臺“霍克”導彈為什么會爆炸？

安子行

2017年6月22日，臺軍在屏東九鵬基地實施聯合精準飛彈射擊操演時，兩枚“霍克”防空導彈偏離方向當場爆炸，這一情況一經媒體披露即在島內引起巨大反響。在發生“雄風”3誤射、“標準”導彈碰裂一系列事件后，此次“霍克”導彈偏航爆炸再次引發外界對臺現有武器狀態和維護水平的廣泛質疑。那么，“霍克”導彈的固體火箭發動機構造是怎樣的？火箭固體燃料的選擇又有什么樣的要求？這次“霍克”導彈為什么會偏航爆炸呢？

“霍克”防空導彈發射爆炸情況

目前“霍克”導彈是臺軍的主力防空導彈武器，其導彈陣地沿臺島環形部署，擔負島上中程防空任務。今年6月22日早上8點，臺軍在屏東縣九鵬試驗基地進行“霍克”導彈實彈發射時，2枚“霍克”導彈在發射后發生爆炸，爆炸區域為管制地區，未造成人員傷亡。外界猜測此次事件將對臺軍防空導彈更新產生一定影響。

為了及時消除影響，臺軍召開記者會聲稱，這些導彈按照美軍規范定時維修，質量沒有問題，但很快承認由于導彈發動機藥柱變質導致側燃，使導彈偏離軌道，導彈啟動自毀裝置引爆。對于這一解釋，九鵬地區民眾并不買賬，他們認為明知導彈老化仍堅持打靶，是沒有將周邊民眾生死放在眼里。實際上，在明知“霍克”導彈超期服役導致部件老化危險的情況下，臺軍仍組織該型導彈的操演實屬無奈。

“霍克”防空導彈的引進與部署

“霍克”導彈為全天候、超音速、中程地空導彈，可以攔截飛機、飛航導彈和戰術彈道導彈，主要用于要地防空，也可用于野戰防空。1951年前后，美國決定發展機動性能好的中、低空反飛機導彈系統，由美國國防部委托美國陸軍導彈司令部負責研制，主承包商為雷錫恩公司，1954年7月開始研制，1958年基本定型投產，1960年初開始裝備部隊，代號為MIM-23A。為使“霍克”跟上戰場變化，美國緊接著開始了對“霍克”的改進，改進型代號為MIM-23B，1964年提出方案，1969年6月生產，1972年11月裝備部隊。臺軍自1964年購進大量1、2型“霍克”導彈，1995年開始第三代改進型“霍克”導彈的改裝工作，對導引頭和電子系統進行了改造，并未對發動機等進行更新。

“霍克”3型防空導彈最大射程約45千米，部署中以連作為獨立火力單元。1個“霍克”3連包括6部牽引式3聯裝發射車、1部搜索雷達和1部火控雷達，臺軍現有約13個“霍克”3導彈連環島部署。此次試驗演訓的九鵬基地是臺軍各式導彈和火箭武器的試驗、組裝及研制基地，是島內唯一的導彈試射場，被臺軍稱為“亞洲最大的導彈基地”。臺軍也計劃用自研的“天弓”3型防空導彈替換全部“霍克”3導彈，但由于“天弓”3進度緩慢，至少還需要3～5年才能“堪用”，因此已經老化的“霍克”3導彈不得不堅持服役參加例行操演。那么，臺軍對導彈發動機藥柱變質的解釋是否靠譜？這些問題要從“霍克”導彈的發動機談起。

“霍克”導彈發動機的結構與原理

“霍克”導彈發動機的設計發展大致經歷了兩個階段，在這兩個階段分別采用了不同的結構設計，其也反映了固體火箭發動機技術的發展。

結構改進典型的固體火箭發動機通常有五個主要部分：燃燒室、噴管、藥柱、藥柱支承裝置和點火裝置。其中，燃燒室是容納裝藥并供藥柱燃燒的地方；藥柱支承裝置包括頭部彈性支持件等，它們在燃燒室內對藥柱起支持和固定的作用；點火裝置是在發動機起動時，首先點燃，為藥柱的燃燒造成必要的壓力和溫度；噴管可使燃燒后產生的氣體進行膨脹加速。

早期的“霍克”導彈發動機采用串聯裝藥內孔燃燒的M22E7型雙推力火箭發動機，1959年后改為同心裝藥的M22E8型，燃燒時間25～32秒。發動機中間的點火系統為電起爆裝置，它裝有機械式安全與解除保險裝置。1964年美國在基本型“霍克”的基礎上開始研制改進型“霍克”，動力系統換成M112型雙推力固體火箭發動機，隨后的多個改進型都采用M112型發動機。該發動機主承包商為航空噴氣通用公司，為一種單室雙推力發動機，長2.78米，直徑為0.356米，總質量為395千克，攜帶295千克的聚氨酯固體燃料。發動機經過改進后，體積減小而推力有所增加，巡航工作時間也加長，射程從基本型的32千米增加到40千米。

工作原理“霍克”導彈作為防空導彈主要用于快速攔截敵機。為了使它能既快又準地摧毀目標，最早通常都采用雙推力發動機的兩級火箭結構。第一級為推力大而工作時間短的助推器（也稱起飛發動機），第二級為推力較小而工作時間較長的主發動機（也稱續航發動機）。這種兩級火箭結構有可分離的和不可分離的兩種。射程遠的高空防空導彈常采用可分離結構，射程近的低空和超低空導彈常采用不分離結構，亦即采用雙推力發動機。過去防空導彈主發動機多采用液體火箭發動機，而目前一般采用固體火箭發動機，這就使兩級結構有可能融為一體，但仍需同時具備起飛和續航推動兩種能力。通常續航發動機要一直工作到導彈擊中目標時為止。

最初的導彈發動機雙推力設計通常采用雙室結構，起飛發動機室在后，續航發動機室在前，兩者共用殼體，用中間底將它們分開。起飛發動機通常采用燃燒速度較快的內燃藥柱（即從燃藥柱中心向外側燃燒），續航發動機則常采用推力小但燃燒速度穩定的端燃藥柱（即從藥柱的末端向前端燃燒）。有時為解決續航發動機的排氣問題，還會采用帶長尾導管的噴管結構，尾導管內有絕熱襯層。起飛發動機則采用與彈軸成一定夾角的傾斜噴管。

高空防空導彈的主發動機常采用鑄裝低燃速的內燃藥柱或鑄裝的、高燃速的端長尾導管的噴管結鉤。助推器則通常采用自由裝填的內外燃藥柱或鑄裝的高燃速內燃藥柱的結構形式。前者可在一個燃燒室內裝填多根藥柱，故又稱單燃燒室式，后者則采用多燃燒室。低空和超低空防空導彈發動機多為雙推力發動機。起飛級的推力主要由星形藥柱來提供，采用鑄裝式結構；續航級的推力則由含細銀絲的端燃藥柱來提供。燃燒室殼體內壁用絕熱層來防護，兩級藥柱由中間點火器同時點燃。

“霍克”導彈采用了單室雙推力發動機，使用了兩種固體燃料，兩種燃料先后燃燒，產生不同的推力。此次臺“霍克”導彈在發射后很快偏航，那么，助推藥柱發生了什么異常會導致藥柱側燃而被引爆呢？這就要從導彈固體火箭發動機的燃料選擇說起。

導彈固體發動機的燃料選擇

“霍克”導彈的助推劑燃料主要是聚氨酯類固體燃料，那么，“霍克”導彈為什么要使用這種燃料？總的來看，影響固體燃料選擇的因素主要有以下幾種。

能量特性通常來說，遠程火箭用的發動機應采用能量盡量高的推進劑，如高能復合推進劑和改性雙基推進劑，近程火箭可選用能量稍低，而其它性能優越（如經濟性好，可大量、連續生產，貯存性能好）的推進劑，如一般雙基推進劑。“霍克”導彈采用的聚氨酯類就屬于高能量燃料，其可以使“霍克”導彈在確保體積不增大的情況下，發射后很快達到所需要的速度和高度。

燃燒特性導彈助推器推力大，工作時間短，要求高燃速的推進劑，而主發動機推力中等，工作時間長，要求燃速低的推進劑。為此，科研人員通過燃料配比設計使推進劑的燃速可以調節。例如，對于一般雙基藥可用加入燃燒催化劑和改變其含量的方法來調節燃速；復合藥和改性雙基藥可以采用加入燃燒催化劑和改變其含量的方法來調節燃速，又可以用改變氧化劑顆粒大小和顆粒匹配的方法來調節燃速。因此，復合藥和改性雙基藥的燃速通常有較寬的可調范圍，可在不同場合下使用。不過對于固體火箭發動機燃料來說，增大燃速比降低燃速易于實現。

力學特性固體火箭發動機燃料的力學特性包括燃料藥柱的延伸率、抗拉強度、抗壓強度和松弛量等。通常情況下，推進劑的延伸率在低溫下最低，而機械強度則在高溫下最低。因此，應以低溫下的延伸率和高溫下的機械強度來評定推進劑的力學特性。一般來說，雙基藥和改性雙基藥的低溫延伸率是低的，但高溫下具有高的機械強度。復合藥在低溫下通常具有相當高的延伸率，但高溫下的機械強度卻較低。這一特性看似復雜，實際與發動機燃料的加工制造和維護使用密切相關。其可能造成燃料柱受到撞擊震動、熱脹冷縮和濕度變化而發生變形，甚至斷裂，特別是有些斷裂可能發生在燃料柱內部而被忽略，這種機械裂紋對其燃燒過程控制危害非常大。

危險特性雙基藥和改性雙基藥的危險性屬于同一類，它們通常具有燃燒性能，可以引爆，其主要成分之一是硝化甘油，它是一種烈性炸藥，在生產過程中危險性較大。復合藥安全性優于雙基藥。它們通常只具有燃燒性能，然而其氧化劑有可能發生爆轟反應。含鐵的推進劑燃燒產物有劇毒，通常只在遠程導彈的末級上考慮采用。雙基藥和改性雙基藥沖擊感度高，而復合藥沖擊感度低。但復合藥的摩擦感度卻高于雙基藥。可見每種燃料都有自己的危險特性，這可能造成使用和維護中的要求不盡相同。

雙基藥可以大量連續生產，通常有長期生產的工業基礎，因此它的價格通常比復合藥低。

除此以外，在選擇推進劑時還可能提出無煙、易于點燃等要求。可見，每一種推進劑都難以同時滿足上述全部要求，只能根據主要要求來選擇。總的來看，雙基燃料推進劑一是可連續、大量生產，二是機械強度高，三是火焰溫度低，四是長期貯存有良好的安全性，五是對潮濕環境不敏感，因此在各種小型發動機和小型戰術導彈上得到了廣泛應用。復合燃料推進劑一是能量比較高，二是可直接澆注在燃燒室殼體內，因而能夠制造出大直徑的藥柱，三是燃速可以在較寬的范圍內調節，四是火焰溫度比雙基藥高，但比改性雙基藥低，易于解決材料問題，五是燃燒室壓力低，殼體輕，六是推進劑在低溫下仍有相當好的力學特性等等。因此，它在各類戰術導彈和遠程戰略導彈中獲得了廣泛的應用。

由此可見，“霍克”導彈采用的聚氨酯類復合燃料屬于較為先進的固體燃料類型。這種推進劑在常溫和高溫下有良好的力學特性，但低溫力學特性較差，且對濕氣敏感。除了“霍克”導彈外，許多導彈都采用了這種推進劑，如美國的“民兵”、“北極星”、“大力神”等洲際彈道導彈。雖然“霍克”導彈采用的這種燃料有諸多優點，但是其在長期頻繁戰備周轉和較長服役時間的情況下，機械性難以得到保證，臺灣地區的高濕環境對聚氨酯類復合燃料的濕度敏感性也是極大考驗，對臺軍的維護保養也提出了更高要求，因此燃料異常情況在所難免。

導彈固體發動機的燃料維護

經過長期儲存，導彈固體火箭發動機中的燃料質量和性能又如何檢查，以便維護和篩選呢？在實踐中，這種檢查方式有物理的、化學的等很多種，但最常見和較為可靠的有以下幾種。

取樣檢測這是最常見和可靠的檢查方式，通常定期從導彈燃料中取樣，送往化學實驗室化驗進行組分和性態分析評估，這種方式需要打開燃料柱包覆，并提取足夠的化驗樣品，雖然這種方式可靠直觀，但是其有時需要暴力破壞，導致被檢燃料柱無法繼續使用，因此這種方式無法覆蓋到每枚導彈。在“霍克”導彈檢測中臺軍也大量使用抽檢取樣方式。

整彈抽檢這種方式也較為常見和簡單，主要是從考察對象中抽取一定數量的樣品進行實彈打靶，再通過期望計算得到整批次產品的質量狀況預測。美國和俄羅斯每年都進行大量的導彈發射，除了訓練以外，很大因素就是檢測庫存導彈的儲存狀態。

透視檢查X光檢查就是不破壞導彈燃料藥柱包覆而通過X光來檢查固體燃料內部結構，避免發生斷裂和裂紋。

試驗失敗的原因分析

服役時間過長導致燃料變化臺軍從上世紀80年代后開始引進“霍克”3防空導彈，該導彈大部分是從60年代就服役的“霍克”1改進而成，而火箭發動機燃料并未更新，也就是說該導彈的燃料生產時間至今已達40余年，而固體燃料導彈壽命只有10～20年，且需要對儲存溫度、濕度、存儲狀態等精心控制，例如，導彈儲存中需要定期翻滾調整放置方向，以避免因重力影響導致藥柱變形或內部包覆物粘連等。此外，由于該導彈年代久遠，相關部件也不再生產，臺軍為維持“霍克”導彈運行，在相關零部件欠缺的情況下，將部分導彈拆解，用拆解零件來維持其余導彈的戰力。雖然臺軍也在一直升級該型導彈，但整體狀況堪憂。實際上早在2007年5月的“漢光”演習中，就發生過“霍克”導彈發射后失控墜地起火的情況，還曾發生過臺軍“漢光”演習展示中“霍克”導彈連續兩枚脫靶的情況，其中1枚離架后就墜地，并發現導彈有裂痕；而此前還發生過導彈回轉飛向記者觀禮臺的情況。而從報道看，此次“霍克”導彈剛發射就開始不規則飛行，應該是燃料化學性質變化導致燃速不穩定。

演練頻繁導致燃料柱開裂由于“霍克”導彈系統不斷輾轉島內各陣地值班，導彈系統頻繁野戰機動并展開和撤收，發生機械振動和撞擊，加之“霍克”導彈的固體復合燃料對潮濕環境不適應，都可能造成燃料藥柱的變形和內部的斷裂和裂紋。臺軍使用X光透視檢查只是抽樣，并不能全部覆蓋，而且這種透視檢查對于超期服役時間近1倍的導彈來說檢測可靠率并不高。而這種開裂或裂紋現象對固體燃料導彈是致命的。“霍克”導彈發動機采用了兩種燃料同心圓設置，即燃燒面從內向外擴展，而燃燒面一旦遇到裂紋馬上變成新的燃燒面，使發動機燃燒室內壓力迅速擴大失控，甚至爆炸。實際上此次“霍克”偏航爆炸很可能是由燃料藥柱開裂造成的。

維護紀律渙散，導致缺陷發動機難以剔除實際上各國固體燃料導彈發動機發生性態變化和燃料藥柱開裂的情況都有，關鍵是采用嚴格的檢核程序和技術及時剔除問題發動機。但是從臺軍近期情況看，在信仰迷失和紀律渙散的情況下，再嚴格的程序規范都形同虛設。2008年4月曾發生由于未按正常保養程序操作，導致1枚“霍克”導彈掉落地面，所幸導彈未處于發射狀態，掉落地面受到重擊也沒有引爆，但兩面主翼刮損，1面尾翼掉落，鼻錐的雷達天線罩尖端破損，導致導彈無法修復而報銷。媒體透露這是當時“霍克”導彈部隊半年內發生的第3起因未按程序操作所發生的意外。除“霍克”外，臺軍其它導彈事故也從未間斷。2016年7月1日，臺軍“金江”號巡邏艦在進行演習時，就曾誤射1枚“雄風”3型反艦導彈。2017年1月，臺軍1枚“標準”2導彈彈頭罩開裂，臺軍宣稱不會影響導彈性能。除在導彈維護保養上管理混亂外，臺軍的軍紀水平也令人堪憂。在這種情況下發生“霍克”導彈事故并不意外。