伊朗“凤凰”运载火箭及导弹技术发展浅析

董露

“鳳凰”发射情况

这次发射是“凤凰”运载火箭自2016年4月以来总共4次发射中的第三次失败。从故障情况看，这次发射与前几次有很多相似之处。

当地时间2020年2月9日19点15分，伊朗航天机构在该国塞姆南省距离德黑兰230千米的伊玛目霍梅尼国家航天中心，用自主研制的“凤凰”号（Simorgh）运载火箭搭载“胜利”号（Zafar）卫星进行发射，但卫星没有被送入预定轨道，发射失败。按计划，“胜利”号遥感卫星将被送入距离地面550千米高度的近地轨道。该卫星由伊朗自主制造，具有彩色摄影功能。2月11日是伊朗伊斯兰革命胜利41周年纪念日，发射“胜利”号遥感卫星，是其庆祝活动的重要组成部分，意在展示国威，提振民心。伊朗国防部发言人侯赛尼称，火箭“成功”将卫星推入太空，卫星走完了“90%的路”，到达了540千米的高度。专家将分析数据并纠正错误，以准备下一次发射。

事故分析

发动机点火失败 伊朗国防部发言人侯赛尼事后发表声明称，发射过程中，虽然“凤凰”号火箭的一级与二级火箭正常运作，“胜利”号卫星也成功从火箭上分离，但卫星在其轨道末段没有达到入轨所需的预定速度。我们知道，运载火箭发射卫星需要在最后时刻将卫星载荷以特定的倾角加速到第一宇宙速度，卫星才能环绕地球匀速飞行。第一宇宙速度值通常认为是7.9千米/秒，而这是卫星在地球表面绕飞的速度。由于在地球表面一定距离的大气层内空气稠密，卫星飞行阻力也较大，因此卫星需要在150千米以上高度才不至于由于空气摩擦阻力快速下降，而这一高度的第一宇宙速度值是7.8千米/秒。以此计算，在伊朗要求的500多千米近地轨道高度的第一宇宙速度值大约是7.4千米/秒。由于“凤凰”号上面级出现问题，要么点火失败，要么点火推迟，要么点火后发动机推力不足，导致“胜利”号卫星无法入轨，最终坠入大气层。

伊朗通信和信息技术部长穆罕默德·贾赫罗米透露：“在最后12秒内，必须增加火箭的燃料或发动机功率才能达到所需的速度。但这没有发生，可能与第二级的燃料质量和重量有关，也可能与发动机的动力系统有关。”从这一表述可以看出，事故原因还有可能是“凤凰”号第二级的液体发动机关机速度没有达到预定值，导致第二级点火推迟。从外界透露的情况看，“凤凰”号上面级采用固体燃料火箭发动机，2019年第二次发射失败的原因也发生在该级的固体燃料火箭发动机上。虽然伊朗没有明确故障究竟在哪里，但值得关注的是，在发射失败后，伊朗很快在公开名为“雷霆”500的新型固体燃料导弹的同时，又展示了新型固体燃料发动机及制造技术，并宣称最新研发成功的“Zohair”复合材料火箭发动机和“Salman”推力矢量火箭发动机也能应用于运载火箭。这似乎在暗示，伊朗已经找到问题，并具备通过使用新型发动机来解决这些问题的能力。

黑客网络攻击 有消息称此次失败是美国和以色列网络攻击的结果。以色列总理内塔尼亚胡对伊朗卫星发射失败发表的评论暗示，以色列成功参与了伊朗火箭和远程导弹发射。虽然伊朗否认了有关以色列情报局摩萨德参与到卫星发射的报道，但在此次发射卫星前，的确有不少黑客对德黑兰进行了网络攻击，这得到了伊朗官方的证实。伊朗信息安全机构负责人法塔基称这场袭击为“最大规模”的网络攻击，时长约1个小时，导致该国多家运营商网络出现故障。虽然并没有直接证据表明此次网络袭击与伊朗卫星发射失败存在关联，但二者发生的时间很相近，让此事变得愈发疑点重重。不过，3～4年前朝鲜导弹发射接连失利时，美国也曾透露存在类似的网络和工业渗透计划。日本甚至将类似企图要列入公开预算计划。特别是2010年6月发生的“网震”病毒攻击伊朗布什尔核电站事件，曾导致伊朗核计划推迟2-3年。这种专门攻击伊朗核设施的病毒后来被证实来源于美国军方。因此目前还无法完全排除美国和以色列用网络攻击导致发射失败的可能。

“凤凰”运载火箭的基本构成

伊朗在2020年2月9日公布的新型固体火箭发动机

伊朗运载火箭主要有“使者”和“凤凰”两个系列。此次发射的“凤凰”火箭是在2010年由时任伊朗总统内贾德公开的。与“使者”相比，“凤凰”火箭不仅尺寸和重量有了增加，总体设计也不同。此次使用的“凤凰”火箭是2010年公开的初始型号的改进型。虽然伊朗从未公布相关详细情况，但从伊朗透露的图片结合相关信息，我们可以知道“凤凰”运载火箭全长27米，主要由一、二级火箭发动机，入轨发动机和卫星载荷等几部分构成。

一级火箭发动机

“凤凰”运载火箭的第一级高17.5米，直径2.5米，使用四台并联的液体燃料火箭发动机。外界认为，这4台并联的火箭发动机源于伊朗正在服役的“流星”3导弹，而该导弹采用了从国外引进的“劳动”导弹技术。一级火箭的每台发动机大约有30吨推力，并联后实现了约130吨的起飞推力。实际上朝鲜的“银河”系列运载火箭也采用了类似的设计思路，即并联了4台“劳动”导弹的发动机来提高推力。需要注意的是，除了4台主发动机外，为实现火箭的飞行控制，一级火箭还配有4台LRE-15小型摇摆液体发动机。LRE-15源于苏联R-27潜射导弹的游动发动机，也是伊朗最新的“霍拉姆沙赫尔”和朝鲜“舞水端”中程导弹的游动发动机。与“流星”3导弹一样，“凤凰”火箭的第一级发动机燃料也使用了燃烧效率较高的偏二甲肼和四氧化二氮。虽然这类燃料较为危险，但可以明显提高发动机推力，这也是最新的改进型“凤凰”火箭与2010年的初始型号的主要区别。

二级火箭发动机

“凤凰”运载火箭的第二级高5米，直径1.5米，使用两台并联的LRE-4小推力液体燃料发动机。这种发动机也源于苏联R-27导弹，可能经过改进和放大，实际就是一级使用的LRE-15的放大型号。从“霍拉姆沙赫尔”导弹服役情况看，这种小型液体火箭发动机技术伊朗应该已经掌握，但不成熟。例如，2017年7月27日，“凤凰”火箭在航天发射中因第二级液体火箭发动机故障导致失败。

伊朗在2020年2月9日公布的新型固体火箭发动机

由4台“流星”发动机并联的“凤凰”一级火箭

入轨火箭发动机

“凤凰”火箭的入轨火箭级高1.25米，直径1.5米。由于它与卫星载荷结合紧密，且部分在整流罩中，因此有媒体将该级发动机称为“凤凰”火箭的第三级，也称为上面级。该级采用saman-1固体燃料火箭发动机。虽然伊朗固体导弹在多次实战中表现抢眼，比如2020年报复攻击美军阿萨德空军基地的“征服者”系列固体导弹命中精度不错，但其控制技术方面还比较薄弱。“凤凰”火箭在2019年1月15日的发射中第三级已经出现了故障，此次发射的问题依然在第三级上，说明伊朗还没有真正掌握第三级火箭技术。

负责入轨的卫星载荷舱

卫星载荷

“凤凰”火箭的整流罩长3.2米，直径1.5米，内部搭载“胜利”1号遥感卫星。该星成本约200万欧元，全重113千克。伊朗称卫星的设计目的是用于自然灾害监测和农业森林石油勘察，上面配备有彩色高分辨率摄像机，能拍摄地面的高分辨率图像。该卫星被美国认为是伊朗对国际社会的“挑衅”。

“凤凰”运载火箭的基本性能

“凤凰”运载火箭是伊朗目前性能最先进的航天运载工具，其被西方贴上军事标签，因此其技术水平也被认为反映了伊朗远程战略打击能力的水准。

总体基本合理，但可靠性不高“凤凰”运载火箭的总体设计，与朝鲜“银河”系列运载火箭非常相似，虽然与航天大国专用的运载火箭设计有很大差距，但就伊朗现有火箭技术水平来看，与先前的“使者”火箭相比，总体设计基本合理。“使者”火箭与朝鲜的“大浦洞”非常相似，采用现有系统多级串联来增强运载能力，使其总体呈现出铅笔状，导致长径比过大，不但发射效率低，还容易产生弹体弹性震荡，易导致制导系统工作失稳，甚至星箭解体，而且也极大限制了进一步提高推力的潜力。“凤凰”火箭在一级采用了4台发动机并联，二级采用2台发动机并联，一级直径2.5米，二级直径控制在1.5米。从发射效率看，这种下大上小，质量越来越小的设计较为合理。但也应该看到，由于伊朗发动机设计制造能力有限，无法制造大型发动机，因此不得不采用多台并联的方式。如果将辅助发动机计算在内，一二级火箭就有10多台发动机，这无疑使系统变得复杂，大幅降低了系统可靠性。截至目前，实际上“凤凰”火箭共进行了4次发射，其中只有2016年4月的第一次无载荷发射成功，之后2017年7月的发射因二级火箭故障而失败，2019年1月的发射则因三级火箭故障而失败，此次发射还是由于三级火箭问题失败。

“凤凰”火箭的第三级Saman-1固体火箭发动机

发射塔中测试的“凤凰”运载火箭

载荷功能多，但技術性能不足

此次发射的“胜利”1号遥感卫星全重113千克，属于微卫星，比苏联第一颗卫星重了约20多千克，但比中国173千克的第一颗卫星“东方红”号的重量少了1/3。朝鲜首颗发射成功的“光明星”3号重量也只有100千克左右，与“胜利”1号近似。虽然伊朗火箭投送能力有限，但伊朗从本世纪初就开始与俄罗斯合作开发了多种载荷的卫星。在与国外合作的情况下，伊朗2009-2015年不断尝试制造了多种类型卫星，并委托国外陆续发射了4颗，实现了对通信、制图和微小卫星的自主研发，比如“观测”1号、“科工先驱”号和“黎明”号等。“胜利”1号也是伊朗自主研制的，采用的摄像机性能不高，拍摄图像的地面分辨精度为22.5米，也有资料称是80米。在国际市场上，这一性能只能勉强用于民用制图，军用的价值有限。虽然伊朗通信和信息技术部长穆罕默德·贾赫罗米在内阁会议上说，“胜利”2号卫星的设计、制造和测试已经完成，将比“胜利”1号更先进，其摄像机分辨率更高，精度将达到16米。

运载能力提高，但发展潜力有限

“凤凰”号运载火箭的动力系统采用的并联发动机结构，比伊朗之前采用串联的“使者”号功率大幅提高。“使者”2火箭全长22米，直径1.25米，质量26吨，采用二级串联方式，只有50千克的低轨道运载能力。2010年公布的初始型“凤凰”火箭全长27米左右，发射质量约87吨，尺寸和重量都和我国1970年发射的“长征”1号运载火箭接近，近地轨道投送能力也都是300千克的水平。2016年发射的改进型“凤凰”火箭在长度和外形没有大的变化的情况下，通过改进燃料，并增加卫星的上面级（第三级固体火箭），使发射质量达到130吨，低轨道运载能力达到500千克。但从可控制角度看，“凤凰”号并联火箭发动机较多，使得设计和使用较为复杂，可靠性降低，因此其进一步提高推力的潜力受到限制。从伊朗新型固体火箭发动机情况看，伊朗如果要进一步提高发射效率可以在关键部件上采用碳纤维复合材料，减轻整体重量，但这样做的技术和人工成本较高。

“使者”2火箭第二级结构示意图

掌握分离技术，但入轨尚不成熟

从2016年3月开始伊朗“凤凰”号火箭共进行4次发射，虽然几乎都以失败告终，但每次都有很大进步。逐步克服二级故障，并增加了第三级发动机，特别是第三、第四次发射的问题都出现在第三级，前面的一、二级和二、三级分离几乎完全成功，这说明通过多次失败，伊朗已经掌握了复杂的级间分离技术，而这曾是困扰朝鲜航天发射的老大难问题。目前，主要问题是第三级点火和推力问题，实际归结为一点仍是第三级的控制问题。不过，伊朗官方宣称，此次失败前火箭成功地传输了有价值的遥测数据，有望使工程人员找到阻碍卫星入轨的问题。外界普遍认为伊朗并未掌握固体火箭的精细的矢量控制技术，这种技术在近程固体燃料弹道导弹上尚可，但在太空和复杂力学环境中难以确保其可靠工作，伊朗似乎也意识到这一点。在2020年2月9日发射当天，伊朗公布新型近程固体弹道导弹“雷霆”500时，发言人专门提到了一种新型固体燃料发动机。该发动机用于轻型航天器的次级，采用与军方相同的复合材料制成，能够进行推力矢量控制，可将卫星送入轨道，也能让导弹在飞行时调整姿态。

“凤凰”火箭的弹道导弹发展潜力

自2009年以来，美国一直指责伊朗的航天项目是“变相发展洲际弹道导弹”。这次伊朗用“凤凰”火箭发射卫星后，美国国务卿蓬佩奥与以色列总理内塔尼亚胡均表示，伊朗这一行为不符合联合国安理会第2231号决议，是其导弹发展计划的一部分。那么，伊朗运载火箭究竟是否具备导弹发展潜力？它又会在哪些方面促进伊朗弹道导弹技术进步呢？

改装为远程导弹，但实用性不强

很多西方媒体最初在报道“凤凰”火箭发射卫星时称，如果火箭发射成功，则意味着伊朗具备了洲际导弹发射能力，可以把300千克的物体投放到地球轨道。也有军事专家认为，发射卫星是伊朗研制洲际导弹计划的开端，伊朗可能通过一系列试验，开发出射程达4000千米的远程弹道导弹。以色列导弹防御组织前负责人乌齐·鲁宾也认为：一颗具有相当功能的侦察卫星的重量应该在300千克左右。一旦伊朗能够将300千克重的东西送入地球轨道，那么它就可能将卫星发射装置改装成洲际导弹，在世界任何地方投放这么重的东西。实际上，将运载火箭改装为洲际导弹并不简单。通过前面介绍大家知道，“凤凰”火箭是将4台发动机并联组成第一级，直径达到2.5米。为降低发射成本，运载火箭通常使用商用燃料和工作流程。虽然成本低，但加注时间长，安全级别低，工作程序繁琐，这使其发射前准备通常需要数十天，即使进入发射场也需要3～5天的发射准备与测试时间。这无法满足部队快速展开发射和隐蔽机动的要求。因此，即使具备远程投送能力，但缺乏作战实用性。

验证大型火箭设计，为导弹积累经验

根据联合国安理会第2231（2015）号决议，安理会促请伊朗不要进行任何涉及运载核武器的弹道导弹活动，包括使用弹道导弹技术进行的火箭发射。而伊朗目前的“使者”和“凤凰”火箭恰恰都和液体弹道导弹技术密不可分。实际上，不能否认伊朗积极研制运载火箭，尤其是“凤凰”大型火箭很大程度上有军事方面的考量。这种情况朝鲜也存在。朝鲜在进行多次“大浦洞”和“银河”系列火箭发射后，弹道导弹发展有了长足进步。因此伊朗通过“凤凰”火箭的研制和发射，可以验证大型多级液体火箭的研制能力，有助于研制类似朝鲜“火星”14和“火星”15那样的机动液体远程弹道导弹。

西方卫星拍摄的建设中的伊朗卫星发射中心

伊朗卫星发射中心内部的组装车间

采集可靠性数据。测试关键性部件

发展运载火箭从法律上和道义上都难以得到禁止，这在朝鲜的航天发展中就可以看出来。虽然运載火箭发射与导弹发射有很大不同，但可以通过运载火箭发射采集系统及关键部件的可靠性数据，为导弹发展与改进提供参考。例如，前面提到“凤凰”火箭的一级是由“流星”导弹液体火箭发动机并联而成的，因此通过运载火箭发射可以检验几乎相同型号发动机在飞行环境下不同工作时长和内部压力情况下的工作参数曲线，为导弹改进提供参考。实际上，伊朗目前已经掌握中程导弹设计，但最缺乏的就是关键部件和系统的实际工作数据，这导致火箭发动机和导弹系统可靠性不高。例如，2020年1月8日凌晨，伊朗为革命卫队将领苏莱曼尼被美国“斩首”而发动的“烈士苏莱曼尼”报复行动中，使用“数十枚导弹”对美驻伊拉克军事基地实施了弹道导弹远程突袭。突袭中，对阿萨德机场使用的“征服者”313固体燃料导弹效果较好，而对埃尔比勒基地使用的“奇亚姆”1液体燃料导弹，在飞抵目标前几乎都自爆解体，究其原因就是液体燃料发动机可靠性不高，无法在复杂飞行环境中长时间稳定工作。而通过相近发动机的地面测试和运载火箭的实际发射，可以采集大量可靠性数据，为相关导弹改进提供依据。

发展双用途技术，使科研生产合法化

众所周知，运载火箭和弹道导弹在技术本质上是一回事，其中95%的技术都是军事和民用双用途的。美《航空和空间技术周刊》在一篇题为《伊朗准备向太空进军》的文章中说，伊朗的火箭可能成为其远程导弹试射过程中的“一只披着羊皮的狼”，因为制造运载火箭所需的技术与制造能携带弹头的洲际弹道导弹的技术没什么差别。美国马克斯韦尔空军基地高级航空研究学院的约翰·谢尔登说：“它们采用相同的核心技术，只是在制导系统和燃料方面有所区别。”除了技术外，运载火箭设计和制造基础设施与导弹生产设施也具有双重用途。通过运载火箭发展可以建设或保留绝大多数的导弹基础设施，使其避免制裁而合法化存在。例如，负责“使者”和“凤凰”运载火箭设计制造的伊朗沙希德·巴凯里公司，隶属于国营航天工业组织（AIO）。该综合体曾研制生产30多种战术导弹，涉及反舰、对地、防空、反潜等诸多领域，科研与生产能力在中东首屈一指，是美国等西方国家制裁的重点，而通过卫星发射则可能使其存在合法化。 [编辑/山水]