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导弹的“保质期”有多长?

 369蓝田书院 2016-05-20

导弹和巧克力有相似的地方:它们履行使命牺牲自身的过程短暂而又令人印象深刻。在这个辉煌的时刻到来之前,它们都要经历一长段时间的等待。对巧克力而言,在这段时间里,阳光、空气、水、尘土、细菌等联合起来与它作对,不断降低它的口感和食用安全性,到最后量变引起质变,贮存过久的巧克力被判定为“过期产品”,被剥夺履行使命的权利。导弹等待的时间则要长得多。出于研发和测试的需要,有些导弹在出厂前就已经贮存了数年之久,更不用说那些在地下发射井中一待就是20多年的战略核导弹了。

导弹的保质期一般有多长

通常,导弹的“保质期”被称为“贮存期”,是指在规定的条件下贮存后,仍能以较高的概率达到该型导弹设计时的战术技术指标的时间长度。不同的导弹生产商对导弹贮存期的标示略有不同。小火箭在这里将与大家细细说明。



有的会给出一个贮存期范围:“响尾蛇”导弹的贮存期为7到10年、英国“长剑”地空导弹为5到10年。





有的则明确给出贮存期限:意大利的“阿斯派德”多用途导弹的贮存期为5年、英国“海标枪”导弹为8年、瑞典的RBS-70导弹给出的贮存期为15年(对于一款便携式防空导弹来说,该款导弹的贮存期可谓是足够长了)。



有的则严格按照贮存期的定义来描述,将贮存期和表示可靠性的数值放在一起:俄罗斯S-300、S-400防空导弹标示为“本弹贮存期为10年,在10年内无需进行任何检测。在第10年年底检测可靠性为0.90,发射成功率为0.80。允许每年进行5次检测。”

实际上,这些贮存期起着类似巧克力包装上写的“在此日期前食用最佳”的作用,用来提醒该产品能够在多长的时间内保持最佳状态。相对于导弹的真实状况,贮存期标示的时间是偏保守的。即使过了贮存期,如果导弹的存放条件比较好的话,理论上还是可以使用的,只不过导弹的可靠性会有所下降。

与巧克力不同的是,导弹是一个由许多不同材质的零部件组装起来的复杂系统,用一个数值来描述整枚导弹的贮存期实在是过于笼统。导弹的使用者和维护者需要掌握每个零部件的具体贮存期。有些零件的贮存期较短,成为了拉低全弹贮存期的短板。如果能够定期对这些零件进行检修和更换的话,导弹的贮存期就会相应增加,这就形成了标定的贮存期和真实的使用寿命之间的差别。



以“海标枪”导弹为例。1973年该弹装备部队,1982年英国和阿根廷爆发了马岛冲突,英国海军用该型导弹击落了阿根廷军方5架飞机和1架直升机。贮存期标示为8年的导弹如何在9年后仍具有不错的作战效能的呢?我们展开来看“海标枪”导弹主要零部件的贮存期就能发现原因。该弹的前弹身、液压系统、电气系统、加速度计、制导系统电源等部件的贮存期为15年,中弹身、后弹身、陀螺仪、引信和战斗部的贮存期为10年,也就是说该弹的主要结构件和制导控制系统的贮存期都在10年以上。而助推发动机、燃气发生器、助推器分离爆炸螺栓的寿命均不足8年。可见,只要在适当的时候更换超过贮存期的零部件,“海标枪”导弹是能够有效服役10年的。(上面的照片摄于1982年11月1日的英国加的夫驱逐舰。)

这种通过替换易坏零件来逐步延长整个系统贮存期的做法多见于上世纪50年代至70年代中期研制的导弹上。在那个设计水平和加工工艺水平都极为有限的年代里,对可靠性已大幅降低的零部件进行修修补补能有效地提高全系统的使用寿命。但是,这种做法的缺点是很明显的:需要制订一整套维护检测时间表,以保证能够及时更换状态不良好的零部件。这大大增加了导弹的使用成本。“海标枪”导弹每隔26个月就要进行一次规模比较大的检修。装在弹上的点火器最多使用3年就需要换一个新的才能保证有较高的可靠性。如果把点火器从导弹上拆下来放到专门的地方妥善保管的话,可以存放6到7年。因此,那个年代的很多战术导弹在平时都是散开存放的。不利于在弹上长期放置的零部件被单独存放在专用的储箱里,等轮到战备值班的时候再安装回弹体。

可见,“海标枪”导弹标定的8年贮存期是个比较模糊的数据。虽然大部分结构件在8年后仍能使用,但是在这8年期间,维护检测人员要定期检修导弹,按照时间表更换一系列的零部件。如果有26个月以上的时间没有好好对导弹进行测试检查的话,就难以确保导弹能够继续有效使用。这种情况代表了这一时期大多数战术导弹的情况:平时花大力气保养,战时预热时间长,实在是难以让人省心。



S-300导弹“在10年内无需进行任何检测”的设计是比较贴心的。以S-300为代表的可在很长时间内保持战备状态的导弹从上世纪70年代开始迅速成为各个战术导弹设计部门追求的目标。这些导弹可以在发射阵地上一站就是10年。在这10年中,导弹可以随时进行发射。当然,这种导弹也需要检查。但这种所谓的检测只不过是在发射前很短的时间内对弹上关键系统的一轮点名,类似于开启家用电脑时的系统自检,而早期导弹的检测则相当于把电脑机箱拆开,对内存主板显卡进行一番大卸八块式地排查,而且还要随时做好因检测而弄坏机器的心理准备。可见,同样是标定10年的贮存期,实际使用情况却会大相径庭。

导弹是如何“变质”的



老化和损坏是不可避免的,越是复杂的系统越是愿意去证明热力学第二定律的正确性。组成导弹的零部件有金属、塑料、橡胶等不同材质。金属材料在与周围介质接触的时候,会因为化学作用而遭到腐蚀。而焊接、热处理、铸造、切削等加工工艺会给导弹弹体残留下热应力、相变应力和形变应力等。这些应力会和腐蚀介质产生协同作用加速金属构件的损坏。塑料在紫外线、臭氧、微生物等因素的刺激下会加速老化。而作为密封材料使用的橡胶的老化则会引发多种多样的问题。橡胶在状态良好的时候会有较高的弹性,能充分发挥提供预紧力和密封压力的作用。但是,在盐雾、微生物、推进剂挥发物、辐射以及高温的影响下,橡胶会逐步老化从而失去部分弹性。这就会引起高压容器漏气、伺服机构漏油、燃料箱漏液(简称“三漏”)的现象。在潮湿环境中(如地下洞库、丛林和一些低纬度地区),裸露放置的导弹还容易产生霉变,弹体内部的印刷电路板和弹上的光学仪器都会受到霉菌的影响。

美国国防部的一份调查报告表明:在库存状态下,由环境因素造成的武器装备损坏或失效的比例占到60%。另外,美国空军的研究部门曾对美国沿海基地的大量装备做过一次产品故障调查,发现有52%的失效是由环境效应引起的。其中,由温度引起的占40%,由振动引起的占27%,由湿度引起的占19%,其余14%则是盐雾、沙尘、冲击等因素引发的。

导弹的贮存按环境条件可分为三类:原厂贮存、弹药库贮存和野战贮存(相对于巧克力来说,便分别是放在生产商的仓库里、超市里和消费者的口袋里)。放在原厂的导弹有良好的环境和大量专业人员提供的保养。而普通弹药库和野战环境则往往不利于导弹的贮存。某型导弹上的压力传感器在高原地区和寒冷地区可以使用9年,到了温度和湿度都比较高的地区则只能使用2年。因此,延缓导弹老化的一项重要举措就是把导弹容易老化的零部件与促进其老化的环境隔离开来。专门用来贮存导弹的仓库会严格控制温度和湿度。




导弹制造工艺标准也有相关规定:导弹上的铝制构件需进行阳极化处理、铜制构件镀镉时加镀铬、镁制构件至少涂两层铬酸锌底漆等。另外,印刷电路板保形涂覆和灌封工艺、常温或者低温粘接工艺等新工艺的出现也能大幅延长导弹的贮存期。美军早期装备的“霍克”和“陶式”导弹的寿命仅有3至5年,经过延寿改型引入新的工艺后,这两种导弹的贮存期都达到了10年以上。



隔绝不良环境的极致做法是将导弹存放在密闭的贮运箱里,并在箱中充入0.05到0.2MPa的高纯度氮气。这个贮运箱同时也是导弹的发射箱,如法国的“飞鱼”MM38、MM40反舰导弹等。

虽然对导弹进行检测有助于及时发现问题,但是过度检测会严重影响弹上仪器的寿命。例如弹上某设备的工作寿命为200小时,该设备在出厂前已工作65小时。如果每次检测需设备工作13.5小时,每年检测2次的话,2年后该设备就已度过了最佳状态期(工作寿命的一半),5年后该设备就已因检测而耗尽了寿命。因此,设计耗时短、效率高的检测方案也能延长导弹的贮存期。

导弹的保质期能有多长

采取了这么多措施之后,导弹的贮存期已经能够很长了。但是装备核弹头的战略弹道导弹要在地下发射井中待很久,一旦有需要,这些导弹必须能够以极高的可靠性和极快的反应速度来投入战斗。于是,战术导弹包装上的“10年内可靠性为0.90”的标示就显得不够长远了。我们需要知道导弹在发射井里贮存10年、20年甚至50年后的情况会是怎样的。



美国“民兵”III洲际弹道导弹是美国陆基核武器的基石。该导弹从1970年开始部署到1975年部署完毕,至今仍在服役并计划服役到2020年。美军是如何保证到时候已50岁高龄的导弹还能使用的呢?

他们依赖的是从一系列试验中获取的数据。这些试验自最早的“民兵”I型导弹开始研制的第二年就启动了。1959年开始的“导弹发动机老化监视计划”一直伴随着民兵系列导弹的生产和服役。第一批发动机一出厂就成了贮存寿命和老化现象的观测对象。观测的结果恰好与第二批发动机的测试情况形成对照。每隔6个月,美国希尔空军基地就会启动一台民兵导弹的发动机进行测试,至今已测试了40多台。每隔18个月就对推进剂试样做一次化学检测。另外,美军还对发动机药柱进行解剖,以检验计算应力和实际应力之间的差别,至今已解剖了15台。

这些试验数据与统计计算和结构分析等技术相结合使美军认为已经能够做到提前4年预判导弹的状况。

另一种预测导弹贮存期的技术是加速老化试验。将同批次导弹中的若干枚置于特殊环境中加速导弹的老化,这样就能在短时间里获得导弹长期老化的规律。俄罗斯对S-300导弹进行6个月的综合试验来确定10年的贮存期。



美国洛克希德·马丁公司为“铜斑蛇”炮射激光制导武器量身定做的试验箱可以提供温度为85℃、湿度为85%的加速老化环境。意大利“阿斯派德”导弹的发动机和战斗部则通过在71℃的环境中贮存13周的方法来模拟自然环境下贮存7至8年的情况。美军标MIL-R-23139B认为,如果固体发动机在其规定的极限高温和极限低温环境中各贮存了6个月后,仍能在地面试车中满足性能要求的话,那么该型发动机的最低贮存期限可被认定为5年。

从确定导弹最长贮存期的难度上来看,导弹就不像可以简单地认定一个保质期的巧克力了。导弹更像是人,当他状况良好的时候,我们只能大概估计他的寿命,很难确定地说他的寿命能有多长。而当医生能够较为准确地判定他的寿命的时候,他的期限也就快要到了。这是复杂系统的一个共性:可以被观测,但其未来却很难被预知。

 “过期”的导弹去哪儿了



导弹超过了标定贮存期或因技术和政治原因提早结束贮存都是“过期”了。这些导弹有的会被直接销毁。经检测后确信还能继续使用的,可超期服役。有的则把状态尚好的零部件拆出来进行翻修(一些“民兵”III导弹所用的MK21弹头就是翻修品)。有些被卖给其他国家。



还有一些则转到新的岗位去发挥余热:美国把退役的SM-75“雷神”导弹去掉弹头改造为运载火箭的第一级发动机使用。没想到后来陆陆续续发展出了20多个型号,形成了著名的“德尔塔”运载火箭家族。(上图的雷神德尔塔火箭与上上图的雷神导弹使用同型号的152000磅推力液氧煤油发动机。)



俄罗斯和乌克兰把不再执行战备任务的SS-18“撒旦”洲际导弹也改造成了运载火箭,取名为“第聂伯”。这个由世界上最大的导弹改造而成的火箭从它原来驻守的地下发射井中发射,创造过一箭发射37颗卫星的世界纪录。

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