很多粉絲最近一直發(fā)信息來(lái)問(wèn)“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(lái)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(shí)際上，按照最近比較火的話題來(lái)說(shuō)，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(lái)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(dòng)機(jī)導(dǎo)彈和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)彈的區(qū)別。

先站個(gè)隊(duì)——無(wú)論任何時(shí)候，W君都會(huì)認(rèn)為液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)要比固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(lèi)型的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，我們得先從最基本的火箭方程來(lái)說(shuō)起了?；鸺匠瘫旧硎遣粎^(qū)別發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型的。

這是典型的火箭方程，說(shuō)的是速度的改變（Δv）和三個(gè)參數(shù)有關(guān)，燃?xì)鈬姵龅乃俣龋╲?）、火箭整體的初始質(zhì)量m?和最終質(zhì)量mf，也就是說(shuō)v?越大，在一段時(shí)間內(nèi)消耗的質(zhì)量越多火箭的速度改變?cè)酱?。這個(gè)公式脫胎于動(dòng)量守恒公式，可以為火箭一段飛行的過(guò)程中的速度改變提供最基本參考。

但是，這個(gè)公式并不應(yīng)用于真正的火箭控制中。原因也很簡(jiǎn)單——根本就沒(méi)有人去測(cè)試火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴出來(lái)的燃?xì)獾膶?shí)時(shí)速度，因此，在標(biāo)準(zhǔn)火箭方程上我們得進(jìn)行再加工，引入比沖的概念（I??）。

比沖（Specific Impulse, I??）是火箭推進(jìn)效率的核心指標(biāo)，定義為發(fā)動(dòng)機(jī)單位推進(jìn)劑重量在標(biāo)準(zhǔn)重力下能產(chǎn)生的推力持續(xù)時(shí)間，單位是秒。這里就有人會(huì)疑惑了，討論燃料效率不是得用牛頓、公斤、再不濟(jì)得用個(gè)速度m/s嗎？干嘛得用秒？其實(shí)比沖的定義就是用來(lái)擬合標(biāo)準(zhǔn)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(shuō)明同樣燃料能產(chǎn)生更多沖量，代表發(fā)動(dòng)機(jī)越高效。

在現(xiàn)實(shí)的工程中，我們?nèi)绻麃?lái)測(cè)試火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通常是上測(cè)試臺(tái)。在測(cè)試臺(tái)上可以測(cè)到的數(shù)值有兩個(gè)第一個(gè)是火箭的推力，第二個(gè)則是消耗的燃料質(zhì)量。當(dāng)然了，也以有限度的測(cè)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(dú)噴口燃?xì)馑俣冗@個(gè)沒(méi)法測(cè)量。

原因很直白：噴口內(nèi)外的氣體流動(dòng)是高溫、高壓、高速湍流，既沒(méi)有傳感器能穩(wěn)定放進(jìn)去“測(cè)速”，也不可能在出口直接用激光測(cè)速去得到平均有效速度，甚至你放一些測(cè)速標(biāo)記物你也只能測(cè)出標(biāo)記物的速度而不是真實(shí)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴出燃?xì)獾乃俣取?/p>

但我們可以計(jì)算推導(dǎo)，這個(gè)過(guò)程主要是依靠發(fā)射臺(tái)上所獲取的推力數(shù)據(jù)和燃料消耗來(lái)計(jì)算的。

但是，為什么不直接用這里的等效v?呢，這個(gè)數(shù)據(jù)其實(shí)并不可靠。它的問(wèn)題在于，這個(gè)數(shù)值只是平均化的代替量，并不能代表噴口里真實(shí)而復(fù)雜的速度場(chǎng)。噴管出口是一個(gè)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(shí)際速度是一個(gè)場(chǎng)量，不是一個(gè)干凈的數(shù)。用動(dòng)量守恒算出來(lái)的“等效速度”只是把這些亂七八糟的因素壓縮進(jìn)一個(gè)方便算賬的符號(hào)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(guò)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?？刂葡到y(tǒng)真正依賴(lài)的，是燃燒室壓力、燃料閥門(mén)開(kāi)度、流量傳感器這些可實(shí)時(shí)測(cè)量和可調(diào)控的參數(shù)，而不是去追著一個(gè)虛擬的“速度”做閉環(huán)。

這時(shí)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(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。工程上將這個(gè)過(guò)程叫做“歸一化”，于是：

于是就出現(xiàn)了I??這個(gè)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(shí)際上是這樣的：

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

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

前面我們提到了用“推進(jìn)劑質(zhì)量”而不是“推進(jìn)劑動(dòng)量”來(lái)滿足火箭在飛行時(shí)的控制需求，那么問(wèn)題來(lái)了，什么更容易被控制質(zhì)量呢？是“液體”！而非“固體”！在控制過(guò)程中我們只需要調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)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(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑質(zhì)量。如果是固體呢？我們有大國(guó)工匠！

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的“推力調(diào)節(jié)”，說(shuō)白了就是靠藥柱（grain）截面設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不同截面形狀決定燃燒時(shí)燃燒面積隨時(shí)間的變化，從而決定推力隨時(shí)間的曲線：有的設(shè)計(jì)讓燃燒面積逐步增大以獲得爬升期大推力，有的設(shè)計(jì)保持近恒面積以輸送穩(wěn)定推力，還有的設(shè)計(jì)先大后小以滿足復(fù)雜任務(wù)需求。換句話說(shuō)，固體發(fā)動(dòng)機(jī)把“推力曲線”預(yù)先刻在推進(jìn)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(lài)于高精度制造與嚴(yán)格的質(zhì)量保證：推進(jìn)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(huì)影響實(shí)際燃燒行為。即便是“有大國(guó)工匠”的精細(xì)雕刻，也無(wú)法完全消除固體推進(jìn)劑固有的脆弱性——對(duì)裂紋、夾雜、老化的高度敏感使得設(shè)計(jì)往往需要留出較大的安全裕度，進(jìn)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(bǔ)償手段是有限的：分段點(diǎn)火、雙通道或多箱并聯(lián)、以及在飛行器級(jí)上用推力矢量控制和氣動(dòng)舵面來(lái)修正軌跡——但這些辦法更多是補(bǔ)救與迂回，并不能把“運(yùn)行時(shí)可調(diào)性”做到像液體那樣自然、直接。

這點(diǎn)就像我們開(kāi)車(chē)一樣。液體火箭就像是一輛靈敏的車(chē)，踩一腳油門(mén)就立刻加速，踩一腳剎車(chē)馬上減速，油門(mén)深淺還能精細(xì)調(diào)節(jié)，駕駛員隨時(shí)掌控。

固體火箭則完全不同，更像是一輛發(fā)動(dòng)機(jī)功率已經(jīng)鎖死的車(chē)，你一旦掛擋起步，它就全油門(mén)沖出去，中途既沒(méi)法松油門(mén)，也沒(méi)法輕踩剎車(chē)，只能靠方向盤(pán)或外部手段來(lái)修正路線。這就是固體的先天限制：推力曲線在點(diǎn)火前就已經(jīng)寫(xiě)死了。

所以說(shuō)，從推力控制角度來(lái)看，采用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的東風(fēng)-61就是一盤(pán)“預(yù)制菜”：事先雕好藥柱，點(diǎn)火之后推力曲線全靠出廠時(shí)的工藝來(lái)決定。它的優(yōu)點(diǎn)是上桌快、隨時(shí)可用，放在戰(zhàn)場(chǎng)上就是“隨叫隨發(fā)”的靈活牌。缺點(diǎn)也很明顯——你想加點(diǎn)火候或者臨時(shí)收一收味道？對(duì)不起，已經(jīng)寫(xiě)死了。反觀東風(fēng)-5C，那就是“大廚現(xiàn)炒”，通過(guò)閥門(mén)、泵速和腔壓在運(yùn)行中微調(diào)推力、調(diào)整燃燒節(jié)奏，甚至可實(shí)現(xiàn)節(jié)流與再次點(diǎn)火，從而在投送當(dāng)量、彈道優(yōu)化和戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)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(shì)：把“能控性”留給了實(shí)時(shí)運(yùn)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(jì)嗎？在液體導(dǎo)彈飛行的時(shí)候就有更多的手段來(lái)維持彈道，而在固體導(dǎo)彈飛行的時(shí)候則是需要依靠更多的冗余量來(lái)修正彈道。這就導(dǎo)致了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)目標(biāo)而準(zhǔn)備的。我們并不會(huì)生產(chǎn)一枚導(dǎo)彈計(jì)劃到對(duì)方的一個(gè)城市。起初大俄設(shè)計(jì)過(guò)一批廉價(jià)的RT-2固體燃料三級(jí)洲際彈道導(dǎo)彈。

采取的就是為發(fā)射井中的每個(gè)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(jì)、載荷都是針對(duì)于對(duì)手進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。從1968年開(kāi)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(guò)！主要是國(guó)際風(fēng)云變化這種定制品趕不上趟。坊間傳聞（這個(gè)消息不太能作數(shù)只能給大家參考）在1969年、1973年美國(guó)有兩次大規(guī)模的軍事基地關(guān)停重組，幾百個(gè)軍事基地關(guān)門(mén)大吉被廢棄掉，致使已經(jīng)精確設(shè)定好目標(biāo)的RT-2悲哀的失去了目標(biāo)。這也就間接的導(dǎo)致大俄在1976年終止了RT-2的服役。實(shí)際這個(gè)傳聞也折射出早期固體推進(jìn)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(guò)去了，固體燃料洲際彈道導(dǎo)彈并沒(méi)有被丟進(jìn)歷史垃圾堆——相反，各國(guó)把“預(yù)制菜”的短板當(dāng)作硬骨頭啃，沿著推進(jìn)劑、材料、工藝、檢測(cè)與系統(tǒng)集成幾條路同時(shí)下苦功?，F(xiàn)代固體推進(jìn)劑不再是當(dāng)年那種容易龜裂、能量密度低的配方了；通過(guò)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(duì)溫度與老化的耐受性顯著增強(qiáng)，這讓長(zhǎng)期服役成為可能，而不是定時(shí)炸彈式的隱憂。與此同時(shí)，藥柱的設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單幾何走向復(fù)雜的數(shù)值優(yōu)化，非線性截面、多段點(diǎn)火與“預(yù)設(shè)燃燒調(diào)度”被用來(lái)把出廠時(shí)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(yàn)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(jìn)步。高強(qiáng)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(jī)在尺度放大時(shí)不那么懼怕應(yīng)力集中；同時(shí)間接推動(dòng)了制造工藝的精細(xì)化，接頭與粘結(jié)工藝的可靠性直接關(guān)系到推進(jìn)劑的安全性與一致性。更重要的是，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)把過(guò)去藏在推進(jìn)劑內(nèi)部的“隱形缺陷”最大限度地揭示出來(lái)：超聲、X 射線/CT、聲發(fā)射等檢測(cè)手段結(jié)合統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制，使得大規(guī)模鑄注不再完全靠經(jīng)驗(yàn)和“工匠之眼”，而是可以用數(shù)據(jù)說(shuō)話、用驗(yàn)證去量產(chǎn)。

控制與可用性的改進(jìn)并不只靠把推進(jìn)劑做得更好。鑒于固體在運(yùn)行時(shí)無(wú)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(gè)方向：一是通過(guò)更精確的推力矢量控制和可動(dòng)噴管等手段，把姿態(tài)與彈道修正的能力向系統(tǒng)級(jí)轉(zhuǎn)移；二是通過(guò)段間設(shè)計(jì)和分段點(diǎn)火技術(shù)，賦予固體運(yùn)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(dòng)機(jī)的差距。此外，更小型化的慣導(dǎo)、衛(wèi)星制導(dǎo)與末段機(jī)動(dòng)裝置集成到分彈頭與 MaRV 設(shè)計(jì)中，讓固體導(dǎo)彈可以憑借更高的命中精度在當(dāng)量不足時(shí)仍然取得戰(zhàn)略效果。

不過(guò)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有，這些解決了的問(wèn)題其實(shí)都是液體燃料洲際彈道導(dǎo)彈先天具備的優(yōu)勢(shì)。換一個(gè)話術(shù)其實(shí)咱們就可以說(shuō)清楚了——固體燃料洲際彈道導(dǎo)彈花了幾十年的時(shí)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(méi)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(chē)（TEL）運(yùn)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(chē)輛軸載等一系列基礎(chǔ)設(shè)施極限。你想把直徑更大、長(zhǎng)度更長(zhǎng)、質(zhì)量更重的彈體裝上車(chē)，往往會(huì)因過(guò)寬過(guò)高過(guò)重而無(wú)法通過(guò)既有交通網(wǎng)，或需要專(zhuān)門(mén)改造道路與橋梁——這在戰(zhàn)時(shí)或野外部署時(shí)根本不可行。

再有，發(fā)射車(chē)的承載與機(jī)動(dòng)性有沖突。為了多攜帶推進(jìn)劑或更大載荷必須增加車(chē)輛的軸數(shù)和車(chē)體強(qiáng)度，但軸數(shù)越多、車(chē)隊(duì)越長(zhǎng)、機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)的隱蔽性和轉(zhuǎn)場(chǎng)速度就越差，支援與維護(hù)成本也上升。簡(jiǎn)單說(shuō)：要么你做一輛巨無(wú)霸能帶更多彈頭，要么做多輛機(jī)動(dòng)靈活的車(chē)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(jī)在鑄注和固化時(shí)工藝風(fēng)險(xiǎn)顯著增加（裂紋、氣泡、粘結(jié)問(wèn)題），殼體強(qiáng)度、溫控和無(wú)損檢測(cè)也更復(fù)雜。為了讓火箭既能承受運(yùn)輸路況振動(dòng)又能安全點(diǎn)火，設(shè)計(jì)上不得不留出額外的結(jié)構(gòu)裕度，從而進(jìn)一步推高干重、壓縮有效載荷比。

這里就有一個(gè)例子了：美國(guó)的LGM-30民兵導(dǎo)彈，這是為什么“固體受運(yùn)輸與發(fā)射方式限制”這個(gè)結(jié)論成立的最好注腳。民兵系列從 1960 年代開(kāi)始列裝，整個(gè)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(jìn)彈體、封存于發(fā)射井里，平時(shí)處于高度戰(zhàn)備狀態(tài)，宣布發(fā)射命令就能迅速點(diǎn)火投送。

但也正因?yàn)椴渴鹪诰畠?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(lái)攜帶彈頭或多彈頭的總重量）低于當(dāng)時(shí)那些體型更大的液體運(yùn)載器。要想把更多當(dāng)量或更多/更大彈頭塞進(jìn)去，就必須讓井更大、地面設(shè)施更復(fù)雜，或犧牲機(jī)動(dòng)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(shì)抵消掉。

即便是現(xiàn)在美國(guó)在研制的LGM-35哨兵導(dǎo)彈也沒(méi)有具備“機(jī)動(dòng)部署”“野外發(fā)射”的能力。

所以說(shuō)，東風(fēng)-61先進(jìn)嗎？的確先進(jìn)！但要和東風(fēng)-5C爭(zhēng)C位則還需要再發(fā)展發(fā)展。不過(guò)，我們并不是沒(méi)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?yàn)槿绱?，即便是我們看?lái)先進(jìn)20年的東風(fēng)-61導(dǎo)彈，無(wú)論是從射程或者載荷上來(lái)講，都會(huì)不及東風(fēng)-5C，但瓜無(wú)兩頭甜。即便都是洲際彈道導(dǎo)彈單挑某個(gè)具體特性來(lái)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(shí)長(zhǎng)，道理都是一樣的。