导弹能用发射井,为何有的卫星和飞船却不用发射井?

导弹能用发射井,为何有的卫星和飞船却不用发射井?

火箭发射卫星或者宇宙飞船当然可以用发射井,但是没有必要,完全是浪费成本的行为,特别是许多国际商业卫星发射,使用发射井发射没有价格竞争力,而航天科研活动目前来说也没有抗打击的需求。

发射井作为陆基弹道导弹的主要发射方式之一,已经经过差不多60年的发展,技术成熟可靠。其出现和发展都是伴随着己方技术进步的动力和敌方导弹精度、威力提高的压力进行的,最主要的目的就是为了提高导弹的生存能力和设施的抗打击能力,显然和平年代火箭发射场并不需要这种能力且为此付出额外的成本代价和发射、维护局限。

从冷战之前到现在,自从发射井诞生以来,世界各导弹大国对其进行的研究和改进就从未停止过,而关于发射井的研究主要有以下几个方面:1、战争时期确保成功发射导弹;2、具备较好的隐蔽能力,防止敌方卫星侦查;3、和平时期,井内环境确保能够维持长期储存导弹所需的条件,并且能够担负值班任务;4、在遭受核打击的情况下,能够保证生存能力,继续履行发射任务,完成核反击。那么从发射井的几个主要研究内容来看,无一与卫星或者飞船所用火箭发射有关,处理第1条后半段(无论导弹还是火箭都要以确保发射成功为己任)以外。除了个别军事卫星以外,其他的火箭发射项目(商业卫星、科研卫星、飞船、空间站组件等)都是公开发射,无须隐蔽,甚至还要大肆宣传,一方面是为了提升自身国际航天大国形象,另一方面也是为了商业目的,以自己较高的发射成功率来争夺订单。

一开始,美苏两国的洲际弹道导弹发射都经历了从地面上到地下,抗力由低到高,防护级别由单一抗超压到综合核加固的发展过程。这里,任何工程一旦从地面转入地下就意味着成本的大幅提高(即使民用轨道交通,地面轻轨的造价也比地铁要便宜的多),而抗力的提高、防护级别的提升更是会大幅提高工程成本,这一点对于需要应对各种发射载荷、不同轨道要求的航天发射来说,更是吃不消的。但仅就发射而言,能够发射洲际导弹的发射井,当然也可以设计成发射火箭,这一点完全没有难度,毕竟洲际弹道导弹和运载火箭的技术很大程度上是相通的。因此,卫星和飞船的发射可以用发射井,但是没有这方面的需要,成本上也难以承受。

然后我们说点发射井相关的问题。在上世纪五十年代的时候,美苏两国的卫星侦查水平(基本谈不上)和导弹命中精度都很低。提高导弹发射设施的防护力还不是很迫切的问题。所以,这一时期的导弹基本都是地面储存、地面准备、地面发射。比如说美国的“宇宙神D”,平时矗立在地面上,战时临时加注推进剂,完全没有防护能力。后来,修筑了地面掩体,导弹平躺在掩体内,辅助设施均在周围地面上展开,掩体的抗体也只有0.14Kg/c㎡。发展到“宇宙神E”时,修建了地下掩体(注意,并非井式发射),掩体上表面与地面平齐,平时导弹平躺在掩体内,发射前打开掩体盖,导弹起竖,加注燃料,也就这样掩体的抗力就提高到了1.75Kg/c㎡。

以上无论是掩体还是将掩体上盖与地面修平,都还没有进入发射井阶段,直到五十年代末、六十年代初,美苏两国的洲际导弹才从“掩体阶段发展到地下井阶段”。但是,此时还属于导弹井下储存、井下准备、地面(井口)发射(如下图),比如说“宇宙神F、大力神I”等洲际导弹。此时的导弹虽然进入了地下井,但是不能在井下直接发射,需要打开井盖后用提升装置将导弹提升到地面上发射。这也是因为早期技术不足,导弹本身性能较低,所需发射辅助设施较多等原因所致。但是,此时的地下井设施已可以将抗力提高到7Kg/c㎡。

上世纪六十年代中期以后,由于美苏两国洲际弹道导弹的部署规模都达到了一定程度,相互之间的威胁大增,提高导弹防护能力的需求刻不容缓。而此时两国的导弹采用全惯性制导、固体/可贮存推进剂、辅助设施简化等技术进步也为发射井的设计提高了便利。此后,苏联和美国的SS-7、SS-8、大力神II、民兵I/II等洲际导弹,全都从井口发射变为发射井地下直接发射,大幅缩短发射准备时间,提高发射隐蔽性。此外,这一时期的发射井抗力也提高到21Kg/c㎡

此后一段时间内,虽然导弹发射井的抗力获得大幅度提高,但是由于六七十年代美苏等国的卫星分辨率和导弹精度仍然不高(美国当时卫星分辨率大约在2米以上,苏联SS-8导弹的命中精度也超过2公里)。据美国当时测算公布的数据,苏联若发射携带500万吨当量核弹头的SS-8攻击抗力为21Kg/c㎡的“民兵I”导弹发射井,摧毁概率远低于50%。所以,此时对于发射井仅仅是重视防冲击波超压,而综合防护能力还没有重视起来。

到了七十年代以后,鉴于洲际导弹集束式弹头、分导式弹头的发展,已经卫星侦查水平、导弹命中精度的提高,以及对核爆炸效应的研究进展,美苏开始重视“电磁脉冲、破片、地冲击波、核辐射”等对发射井的影响。因此,各国开始进行导弹发射井的加固工作,仅以美国为例,从七十年代初期开始,耗时8年,耗资10亿美元(七十年代币值),对全美1000个“民兵”导弹发射井进行“核加固”。

“民兵”导弹发射井的核加固工作包括:1、加强对地冲击波和空气冲击波的抗超压能力,发射井体抗力增加到140Kg/c㎡并配套减震装置,井盖抗力增加到72Kg/c㎡;2、提高电磁脉冲防护能力,在发射井与发射控制室之间设置中间接地环带,配置高灵敏传感器和脉冲检测仪,可以在电磁脉冲到来前暂时断开关键电路;3、提高核辐射防护水平,井盖加厚25公分以上,并在混凝土中掺入“硼”以吸收中子;4、在发射井盖周边设置碎片收集装置,提高抗破片能力。从此,发射井进入了不仅具备抗超压能力,也具备了核防护能力。

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