火星-15导弹的照片朝鲜发射了导弹11月29日测试表明它的能力比7月份测试的远程导弹强得多。这枚导弹的长度和直径似乎比7月份的“火星-14”大10%左右。它有一个更大的第二级和一个新的发动机在第一级，似乎更强大。
虽然我们还在研究细节，但这个强烈的暗示朝鲜可以用这种导弹携带核弹头到达美国各地的城市。人们正在讨论的最后一个可能的障碍是，平壤是否能够开发出一种再入飞行器，既能成功地将弹头穿过大气层到达目标，又能保护弹头免受再入大气层时的高应力和高温的影响。
以下是我的总体结论，我将在下面进行讨论:
- 朝鲜还没有展示其导弹在针对美国的弹道上运行的再入飞行器(RV)。
- 然而，建造一个工作的RV似乎没有技术障碍，与朝鲜已经完成的导弹计划相比，这样做不太可能是一个重大挑战。
- 如果朝鲜能够收集到发展所需的重要信息，它可以从已进行的试验中了解到这些信息。
- 虽然美国投入了大量资源来开发复杂的房车和防热罩，以及用于测试它们的广泛监控设备，但这一努力是为了开发高精度导弹，并不表明朝鲜需要开发足够的房车来向一个城市发射核武器。
火星-15 RV
在北韩11月29日发射导弹后出现的照片中，我特别感兴趣的是导弹前部的形状，它可以提供再入飞行器(RV)的信息。RV包含弹头，并在弹头落地过程中起到保护作用。看起来，“火星-15”搭载的RV比“火星-14”更宽、更钝(图1)。
F搞笑。1.火星-14(左)和火星-15(右)的房车，大致按比例排列。(来源:朝中社)
这一事实有几个含义。更钝的RV显然可以容纳更大直径的弹头，而且弹头可以更靠近RV的前端。这使重心向前移动，使RV在再入时更加稳定。（这幅画显示了美国泰坦RV中的圆柱形核武器，它的大小和形状大致相同，尽管比火星-15 RV重得多。
火星-15型RV的钝鼻也有助于保护它在再入时免受高大气力和加热的影响。原因如下:
当RV进入大气层时，由于空气的阻力作为制动力使其减速，而制动力对弹头施加压力。与此同时，RV在减速过程中损失的大部分动能都表现为RV周围空气的加热。其中一些热量从空气传递到RV，从而加热了弹头。如果压力和/或加热太大，它们会损坏RV和里面的弹头。
较钝的RV在稀薄的上层大气中阻力更大，减速速度比细长的RV更慢，后者继续以高速进入大气层较厚的下层。这大大减少了钝性右心室的强烈应力和加热。除此之外，钝鼻会在房车前面产生一个宽冲击波，这也有助于防止热空气将热量传递给房车。
F搞笑。2.这显示了两个低阻力的rv被放置在民兵III导弹上，它可以携带三个rv。(资料来源:美国空军)。
粗略估计表明，如果RV具有相同的质量并在相同的轨道上飞行，图1中形状与“火星-14”型鼻锥相似的RV所经历的峰值大气力和加热将大约是“火星-15”型较钝的RV所经历的四倍或更多;现代美国RV，如民兵III导弹(图2)上的那些，可能是火星-15 RV上的20倍。
钝弹头的代价是，当RV在大气层中行进得更慢时，它会降低其精度。为了使其导弹具有很高的精度，美国花费了大量精力开发高度复杂的隔热罩，可以承受细长的低阻力RV所经历的加热。
对于朝鲜来说，由于RV钝化导致的精度下降并不是特别重要。其远程导弹的精度可能达到数十公里。这意味着它不会用导弹打击小型军事目标，而是会打击城市等大型目标。对于像这样的大型目标，由于钝RV而导致的精度降低并不显著。
朝鲜能从最近的试验中学到什么?
新闻报道称，美国官员说，朝鲜11月29日试射的再入飞行器“有问题”，而且“可能已经分手在再入大气层时。如果这是真的，这意味着在这次飞行中使用的RV无法承受当RV到达低空时的强大阻力。
值得注意的是，在再入过程中，RV在提升弹道上的阻力将是同一枚导弹在13000公里射程的标准弹道上的阻力的两倍多(图3)。这是因为在更平坦的弹道上，RV在稀薄的空气中飞行的路径更长，因此比提升弹道上减速更慢。因此，如果在标准轨道上飞行，RV可能会幸存下来，但朝鲜尚未证明它会这样做。
然而，考虑到“火星-15”导弹的估计能力，朝鲜似乎可以选择加强RV，这将在一定程度上增加其质量，并且仍然能够将弹头发射到很远的地方。
F搞笑。3.该图显示了11月29日进行的高空测试(黑色曲线)与同一枚导弹飞行13000公里标准弹道(最小能量弹道，MET)时，再入大气层时对RV的大气作用力。横轴表示大气密度与RV沿其轨迹速度的平方的乘积，这与RV所受的阻力成正比。所有这些数字中的计算都假定RV的弹道系数为100磅/英尺2(5 kN / m2）.增加弹道系数将增加力的大小，并将峰值移到较低的高度，但曲线的相对大小将保持相似。
这种情况与RV的加热类似。图4的最后三列比较了11月29日发射的试验中RV所经历的几种加热测量值与同一RV在标准弹道(MET)上的13000公里射程导弹所经历的加热测量值。
F搞笑。4.假定两枚导弹具有相同的RV和有效载荷，11月29日试验和13000公里弹道上的RV力和加热比较。关于这些数量的讨论将在下面的“细节”部分给出。
这些估计表明，在提升轨道上经历的最大热量大约是标准轨道上的两倍，但RV在两个轨道上吸收的总热量大致相同。由于加热在标准弹道上的RV比在提升弹道上发生得更早，热量有大约130秒的时间通过RV的隔热层扩散到弹头，而提升弹道上的热量扩散大约80秒(图5)。这段较长的“热浸泡”时间可以增加到达弹头的热量，但朝鲜会在RV内部的弹头周围安装隔热层。而且朝鲜可以接触到的通过绝缘体的热量传递也足够低，所以这个时间差可能并不大。
F搞笑。5:该图显示了RV表面的升温速率随时间的变化情况，然后影响到放样轨迹和标准轨迹。曲线下的面积与RV吸收的总热量成正比，MET只比RV大20%左右。纵轴表示的是大气密度和RV沿轨道速度的立方的乘积，这与RV上的升温速率成正比。
图6显示了两条轨迹随高度的升温情况。
F搞笑。6.这张图显示了RV在重新进入大气层时随高度的加热情况。
这些结果表明，如果朝鲜能够证明其RV能够在发射轨道上经受住峰值阻力和加热，那么它也应该能够在标准轨道上经受住这些阻力和加热。如上所述，火星-15导弹的估计能力表明，朝鲜将能够增加RV的结构强度及其热屏蔽，并且仍然能够将弹头发射到很远的地方。
至于朝鲜究竟能从试验中获得什么信息，仍存在一些疑问。在落入日本海的高空轨道上进行测试的一个优势是，RV可以在飞行的大部分时间里通过无线电向朝鲜的天线传回数据。但是，由于地球的曲率，一旦RV在1000公里的高度下降到80公里以下，北韩地面上的天线就无法接收到信号。为了能够将导弹追踪到低空，它可能需要在再入点附近有一艘船或飞机。
一些细节
单位面积的换热速率(q)大致与ρV成正比3.，其中ρ是大气密度，V是RV通过大气的速度。由于射程更远的导弹以更高的速度再入大气层，升温速率随着导弹射程的增加而迅速增加。吸收的总热量(Q)是再入时Q随时间的积分。同样，由于大气阻力的力与ρV成正比2，并随着导弹射程的增加而迅速增加。
上述计算假设RV的弹道系数等于100磅/英尺2(5 kN / m2）.弹道系数β = W/CdA(其中W是RV的重量，Cd为其阻力系数，A为其垂直于气流的横截面积)是决定大气阻力如何降低RV再入时速度的参数组合。表中的阻力值和热值大致与β成比例。β值越大意味着大气阻力越小，因此RV以更高的速度穿过大气。这增加了导弹的精度，但也增加了加热。美国多年来一直致力于开发具有特殊涂层的房车，使其具有高β，因此精度高，但也可以承受这些条件下的加热。
根据“火星-15”导弹前端的形状估计阻力系数Cd的RV值为0.35-0.4。该值给出了100-150 lb/ft范围内的β2(5 - 7 kN / m2)， RV质量为500-750公斤。RV的阻力系数外形相似到火星-14前面的距离大约是0.15。
12/8/17更新。