井与肼的魅惑：大力神2号洲际弹道导弹

  本文是小火箭经典导弹和运载火箭系列文章第二季的第10篇。本季第1篇介绍的时分，要点剖析了导弹空气动力学和前期液体火箭发动机。在本季第2篇介绍苏联发射，将榜首颗卫星、榜首位宇航员送上太空，敞开了人类的航天年代。在第3篇文章中，小火箭以美国最早的洲际弹道导弹为事例，胪陈了一个类型诞生的不易和小火箭对导弹体系项目办理的一些心得体会。

  在第4篇和第5篇中介绍了冯·布劳恩博士与创始美国火箭和导弹工业的红石导弹。在第6篇和第7篇中介绍了法国的航天前驱以及法国在二战后交融本国的航天技能与德国V-2导弹的技能走出了别出心裁的路途，并成为世界上第三个独立发射卫星的国家的作业。在第8篇和第9篇中，小火箭对大力神1号洲际弹道导弹进行了较为具体的介绍。

  本篇是小火箭经典导弹和运载火箭的第二季系列文章的结束篇。小火箭决议以大力神2号洲际弹道导弹来结束这个系列。

  上面这张大力神2号导弹（编号395-C，美国空军将其称作395-Charlie）发射瞬间的相片刚好展现了她的两个重要的特色：

  榜首，棕赤色的尾烟说明晰美国总算开端转为运用肼类燃料和四氧化二氮氧化剂这样的常温装备了。从大力神2号导弹开端，液氧火油计划在洲际弹道导弹中逐步成为前史。

  第二，大力神2号导弹是从导弹地下发射井内焚烧升空的。这种方法极大地增强了导弹的生存才能和快速反应才能。

  因而，小火箭以为，大力神2号导弹的诞生，是井和肼对工程技能人员发生了强有力的魅惑之后的必定产品。

  其实说起来，美国空军对马丁公司研制的大力神1号洲际弹道导弹仍是比较满意的。（详见小火箭的公号文章《大力神1号：美国最早的二级洲际弹道导弹》）。

  这种二级导弹的规划让大力神1号洲际导弹具有了巨大的抛掷才能和超远的射程。美国空军也是一口气就订货了70枚（这在当年可不是个小数目，要知道，大名鼎鼎的世界神导弹只要戋戋24枚的总出货量）。

  可是，美国空军在屡次试射和长期的保护保养中，发现了选用液氧火油燃料的大力神1号洲际弹道导弹的缺陷。

  液氧这种温度只要-183℃的氧化剂实在是太难服侍了。（法国工程师这时分要偷笑了，由于他们早早地就抛弃了液氧火油的计划，改用常温推进剂了，详见小火箭的公号文章《跌宕起伏！法国的导弹与火箭工业是怎么起步的？》）并且，液氧和火油需求用焚烧器进行焚烧，然后再等候他们迸发出的火焰发生满足的推力。

  有没有一种可以平常安安静静地呆在贮箱里，需求的时分，又可以一点就着的燃料计划呢？

  从燃料的视点来说，肼是一种不错的挑选。肼的沸点为113.5℃，常温下呈液态。并且，肼与强氧化剂一旦触摸，就会当即焚烧，无需专门规划焚烧装置。

  不过，无水肼自身的热安稳性比较差，不行安稳，因而，人们一般运用的是偏二甲肼。

  大力神2号洲际弹道导弹运用了50%的肼和50%的偏二甲肼的混合物，这便是传说中的混肼-50推进剂。

  不过，肼和偏二甲肼都是剧毒物质。吸入肼蒸气，会严峻影响鼻腔和上呼吸道，还会令人呈现头晕、厌恶、吐逆等一系列中枢神经体系中毒症状。肼蒸气对眼睛和皮肤有激烈的影响效果，可导致眼睛永久性损害、皮肤严峻灼伤。

  肼蒸气可经皮肤吸收，引起人员中毒，呈现暂时性的中枢性呼吸按捺、心律紊乱等症状。因而，在运用进程中，必定要留意防护。

  这是实验室中的二氧化氮/四氧化二氮试样（依据中学化学常识，我们知道，这两种气体大部分时刻都是一种混合与彼此转化的状况）。

  5个试样的温度不同，导致色彩不同（棕赤色的四氧化二氮的浓度不同），从左至右，温度依次为：-196 °C,0 °C,23 °C,35 °C和50 °C。

  在导弹基地指挥官按下发射按钮的时分，一股28伏特的直流电会通到两个固体燃料的发动药柱上，药柱发生的燃气让涡轮泵旋转起来，将混肼-50和四氧化二氮泵到火箭发动机的焚烧室。

  两种燃料一触摸，就会焚烧。（严格来说，仍是有必定时刻间隔的。假如小火箭没有记错的话，四氧化二氮和肼混合后的焚烧推迟为2毫秒，四氧化二氮和偏二甲肼混合后的焚烧推迟为4毫秒。）

  然后，一小部分推进剂凭借压力，冲入单向阀门，进入燃气发生器后，发生自燃，发生的燃气推进涡轮泵继续旋转，使得火箭发动机继续作业。

  上上图是大力神1号导弹的LR-87-3液氧火油发动机，上图为大力神2号导弹的LR-87-5混肼-50/四氧化二氮发动机。

  LR-87-5的结构更为简练，焚烧室压力为5.4MPa，比大力神1号的LR-87-3的焚烧室压力（4MPa）大了不少。

  大力神2号导弹一级火箭发动机部分特写。较粗的是四氧化二氮输送管，较细的，靠右侧的是混肼-50输送管。

  喷管依然是由250根小管子钎焊而成。这些小管子是中空的，便利对管子进行冷却并预热燃料，这个在之前的文章中也具体说过了。这些小管子的壁厚只要0.5毫米！大力神2号的喷管比大力神1号的喷管做工更好一些，究竟，她们可是要接受956.5千牛的推力！（大力神1号的一级发动机喷管只需接受666.4千牛的推力。）

  喷管的资料是347不锈钢。347是美国ASTM规范建立的标号，对应到我们我国的国家规范，应该叫做0Cr18Ni11Nb不锈钢。

  在大力神1号导弹中，小火箭现已对大力神的一级发动机喷管进行过相关核算，这儿就不再赘述了。

  大力神2号导弹的第二级选用一台LR-91液体火箭发动机。该发动机一开端的规划是烧液氧火油的，后来改为混肼-50/四氧化二氮装备，使大力神2号导弹成为了一枚悉数选用常温燃料的洲际导弹。

  大力神2号导弹，全长31.394米，最大直径3.05米，发射分量154.00吨。（大力神1号导弹，全长31米，最大直径3.05米，发射分量105.14吨。）

  也便是说，在外形尺寸改变不大的情况下，大力神2号导弹的发射分量比大力神1号重了46.47%。

  别的一个让大力神2号导弹的反应速度比大力神1号导弹快的办法便是导弹可以从井下直接发射升空。

  这是大力神2号导弹的发射进程。可以看到，导弹是从井下焚烧的，导弹尾烟经过发射井两边的导流通道导向地上。

  而大力神1号导弹则是先翻开发射井的盖子，然后把导弹托举到发射井上面今后再焚烧的，可费力了。

  大力神1号导弹储存井（留意不是发射井）的井盖由两扇门组成。这两扇门由高强度钢焊接而成，重106.1吨。每扇门大致为长方体结构，长7.2米，宽4.94米，厚1.058米。大力神1号导弹要发射之前，两扇门向两边翻开。

  而大力神2号导弹的井盖是一个全体，发射之前，由液压体系顶向一侧，是水平滑开的。（上上图是盖住的姿态，上图是井盖向左边滑开，显露发射井的姿态。留意，中心那个大洞便是导弹的发射井，大洞两边的栅格状孔洞是排烟道，用于排出导弹井下焚烧时发生的尾烟。可千万别掉下去，这口井深44.5米呢。）

  也便是说，从大力神1号导弹的井盖到大力神2号的井盖，经过了由双开门变成推拉门，或许说是由翻盖手机变为滑盖手机的改善进程。

  这样的改善使得井盖的反应速度比曾经快了近10倍，一起，盖子还能做得更重了。（曾经是翻开式的，每个盖子重106.1吨，现在选用滑动式的，盖子重750吨。）

  这种滑盖式的规划后来被许多类型所学习，比方上图这个民兵导弹的发射井。这个盖子的厚度达到了令人发指的1.47米。仔细看的话，会发现上面盖了一层不像钢板的资料。那是一层25厘米厚的硼酸盐反辐射混凝土。这些将在小火箭的经典导弹与火箭的第三季中具体剖析。

  说到发射井，就不得不说到它的抗核打击才能。假如核弹头没有直接射中的话，井内导弹要面临的最大要挟便是从土壤传递过来的冲击波了。

  大力神2号导弹的发射井为了对立冲击波，里边铺设了一层厚厚的消音资料。（均匀厚度为900毫米）别的，大力神2号的井承继了大力神1号的井里边的绷簧结构，并且开端将其发扬光大。

  别的留意赤色桌子上的钥匙盒子。大力神2号洲际弹道导弹的发射井里边总共需求10种钥匙。

  读过小火箭之前文章的老友知道，大力神2号洲际核导弹的发射井里一切的操控输入只要在两把钥匙一起刺进且一起旋拧的时分才可以有用，这便是核导弹发射程序中的“双人有用”准则。（避免在密闭空间中待得太久的操作人员呈现误发动导弹的过错。）插在操控面板中心的是发射井指挥官的钥匙。在旁边面的是副官的钥匙。两个钥匙孔之间大约有2米的间隔，并且还隔着一张大铁桌子，使得一个人无法一起旋拧两把钥匙。

  我们看出导弹发射井中的挂钟与我们日常日子顶用的挂钟有什么不同了么？这种挂钟除了很健壮之外，还有一个特色，便是它们的时针旋转一周表明24小时（我们常用的指针式的挂钟，时针旋转一周为12小时。一个昼夜，时针旋转2圈）。

  小火箭在这儿要着重的是：这种规划不是为了显现发射井的奥秘气氛，而是有很大实际意义的。在地球表面日子的人，要区分挂钟的时针指向8的时分表明的是早上8点仍是晚上8点的话，只需看一眼窗外，判别此刻是白日仍是夜晚就可以了。而发射井中的值班人员一直看不到太阳，无法差异白日黑夜。因而，需求有这种24小时制的挂钟来无歧义地显现时刻。

  留意发射井井壁的栅格状的物体。这是收起来的保护踏板。需求的时分，踏板会像电影院里的折叠沙发那样打开，供作业人员在上面站立。

  坐落发射井6层的操控面板。有关大力神2号导弹的保护和操控面板在紧迫情况下的效果，小火箭会专门另写一篇长文章剖析。

  井内的燃料输送管。左边是混肼-50输送管，右侧比较粗的，是四氧化二氮输送管。

  大力神2号导弹，自1962年3月12日初次发射以来，共进行了106次发射，其间101次成功（作为洲际弹道导弹发射81次，成功77次）。

  由于这款二级洲际弹道导弹有着很强的抛掷才能，这使得美国空军、美国宇航局NASA以及美国国家海洋和大气办理局NOVA一起看上了她。

  大力神2号导弹富丽变身为一款成功的运载火箭，其命运充满了意外与惊喜，但在后人看来是那么的天然。

  大力神2号洲际弹道导弹是二十世纪八十年代美国仅有的陆基常温燃料洲际弹道导弹。她面临着来自海中的潜射洲际弹道导弹和以民兵导弹为代表的固体燃料洲际弹道导弹的激烈竞赛。从1984年开端，大力神2号导弹逐步退役，到1987年，该导弹悉数退役。不过，退役后的导弹没有悉数被毁掉，而是被有组织地封存了起来。（而作为运载火箭运用的大力神2号则用了好久。2003年10月18日，最终一枚大力神2号运载火箭发射升空。）

  马丁公司提出了很多计划，尽力企图延伸大力神2号导弹的执役寿数。不过，终归仍是没能让这种导弹存活到90年代。

  小火箭十分困难找到了马丁公司关于消减肼类燃料对环境危害的一种计划。（当年，人们对这款导弹诟病最大的便是她选用的剧毒和腐蚀性燃料了。）

  马丁公司的计划是：一旦肼燃料走漏，就用很多的水将其变成肼溶液。然后，把这些溶液导入一个巨大的水池中，向池子里注入0.2毫克/升的铜离子催化剂。接着，用特制的水泵和喷头把这些溶液尽量向高处喷，然后让喷向空中的小液滴天然落入池子。在空气中氧气的效果下，肼逐步被氧化成无害的物质。当年美国空军选用的巨型喷头，每分钟可以向空中喷洒60升肼溶液。在不间断地喷洒20天后，溶液中的肼浓度可以减小到难以检出的程度。

  小火箭记载并向各位工程师老友揭露马丁公司的计划，期望可以对想要运用肼作为燃料的老友们有所协助。

  摄于2006年的戴维斯-蒙森空军基地的大力神2号导弹群。数一数，有38枚半。

  至此，小火箭经典导弹和运载火箭系列文章第二季结束。小火箭期望在第二季中，V-2、R-7、红石、世界神、大力神还有法国火箭的规划细节和核算结果可以让你体会到一名导弹/火箭规划师要面临的方方面面的应战以及奇妙的应对之道。感谢我们一直以来对小火箭的鼓舞和支撑！