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中国战略导弹部队对美、欧、日、俄的战略核威慑-东风五洲际射程弹道导弹   

2010-04-17 17:32:51|  分类: 中国现役军衔警衔 |  标签: |举报 |字号 订阅

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伟大的思想可以改变历史-

中国战略导弹部队对美、欧、日、俄的战略核威慑-东风五洲际射程弹道导弹

东风五号导弹是我国第一种具备洲际射程的弹道导弹,自服役以来是我国核打击力量的中坚。其衍生型东风五甲、东风五乙均面向新时期的作战要求进行改良,性能上有了明显提升。在可见的将来,创造多个“中国第一”的东风五系列还将继续承担核威慑任务。

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东风5洲际弹道导弹是中国第一种真正意义上的洲际导弹,是威力最强大的中国武器。

核武器问世之后,投射手段日益受到重视。洲际弹道导弹拥有全球覆盖的打击能力,在某些方面较空中投射方式有明显优势,战后很快即成为军事大国所谋求的目标。1957年8月21日,前苏联第一型洲际弹道导弹R-7(北约代号SS-6,绰号Sapwood警棍)远程发射试验成功,并于1959年入役。紧随其后,美国第一型洲际弹道导弹SM-65(Atlas宇宙神)在1958年11月28日完成全程试验,同样在1959年入役。60年代我国掌握核武器技术之后,洲际弹道导弹也被提上了日程。1965年3月,负责规划两弹一星的中央专委决定研制洲际导弹,编号命名为“东风五号”(DF-5,后来北约代号CSS-4),并下达了主要战术技术指标,要求1971年首飞,1973年定型。根据当时的技术水平背景,东风五号的定位是一种发射井基,二级、液体推进的洲际弹道导弹。该弹由中国国防部五院(现航天一院,中国运载火箭技术研究院, China Academy of Launch Vehicle Technology, CALT)设计开发。

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前苏联第一型洲际弹道导弹R-7

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更早之前的东风4型导弹射程仅有4000公里,射程偏短不能覆盖美国本土。

1965年8月,一院副院长屠守锷主持进行了洲际导弹方案论证。火箭发动机的推进剂选用了偏二甲肼(UDMH, Dimethylhydrazine)作为燃料,四氧化二氮(N2O4, Nitrogen Tetroxide)作为氧化剂。发动机的基础是北京万源的YF-20B。 导弹第一级发动机称之为YF-21B,又名DaFY6-2发动机,由4台独立工作的YF-20B发动机通过机架并联组成,航向控制采用泵前摇摆方案(单机沿弹体切向摇摆,摆角±10度);第二级采用一台主发动机YF-22B和4台游动发动机YF-23B组成,YF-22B和YF-23B又称DaFY20-1和DaFY21-1发动机。从技术源头而言,YF-22B/DaFY20-1就是YF20B发动机的高空版。为了提高精度,导弹还采用了单组元无水肼弹头姿控发动机。制导系统选用平台-计算机方案,采用三轴稳定平台,静压气浮陀螺,先进弹载计算机(中国首台集成电路空间计算机)。液体推进剂的贮箱采用高强度铝铜合金(LD-10),减重30%,可以有效提高射程。其他的研发重点还包括碳/石英端头防热材料,高硅氧布斜缠热压成型工艺制造等。

1966年5月,东风五号开始总体方案的设计。到1969年6月14日,第一级发动机YF-21B试制成功。导弹的技术设计完成于1970年6月。此后导弹投入小批量生产并开始测试,总共生产01批次东风五6枚。

1971年3月,第一枚东风五号遥测弹各种试验和总装工作完成。根据《世界航天发展史》一书:同年9月10日,中国第一枚洲际导弹在酒泉发射场进行飞行试验,获得基本成功。上午11时,DF-5首发遥测弹发射,进行低弹道方案考核试验。导弹第一级情况正常,顺利分离。但由于计算机软件设计问题,未能适应低弹道,207秒时Ⅱ级发动机提前30秒关机,姿态控制系统出现短时间的振荡,导弹落点偏远565千米。未能模拟全程弹头再入过程,防热结构和引爆系统也没有得到考验。

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东风五号最初选用的发动机以北京万源的YF-20B为基础。

随后10月份,一院总体设计部总结教训,针对可靠性和作战使用性能,对东风五号的总体方案提出了10项幅度较大的改动。此后3年时间,主要进行基本设计的改进工作, 但导弹的两次发射试验均未成功。

研发受挫之后,东风五号的试验工作暂时搁置,重点工作转向基本设计的修改。1973年10月,经周恩来批准,洲际导弹的研制、试验计划推迟。

谈到第一批次其他东风五导弹的去向,就不能不提起一个巧合。同样是研制国第一款洲际弹道导弹,东风五号和R-7、SM-65还有一个惊人的相似之处:都成功地衍生出了繁盛的商业火箭家族。苏俄的卫星、东方、联盟和闪电等火箭均以R-7为蓝本,而SM-65摇身一变成为著名的阿特拉斯火箭家族。东风五号则是与风暴一号和长征二/三/四号火箭密切相关。风暴一号运载火箭是1969年8月国家下达任务,由上海航天局负责研制的两级液体火箭,同样采用N2O4和UDMH推进剂, 结构与东风五相似,主要用来发射低轨道卫星。1972年8月首次进行遥测试验火箭发射,取得了基本成功。1975年7月发射了中国第一颗质量超过1吨的卫星。1977年7月用风暴一号进行了低弹道第一次飞行试验。而长征2号家族的初始型号则是从东风五号01批次改装过来的。1974年11月5日,01批3号弹被改为CZ-2火箭,用于发射返回式遥感卫星(FSW-0-0),该卫星重量达1800千克。因速率陀螺回路断线,导致控制系统失灵,火箭失稳自毁,因而将我国首款发射1吨以上卫星的火箭头衔拱手让给了风暴一号。此后我国在长征2号基础上继续开发长征二号丙(CZ-2C)等改进型号。正由于这个巧合,在后面对于保密的东风推测性能的过程中,风暴和长征家族将起到很大的参考作用。

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俄罗斯闪电号火箭发射升空,该火箭在R-7洲际弹道导弹(8K71)基础上研制。

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2006年4月20日,一枚“阿特拉斯-5”型运载火箭发射升空。

1975年5月25日,国防科委就战略导弹研制工作安排向中央军委递交了请示。经过讨论,中央军委常委会明确提出必须首先抓紧洲际导弹的研制,并确定了洲际导弹第一步要达到的射程和发射方式。毛泽东、周恩来批准了这个报告。东风五号的第2批次飞行试验开始处于酝酿状态。1977年9月,中共中央批准于1980年进行DF-5全程试验。随后一共生产16发,其中8发在1981年前用于飞行试验。

弹头研制方面也取得了明显进展,1975年11月到1979年11月之间,通过改进设计和地面试验,解决了弹头防热等一系列关键技术问题。并且在1977、1978两年,用风暴一号火箭两次成功进行低弹道配重飞行试验。

1980年对于东风五号而言是关键的一年。2月12日,中央专委会议批准了国防科委提出的东风五号全程飞行试验方案,这就是著名的580任务。5月18日10时00分23.302秒,向预定海域(南纬7度0分、东经171度33分为中心,半径70海里圆形海域范围)发射580-甲弹,取得圆满成功。导弹飞行时间29分57秒,射程9070千米,落点为南纬7度42分23秒、东经172度15分36秒。5月21日11时19分32秒,发射580-乙弹,因控制系统问题引起二级发动机提前6.4秒关机,导弹未能到达预定海域(偏近约1400千米)。

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央视探索节目截图显示当时东风5号的运载火箭的试验代号为“580”。

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当时导弹的飞行的直线路线和最后的大致落点。

580任务后,一院根据实验中暴露出来的问题对产品软硬件进行了改进。1981年12月7日,从地井进行导弹高弹道飞行试验。制导系统首次采用误差修正方法,在命中精度上取得令人满意的效果。

接下来的收尾工作相对较为顺利。1983年,第一级发动机定型。1984年3发东风五号参加国庆大阅兵。1985年,东风五号获国家科技进步特等奖。1986年7月和12月,配备的核弹头和东风五号相继设计定型,至此东风五号项目的研发工作在历经坎坷之后划上了圆满的句号。

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东风五号地下井热发射高弹道试验

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DF-5在1984年庆祝建国第35周年阅兵式上进行公开展示

东风五号作为我国战略力量的重要组成,相关数据一直被严格保密,迄今尚未公开。但是这并不等于我们没有任何分析东风五号性能的依据。长征二号和风暴一号两种火箭与东风五号密切相关,有一定的参数是公开的,因此可以根据常识来借鉴这两种火箭的数据。再就是国内在报道一些与军工相关的科研成果、尤其是树典型表彰的时候,往往会透露一些信息。与洲际弹道导弹相关的话题基本都是以“远程运载火箭”的名义公开出来。有了这样一些公开的信息渠道,在不违反法律的前提下,非业内人士也可以通过筛选和分析推知一二。

从西方公布的信息看,所给出的东风五号的性能数据较为统一。典型的例子是The Cox Report(考克斯报告)、Jane's Missiles and Rockets(简氏导弹与火箭)等具有一定可靠性的官方报告或者资深研究机构材料。大多数情况下,都可以看到对东风五的如下描述:

弹长:32.6米;第一级长20.5米,第二级7.5米,弹头及附件长4.6米

弹径:3.35米

弹重:183吨

载荷:3000-3200千克

弹头当量:400万吨TNT

射程:12000千米

制导:惯性三轴静压气浮陀螺,空间计算机

精度(CEP):500-2000米

部署: 发射井和发射台

发射准备时间:120分钟,或30-60分钟(在发射井中)

从后两种信息途径的对照看,国外信息的总体描述应该和实际情况误差不大。以公开出版物《中国航天》1997年第8期为例,给出了长征二号和早期长征二号C的相关数据。长征二号和采用A型整流罩的早期长征二号C外形推力数据相同:全长31.170米,最大直径3.35米,起飞重量190吨,起飞推力2786千牛,近地轨道载荷(Low Earth Orbit,LEO)分别为1800千克和2400千克。长征二号初始型号即01批东风五号的03-06号弹所改装,首批长征二号C即02批东风五号所改装,能够较为准确地反映东风五号的水平。

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东风五号发射台试验

东风五号的弹头重量则应该参考前面所述的风暴一号运载火箭亚轨道发射试验。同样是《中国航天》的文章透露:1977年9月14日和1978年4月15日,风暴一号运载火箭两次进行低弹道“火箭新技术试验”,配重为3100千克。由于该试验的目的非常明确,因此可以断言这个重量就是东风五号弹头的重量。至于400万吨TNT当量威力之说,可以参考Wm. Robert Johnston的Database of nuclear tests, China-PRC(中国核试验数据库)里对1976年11月17日一次核试验的描述。这也是迄今为止外界所知晓的中国最大当量核试验。按照上述当量和重量换算出的当量比,应该还是较为符合当时我国核武器的技术水平的。

射程方面可以根据载荷进行估算。长征二号和风暴一号的LEO近地轨道载荷分别为1800千克和1500千克。以这个水平而言,如果携带弹头重量为3100千克,则射程很难超过10000公里。考虑到当时苏联的欧洲部分也是核打击能力需要覆盖的范围,并且10000公里已经可以涵盖美国西海岸,这一射程还是勉强堪用的。

至于1986年东风五号设计定型后的射程水平,则应该参照首批长征二号C。尽管到90年代长征二号C可以将LEO运载能力提高到3.8吨之多,但火箭的起飞重量也达到240吨以上,高度超过40米,显然东风五号并不能参考太新的型号。以LEO载荷2400千克为例,考虑到不会在短期内更换弹头,所以定型后的东风五号所投掷的弹头重量仍然是3100千克,这一运载能力应当能达到12000公里左右的射程水平。从这个角度看,国外某些媒体将东风五号描述为射程10000-12000公里,载荷3000-3200千克,应该是较为准确的。

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中国长征-2C火箭准备发射火箭

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二炮部队官兵为东风5战略导弹加装战斗部,东风5弹头重量估计在3100千克左右。

打击精度方面也有公开文献涉及相关数据。从技术层次角度而言,我国在惯性导航技术上与国际先进水平有明显差距。以洲际战略导弹使用的三浮陀螺为例,国内90年代的精度水平为0.001度/小时,相当于美国70年代初期水平。而美国现役型号的TGG型三浮陀螺精度为<0.0001度/小时。关于液浮陀螺,国外可以做到0.001度/小时,国内用于载人航天工程公开的水平是0.01度/小时。MX导弹所使用的AIRS第三代浮球平台,原型于1973年开始研制,1975年在民兵III导弹上进行了飞行试验,1981年7月交付第一台给空军。漂移率为0.000015度/小时,寿命40000小时。虽然这个数据是在实验室用多台设备累计实验的寿命结果,并用理论计算修正了精度,但技术差距确实得到体现。国外估测的早期东风五号CEP达1000-2000米左右并不离谱。数量稀少的东风五号也并不承担对敌方导弹发射井等硬目标打击任务,这样的精度至少已经超过前苏联的R-7之类,可以对软目标实施打击。

在东风五号设计定型后,在1989年秋季的抽检飞行试验中打出了最佳精度。我国的空、海基核力量均无法实现远程打击,投射能力明显弱于先进核大国。作为唯一的洲际打击力量,东风五号在我国的核威慑力量中很长一段时间内都占据主导地位,发挥着举足轻重的作用。然而东风五号的研发历程并非一帆风顺,而定型之后亦非一劳永逸。由于我国技术底子薄弱,国外技术发展速度迅速,东风五号的出现仅仅是解决了洲际核打击力量的有无问题而已,在优劣问题上仍然没有提供选择的余地。因而东风五号如何适应新时代的要求,在更新一代洲际导弹彻底取代它之前依然是至关重要的命题。

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早期列装的东风5型洲际弹道导弹只是解决了洲际核打击力量的有无问题。

在新一代导弹全面部署之前,东风五号仍然要支撑起核威慑的重任。为了面向新的要求,东风五号甲(DF-5A)改进型洲际弹道导弹应运而生。在目前公开的信息中,东风五号甲的名称已经被提及。可见这一型号并非单纯外界所猜测的名称。相对于东风五号原型,东风五号甲主要改进的是发动机性能和打击精度,弹头也有所改进。

国内何梁何利基金会对著名液体火箭发动机专家张贵田有一篇宣传报道,所提到的一些技术进步非常值得关注。文中说:张贵田作为型号副总设计师和发动机主任设计师,组织和主持了我国新型运载火箭发动机的研制。他在一、二级发动机燃烧室中首次采用了先进的声腔技术,有效地抑制了发动机的不稳定燃烧,提高了发动机的性能和可靠性;三级末修姿控发动机首次采用了双组元推进剂,在研制过程中,攻克了喷注器、燃烧室抗氧化高温涂层等一系列技术关键,大幅度地提高了发动机的性能,开创了我国双组元末修姿控发动机的研制新领域。一、二级发动机的性能提升明显有助于射程和载荷的提高,而双组元末修主动姿态控制发动机对于弹头精确再入有重要影响。加上推进剂可能同样有所进步,东风五号甲的射程应明显大于12000千米,根据载荷分配的不同,射程在13000-15000千米之间,真正实现了全球覆盖的能力。

从一张罕见的东风五号甲发射图上可以看出,整流罩和东风五号的圆锥状有明显差异。有人推测是因为加装了分导式再入载具MIRV(Multiple Independent Reentry Vehicle),但携带MIRV直到东风五号乙才实现。参照美国SM-68大力神(Titan)从I型到II型头锥的变化,弹头重量的更改或许更能解释这个原因,载荷应该比东风五号的3100千克有明显提高。

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注意大力神I型洲际导弹(左)和II型洲际导弹(右)头锥的变化。

除了双组元末修主动姿态控制发动机以外,导航设备方面国内也有明显进步。美国现役最先进的民兵III改进型导弹的惯导平台随机漂移度水平是0.005度/小时,而我们的水平已经达到了优于0.001度/小时。可以预料,东风五号甲的CEP将从原型千米级左右控制到百米级。国外部分媒体甚至推测为300米以内,达到了俄罗斯SS-18最新型号的水平。

在东风五号甲取得明显进步之后,东风五号的发展并没有停止脚步。MIRV分导式多弹头可以显著提升导弹的突防能力,在导弹防御系统不断发展的今天,越来越坚固的盾牌需要越来越锐利的长矛予以制衡。由于东风五号甲是国内较为成熟、内部空间最大的洲际导弹,因而选择其为平台发展出携带MIRV的型号应当是明智之举。

但MIRV的发展具有相当高的难度,关键是分配器技术。我国在1979年已经开始尝试一箭三星发射。在失败之后的第三年,风暴一号成功地将“实践二号”、“实践二号甲”、“实践二号乙”三颗卫星送入轨道。但这种一箭多星技术和后来印度等国的“礼花”类似,是在同一个或者相邻的轨道上依次投放卫星,对入轨精度和卫星姿态要求较低。相比较而言,1990年7月长征二号C首次发射,两颗卫星分别进入近地轨道和地球同步转移轨道,难度还要大一些。考克斯报告中声称,通过1998年长征二号C/SD发射铱星,中国获得了Motorola公司的Smart Dispenser(智能分配器,CZ-2C/SD的后缀即该词缩写)技术,从而转变为发展MIRV技术的基础。智能分配器具有独立的导引系统,实际上也是MIRV母舱的原型。虽然发射铱星的契机对于我国掌握该技术有很强的刺激作用,但该智能分配器产品本身完全是我国自己研制的。在Richard D. Fisher, Jr.和Baker Spring所写的China's Nuclear and Missile Espionage Heightens the Need for Missile Defense(中国导弹核武器间谍活动导致导弹防御系统之必要性),也不得不承认仅限于“并无窃取或购买技术行为发生,商业交流促使中国研发智能分配器以实现一箭多星”。

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风暴一号火箭在1981年同时发射三颗卫星后,就停止了继续使用。

从《中国航天报》对于科技集团六院肖明杰的一则报道中可以看到:2002年左右有新型号立项,其中技术关键是姿控发动机有着非常高的性能指标要求和加注推进剂后贮存时间的要求。

这一立项时间晚于闻名遐迩的东风三十一甲和巨浪二。此后对于长征二号C总师李占奎和二炮兵装备研究院导弹总工程师丁保春的报道相继公开,而两人分别主导了智能分配器和MIRV控制程序的研究,关于丁保春的2006年报道中更是用“解决了世界性难题”来形容某导弹发射成功,基本可以推定该型号即为东风五号乙(DF-5B),我国第一款携带MIRV的洲际弹道导弹。东风五号乙的弹体基本情况与东风五号甲相同,国外根据东风五号的载荷推算大约能够携带4-6颗分导式弹头,也有个别媒体推测能够携带9颗弹头。在2006年试射成功之后,东风五号乙应该已于近年投入现役。

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东风五号甲发射照片(整流罩形状由尖作圆,内部空间变得更大)

按照目前对于洲际弹道导弹的定义,射程要达到8000千米以上,由是可知,前苏联、美国和中国各自的第一款洲际弹道导弹分别是R-7/SS-6、SM-65C宇宙神和东风五号。由于出现年代较R-7/SS-6、SM-65C宇宙神晚了20年左右,东风五号在大部分性能上都明显超过另外两种导弹。R-7/SS-6所采用的是液氧/煤油推进剂,具有较高的比冲。但液氧需在-183℃以下的低温下保存,临近发射才能加注进入箭体贮箱。并且加注过程中需要用氮气吹除冷凝水汽并泄压。这对于需要快速反应的弹道导弹而言是非常不利的。而东风五号等采用的N2O4/UDMH属于可贮存燃料,常温下就能方便地贮存和运输;并且无需高温点火,燃烧剂与氧化剂接触即自动点火,不会存在中途熄火的问题。因而在反应速度上R-7/SS-6明显落后。这也直接导致其少量服役后不久即被SS-7、SS-11等导弹淘汰。但是N2O4/UDMH也有非常显著的缺点:具有很高的毒性,在贮存、加注和发射过程中容易泄露导致污染和事故;并且贮存在导弹内部时对管路和贮器具有强腐蚀性,影响使用性能。

但是需要注意的是,该比较只是在各国第一款洲际弹道导弹之间进行,而不是同时期的产品。当东风五号于1986年设计定型的时候,美国最后一款液体燃料洲际导弹大力神2早已退出现役,全部更新为固体燃料洲际导弹;前苏联也已经更新了几代洲际导弹产品。当东风五号投入现役时,对手早已不是需要120分钟以上准备时间的R-7/SS-6了。仅仅与1963年形成IOC(Initial Operational Capacity初始战斗力)的大力神2相比,晚出现20年的东风五号在绝大部分性能上都明显落后;如果和80年代末期形成IOC的SS-18MOD5/R-36M2相比,则差距还要进一步拉大。这也真实地反映了我国与美、苏两个超级大国的实力悬殊差距。

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俄罗斯SS-18战略弹道导弹从井下发射,其最新改型能同时携带10枚分弹头。

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美国民兵Ⅲ型战略导弹装入发射井,该导弹可携带多枚分弹头,因而至今美国都不肯裁撤。

东风五号甲/乙与原型相比具有较大幅度的提升,在射程等性能上达到了大力神2和SS-18MOD5的水准;在打击精度方面,三、四十年的积累自然使得东风五甲/乙明显超过大力神2,接近10年前SS-18MOD5的水平;而在载荷/重量比上面,由于作战侧重点的不同和技术上的差异,仍然没有达到大力神2和SS-18MOD5的级别。

在部署方面,我国执行最低限度核威慑策略,因而东风五号生产数量和美、苏/俄相比有天壤之别。至1969年前,苏联装备了陆基洲际导弹1029枚,美国为1054枚。而国外对于东风五号报道的最高数量始终在20枚上下徘徊。虽然这种说法引起了多方的质疑甚至讥笑,但从某些渠道看,甚至在早期还存在高估的情况。据解密的美国军情局1984年文件,当时估计中国的东风五号部署数量为:1984年2枚,1989年9枚,1994年16枚。实际情况是生产的箭体大量用于改装为长征二号/C火箭,另外东风五号在多次发射试验中有较大消耗,真正部署的数量反而小于美国推测的数字。

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东风五号发射图,可见N2O4/UDMH燃烧所释放的棕红色烟

对于我国而言,任何时候都是第一步先解决有无问题,然后才讨论好坏问题。东风五号则是扮演了这一角色。尽管比起国外20多年前的同类产品并无优势,但从“零”到“有”本身就是一个巨大的进步,东风五号赋予我国的远程核打击能力是构建核平衡、提高威慑力的关键筹码,具有划时代的意义。

东风五号甲/乙则分别实现了全球覆盖和多弹头突防能力,在国内均属首创。作为改进型号,东风五号甲/乙的作战性能有较大的提高,一定条件下可以满足作战需求,未来一段时期还将继续扮演我国核威慑力的重要筹码之一。

同时也要看到东风五号甲/乙在新时期下仍有不足。固体燃料弹道导弹以其易贮藏、体积小、结构简单的特点,获得了生存能力和反应能力方面的极大优势,因而在新一代弹道导弹中能看到的基本都是固体燃料导弹的身影。这一点与追求经济性的商业火箭采用高比冲、环保化的改良型液体燃料完全是两个迥异的发展方向。正是由于这个原因,我国新一代弹道导弹的“固态化”也是早就被确定为方向。同时,新一代弹道导弹强调高打击精度,星光修正乃至末制导技术都有所应用,大幅提高了精确打击硬目标的能力。另外,在导弹防御系统日益发展的今天,突防能力处于更加重要的位置,快速燃烧缩短助推段、机动弹头、抗激光处理等新技术均已崭露头角。在上述方面,东风五号家族很显然不能充分满足需求,必然需要新型弹道导弹来配合、替代。

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最早采用固体发射技术的巨浪1对中国后期弹道导弹的发展有过重要影响。

中国战略导弹部队对美、欧、日、俄的战略核威慑-东风五洲际射程弹道导弹  - beishanchenfu111 - beishanchenfu111的博客

最新东风-31机动型洲际导弹,该弹应用了许多新技术(下期网易阅兵将予以专门介绍)。

在可见的将来,东风五号家族将以老兵的身份和新型固体洲际导弹一起承担起核天平的重负,直至最终光荣地走下自己的岗位。

下面是东风五号甲/乙与美俄同类洲际弹道导弹的性能对比:

中国战略导弹部队对美、欧、日、俄的战略核威慑-东风五洲际射程弹道导弹  - beishanchenfu111 - beishanchenfu111的博客

 
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