預制菜：東風-61比東風-5C先進20年，但為什么威力還不及5C一半？

很多粉絲最近一直發信息來問“咱們的‘東風-5’系列已經面世40多年了，明明有東風-61了，為啥閱兵還要東風-5C來壓軸”，更有很多粉絲信息表露出“東風-61至少得比東風-5C要領先20年，怎么還站不到C位？”的遺憾之情。

實際上，按照最近比較火的話題來說，東風-61是“預制菜”，而更老的東風-5系列就是“炒菜”了。

今天咱們就來聊聊這兩種導彈的本質上的不同，也就是固體火箭發動機導彈和液體火箭發動機導彈的區別。

先站個隊——無論任何時候，W君都會認為液體燃料火箭發動機要比固體燃料火箭發動機更好，雖然W君是學固體的，但這玩意有先天的缺陷。

如果要分辨這兩者不同燃料類型的火箭發動機，我們得先從最基本的火箭方程來說起了。火箭方程本身是不區別發動機類型的。

這是典型的火箭方程，說的是速度的改變（Δv）和三個參數有關，燃氣噴出的速度（v?）、火箭整體的初始質量m?和最終質量mf，也就是說v?越大，在一段時間內消耗的質量越多火箭的速度改變越大。這個公式脫胎于動量守恒公式，可以為火箭一段飛行的過程中的速度改變提供最基本參考。

但是，這個公式并不應用于真正的火箭控制中。原因也很簡單——根本就沒有人去測試火箭發動機噴出來的燃氣的實時速度，因此，在標準火箭方程上我們得進行再加工，引入比沖的概念（I??）。

比沖（Specific Impulse, I??）是火箭推進效率的核心指標，定義為發動機單位推進劑重量在標準重力下能產生的推力持續時間，單位是秒。這里就有人會疑惑了，討論燃料效率不是得用牛頓、公斤、再不濟得用個速度m/s嗎？干嘛得用秒？其實比沖的定義就是用來擬合標準火箭方程的，它等效于有效排氣速度除以重力加速度，數值越高，說明同樣燃料能產生更多沖量，代表發動機越高效。

在現實的工程中，我們如果來測試火箭發動機通常是上測試臺。在測試臺上可以測到的數值有兩個第一個是火箭的推力，第二個則是消耗的燃料質量。當然了，也以有限度的測量一下噴口出口壓力 p?、環境大氣壓 p? 和噴口流通面積 A?，但唯獨噴口燃氣速度這個沒法測量。

原因很直白：噴口內外的氣體流動是高溫、高壓、高速湍流，既沒有傳感器能穩定放進去“測速”，也不可能在出口直接用激光測速去得到平均有效速度，甚至你放一些測速標記物你也只能測出標記物的速度而不是真實的火箭發動機噴出燃氣的速度。

但我們可以計算推導，這個過程主要是依靠發射臺上所獲取的推力數據和燃料消耗來計算的。

但是，為什么不直接用這里的等效v?呢，這個數據其實并不可靠。它的問題在于，這個數值只是平均化的代替量，并不能代表噴口里真實而復雜的速度場。噴管出口是一個截面，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，實際速度是一個場量，不是一個干凈的數。用動量守恒算出來的“等效速度”只是把這些亂七八糟的因素壓縮進一個方便算賬的符號而已。

更關鍵的是，在控制邏輯里，我們不能拿“結果”去推“結果”。推力已經是燃燒過程和噴流綜合作用的產物，你再用它去算噴氣速度，本質上只是在做一次倒算。控制系統真正依賴的，是燃燒室壓力、燃料閥門開度、流量傳感器這些可實時測量和可調控的參數，而不是去追著一個虛擬的“速度”做閉環。

這時候有意思的事情就出現了，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來進行轉換。工程上將這個過程叫做“歸一化”，于是：

于是就出現了I??這個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際上是這樣的：

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

如果你耐著性子讀到這里，那么就有了對液體燃料火箭和固體燃料火箭優劣點判定的理論基礎。

前面我們提到了用“推進劑質量”而不是“推進劑動量”來滿足火箭在飛行時的控制需求，那么問題來了，什么更容易被控制質量呢？是“液體”！而非“固體”！在控制過程中我們只需要調節閥門開口大小、燃料泵轉速度就可以精確的控制液體流量，也就是控制進入發動機的推進劑質量。如果是固體呢？我們有大國工匠！

固體火箭發動機的“推力調節”，說白了就是靠藥柱（grain）截面設計來實現的。不同截面形狀決定燃燒時燃燒面積隨時間的變化，從而決定推力隨時間的曲線：有的設計讓燃燒面積逐步增大以獲得爬升期大推力，有的設計保持近恒面積以輸送穩定推力，還有的設計先大后小以滿足復雜任務需求。換句話說，固體發動機把“推力曲線”預先刻在推進劑里——這是典型的事前工程，不是飛行中可隨意調節的量。

因此，固體的控制依賴于高精度制造與嚴格的質量保證：推進劑的配方均勻性、表面拋光、粘結質量、包覆與隔熱層的一致性都會影響實際燃燒行為。即便是“有大國工匠”的精細雕刻，也無法完全消除固體推進劑固有的脆弱性——對裂紋、夾雜、老化的高度敏感使得設計往往需要留出較大的安全裕度，進而抬高結構質量或限制放大尺度。

由于推力大小事前預設，所以固體路線可做的補償手段是有限的：分段點火、雙通道或多箱并聯、以及在飛行器級上用推力矢量控制和氣動舵面來修正軌跡——但這些辦法更多是補救與迂回，并不能把“運行時可調性”做到像液體那樣自然、直接。

這點就像我們開車一樣。液體火箭就像是一輛靈敏的車，踩一腳油門就立刻加速，踩一腳剎車馬上減速，油門深淺還能精細調節，駕駛員隨時掌控。

固體火箭則完全不同，更像是一輛發動機功率已經鎖死的車，你一旦掛擋起步，它就全油門沖出去，中途既沒法松油門，也沒法輕踩剎車，只能靠方向盤或外部手段來修正路線。這就是固體的先天限制：推力曲線在點火前就已經寫死了。

所以說，從推力控制角度來看，采用固體火箭發動機的東風-61就是一盤“預制菜”：事先雕好藥柱，點火之后推力曲線全靠出廠時的工藝來決定。它的優點是上桌快、隨時可用，放在戰場上就是“隨叫隨發”的靈活牌。缺點也很明顯——你想加點火候或者臨時收一收味道？對不起，已經寫死了。反觀東風-5C，那就是“大廚現炒”，通過閥門、泵速和腔壓在運行中微調推力、調整燃燒節奏，甚至可實現節流與再次點火，從而在投送當量、彈道優化和戰術機動上擁有更大的自由度。

這正是液體燃料系統的先天優勢：把“能控性”留給了實時運行，而不是全部押在出廠那一把刀工上。前天不是講了洲際導彈的彈道設計嗎？在液體導彈飛行的時候就有更多的手段來維持彈道，而在固體導彈飛行的時候則是需要依靠更多的冗余量來修正彈道。這就導致了固體火箭發動機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，洲際彈道導彈并不是為一個目標而準備的。我們并不會生產一枚導彈計劃到對方的一個城市。起初大俄設計過一批廉價的RT-2固體燃料三級洲際彈道導彈。

采取的就是為發射井中的每個RT-2導彈明確具體的打擊任務，其內部的藥柱、推力設計、載荷都是針對于對手進行單獨設計。從1968年開始陸陸續續的部署了差不多60枚，但是發現這件事干不過！主要是國際風云變化這種定制品趕不上趟。坊間傳聞（這個消息不太能作數只能給大家參考）在1969年、1973年美國有兩次大規模的軍事基地關停重組，幾百個軍事基地關門大吉被廢棄掉，致使已經精確設定好目標的RT-2悲哀的失去了目標。這也就間接的導致大俄在1976年終止了RT-2的服役。實際這個傳聞也折射出早期固體推進劑洲際彈道導彈在可靠性、后勤與戰略適應性上的尷尬局面。

到了2025年，六十年過去了，固體燃料洲際彈道導彈并沒有被丟進歷史垃圾堆——相反，各國把“預制菜”的短板當作硬骨頭啃，沿著推進劑、材料、工藝、檢測與系統集成幾條路同時下苦功。現代固體推進劑不再是當年那種容易龜裂、能量密度低的配方了；通過化學配方的改良和復合金屬化處理，燃速更可控、比沖有所提升，且對溫度與老化的耐受性顯著增強，這讓長期服役成為可能，而不是定時炸彈式的隱憂。與此同時，藥柱的設計從簡單幾何走向復雜的數值優化，非線性截面、多段點火與“預設燃燒調度”被用來把出廠時的推力曲線做得更接近任務需求，某種程度上把“事前雕刻”變成了一種可仿真、可驗證的工程變量，而不是靠手藝擺在那兒的孤品。

殼體與結構材料也有了革命性的進步。高強度合金和纖維纏繞復合材料的引入，既減輕了結構重量又提高了抗疲勞性能，讓固體電機在尺度放大時不那么懼怕應力集中；同時間接推動了制造工藝的精細化，接頭與粘結工藝的可靠性直接關系到推進劑的安全性與一致性。更重要的是，無損檢測技術已經把過去藏在推進劑內部的“隱形缺陷”最大限度地揭示出來：超聲、X 射線/CT、聲發射等檢測手段結合統計過程控制，使得大規模鑄注不再完全靠經驗和“工匠之眼”，而是可以用數據說話、用驗證去量產。

控制與可用性的改進并不只靠把推進劑做得更好。鑒于固體在運行時無法像液體那樣隨意節流或關斷，工程師們把工作重心放在兩個方向：一是通過更精確的推力矢量控制和可動噴管等手段，把姿態與彈道修正的能力向系統級轉移；二是通過段間設計和分段點火技術，賦予固體運載體在一定程度上的階段性能量釋放，從而在任務靈活性上縮小與液體發動機的差距。此外，更小型化的慣導、衛星制導與末段機動裝置集成到分彈頭與 MaRV 設計中，讓固體導彈可以憑借更高的命中精度在當量不足時仍然取得戰略效果。

不過，發現沒有，這些解決了的問題其實都是液體燃料洲際彈道導彈先天具備的優勢。換一個話術其實咱們就可以說清楚了——固體燃料洲際彈道導彈花了幾十年的時間終于站在了和液體燃料洲際彈道導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彈了嗎？并沒有！

大多數固體洲際彈道導彈需要由彈道導彈發射車（TEL）運到發射位，這就受制于道路、橋梁、隧道、轉彎半徑、通行高度與車輛軸載等一系列基礎設施極限。你想把直徑更大、長度更長、質量更重的彈體裝上車，往往會因過寬過高過重而無法通過既有交通網，或需要專門改造道路與橋梁——這在戰時或野外部署時根本不可行。

再有，發射車的承載與機動性有沖突。為了多攜帶推進劑或更大載荷必須增加車輛的軸數和車體強度，但軸數越多、車隊越長、機動作戰的隱蔽性和轉場速度就越差，支援與維護成本也上升。簡單說：要么你做一輛巨無霸能帶更多彈頭，要么做多輛機動靈活的車能分散部署，兩者難兩全。

再次，結構與熱力工藝上的限制。更大直徑的固體電機在鑄注和固化時工藝風險顯著增加（裂紋、氣泡、粘結問題），殼體強度、溫控和無損檢測也更復雜。為了讓火箭既能承受運輸路況振動又能安全點火，設計上不得不留出額外的結構裕度，從而進一步推高干重、壓縮有效載荷比。

這里就有一個例子了：美國的LGM-30民兵導彈，這是為什么“固體受運輸與發射方式限制”這個結論成立的最好注腳。民兵系列從 1960 年代開始列裝，整個系列走的是固體、井基、快速反應的路線：把發射藥柱做好、裝進彈體、封存于發射井里，平時處于高度戰備狀態，宣布發射命令就能迅速點火投送。

但也正因為部署在井內并需與發射井、掩體與地面支持系統匹配，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”（可用來攜帶彈頭或多彈頭的總重量）低于當時那些體型更大的液體運載器。要想把更多當量或更多/更大彈頭塞進去，就必須讓井更大、地面設施更復雜，或犧牲機動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勢抵消掉。

即便是現在美國在研制的LGM-35哨兵導彈也沒有具備“機動部署”“野外發射”的能力。

所以說，東風-61先進嗎？的確先進！但要和東風-5C爭C位則還需要再發展發展。不過，我們并不是沒有嘗試，例如東風-31BJ不也慢慢的要搞一搞井射洲際彈道導彈了嗎？

也正因為如此，即便是我們看來先進20年的東風-61導彈，無論是從射程或者載荷上來講，都會不及東風-5C，但瓜無兩頭甜。即便都是洲際彈道導彈單挑某個具體特性來比都是有失公平的。

就像預制菜，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，“大廚現炒”，你就得等時長，道理都是一樣的。