阅兵式上的导弹是模型？且谈导弹发动机燃料的发展历程

2019年注定是不平凡的一年。在即将送别2019的年末，我们回望2019给我们带来的诸多惊喜之时，绝对忘不了震撼的2019年建国70周年大阅兵，以及2019年12月底的长征五号复飞。

建国70周年大阅兵上，导弹方队携DF-17，CJ-100，DF-41三款全新的导弹压轴登场。在令我们全中国儿女激动之时，少数的反华分子仍然讥讽为“模型”，“一切都是大陆的谎言”等等，当然对此污蔑言论，我们大可不当回事。但是，有一句他们确实是没说错，展出的导弹，确实不是能够发射的实弹，而是等比例模型。

谈到这里，我们就要思考一下，为什么不会把真的实弹带到阅兵中了。

导弹，是一种能够自主导航，并消灭敌对目标的武器，除了最新的反导动能拦截器和美国用于反恐的“忍者”飞刀导弹外，所有的导弹都是以爆炸冲击波杀伤敌军的武器。因此，威力强大的导弹，必然有威力强大的弹头，乃至于核弹头，在非作战时刻，把巨大的实弹带到密集的人群中，显然是极为不安全的——这可能是大部分人对于不带实弹的解释。不过，我们这里要提的是，对于导弹而言，往往弹头在地面上是装有保险的，基本上不会起爆。而最为危险的，也是大部分人忽视的，就是导弹赖以飞行的高能推进剂。

现在，就让我们从历史来回顾一下导弹/火箭的推进剂发展历史。

说起导弹，我们就不得不回到1944年那个战火纷飞的岁月。由于战场上节节败退，德军损失惨重，为了做出力所能及的反击，德国人发明出了一种新式武器——导弹。德国人投入使用的导弹主要有两种，第一是V-1导弹，它开创了后来的飞航式导弹的先河；第二就是V-2导弹，开创了垂直起飞的弹道导弹和运载火箭的先河。由于德国战败后，科学家流散到美苏，因此导弹技术也扩散到了世界之中，并随着冷战而日趋强大。

在二战中，德国人首先发现，固体燃料对于小型火箭/导弹尚可，对于大型导弹来说，固体燃料的生产制造难度较大，因此，他们在V-1，V-2导弹都采用了液体燃料。V-1导弹由于采用脉冲喷气式发动机，燃料和ME262基本一致；V-2导弹作为泵压式液体燃料引擎导弹，使用了液氧和酒精为燃料，过氧化氢为涡轮泵动力的组合。因此，战后第一代导弹，基本上沿用着这个思路。后来，人们发现酒精的热值很低，不适合作为高能燃料，故很快过度到了液氧煤油发动机。

液氧煤油组合推力比起液氧酒精大出了很多，世界上推力最大的美国土星五号的F-1发动机和能源火箭的RD-170发动机，都是液氧煤油发动机，单机推力可达700-750吨。长征5号以后的国产运载火箭，也大量采用液氧煤油发动机。不过，看过前两天长征五号直播的观众们都会注意到，由于采用低温燃料，火箭的外壳经常有一股白色的冷气——这是液氧和液氢使得周边水汽冷凝的景象。因此，如果想在导弹使用这种燃料，就必须给它随时配备一个制冷机，保持燃料舱内的液氧的液态——毕竟谁也不能临战磨枪，在打起仗再给导弹加注燃料，那样就太晚了。因此， 在液氧煤油发动机出现不久，各国就开始思考如何解决燃料的储存问题，因此之后出现了两个比较大的流派。

可储存液体燃料流派：

这是基于液体燃料发动机理论下的发展。其思路在于：保持液体燃料发动机容易调整推力，容易控制发动机启动/关闭的特点，让燃料具备可以无需冷却，长期贮存在弹体内的条件。这样一来，就需要一种能够在常温下达到强大氧化能力的氧化剂，和一种能量极大的液态推进剂。于是，各种组合被拿了出来。首先大家想到的是发烟硝酸，一种强烈的氧化剂。

发烟硝酸能够把很多易燃物直接引燃，而且无需冷却即可储存在加装防腐蚀材料的燃料罐里，因此最早的可储存燃料就是发烟硝酸+煤油发动机，最典型的代表即为S-75/红旗-1/2防空导弹。

由于硝酸煤油组合存在一些问题，为了进一步提升推力，1960年代起，美苏中不约而同转向了另一种经典组合：偏二甲肼+四氧化二氮。

偏二甲肼和四氧化二氮在0-15度的储存环境下均为液体，可以长期储存在安装有防腐蚀层的导弹之中。而且，这两种化学物质喷射混合后就会自燃，无需使用点火器，更加使得它点火可靠。苏联甚至进一步把它用于潜艇发射的潜射导弹之中。不过，偏二甲肼和四氧化二氮都是剧毒物，根据天宫二号的转运纪录片，押运偏二甲肼的押运员回忆，如果这种推进剂在一个大城市的火车站泄漏，可能导致数十万人当场死亡。而且，由于偏二甲肼和四氧化二氮混合后即可点火，这也导致它们在储运中一旦泄露就会引发剧烈爆炸。

At 0514, the BCh-2 officer and the hold machinist/engineer in compartment IV (the forward missile compartment) discovered water dripping from under the plug of missile tube No. 6 (the third tube from the bow on the port side). During precompression of the plug, the drips turned into a stream. The BCh-2 officer reported water in missile tube No. 6, and at 0525, the captain ordered an ascent to a safe depth (46 meters) while a pump was started in an attempt to dry out missile tube No. 6. At 0532, brown clouds of oxidant began issuing from under the missile-tube plug, and the BCh-2 officer declared an accident alert in the compartment and reported the situation to the GKP (main control post). Although personnel assigned to other compartments left the space, nine people remained in compartment IV. The captain declared an accident alert. It took the crew no more than one minute to carry out initial damage control measures, which included hermetically sealing all compartments. Five minutes later, at 0538, an explosion occurred in missile tube No. 6

根据维基百科引用的俄罗斯解密的事故报告，1986年10月3日凌晨五点半（苏联潜艇采用莫斯科时间），潜艇正在水下静音巡航，突然，导弹舱报告第6导弹井发现了异常的压力升高，舰长和武器官正确判断是导弹发射管进水导致燃料舱腐蚀引发的液体燃料泄漏，便浮到46米，启动水泵抽水，但由于腐蚀面积较大，泄漏控制不住，舰长疏散了大部分第四舱（导弹舱）的水手，只留下9人继续抢修，最终仍无力回天，5分钟后，导弹泄漏的偏二甲肼和四氧化二氮接触引发剧烈爆炸，核弹头被炸成碎片抛入海中，潜艇双壳体也被炸坏，舰体严重漏水，潜艇被迫浮出水面，由于反应堆瘫痪，无法返回苏联港口，最终人员弃船，潜艇沉没。

在大洋彼岸的美国，也发生过可储存燃料的爆炸事件。

1980年9月18日，位于阿肯色州美国空军（美国没有战略火箭军，美国空军负责陆地上的洲际导弹）374-7导弹发射复合体的一枚LGM-25泰坦式导弹突然发生爆炸。起因非常难以置信，仅仅是在维修中，一个工作人员失手跌落一个扳手，经过发射井反弹后，砸中了几十米下的导弹外壳。由于泰坦导弹为了提升干质比，采用了非常薄的外壳设计（擎天神导弹甚至更加激进采用了充气式储箱，必须用高压气体才能维持它的外壳不至于坍塌），而经过几十米重力加速的扳手的动能也非常大，直接砸漏了导弹推进剂舱，引发肼50（和偏二甲肼都是联氨族化合物）和四氧化二氮混合的大爆炸，核弹头直接被炸飞到几公里外，如果当年这枚w53弹头（900万吨当量，是国内试爆的东风5的弹头的两倍威力）被引爆，包括时任阿肯色州州长的比尔克林顿和希拉里克林顿的整个阿肯色州人都会当场身亡（他们在50公里外的州府小石城），CNN报道了事故，但很快被美国军方干预而被撤下。由此可见，可储存燃料的安全风险一向不低。

固体燃料流派：

几乎就在可储存燃料流派发展的同时，回归万户火箭的尝试——固体燃料导弹也开始发展了。最开始发展的固体燃料导弹都是小型的战术导弹，如著名的AIM-9响尾蛇，早在1947年就开始使用固体燃料推进剂了。

固体燃料在小型导弹取得了成功后，便开始向着大型化发展。最开始的成果也是和核潜艇有关的，就是有名的UGM-27北极星导弹。

为了实现高投射能力，固体燃料导弹的固体燃料自然也需要高能材料。在1960年代的第一代固体燃料导弹中，广泛采用HTPB推进剂，以****、黑索金、铝粉作为主要能量物，以端羟基聚丁二烯（HTPB）为结构材料（同时也作为燃料），在工作时，****发生剧烈分解反应，和RDX、铝粉一起提供主要的热能，同时燃烧HTPB药柱本体，生成更多的高温高压气体，推动导弹飞行。大家也看到了，除了HTPB为高分子化合物外，其他的主要成分——黑索金（RDX），铝粉都是高能炸药的组成部分，换句话说，必须用比TNT还要威力强大的炸药，才能推进巨大的导弹飞行。而随着科技进步，现代推进剂使用的炸药也从RDX进化到了HMX（奥托克金），以至于CL-20（六硝基氮杂环异伍兹烷）。结构材料变成了硝酸酯增塑的聚醚，就连增塑剂也进化到了叠氮增塑剂，可谓是从药柱的结构材料到添加剂都不惜一切提升能量密度，这种混合物的威力可达TNT的两倍以上，未来还有八硝基立方烷等更高密度高能炸药的加入，使得固体燃料的推力进一步增强。

当然，固体燃料如此威力强大，其安全性也是非常需要重视的。根据2016年央视对大国工匠徐立平的报道：

       1987年参加工作时，徐立平在母亲温荣书的建议下，选择了母亲曾经工作过的发动机药面整形车间，为导弹固体燃料发动机的火药进行微整形。

　　固体燃料发动机是导弹装备的心脏，在上千道制造工序中，发动机固体燃料微整形极为关键。火药整形在全世界也一直是个难题，无法完全用机器代替。在火药上动刀，稍有不慎蹭出火花，就可能引起燃烧爆炸，这个极度危险的工作，全中国只有不到20个人可以胜任。

　　母亲比任何人都知道这个工作的重要性和危险性，但她却说：“我刚工作的时候有同事整个手指都烧掉了，都愿意到最危险的岗位上去，我想他们年轻人也是一样的。”

　　就这样，徐立平开始了自己近30年发动机药面整形工作。

　　7416厂远离西安市区，安静却也偏僻。最冷和最热的时候，厂房里都难熬。工作的时候必须敞开“生命通道”的大门，夏天还能靠电扇，但对毒力极强的蚊子毫无办法，“闻了火药的蚊子战斗力就是强。”徐立平苦笑着，冬天更是没办法，长时间一个姿势会让冻僵的双手麻木，只能放在暖气上烤烤再重新拿起刀具。

　　更多的时候，工作时每个车间的人数最多不超过两个人，戴上护具开始工作后，徐立平说感觉世界和时间都停止了，只听见挖药的沙沙声和自己的心跳声。

　　近30年来，徐立平就是这样严格要求着自己，兢兢业业，与最危险的火药为伴，抬望航天梦，俯刻匠人心。“总理不是也说吗，工匠精神就是做好自己的本质工作，精益求精，其实没那么多高大上的东西，”徐立平谦逊的说。

　　春节过后，徐立平获得中央电视台《感动中国》2015年度人物，颁奖词这样赞扬他：“每一次落刀，都能听到自己的心跳。你在火药上微雕，不能有毫发之差。这是千钧所系的一发，战略导弹，载人航天，每一件大国利器，都离不开你。你是一介工匠，你是大国工匠。

由此可见，固体推进剂药柱的加工尚且危险如此，那么在火箭的运输、机动过程中，伴随着大量的颠簸和磕碰，一丁点的火花都会造成火箭燃料的剧烈爆炸。因此，导弹运输车都必须做好减震和避撞措施，避免导弹药柱碰撞中爆炸。

所以，听了这么多，大家应该明白了，为了所有的人的安全和国家财产的安全，在大阅兵甚至和平时代的导弹兵操练中，都需要大量使用模型弹。模型弹的尺寸、重量甚至接口都和正常导弹一模一样，以便日常安全使用，并节约实弹的高昂成本。