很多粉絲最近一直發(fā)信息來問“咱們的‘東風(fēng)-5’系列已經(jīng)面世40多年了，明明有東風(fēng)-61了，為啥閱兵還要東風(fēng)-5C來壓軸”，更有很多粉絲信息表露出“東風(fēng)-61至少得比東風(fēng)-5C要領(lǐng)先20年，怎么還站不到C位？”的遺憾之情。

實際上，按照最近比較火的話題來說，東風(fēng)-61是“預(yù)制菜”，而更老的東風(fēng)-5系列就是“炒菜”了。

今天咱們就來聊聊這兩種導(dǎo)彈的本質(zhì)上的不同，也就是固體火箭發(fā)動機導(dǎo)彈和液體火箭發(fā)動機導(dǎo)彈的區(qū)別。

先站個隊——無論任何時候，W君都會認為液體燃料火箭發(fā)動機要比固體燃料火箭發(fā)動機更好，雖然W君是學(xué)固體的，但這玩意有先天的缺陷。

如果要分辨這兩者不同燃料類型的火箭發(fā)動機，我們得先從最基本的火箭方程來說起了?；鸺匠瘫旧硎遣粎^(qū)別發(fā)動機類型的。

這是典型的火箭方程，說的是速度的改變（Δv）和三個參數(shù)有關(guān)，燃氣噴出的速度（v?）、火箭整體的初始質(zhì)量m?和最終質(zhì)量mf，也就是說v?越大，在一段時間內(nèi)消耗的質(zhì)量越多火箭的速度改變越大。這個公式脫胎于動量守恒公式，可以為火箭一段飛行的過程中的速度改變提供最基本參考。

但是，這個公式并不應(yīng)用于真正的火箭控制中。原因也很簡單——根本就沒有人去測試火箭發(fā)動機噴出來的燃氣的實時速度，因此，在標準火箭方程上我們得進行再加工，引入比沖的概念（I??）。

比沖（Specific Impulse, I??）是火箭推進效率的核心指標，定義為發(fā)動機單位推進劑重量在標準重力下能產(chǎn)生的推力持續(xù)時間，單位是秒。這里就有人會疑惑了，討論燃料效率不是得用牛頓、公斤、再不濟得用個速度m/s嗎？干嘛得用秒？其實比沖的定義就是用來擬合標準火箭方程的，它等效于有效排氣速度除以重力加速度，數(shù)值越高，說明同樣燃料能產(chǎn)生更多沖量，代表發(fā)動機越高效。

在現(xiàn)實的工程中，我們?nèi)绻麃頊y試火箭發(fā)動機通常是上測試臺。在測試臺上可以測到的數(shù)值有兩個第一個是火箭的推力，第二個則是消耗的燃料質(zhì)量。當然了，也以有限度的測量一下噴口出口壓力 p?、環(huán)境大氣壓 p? 和噴口流通面積 A?，但唯獨噴口燃氣速度這個沒法測量。

原因很直白：噴口內(nèi)外的氣體流動是高溫、高壓、高速湍流，既沒有傳感器能穩(wěn)定放進去“測速”，也不可能在出口直接用激光測速去得到平均有效速度，甚至你放一些測速標記物你也只能測出標記物的速度而不是真實的火箭發(fā)動機噴出燃氣的速度。

但我們可以計算推導(dǎo)，這個過程主要是依靠發(fā)射臺上所獲取的推力數(shù)據(jù)和燃料消耗來計算的。

但是，為什么不直接用這里的等效v?呢，這個數(shù)據(jù)其實并不可靠。它的問題在于，這個數(shù)值只是平均化的代替量，并不能代表噴口里真實而復(fù)雜的速度場。噴管出口是一個截面，里面的氣流速度分布是非均勻的，有邊界層湍流、激波、溫度梯度，實際速度是一個場量，不是一個干凈的數(shù)。用動量守恒算出來的“等效速度”只是把這些亂七八糟的因素壓縮進一個方便算賬的符號而已。

更關(guān)鍵的是，在控制邏輯里，我們不能拿“結(jié)果”去推“結(jié)果”。推力已經(jīng)是燃燒過程和噴流綜合作用的產(chǎn)物，你再用它去算噴氣速度，本質(zhì)上只是在做一次倒算。控制系統(tǒng)真正依賴的，是燃燒室壓力、燃料閥門開度、流量傳感器這些可實時測量和可調(diào)控的參數(shù)，而不是去追著一個虛擬的“速度”做閉環(huán)。

這時候有意思的事情就出現(xiàn)了，分母m的單位是千克/秒代表燃料的平均消耗量，我們可以用重力g來進行轉(zhuǎn)換。工程上將這個過程叫做“歸一化”，于是：

于是就出現(xiàn)了I??這個以秒為單位衡量火箭燃料推力的公式。

放回火箭方程怎么用呢？約掉g?不就可以了嗎？

所以在工程上要用到的火箭方程實際上是這樣的：

一般的來說，g?=9.80665m/s2，約下去之后恰好就是m/s了，在很多人認為這件事有點脫褲子放屁的感覺吧？I??中有個g?做分母，在真正用到的時候再用一個g?約掉它……其實這樣做可以讓我們十分方便的使得用“推進劑質(zhì)量”而不是“推進劑動量”來直觀估算火箭在飛行時候的控制需求。W君覺得解釋得夠清楚了，再看不明白建議去讀讀錢老的《工程控制論》。

如果你耐著性子讀到這里，那么就有了對液體燃料火箭和固體燃料火箭優(yōu)劣點判定的理論基礎(chǔ)。

前面我們提到了用“推進劑質(zhì)量”而不是“推進劑動量”來滿足火箭在飛行時的控制需求，那么問題來了，什么更容易被控制質(zhì)量呢？是“液體”！而非“固體”！在控制過程中我們只需要調(diào)節(jié)閥門開口大小、燃料泵轉(zhuǎn)速度就可以精確的控制液體流量，也就是控制進入發(fā)動機的推進劑質(zhì)量。如果是固體呢？我們有大國工匠！

固體火箭發(fā)動機的“推力調(diào)節(jié)”，說白了就是靠藥柱（grain）截面設(shè)計來實現(xiàn)的。不同截面形狀決定燃燒時燃燒面積隨時間的變化，從而決定推力隨時間的曲線：有的設(shè)計讓燃燒面積逐步增大以獲得爬升期大推力，有的設(shè)計保持近恒面積以輸送穩(wěn)定推力，還有的設(shè)計先大后小以滿足復(fù)雜任務(wù)需求。換句話說，固體發(fā)動機把“推力曲線”預(yù)先刻在推進劑里——這是典型的事前工程，不是飛行中可隨意調(diào)節(jié)的量。

因此，固體的控制依賴于高精度制造與嚴格的質(zhì)量保證：推進劑的配方均勻性、表面拋光、粘結(jié)質(zhì)量、包覆與隔熱層的一致性都會影響實際燃燒行為。即便是“有大國工匠”的精細雕刻，也無法完全消除固體推進劑固有的脆弱性——對裂紋、夾雜、老化的高度敏感使得設(shè)計往往需要留出較大的安全裕度，進而抬高結(jié)構(gòu)質(zhì)量或限制放大尺度。

由于推力大小事前預(yù)設(shè)，所以固體路線可做的補償手段是有限的：分段點火、雙通道或多箱并聯(lián)、以及在飛行器級上用推力矢量控制和氣動舵面來修正軌跡——但這些辦法更多是補救與迂回，并不能把“運行時可調(diào)性”做到像液體那樣自然、直接。

這點就像我們開車一樣。液體火箭就像是一輛靈敏的車，踩一腳油門就立刻加速，踩一腳剎車馬上減速，油門深淺還能精細調(diào)節(jié)，駕駛員隨時掌控。

固體火箭則完全不同，更像是一輛發(fā)動機功率已經(jīng)鎖死的車，你一旦掛擋起步，它就全油門沖出去，中途既沒法松油門，也沒法輕踩剎車，只能靠方向盤或外部手段來修正路線。這就是固體的先天限制：推力曲線在點火前就已經(jīng)寫死了。

所以說，從推力控制角度來看，采用固體火箭發(fā)動機的東風(fēng)-61就是一盤“預(yù)制菜”：事先雕好藥柱，點火之后推力曲線全靠出廠時的工藝來決定。它的優(yōu)點是上桌快、隨時可用，放在戰(zhàn)場上就是“隨叫隨發(fā)”的靈活牌。缺點也很明顯——你想加點火候或者臨時收一收味道？對不起，已經(jīng)寫死了。反觀東風(fēng)-5C，那就是“大廚現(xiàn)炒”，通過閥門、泵速和腔壓在運行中微調(diào)推力、調(diào)整燃燒節(jié)奏，甚至可實現(xiàn)節(jié)流與再次點火，從而在投送當量、彈道優(yōu)化和戰(zhàn)術(shù)機動上擁有更大的自由度。

這正是液體燃料系統(tǒng)的先天優(yōu)勢：把“能控性”留給了實時運行，而不是全部押在出廠那一把刀工上。前天不是講了洲際導(dǎo)彈的彈道設(shè)計嗎？在液體導(dǎo)彈飛行的時候就有更多的手段來維持彈道，而在固體導(dǎo)彈飛行的時候則是需要依靠更多的冗余量來修正彈道。這就導(dǎo)致了固體火箭發(fā)動機不僅僅得攜帶足夠的燃料飛全程，還得攜帶額外的燃料做修正。本身載荷比就顯著的降低了。

而且，洲際彈道導(dǎo)彈并不是為一個目標而準備的。我們并不會生產(chǎn)一枚導(dǎo)彈計劃到對方的一個城市。起初大俄設(shè)計過一批廉價的RT-2固體燃料三級洲際彈道導(dǎo)彈。

采取的就是為發(fā)射井中的每個RT-2導(dǎo)彈明確具體的打擊任務(wù)，其內(nèi)部的藥柱、推力設(shè)計、載荷都是針對于對手進行單獨設(shè)計。從1968年開始陸陸續(xù)續(xù)的部署了差不多60枚，但是發(fā)現(xiàn)這件事干不過！主要是國際風(fēng)云變化這種定制品趕不上趟。坊間傳聞（這個消息不太能作數(shù)只能給大家參考）在1969年、1973年美國有兩次大規(guī)模的軍事基地關(guān)停重組，幾百個軍事基地關(guān)門大吉被廢棄掉，致使已經(jīng)精確設(shè)定好目標的RT-2悲哀的失去了目標。這也就間接的導(dǎo)致大俄在1976年終止了RT-2的服役。實際這個傳聞也折射出早期固體推進劑洲際彈道導(dǎo)彈在可靠性、后勤與戰(zhàn)略適應(yīng)性上的尷尬局面。

到了2025年，六十年過去了，固體燃料洲際彈道導(dǎo)彈并沒有被丟進歷史垃圾堆——相反，各國把“預(yù)制菜”的短板當作硬骨頭啃，沿著推進劑、材料、工藝、檢測與系統(tǒng)集成幾條路同時下苦功?，F(xiàn)代固體推進劑不再是當年那種容易龜裂、能量密度低的配方了；通過化學(xué)配方的改良和復(fù)合金屬化處理，燃速更可控、比沖有所提升，且對溫度與老化的耐受性顯著增強，這讓長期服役成為可能，而不是定時炸彈式的隱憂。與此同時，藥柱的設(shè)計從簡單幾何走向復(fù)雜的數(shù)值優(yōu)化，非線性截面、多段點火與“預(yù)設(shè)燃燒調(diào)度”被用來把出廠時的推力曲線做得更接近任務(wù)需求，某種程度上把“事前雕刻”變成了一種可仿真、可驗證的工程變量，而不是靠手藝擺在那兒的孤品。

殼體與結(jié)構(gòu)材料也有了革命性的進步。高強度合金和纖維纏繞復(fù)合材料的引入，既減輕了結(jié)構(gòu)重量又提高了抗疲勞性能，讓固體電機在尺度放大時不那么懼怕應(yīng)力集中；同時間接推動了制造工藝的精細化，接頭與粘結(jié)工藝的可靠性直接關(guān)系到推進劑的安全性與一致性。更重要的是，無損檢測技術(shù)已經(jīng)把過去藏在推進劑內(nèi)部的“隱形缺陷”最大限度地揭示出來：超聲、X 射線/CT、聲發(fā)射等檢測手段結(jié)合統(tǒng)計過程控制，使得大規(guī)模鑄注不再完全靠經(jīng)驗和“工匠之眼”，而是可以用數(shù)據(jù)說話、用驗證去量產(chǎn)。

控制與可用性的改進并不只靠把推進劑做得更好。鑒于固體在運行時無法像液體那樣隨意節(jié)流或關(guān)斷，工程師們把工作重心放在兩個方向：一是通過更精確的推力矢量控制和可動噴管等手段，把姿態(tài)與彈道修正的能力向系統(tǒng)級轉(zhuǎn)移；二是通過段間設(shè)計和分段點火技術(shù)，賦予固體運載體在一定程度上的階段性能量釋放，從而在任務(wù)靈活性上縮小與液體發(fā)動機的差距。此外，更小型化的慣導(dǎo)、衛(wèi)星制導(dǎo)與末段機動裝置集成到分彈頭與 MaRV 設(shè)計中，讓固體導(dǎo)彈可以憑借更高的命中精度在當量不足時仍然取得戰(zhàn)略效果。

不過，發(fā)現(xiàn)沒有，這些解決了的問題其實都是液體燃料洲際彈道導(dǎo)彈先天具備的優(yōu)勢。換一個話術(shù)其實咱們就可以說清楚了——固體燃料洲際彈道導(dǎo)彈花了幾十年的時間終于站在了和液體燃料洲際彈道導(dǎo)彈差不多的起跑線上。

但是，站在相同起跑線上真的就能匹敵液體燃料彈道導(dǎo)彈了嗎？并沒有！

大多數(shù)固體洲際彈道導(dǎo)彈需要由彈道導(dǎo)彈發(fā)射車（TEL）運到發(fā)射位，這就受制于道路、橋梁、隧道、轉(zhuǎn)彎半徑、通行高度與車輛軸載等一系列基礎(chǔ)設(shè)施極限。你想把直徑更大、長度更長、質(zhì)量更重的彈體裝上車，往往會因過寬過高過重而無法通過既有交通網(wǎng)，或需要專門改造道路與橋梁——這在戰(zhàn)時或野外部署時根本不可行。

再有，發(fā)射車的承載與機動性有沖突。為了多攜帶推進劑或更大載荷必須增加車輛的軸數(shù)和車體強度，但軸數(shù)越多、車隊越長、機動作戰(zhàn)的隱蔽性和轉(zhuǎn)場速度就越差，支援與維護成本也上升。簡單說：要么你做一輛巨無霸能帶更多彈頭，要么做多輛機動靈活的車能分散部署，兩者難兩全。

再次，結(jié)構(gòu)與熱力工藝上的限制。更大直徑的固體電機在鑄注和固化時工藝風(fēng)險顯著增加（裂紋、氣泡、粘結(jié)問題），殼體強度、溫控和無損檢測也更復(fù)雜。為了讓火箭既能承受運輸路況振動又能安全點火，設(shè)計上不得不留出額外的結(jié)構(gòu)裕度，從而進一步推高干重、壓縮有效載荷比。

這里就有一個例子了：美國的LGM-30民兵導(dǎo)彈，這是為什么“固體受運輸與發(fā)射方式限制”這個結(jié)論成立的最好注腳。民兵系列從 1960 年代開始列裝，整個系列走的是固體、井基、快速反應(yīng)的路線：把發(fā)射藥柱做好、裝進彈體、封存于發(fā)射井里，平時處于高度戰(zhàn)備狀態(tài)，宣布發(fā)射命令就能迅速點火投送。

但也正因為部署在井內(nèi)并需與發(fā)射井、掩體與地面支持系統(tǒng)匹配，民兵的尺寸和投送能力受到明顯限制。早期的尺寸決定了單枚彈體的“throw-weight”（可用來攜帶彈頭或多彈頭的總重量）低于當時那些體型更大的液體運載器。要想把更多當量或更多/更大彈頭塞進去，就必須讓井更大、地面設(shè)施更復(fù)雜，或犧牲機動性改為固定重型基地——這又把原本追求的生存性和分散部署優(yōu)勢抵消掉。

即便是現(xiàn)在美國在研制的LGM-35哨兵導(dǎo)彈也沒有具備“機動部署”“野外發(fā)射”的能力。

所以說，東風(fēng)-61先進嗎？的確先進！但要和東風(fēng)-5C爭C位則還需要再發(fā)展發(fā)展。不過，我們并不是沒有嘗試，例如東風(fēng)-31BJ不也慢慢的要搞一搞井射洲際彈道導(dǎo)彈了嗎？

也正因為如此，即便是我們看來先進20年的東風(fēng)-61導(dǎo)彈，無論是從射程或者載荷上來講，都會不及東風(fēng)-5C，但瓜無兩頭甜。即便都是洲際彈道導(dǎo)彈單挑某個具體特性來比都是有失公平的。

就像預(yù)制菜，能出餐快，保持一致口味道，但要要求“鍋氣”就除非得搞科技和狠活了。同樣，“大廚現(xiàn)炒”，你就得等時長，道理都是一樣的。