弹头再入:朝鲜从最近的导弹试验中学到了什么?

2017年5月17日|下午5:09
大卫赖特
前的贡献者

随着朝鲜继续发展导弹,一个关键问题是它可能从中学到了什么最近的导弹试验这与为远程导弹建造再入飞行器(RV)有关。

RV是弹道导弹的关键部分。一枚远程导弹将其弹头加速到非常高的速度——16000英里每小时——并使其在大气层上方的太空中形成弧线。为了到达地面,它必须重新进入大气层。大气阻力使房车减速,其损失的大部分动能都用于加热房车周围的空气,从而导致房车表面的强烈加热。RV吸收了部分热量,热量被传导到弹头所在的位置。

因此RV的建造需要:(1)承受外部表面的强烈加热,(2)将弹头与通过RV内部传导的吸收热量隔离。

第一个因素取决于表面的最大加热速率和显著加热发生的时间长度。数字(2)取决于RV吸收的总热量和热量从RV表面传递到战斗部的时间,这大约是从强烈加热开始到战斗部引爆之间的时间。

我计算了下面两种情况的量:最近朝鲜导弹所遵循的高度高空弹道以及正常(MET)弹道1万公里导弹。下表显示了结果。

最大加热速率(q)对于10,000公里射程的导弹只比放样导弹高大约10%。然而,对于远程导弹来说,吸收的总热量(Q)几乎是它的两倍,加热的持续时间(τ)超过2.5倍。

这表明朝鲜可以从最近的测试中获得重要数据——假设RV携带了适当的传感器,并在飞行过程中将信息发回,并且/或朝鲜能够从海上回收RV。但它也表明,在将核弹头放入RV并将其发射到远程导弹上之前,这次测试并没有提供你想要的所有数据来了解隔热层的效果。

一些细节

每面积的传热率(q)大致与ρV成正比3.,其中ρ为大气密度,V为RV的速度。由于射程更远的导弹以更高的速度重新进入,加热速率随着导弹射程的增加而迅速增加。吸收的总热量(Q)是在再入过程中Q随时间的积分。

本计算假设RV的弹道系数(β)为48 kN/m2(1000磅/英尺2).表中的热值大致以β为刻度。较大的β值意味着较小的大气阻力,因此RV以较高的速度通过大气。这增加了导弹的精度,但也增加了加热。美国花了多年的时间来开发具有特殊涂层的rv,使其具有高β,因此具有高精度,但也可以承受这些条件下的加热。

表中的结果可以通过观察这两个轨迹上的rv在重新进入时如何减速来理解。图1和图2绘制了RV速度与时间的关系;这两个图形的x轴和y轴具有相同的刻度。最大减速(曲线斜率)在两种情况下大致相同,导致大致相同的q值。但是10000公里射程的导弹损失更多的总能量,导致更大的q值,并且这样做的时间比放样弹道更长。