金正恩看的这个黑乎乎的东西是什么?

看新闻说朝鲜准备在导弹上装核弹头了,那这个东西跟核弹有关吗?

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NKmilitaryStudies朝鲜军事问题专家

2016-03-15 12:57

金正恩视察的改进型火星-13洲际导弹模型。可见弹头形状和试验中的弹头有些类似。

试验的东西是远程导弹的再入弹头或弹头的头部。导弹的“再入“是指战斗部(主要包括包裹核装置的弹头和核装置)重返稠密大气层的过程。从试验照片看,弹头内应该可以容纳一个小型核装置。
弹道式导弹上升期间速度逐渐增加,但随着飞行高度的升高,大气密度迅速降低。而在再入期间,导弹弹头以高速经过大气层,随再入高度降低,大气密度迅速增加。由于这个原因,弹道式导弹在上升期间经受的气动热流率比再入期间约小两个数量级。对洲际导弹来说,由于再入速度达到了音速的20多倍,弹头会与空气摩擦产生巨大的热量,表面温度可以达到6000摄氏度以上甚至更高。弹头在再入中不被烧毁,烧穿,并保持对称的烧灼,是弹头设计与工艺制造的最大难点。
美苏是最早研制洲际弹道导弹的国家,为后人解决再入问题提出了基本的思路。美国的第一代洲际弹道导弹首先试验了非常苗条的尖锥体,但很快发现难以克服气动加热问题,在几经失败后转向了“钝头体”外形。“钝头体”的理念起源于1951年,研究者发现,气动阻力越大,弹头受到的热量就越小,因为钝头在弹头前方产生一个类似“气垫”的激波,激波可以把再入中产生的大量气动加热带走。加上防热材料的应用,最终解决了弹头再入问题,使第一代洲际导弹形成了战斗力。


上图就是美国早期的MK2弹头,是标准的“钝头体“设计 (画面左边为弹头前端,真的很钝)

当然,“钝头体”也有缺点,即降低了再入速度,使预警与反导系统有更多的反应时间。因此苏联第一代洲际导弹采用了锥形的半球头弹头。在解决气动加热的同时保持了再入速度。美国的再入材料与理论成熟后,纯“钝头体”也很快被美国放弃,但由于其有效的防热,减速特性,这种形状仍然被广泛用于航天器,如载入飞船的再入设计中。
我们再来看朝鲜试验中的弹头/弹头前部,这是一种头部较钝,但有一定流线形状。可以初步判断,这是一种借鉴了“钝头体”概念,但又比典型的“钝头体”更尖,再入速度更快的弹头,它牺牲了部分再入速度以保证弹头再入过程中的安全,比半球头尖锥体/锥体的再入速度要慢一些。
事实上,这种弹头不是朝鲜的理想选择。在2012年首次亮相阅兵的火星-13洲际导弹(外界称KN-08)上搭载的是带有稳定裙和筒体的半球头椎体弹头,这种弹头外形类似于朝鲜近中程导弹火星-7的改进型弹头,用于洲际导弹时,这种形状的弹头再入速度更快,但对再入设计与工艺提出了更高要求。但在2015年阅兵中,火星-13换上了本次实验中偏向“钝头”设计的弹头。说明第一种洲际导弹弹头设计超出了朝鲜的防热材料与工艺水平。
在众多防热材料中,有一类材料被洲际导弹弹头广泛使用,这就是烧蚀材料。在达到一定温度时,这种材料会被烧蚀气化,类似出汗或液体蒸发的道理,有效的带走弹头受到的热量。在一张金正恩看试验后的弹头照片中,工作人员拿着弹头模具和弹头相比对,可以看到模具和弹头间的缝隙。这或许就是烧蚀材料的“蒸发量”造成的。


上图, 在测量烧灼量?

最后,我们再来看一下弹头的地面模拟试验情况。试验中,弹头放置于一台疑似为火星-7的发动机下面,靠发动机工作产生的炽热尾焰灼烧弹头以测试其防热性能。这种试验方式看上去有些简单粗暴,而且不能模拟真实的再入温度。火箭燃烧室温度大约几千摄氏度(红烟硝酸-煤油推进剂发动机的理论燃烧室燃烧温度我得回家查查书哈),而喷管的出口温度要更低,因此弹头经受的温度也就是真实再入温度的几分之一。
但是,这样的试验可以试验烧蚀材料的“蒸发”速率。弹头上的烧蚀材料和返回式卫星,载人航天器的返回舱所用的烧蚀材料是一样的,只是后两者的再入速度慢,再入时间长,因此“蒸发”速率低。前者的速率高,但再入速度快,再入时间短。因此通过较低温度下的烧灼仍然能计算出烧蚀材料是否满足再入要求。所以,朝鲜进行的试验是具有一定科学性的。(美国也曾经做过类似的试验,但看山去似乎要比朝鲜的更高大上一点)
事实上,至少在洲际导弹研发初期,各国也缺乏更逼真的地面试验方法来模拟再入过程中的极端环境,尤其是对再入温度的模拟。在我国1980年发表的有关再入弹头的论文中,也提到了没有适当的地面试验方法。美国亦在早期洲际导弹试验中烧坏了几个再入弹头。因此,金正恩在观摩完试验后暗示要做导弹核武器飞行试验,从技术上说有一定的可信度。

弹头或弹头局部的内部结构


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