之前的那三篇是美國(guó)固體燃料導(dǎo)彈的發(fā)展脈絡(luò)，雖然就現(xiàn)在來(lái)看，美國(guó)的固體燃料導(dǎo)彈技術(shù)依然保持領(lǐng)先地位，但美國(guó)也不是先發(fā)展的固體燃料導(dǎo)彈。事實(shí)上，所有能夠研發(fā)生產(chǎn)洲際導(dǎo)彈的國(guó)家（法國(guó)一開(kāi)始就走的固體燃料導(dǎo)彈的技術(shù)路線，先排除；朝鮮至今沒(méi)有固體燃料洲際導(dǎo)彈）一般都會(huì)先研制液體燃料洲際導(dǎo)彈，再研制固體燃料洲際導(dǎo)彈。因此，從此篇文章往下，我將帶你一覽美國(guó)液體燃料洲際導(dǎo)彈的發(fā)展脈絡(luò)。

一．研制簡(jiǎn)史

1947年，美蘇開(kāi)始冷戰(zhàn)。雙方為了威懾對(duì)方，大力發(fā)展戰(zhàn)略武器。隨著短程彈道導(dǎo)彈發(fā)展速度越來(lái)越快，美國(guó)著手研制射程更大的洲際導(dǎo)彈。

1951年，美軍空中研究發(fā)展司令部要求迅速研制第一種全尺寸的洲際導(dǎo)彈。同年1月，洲際彈道導(dǎo)彈的方案論證工作正式啟動(dòng)。

1953年10月31日，美軍建立戰(zhàn)略導(dǎo)彈評(píng)估司令部，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)評(píng)估戰(zhàn)略導(dǎo)彈技術(shù)和研發(fā)的規(guī)劃，該部對(duì)發(fā)展洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈進(jìn)行了研究探討。

1954年2月10日，美軍戰(zhàn)略導(dǎo)彈評(píng)估司令部提交了有關(guān)洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈發(fā)展的報(bào)告。次年1月，美國(guó)軍方正式啟動(dòng)SM-65彈道導(dǎo)彈的技術(shù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)工作，并確定該導(dǎo)彈由通用動(dòng)力公司康維爾分公司負(fù)責(zé)研制。

1957年6月11日，SM-65彈道導(dǎo)彈進(jìn)行首次飛行試驗(yàn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障，試驗(yàn)失敗。本來(lái)吧，有哪一款導(dǎo)彈在試驗(yàn)時(shí)不會(huì)遇到問(wèn)題呢？大不了優(yōu)化改進(jìn)完成后再接著試驗(yàn)?？梢患蠲绹?guó)人心急如焚的事出現(xiàn)了，1957年10月4日，蘇聯(lián)于當(dāng)日使用R-7洲際導(dǎo)彈把人類(lèi)第一顆人造地球衛(wèi)星送入太空。面對(duì)蘇聯(lián)在導(dǎo)彈/火箭技術(shù)上的領(lǐng)先，美國(guó)輿論認(rèn)為政府在維護(hù)國(guó)家安全方面措施不力。于是，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)艾森豪威爾下令采取應(yīng)急補(bǔ)救措施。

1957年10月9日，在蘇聯(lián)衛(wèi)星升空5天后，美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)更換，新國(guó)防部長(zhǎng)上任后立即啟動(dòng)加速發(fā)展洲際導(dǎo)彈。同年11月，美軍將原計(jì)劃成立的洲際導(dǎo)彈中隊(duì)數(shù)量擴(kuò)大一倍多，從8個(gè)增加到17個(gè)，洲際導(dǎo)彈的計(jì)劃部署日期提前，戰(zhàn)略導(dǎo)彈的研發(fā)經(jīng)費(fèi)也相應(yīng)增加到占美軍整個(gè)軍費(fèi)的25%。

1957年末至1962年，SM-65彈道導(dǎo)彈共進(jìn)行了87次研制性飛行試驗(yàn)，其中59次成功，18次部分成功，10次失??；訓(xùn)練性發(fā)射共29次，其中21次成功，5次部分成功，3次失敗?？梢?jiàn)早期的洲際彈道導(dǎo)彈試驗(yàn)成功率實(shí)在不咋地，但以那時(shí)的技術(shù)水平來(lái)說(shuō)這就不錯(cuò)了。

二．服役部署

1959年9月，SM-65D型彈道導(dǎo)彈正式定型并裝備部隊(duì)。隨后SM-65E/F彈道導(dǎo)彈列裝服役。SM-65彈道導(dǎo)彈各型入役后，美國(guó)共建造11個(gè)導(dǎo)彈發(fā)射基地，裝備13個(gè)導(dǎo)彈中隊(duì)，總計(jì)126枚導(dǎo)彈。

1965年，SM-65彈道導(dǎo)彈退役，被新型LGM-30A/B彈道導(dǎo)彈取代。

1965年后，SM-65彈道導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)被改型成運(yùn)載火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)，與不同的上面級(jí)組合發(fā)射美國(guó)的多種航天器。這點(diǎn)下文將詳述。

SM-65彈道導(dǎo)彈有A、B、C、D、E和F共6種型號(hào)，其中A、B和C型為試驗(yàn)型；D型為訓(xùn)練型；E、F型為實(shí)戰(zhàn)部署型號(hào)。

三．整體設(shè)計(jì)

SM-65彈道導(dǎo)彈彈體呈圓柱形，上端為錐形頭部，尾段兩側(cè)有錐形整流罩。導(dǎo)彈由彈頭、貯箱、尾段、動(dòng)力裝置等組成。

導(dǎo)彈的貯箱由圓筒形殼段、上底、下底和中間共底組成。貯箱為薄殼結(jié)構(gòu)，裝配好后內(nèi)部充以氦氣以保持其形狀。這種薄殼結(jié)構(gòu)在導(dǎo)彈燃料泄漏時(shí)極易發(fā)生爆炸事故，比如蘇聯(lián)R-16洲際導(dǎo)彈的“涅杰林災(zāi)難”。

貯箱上部呈截錐形，便于和彈頭對(duì)接。上底為半球形，下底為錐形，緊靠發(fā)動(dòng)機(jī)艙。中間共底為半球形，位于貯箱箱體中間，將貯箱分隔成煤油箱和液氧箱兩部分。為防止貯箱中液體在導(dǎo)彈飛行中晃動(dòng)和出現(xiàn)漩渦，貯箱內(nèi)裝有12塊寬101.6毫米的防晃板和防渦裝置。貯箱兩側(cè)有兩條電纜和導(dǎo)管整流罩。導(dǎo)彈尾段整流罩是由桁條和波紋形蒙皮構(gòu)成的半硬殼式結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)彈的分離系統(tǒng)為兩部分，第一部分是助推器和芯級(jí)的分離系統(tǒng)，第二部分是彈頭與彈體的分離系統(tǒng)。其中助推器和芯級(jí)的分離是在主發(fā)動(dòng)機(jī)仍工作時(shí)進(jìn)行，該分離系統(tǒng)由爆炸螺栓、氣壓式分離機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌系統(tǒng)組成，必須考慮結(jié)構(gòu)安排、液體與氣動(dòng)管路的快速分離和密封。彈頭與彈體的分離系統(tǒng)則包括兩個(gè)反推火箭、一個(gè)分離機(jī)構(gòu)、兩個(gè)電爆管和兩個(gè)限流電阻，其中反推火箭裝在彈體中部，用于給彈體減速。

四．動(dòng)力系統(tǒng)

SM-65彈道導(dǎo)彈采用MA-2型和MA-3型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置。采用“一級(jí)半”的設(shè)計(jì)。導(dǎo)彈發(fā)射后助推發(fā)動(dòng)機(jī)和主發(fā)動(dòng)機(jī)工作136-145秒后助推發(fā)動(dòng)機(jī)脫離，主發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作126秒直至彈道導(dǎo)彈達(dá)到關(guān)機(jī)速度。之后，彈道導(dǎo)彈將依靠游動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行姿控和變軌，并導(dǎo)引彈頭飛向目標(biāo)。

MA-2型發(fā)動(dòng)機(jī)用于SM-65 A/B/C/D彈道導(dǎo)彈，由1臺(tái)LR-105主發(fā)動(dòng)機(jī)（推力266KN）、2臺(tái)LR-89助推發(fā)動(dòng)機(jī)（每臺(tái)推力667KN）及2臺(tái)LR-101游動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（每臺(tái)推力454kg）組成。采用泵壓式輸送系統(tǒng)，渦輪泵由燃?xì)怛?qū)動(dòng)，渦輪廢氣從排氣管排出。主發(fā)動(dòng)機(jī)和助推發(fā)動(dòng)機(jī)合用一套燃?xì)獍l(fā)生器和渦輪泵。發(fā)動(dòng)機(jī)采用再生冷卻燃燒室，安裝在導(dǎo)彈軸線上的萬(wàn)向支架上，可以根據(jù)制導(dǎo)和控制系統(tǒng)的指令雙向擺動(dòng)，以控制導(dǎo)彈的俯仰和偏航狀態(tài)。助推發(fā)動(dòng)機(jī)位于主發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)，安裝在萬(wàn)向支架上，可以擺動(dòng)使導(dǎo)彈保持穩(wěn)定飛行。LR-105發(fā)動(dòng)機(jī)和LR-89發(fā)動(dòng)機(jī)均采用液氧煤油推進(jìn)劑，可以看到，這款彈道導(dǎo)彈有一個(gè)致命缺點(diǎn)——準(zhǔn)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，燃料不便貯存。

你問(wèn)為什么？氧氣的沸點(diǎn)為-183℃，RP-1煤油還能在常溫下保持液態(tài)，這就使得液氧無(wú)法長(zhǎng)期保存，必須在發(fā)射前加注，就像長(zhǎng)征5號(hào)火箭一樣，在起飛前加注燃料，完全無(wú)法像固體燃料火箭一樣快速反應(yīng)，降低了核打擊的突然性。

MA-3型發(fā)動(dòng)機(jī)用于SM-65 E/F彈道導(dǎo)彈，由1臺(tái)XLR-105 NA-5主發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)XLR-89 NA-5助推發(fā)動(dòng)機(jī)和2臺(tái)XLR-101-NA-7游動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)組成。主發(fā)動(dòng)機(jī)工作約300秒；助推發(fā)動(dòng)機(jī)工作約145秒。燃燒室由玻璃纖維復(fù)合材料纏繞制成，質(zhì)量輕，工作可靠，發(fā)動(dòng)機(jī)推力大。

哦對(duì)，順便說(shuō)一下RP-1型煤油，這家伙極其出名，出名到現(xiàn)在幾乎所有航天大國(guó)或空間探索組織的液氧煤油火箭燃料都是它或它的變體。RP-1，別稱(chēng)火箭推進(jìn)器-1號(hào)，是高度提煉的煤油，類(lèi)似航空煤油。雖然比沖比液氫低，但更廉價(jià)，室溫下更穩(wěn)定，更安全，同樣體積的燃料產(chǎn)生的沖量，也就是密度比沖比液氫大。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于熱穩(wěn)定性極好，抗熱不分解，同時(shí)其烯烴和芳香烴含量降到了很低的水平。這些不飽和的碳?xì)浠衔镌诟邷叵禄蛟趦?chǔ)存中都會(huì)聚合。也因?yàn)橄N和芳香烴的含量低，RP-1比柴油更無(wú)毒，更不用說(shuō)有毒的汽油了。

但是，不完美。不完美在哪里？

第一個(gè)，這得看你的產(chǎn)地了。如果你的煤油產(chǎn)地是俄羅斯的秋明油田，那可就恭喜你了。眾所周知，原油含硫量很大，但俄羅斯的秋明油田所產(chǎn)的石油含硫量極低，這意味著什么呢？硫在高溫下會(huì)腐蝕金屬，也會(huì)加劇碳?xì)淙剂系木酆?，影響燃料的流?dòng)性。因此就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸等事故，為了杜絕此等事故，就得降低燃燒室室壓。而燃燒室室壓是提高液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖的重要途徑。因此人類(lèi)史上推力最大的單室發(fā)動(dòng)機(jī)F-1火箭發(fā)動(dòng)機(jī)室壓僅7MPa，而蘇聯(lián)的RD-170發(fā)動(dòng)機(jī)室壓達(dá)到了驚人的24.5MPa。究其原因就在于含硫量極低的煤油。當(dāng)然這還不是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)極限呢，室壓最高的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是蘇聯(lián)用在RSM-54潛射彈道導(dǎo)彈上的RD-0244發(fā)動(dòng)機(jī)，為27.5MPa，當(dāng)然，用的是N2O4/UDMH燃料組合。

第二個(gè)，就是成本極高。人們合成了更合適的同分異構(gòu)體，消除了線形的烷烴，取而代之的是高度分支和環(huán)狀的分子，但是由于燃料的特殊性，又必須加強(qiáng)其潤(rùn)滑特性。結(jié)果就增加了生產(chǎn)成本。

五．制導(dǎo)系統(tǒng)與彈頭

SM-65彈道導(dǎo)彈采用過(guò)兩種制導(dǎo)系統(tǒng)，一是無(wú)線電-慣性混合制導(dǎo)系統(tǒng)，二是全慣性制導(dǎo)系統(tǒng)。無(wú)線電-慣性混合制導(dǎo)系統(tǒng)用于SM-65D彈道導(dǎo)彈，該系統(tǒng)由地面多普勒雷達(dá)、精密跟蹤雷達(dá)、地面數(shù)字計(jì)算機(jī)和彈上雷達(dá)信標(biāo)機(jī)組成。全慣性制導(dǎo)系統(tǒng)用于SM-65 E/F彈道導(dǎo)彈，由3個(gè)陀螺和3個(gè)加速度計(jì)組成，整套質(zhì)量約160千克。該彈誤差巨大，訓(xùn)練的D型誤差為1890米，而戰(zhàn)備值班的E/F型誤差為驚人的2770米！要知道，這可是戰(zhàn)備狀態(tài)的實(shí)戰(zhàn)化導(dǎo)彈！

SM-65彈道導(dǎo)彈采用兩種彈頭：一種是MK-2熱沉式彈頭；另一種是MK-3或MK-4燒蝕式彈頭。當(dāng)量300-500萬(wàn)噸。這個(gè)當(dāng)量的核彈頭是為了克服指導(dǎo)系統(tǒng)誤差巨大的缺陷而設(shè)計(jì)的。MK-2熱沉式彈頭為鈍錐體，錐體內(nèi)裝有球形熱核彈頭；質(zhì)量大、再入速度低、再入時(shí)在其后面會(huì)由于電離作用而產(chǎn)生“尾跡”，容易被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)并遭到攔截。

SM-65D彈道導(dǎo)彈采用MK-3燒蝕式彈頭，長(zhǎng)3.05米，錐角60度，防熱材料采用尼龍-酚醛和高硅氧-酚醛。該彈頭質(zhì)量輕，再入速度高，防熱材料質(zhì)量較輕，頭錐尾部有雙重裙部，可增進(jìn)彈頭的氣動(dòng)穩(wěn)定性，提高命中精度。

SM-65E/F彈道導(dǎo)彈采用MK-4燒蝕式彈頭，性能比MK-3更好。防熱材料采用金屬蜂窩陶瓷，酚醛樹(shù)脂浸漬二氧化硅和玻璃-環(huán)氧增強(qiáng)塑料。

六．余魂閃耀，為航天事業(yè)奉獻(xiàn)余生

1.“宇宙神-半人馬”組合火箭

1957年，SM-65彈道導(dǎo)彈首次發(fā)射后不久，美國(guó)軍方就用該型導(dǎo)彈發(fā)射了一系列的空間有效載荷，包括美國(guó)的第一個(gè)載人軌道飛行器。接著美國(guó)軍方又在SM-65彈道導(dǎo)彈基礎(chǔ)級(jí)上增加了一個(gè)“半人馬座”上面級(jí)?！鞍肴笋R座”上面級(jí)是通用動(dòng)力公司根據(jù)與國(guó)防部簽訂的合同研制，組合后稱(chēng)之為“宇宙神-半人馬”運(yùn)載火箭。隨后，“宇宙神-半人馬”運(yùn)載火箭的后續(xù)研制和發(fā)射操作轉(zhuǎn)移到NASA。1962年5月試飛，但是火箭在起飛后45秒爆炸，隨后，1963年11月，第二次發(fā)射取得圓滿(mǎn)成功。它發(fā)射了大量的有效載荷，包括國(guó)際通訊衛(wèi)星4/4A/5/5A、ATS、HEAO試驗(yàn)衛(wèi)星、先驅(qū)者號(hào)，旅行者號(hào)空間探測(cè)器和其它飛行器。可以說(shuō)，先驅(qū)者號(hào)等將人類(lèi)目光移向宇宙深處的探測(cè)器，都離不開(kāi)它和此后衍生的一系列運(yùn)載火箭。

宇宙神-半人馬座火箭由“宇宙神”洲際彈道導(dǎo)彈為基礎(chǔ)作為第一級(jí)和“半人馬座”上面級(jí)組成，由美國(guó)通用動(dòng)力公司制造。該火箭第一級(jí)為“宇宙神”級(jí)，采用液氧和RP-1煤油為推進(jìn)劑，不再詳述。

“半人馬座”上面級(jí)直到今天仍在使用，值得一提。1957年，美國(guó)宇航局成立的前一年，美國(guó)空軍對(duì)通用動(dòng)力公司的一項(xiàng)建議進(jìn)行了研究，該建議提出研制一種新型航天運(yùn)載工具，以使美國(guó)盡快擁有重型有效載荷運(yùn)輸能力。這種高能運(yùn)輸工具用作運(yùn)載火箭的第二級(jí)，推進(jìn)劑使用液氧/液氫組合，能用于運(yùn)送重3856公斤的有效載荷，它就是后來(lái)的半人馬座上面級(jí)。它是美國(guó)第一種高能上面級(jí)運(yùn)載工具，使用液氧/液氫推進(jìn)劑組合，能量高，火箭比沖大。其發(fā)動(dòng)機(jī)為大名鼎鼎的RL-10氫氧低溫發(fā)動(dòng)機(jī)（該發(fā)動(dòng)機(jī)后來(lái)發(fā)展有一系列改進(jìn)的衍生產(chǎn)品）。與以前擠壓循環(huán)和蒸汽（燃?xì)猓┌l(fā)生器泵壓循環(huán)的方式不同，RL-10發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是膨脹循環(huán)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，膨脹循環(huán)就是利用泵后的推進(jìn)劑，流經(jīng)推力室再生冷卻通道，吸熱膨脹后驅(qū)動(dòng)渦輪，給燃料泵和液氧泵帶來(lái)動(dòng)力，渦輪做功后的氣態(tài)工質(zhì)（氫氣）進(jìn)入燃燒室參與燃燒。

膨脹循環(huán)也是泵壓循環(huán)的一種，只是傳統(tǒng)的泵壓循環(huán)帶有蒸汽或燃?xì)獍l(fā)生器（雙氧水在發(fā)生器中分解或者推進(jìn)劑在發(fā)生器中燃燒）作為渦輪泵的動(dòng)力裝置，而RL-10發(fā)動(dòng)機(jī)直接將發(fā)生器省去，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，將受熱膨脹后的推進(jìn)劑直接作為渦輪泵的動(dòng)力。

RL-10發(fā)動(dòng)機(jī)的推力室采用的是束管式再生冷卻，其目的是讓液氫得到足夠的熱量來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪，提供足夠的動(dòng)力。這樣的推力室壁通道結(jié)構(gòu)是將金屬導(dǎo)管釬焊在一起。這些金屬導(dǎo)管原本是直上直下的，被壓制成具有一定的弧度，使得推力室外圍看上去呈現(xiàn)鐘型結(jié)構(gòu)。

火箭全長(zhǎng)39.81米，直徑3.05米，起飛質(zhì)量147噸，起飛推力約2255千牛。地球同步軌道運(yùn)載能力為1.85噸，近地軌道的最大運(yùn)載能力為4噸。一共進(jìn)行了61次發(fā)射，其中發(fā)射失敗11次，成功率83%。最后一次發(fā)射在1983年進(jìn)行，隨后被宇宙神G火箭取代。所有該型號(hào)的火箭全部在卡納維拉爾角發(fā)射。

2.宇宙神J運(yùn)載火箭

1989年，美國(guó)通用動(dòng)力公司研制了宇宙神J型新式運(yùn)載火箭。宇宙神J運(yùn)載火箭采用SM-65彈道導(dǎo)彈第一級(jí)為基礎(chǔ)，捆綁卡斯托Ⅳ型固體推進(jìn)器，可以把特種衛(wèi)星送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道

?

?

?