伊朗固体燃料火箭，导弹的技术发展及障碍

王继新

发展历程

固体燃料导弹比液体燃料导弹反应更加快捷、可靠，体积更小。由于技术门槛较高，伊朗虽然固体燃料导弹起步较早，但远没有液体燃料导弹取得的成就显著。

从“蛙”式到“征服者”

20世纪70年代，伊朗和以色列制定了“石油换武器”计划，伊朗的导弹研发计划就是从那时开启的。1980年，两伊战争爆发后，伊拉克使用弹道导弹对伊朗进行打击。吃尽苦头的伊朗意识到，必须实现弹道导弹国产化。通过在两伊战争中的使用，伊朗发现液体燃料导弹有着先天的不足，同时可存储液体燃料技术的攻关和后继可靠性等均存在问题，因此在弹道导弹发展的早期，伊朗就在发展液体导弹的同时开展了固体燃料导弹的研制。这一阶段，伊拉克军队“蛙”7A无控火箭曾给伊朗军队留下了深刻印象，因此伊朗首先對“蛙”7A进行了仿制，这就是著名的“地震”系列火箭。这一系列火箭性能与苏联1964年装备的“月球”M战术导弹系统相当。由于射程小于90千米且精度不高，这些火箭主要用于对靠近前线的大城市进行打击。以后伊朗参考引进的“萨姆”2导弹控制系统和“飞毛腿”导弹制导系统，最终开发了伊朗的第一种固体燃料弹道导弹“征服者”101，将射程扩大到200千米以上。这种导弹研制始于1997年，2001年正式公开，其作用主要是弥补“地震”火箭的精度不足，填补“流星”1导弹与火炮之间的火力空白。以后又开发了“征服者”110。名称中的101和110分别指发动机喷管直径。通过这两型导弹的开发，伊朗基本自主解决了生产固体火箭推进剂所必需的原料问题。2000年1月，伊朗工业部门SBIG宣布丁羟树脂（HTPB）、铝粉和氯化钾均实现自给自足。

“泥石”横空出世

正在发射的“征服者”110近程弹道导弹

在固体燃料技术取得逐步成果后，伊朗开始将“流星”3等大型多级液体燃料导弹技术与之结合，发展射程更远的固体燃料导弹。2005年8月，伊朗政府称已成功研制出用于弹道导弹的固体燃料技术。伊朗国防部长沙姆哈尼称，“伊朗已全面掌握生产导弹的固体燃料技术，并向前迈进了重要一步”。这时伊朗正在发展名为“阿舒拉”的固体燃料导弹，这一计划并不顺利，但最终升级为“泥石”110，并在2008年11月成功试射，其增程型在2009年也相继试验成功。2009年5月，伊朗电视台首次播出了该型导弹发射画面，将其称为“泥石”2导弹，宣称射程达到了2000千米。该导弹使用新型复合固体推进剂，具备高速、高精度特点，并可使用“流星”系列液体燃料导弹的陆地机动运输—起竖—发射装置。由于此前伊朗的固体燃料导弹均为单级型，“泥石”2采用的两级火箭技术对伊朗来说是一个很大的进步，有较大的设计冗余，可进一步提高射程，具备向远程导弹发展的潜力。这标志着伊朗导弹研制技术已经取得很大突破，为形成全面而有效的弹道导弹实战威慑提供了条件。但此后“泥石”导弹仅在阅兵中出现，试验飞行报道逐渐减少。外界估计伊朗的固体导弹发展计划遭遇技术瓶颈，并可能由于2011年11月发生的重大事故而导致相关工作长期停滞。在这次事故中，不但伊固体火箭发动机试验设施被毁，而且多名固体燃料导弹技术专家身亡，这对伊导弹发展造成了致命伤害。

“泥石”2固体导弹的出现，表明伊朗导弹技术达到了一个新的水平

正在起竖加注燃料的“流星”3液体燃料导弹

越来越精确的“征服者”

在大型固体燃料导弹发展受挫后，伊朗调整导弹发展路线，中远程的大型导弹以液体燃料为主，固体燃料导弹则主要在打击精度和可靠性方面进行改进。2011年，伊朗针对美国封锁波斯湾的威胁，很快在“征服者”110基础上发展了光电制导的具备打击海上目标能力的“波斯湾”反舰弹道导弹。该导弹射程从最初的200千米扩展至250千米。2012年8月，第四代“征服者”110虽然射程不变，但使用了精度更高的制导系统。2015年8月，伊朗在其“国防工业日”典礼上又首次展出“征服者”313导弹。与之前的导弹相比，该导弹对尾翼进行了重新设计，增加了制导组件，减小了载荷携带量。它不但继承了较高的精度，而且射程达到了500千米。“征服者”313与“征服者”110虽然外形结构相似，但通过改善导弹的飞行特性从而获得了更大升力，使用一个更大推力和更有效的推进系统，减少有效载荷重量的同时使用更轻质材料减轻弹体质量等方式，大幅增加了导弹射程。“征服者”313导弹的研制成功和部署，进一步强化了伊朗常规近程精确打击能力，巩固了其中东地区军事强国地位。该型导弹曾在2020年1月对美驻叙阿萨德机场的打击中表现优异，展现了伊朗较高的精确制导技术水平。

“雷霆”后的薄发

2016年后，伊朗固体导弹继续向远程精确方向发展，并取得了重要进步。2016年9月，伊朗在阅兵式上首次展出被称为“佐勒菲卡尔”的固体燃料导弹，随后开始批量生产，并宣称该导弹射程可达700千米，足以威慑以色列。从图片来看，它仍属于“征服者”系列。由于战斗部尺寸较小，按照导弹射程与战斗部重量换算的经验公式，如果其总体技术水平和2011年的“波斯湾”导弹相同，战斗部重量可能被削减到250千克。从伊朗公开的该导弹打靶视频看，它具备精确制导能力，从而保证在如此射程上仍有足够威力。在此基础上，伊朗又发展了名为“霍尔木兹”2的固体燃料反舰弹道导弹，并在2017年3月成功试射，表明伊弹道导弹制导技术发展到了新的水平。在制导技术逐步完善可靠的同时，伊朗还重点发展了固体燃料火箭发动机，并应用在新一代导弹上。2020年2月，伊朗军方正式公开“雷霆”500（Raad-500）新型战术弹道导弹。它使用了全新发动机设计和新型材料，最大射程达到500千米，而重量只有“征服者”系列导弹的一半，推重比大幅增加，打击精度也有质的提高。

一系列新型固体燃料导弹的出现，表明伊战役战术弹道导弹开始全面实现固体燃料化。2017年8月13日，伊朗议会通过法案，决定向伊朗导弹系统研发等项目增加5亿多美元预算。随着导弹射程和载荷能力的增加，固体燃料导弹将全面替代现有的“流星”1等同级别的导弹。同时，新的固体燃料导弹技术还将应用于军事航天和中远程导弹的发展。

伊朗固体燃料火箭的主要技术项目

目前，伊朗的固体燃料导弹/火箭技术主要应用于“征服者”系列近程导弹、“泥石”系列中程导弹和航天运载火箭使用的末级火箭等项目。

伊朗試射“泥石”2弹道导弹

在洞库中测试的“泥石”2弹道导弹

“泥石”2导弹头体对接

“征服者”近程导弹

1997年，伊朗巴哈里工业集团开始在“蛙”式火箭的仿制型“地震”2基础上研制“征服者”近程导弹。2002年9月，第一代“征服者”110导弹研制成功并量产，射程200千米。2004-2016年，伊朗先后发展并装备了四代“征服者”导弹，射程增至300～500千米，外形尺寸和重量基本保持不变，即弹长8.86米，弹径0.61米，发射质量3.45吨，有效载荷450～650千克，均是一种单级固体、公路机动型弹道导弹。“征服者”313是第四代“征服者”的改进型或增程型。其最新的“佐勒菲卡尔”固体燃料导弹也应该是“征服者”系列导弹的发展型，射程提高到700千米说明其发动机和燃料技术已经达到全新水平。

“泥石”中程导弹

“泥石”2是伊朗自主研发的两级地地导弹，完全使用固体燃料，射程超过2000千米。导弹总重量26吨，长19米，直径约1.4米，弹头重量约为1吨。该弹具有与“流星”3相似的三锥形弹头，制导系统位于第二级。与“流星”3相比，“泥石”2的性能有较大提高。这主要表现在：首先是反应能力提高。前者在发射架上的起竖时间为数小时，而后者大幅缩短至30分。其次是生存能力提高。前者虽然可进行公路机动，但由于采用液体推进剂，可靠性差，影响机动性。后者采用固体推进剂，不需提前加注，且可靠性较高，机动性好，方便作战使用。第三是命中精度提高。前者命中精度最高为1000米，后者命中精度估计可达350米。“泥石”2如果从伊朗西部地区发射，可将北约部署在希腊、土耳其的军事基地乃至意大利那不勒斯的北约南欧司令部纳入打击范围。

“雷霆”近程导弹

2020年2月，伊朗公布的“雷霆”500战术弹道导弹，与以往同类型的“征服者”系列导弹相比有很大的技术跃升，其发动机性能和效率大幅提高。该导弹全长8.4米，其中弹体部分长5.4米，弹头部分长3米。其发动机和弹体部分明显小于“征服者”，但战斗部却比“征服者”大，这可有效增加战斗部的质量和体积。该导弹弹头后部配置了4个三角形控制翼，弹体尾部配备4个截尖直角三角形尾翼，这表明“雷霆”500具有较好的空气动力控制能力。此外，“雷霆”500的弹体和火箭发动机壳体使用的是碳纤维材料，使整弹质量从“征服者”110的3.45吨减少一半到1.6吨，但射程却增加了200千米多，达到了惊人的500千米。该型导弹的出现表明伊朗固体燃料导弹技术达到了新的水平。

伊朗电视台公开的“雷霆”500导弹新闻发布会现场

“雷霆”500导弹的大致尺寸测算

伊朗公布的视频中的“雷霆”500特写，可以看到弹头较为狭长，且为两级圆锥体结构，弹头尾部还有机动舵翼

“赛门”运载火箭级

从伊朗航天运载火箭技术发展看，最新的“凤凰”火箭加装了由“征服者”系列导弹发展而来的saman-1固体矢量发动机。该级发动机高1.25米，直径1.5米，它与卫星载荷一体设计，部分在整流罩中。该级使用固体燃料，使火箭推力大幅提高的同时，也降低了体积和质量，特别是其矢量喷嘴设计使其可以控制卫星载荷准确入轨。伊朗航天负责人哈吉扎德准将称，目前发展的可调喷嘴技术，可应用在航天器、卫星载体、反坦克导弹和防空导弹等的发展上，特别是大气层外固体燃料火箭发动机的控制技术可使伊朗航天运载与控制技术得到大幅提高。

伊朗固体燃料火箭/导弹的技术特点

通常，固体燃料导弹比液体的体积更小，因此方便运输和操作，且燃料和导弹一体，使发射准备时间大为缩短，这就是伊朗积极追求固体燃料导弹的主要原因。在外界严格制裁情况下，伊朗不断摸索这种导弹的发展，这使其技术显示出一些与众不同的特点。

发动机设计水平

固体燃料导弹发动机喷管主要用于排出超音速燃气，产生推力。喷管组件外有燃气舵来控制导弹的飞行姿势。点火装置在点火指令控制下，解除安全保险并点燃发火药，产生高温高压火焰用来点燃壳体内的推进剂。从伊朗功率最大的固体燃料导弹“泥石”2的发动机来看，其第二级与第一级的不同之一在于喷管的设计，第二级喷管的燃气膨胀率大于第一级发动机。这是因为地面启动的一级发动机往往使用较短的喷管，而第二级使用较长的喷管提高膨胀比以改善发动机效能。为了让推进剂燃气流充分膨胀以便将更多的化学能转化为动能，设计师都会加长发动机喷管。但如此一来火箭的整体长度就增加了。太长细的火箭容易诱发振动且降低稳定性，前者会导致火箭折断，后者会使火箭难以控制并坠毁。正因为此，“泥石”2导弹的长径比过大，限制了它性能的进一步提升。此外，在“雷霆”导弹出现之前，已知的伊朗固体燃料导弹都还采用液体燃料导弹使用的燃气舵控制技术，这种技术虽然门槛较低，但控制精度和效率明显偏低。目前，虽然伊朗可能通过“雷霆”导弹掌握了发动机矢量喷管技术，但应该还没应用在大型固体燃料发动机上。

“泥石”2导弹的结构和尺寸测算

新材料得到积极应用

2005年，伊朗就从印度等国非法运进金属陶瓷复合材料，用于火箭发动机的耐热材料。2011年8月，伊朗国防部长瓦希迪宣布，伊朗已经攻克碳纤维复合材料生产难题，“将消除伊朗现代化军事裝备生产中的薄弱环节”。碳纤维复合材料可以根据固体火箭发动机结构要求，灵活地设计纤维的层次和铺设方向。碳纤维复合材料制造的导弹弹体或发动机具有较高的比强度、比刚度，和耐振动冲击、抗疲劳以及耐腐蚀等优良性能，同时可大幅降低结构重量。例如，“泥石”2导弹发动机壳体也是火箭燃烧室，是推进剂装药贮存和燃烧的场所。燃烧室药柱产生的燃气温度高达3000～3900K，压强达3～20兆帕，一般金属材料无法达到这一要求。“泥石”2发动机外壳采用高强度钢材料，在燃烧室内壁上使用了耐高温的特殊材料，使其不但能承受高温高压燃气的作用，而且作为结构件还能承受飞行过程的气动压力和各种机械应力作用。而“征服者”313和“雷霆”等型导弹已经将新型材料用于导弹发动机壳体、喷管衬喉和燃气舵等关键部件上。随着导弹射程的增大，相信在导弹再入弹头等部件上将进一步扩大新型材料的应用。

固体燃料生产技术快速提高

2000年1月，伊朗沙希德·贝克雷工业集团宣布固体火箭发动机推进剂生产原料已经实现自给自足。从“泥石”2和“征服者”系列导弹的情况看，其主要使用HTPB复合推进剂，主要成分是含氧量较高的高氯酸铁和端经基聚丁二烯等，为提高能量密度还加入铝粉作为助燃剂。而这些材料的主要原料成分是丁经树脂、铝粉和氯化钾等。伊朗目前固体燃料加工基本采用浇铸法工艺，就是在壳体与隔热层固化后喷涂上包覆层（通常是与推进剂的粘合剂为同一体系），然后把推进剂配方的混合物装到放置有芯模的壳体内，在真空条件下固化成型，再拔除芯模，这时药柱已与壳体紧密粘接在一起。这种工艺比较简单，适宜于制造各种尺寸的药柱，综合性能良好，而且使用温度范围较宽，能量较高，力学性能较佳。综合来看，目前伊朗固体火箭发动机推进剂生产已达到国际第三代水平，目前正在向第四代水平迈进。

融合液体燃料导弹通用技术

与朝鲜等其它导弹新兴国家一样，伊朗导弹技术也是从液体导弹发展起家，并引领国家导弹技术方向的。为了使固体燃料导弹快速发展，伊朗在不同系列导弹中都积极将液体燃料导弹的制导和控制等技术应用到固体燃料导弹上。2008年11月，伊朗德黑兰阿伦国家电视台报道称，“泥石”导弹具有与“流星”3液体燃料导弹相似的三锥形弹头。这可能是一种全新的重返大气层飞行器设计，以适应伊朗已经研究过的新型战斗部，这种设计可以抵御以色列和美国的导弹防御系统。而从前面固体燃料导弹发展过程看，在“征服者”导弹第二阶段发展中，“波斯湾”、“霍尔木兹”反舰导弹和“征服者”313等带有末制导的导弹型号，几乎都使用了“飞毛腿”系列的“奇亚姆”液体燃料导弹发展起来的光电和卫星导航等精确制导系统。通过融合液体燃料导弹技术，加快了固体燃料导弹技术的发展。

主要技术障碍

大型发动机设计障碍

从外部的技术转让伊朗建立起可开发本土固体推进剂和发动机的火箭工业体系，该综合体位于德黑兰以东175千米的萨南，以伊朗工业集团第140部及其前身组织为基础。这是负责固体燃料导弹计划的主要工业集团。萨南工业集团陆续扩大，先后完成了30～40个以上的不同固体燃料火箭发动机研制。除了运载火箭计划和弹道导弹计划所需的固体发动机外，它还设计制造火箭炮炮弹、反坦克导弹、防空导弹、空空导弹和反舰、巡航导弹等相关的固体发动机。由于与外部交流较少，导致其只能设计小型火箭发动机，对大型发动机缺乏技术和经验。为此，伊朗曾试图打破封锁，继续通过引进来提高设计和制造水平，但都遭到西方压制。例如，在“征服者”系列前身450毫米直径的NP110发动机的研制中，伊朗在设计和标准培训方面曾寻求俄罗斯的帮助，虽然这不受MTCR（“导弹及其技术控制制度”）限制，但美国政府仍因此对前身为俄罗斯军事机械学院的波罗的海国家技术大学及其院长尤里·萨维利耶夫实施制裁。虽然通过“雷霆”导弹项目，伊朗初步掌握了固体燃料发动机矢量控制技术，但目前仍无法解决大型发动机的矢量控制问题。

属于“征服者”导弹系列的“霍尔木兹”反舰导弹

伊朗公布的视频中的碳纤维编织机编制火箭发动机壳体的景象

固体燃料规模化生产原料缺乏

伊朗依靠庞大的石油加工体系掌握了较高的固体燃料生产的化工技术，并拥有主要原料的生产能力，但铝粉等提高燃料性能的原材料生产能力有限。2010年9月，新加坡截获了一批302桶运往伊朗的铝粉。导弹专家认为，这种粉末的高纯度铝含量表明其最终有可能用于导弹的固体推进剂生产。实际上，伊朗东北部呼罗珊省北部的沙漠边缘拥有丰富的铝土矿藏，在这里的贾贾姆市东北方约10千米处建设有铝生产综合体，并驻扎了精锐的伊斯兰革命卫队。该综合体主要生产铝粉。铝粉被广泛用于从油漆、电子产品，到太阳能电池板和烟花等产品中。由于铝粉的爆炸特性，它也是用于发射火箭和导弹的固体燃料推进剂的关键成分，当其与含氧物质混合时，会释放出大量能量。伊朗官员表示该设施在“提高该国生产导弹用固体燃料的自给自足程度”方面发挥了重要作用。但由于该企业生产工艺水平不高，只能满足一般固体燃料生产需求，高效铝粉仍需进口。

新型复合材料制造难度大

在本世纪初，俄罗斯企业就曾向伊朗提供了高品质钢材，用作导弹外壳的特种合金，以及保护导航系统的金属薄片等。但近年来伊朗的新型复合材料设计制造技术门槛较高，需求量也较大，伊朗只能引进技术自主生产，这导致以碳纤维为核心的新型复合材料获取难度增大。这里的碳纤维是指碳的质量占90%以上的纤维状碳材料。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的材料就是碳纤维复合材料（CFRP）。众所周知，导弹和飞行器设计的重要指标就是重量，在不降低强度的同时尽可能减轻重量是每个设计师追求的目标。通过采用新材料减轻弹体质量，几乎是世界各国导弹武器发展的必由之路。计算发现，远程导弹一、二、三级发动机的结构重量分别减轻1千克，导弹射程相应地增加0.6、3、16千米左右。所以，对壳体特别是末级发动机壳体进行结构减重，成为增加导弹射程的重要技术途径之一。碳纤维虽然重量轻、强度大，但是其与玻璃纤维等各种纤维产品一样，存在成型性差的问题，很难塑造成各种需要的形状。通常复合材料成型工艺有多种，如铺层层叠成型工艺、喷涂成型工艺、缠绕成型工艺、拉挤成型工艺等。成型工艺的关键就是成型设备，特别是数控纤维缠绕机。而这些原料和设备的高效型号在国际市场上都受到严格管控，伊朗获取难度较大。从目前情况看，伊朗只能通过商用設备制造较小型的碳纤维部件，“雷霆”导弹部件很可能就是通过这种途径制造的。伊朗中远程导弹发动机所需的较大型碳纤维部件仍难以制造。

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