款「多目標重返大氣層載具」 (Multiple Independently-targetable Reentry Vehicles, MIRV),屬於第三代洲際飛彈改良而出的,綜合能力已達美國三叉戟II飛彈與俄羅斯白楊SS-27的水準。

東風41採三級固態燃料、洲際彈道飛彈 (ICBM),可攜帶10枚分導式多彈頭,最大射程14,000 – 15,000公里,超過美國「民兵洲際彈道飛彈」(LGM-30)的13,000公里,最高飛行速度可達26馬赫,圓周偏差率100米;從中國大陸發射幾乎可以打擊地球上任何一個目標。東風41可機動發射,有公路版東風41洲際導彈和鐵路版東風41洲際導彈。

 

附註一、華納·馮·布朗 (Wernher von Braun)在二戰結束前為納粹德國開發出V2火箭

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/韦恩赫尔·冯·布劳恩  

 

附註二、錢學森彈道和桑格爾彈道在射程與可控性方面的區別和歸類

https://www.ice99.com/military/3288091.html

 

附註三、東風17導彈能夠在太空打水漂嗎?錢學森彈道和乘波體飛行器是什麼?

https://www.youtube.com/watch?v=fOzR-PO-lQ8

 

附註四、東風-17高超音速彈道飛彈

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/东风-17高超音速弹道导弹

 

附註五、東風-21中程彈道飛彈

https://zh.wikipedia.org/wiki/东风-21中程弹道导弹

 

附註六、東風-41型洲際彈道飛彈

https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/东风-41型洲际弹道导弹

 


作者:

王志强 博士曾任美國麥道太空系統公司 (MDSSC) 的空氣動力學專家 (Senior Technical Specialist),1992年返台加入台翔航太(TAC)協助發展民航機產業;他的斜槓人生還擔任過:安達信 (Andersen Consulting) 企業戰略經理,中國和光集團戰略長、鴻海董事長特別助理、友達光電(AUO)營銷高階主管、美國林肯電氣 (Lincoln Electric)在台合資公司廣泰執行副總、美世顧問 (Mercer) 台灣區總經理、以及上海佳格 (Shanghai Standard Foods) 營運長。

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