浩荡东风晚更狂：我国固体推进剂在世界上是什么水平（新浪）_风闻

火箭是一种历史悠久的武器，自从宋朝发明以来，世界各地都对火箭这种独特的一点火就能自己飞出去的武器展开了各种奇奇怪怪的研究与改进。特别是第二次世界大战期间，随着化学工业的进步，各类火箭层出不穷，在战术上的火箭筒和火箭炮带来了远超身管火炮的投射能量；而制导武器的飞速发展也为火箭在战术武器上的进一步应用带来了发展方向。战略上，以V-2为代表的弹道导弹更是改写了未来战争的发展方向，火箭技术的发展开始进入各国政府首脑的眼中。

但是正如豆腐脑的甜咸之争与百事可口的大战一样，在火箭武器的发展过程中也出现了两大派别——固体推进剂与液体推进剂。顾名思义，固体推进剂与液体推进剂最大的区别就是推进剂的物理状态。一般来说，固体推进剂拥有着较高的推力、结构简单、燃料密度高，贮存方便的优势。但相比液体推进剂的火箭则有着燃烧时间短（比冲低）、无法关机与加工困难等劣势。这种特性使得固体火箭曾经占据了从单兵火箭筒到空空导弹的几乎所有战术火箭武器的统治性地位，而需要长时间飞行的航天火箭则在相当长时间内被液体火箭所统治。

自二战以来，固体推进剂的技术突飞猛进，特别是相关的燃烧理论在50-70年代飞速发展（虽然发展到现在大多还是经验公式），为大型的固体火箭设计提供了理论的基础；与此同时，材料和化学工业的进步也为军事和航天工业带来了进步。而在关键的能量指标下，固体推进剂的能量水平已经从1950年的1961N·s/kg发展到了1999年的2579N·s/kg。目前，常见的固体推进剂大多是由氧化剂、可燃剂与粘合物等配料组成。发展也经历了从早期的单基推进剂（含义就是单一化合物组成，其中常见的就是硝化棉，本身是氧化剂又有还原剂的成分）到双基推进剂（硝化棉由于难以固定和粘稠的硝化甘油混合使用来定型），再发展到现在的复合推进剂。

而随着技术的发展，卡门博士（钱学森导师）发现了高氯酸钾和沥青混合起来做推进剂有奇效，这开创了复合推进剂的时代。此后高氯酸物成为了固体推进剂的主力，由于氯元素在高价态有着强劲的氧化能力，理论上任何可燃物都可与之搭档，因此用什么做燃烧剂就成了二战后科学家的研究方向。

由于固体火箭燃烧中药柱容易因为热量不均匀发生崩裂，因此需要一些聚合物粘结。而这些聚合物不但可以做胶水，本身又因为是有机物含有大量的C与H元素进行燃烧。这就是现代复合推进剂都用粘合剂有机物进行命名的原因——因为他们虽然不多，却是各类高氯酸物火箭中区别最大的地方。

除了高聚物之外，人们还发现往推进剂内添加一些金属粉末作为可燃剂能极大的提升能量密度（常用的就是超细级的铝粉），这也就是为什么一些含有金属铝粉的涂料在出口时还得申报导弹管制条例的原因。这种复合推进剂有效的提升了固体火箭的性能，而传统的液体弹道导弹存在着发射准备周期长，贮存不安全，上升段时间过长等不足，在这种需求下，高性能固体火箭的发展也被国内外列入了发展的重头。目前，主要常用的是HTPB（端羟基聚丁二烯）推进剂和NEPE推进剂，其中HTPB这种推进剂由于研发较早，被国内外广泛的用于各类战术/战略火箭/导弹武器上。

不过固体推进剂的这种硬指标进展迅速的势头在上世纪末被暂时遏制住了，这种瓶颈是材料科学和物理规律所决定的——暂时没有比铝粉更好的金属燃料和比AP（高氯酸铵）更好的氧化剂，但是有机聚合物的研发又是缓慢的。在进入21世纪后固体火箭推进剂的研发方向一方面是寻找更好的聚合物用来充当粘合剂与燃料，一方面是改善和寻找能让发射特征更小的材料。在这种情况下，美国于1994年提出了“一体化高效火箭推进技术计划（IHPRPT），而这一项目的成果就是标志着目前世界最先进水平之一的NEPE。除此之外，新一代的推进剂在其他层面也提出了新的要求，例如在不损失较多能量水平的基础上，要求推进剂有低特征信号、钝感（低易损性）和环保（或者说避免中毒）的要求。

而我国曾经与世界顶尖水平有着差距，这种差距部分是由于我们历史投入不足和发展不平衡不充分等因素。例如上文中提到的HTPB，西方国家很早就将其作为导弹常用推进剂，而在我国红旗9防空导弹的改进过程中，还特别提到了建立了HTPB生产线为提高射程做出了巨大贡献。此外，红旗9改进型的一个重要改进就是将用聚醚聚氨脂推进剂替换为了HTPB推进剂。到目前，我国的HTPB推进剂在理论比冲与压强指数等上与国外同类水平基本一致。

在防空导弹之外，空空导弹也是一个固体推进剂火箭的热门领域，如果说防空导弹与弹道导弹如果用液体只是不方便战备，那么对需要严格控制体型和重量的空空导弹来说，是无论如何也无法接受液体火箭作为导弹的主要动力——毕竟谁也不想带着一吨重的格斗弹玩狗斗。

而在弹道导弹方面，目前世界各国固体弹道导弹推进剂的主流仍然是HTPB。例如俄罗斯的RS24，三级火箭均采用了HTPB推进剂，白杨M也是HTPB（后期改进型号为HTPB+HMX），美国的和平卫士使用改性HTPB推进剂，三叉戟C4也使用了HTPB推进剂。不过三叉戟D5则三级火箭全部使用NEPE75推进剂。

我国早期固体弹道导弹受工业能力限制，上世纪末研制出的固体洲际弹道导弹还只是与美俄等国一样使用HTPB推进剂。而到了新世纪，随着科研投入的加大，N15推进剂已经投入生产，这种推进剂在关键指标上只略逊于同类型的美国NEPE75（密度上N151为1.841克每立方厘米，NEPE75为1.846，燃速上也略高因此需要更厚的壳体）。而新一代的H16、S17等新一代GAP固体推进剂也已经于2016年前后研制完成，这些新一代推进剂的密度将比NEPE提升约5%左右，同时其燃速也已经进一步降低。这些推进剂可以应用在某新型洲际弹道导弹和下一代潜射弹道导弹上。

不过比拼并非仅限于此，固体推进剂说白了就是能烧的固体，而科学家们显然不满足于现有的烧聚合物于AP和铝混合物的方式，毕竟聚合物和铝的能量是有限的。那么有没有不做聚合物的出路呢？在2017年的年初，中美两国的科学家就在《science》上以几乎中门对狙的方式发布了各自的新成果——全氮阴离子盐与金属氢。不过很奇怪的是，1月26日报道的金属氢在2月22日就因为操作失误消失了。

美国那边的金属氢虽然不稳定，但不代表我们的就完全胜出了。虽然媒体此前鼓吹全氮阴离子盐 “占领超高能含能材料制高点”，“理论能量密度为黄色炸药10-100倍”。但实际上胡炳成教授曾在接受材料人网的采访时指出，目前合成出的全氮阴离子盐并不具备作为含能材料的条件。也就是说现阶段的产品只是确认了该方向的可行性，为今后的发展指出了一条革命性的道路，但是他本身并没有爆炸的能力也无从谈起其爆炸威力是TNT的多少倍。因此可能会让希冀和吹捧此物能迅速投入使用/量产的人失望。

而除了设计方面外，以笔者有限的行业经验看，目前我国的固体推进剂与相关的火工品方面来看仍然存在诸多需要改进的问题：例如在低端产品中，火工品生产中的不规范和不严格按照标准生产加工仍然是个老大难问题，这些不规范的生产或验收很有可能影响一些低端产品的实际性能与品控。毕竟固体推进剂最多的用处还是各类单兵火箭筒与火箭弹，因此较低端产品的性能也不可忽视。此外生产过程自动化程度较低，操作人员可能较难掌握新产品的生产要领，成本与安全问题的控制更是贯穿了行业的始终（例如在N15基础上开发出了一个廉价版本的N15B）。

在固体推进剂之外，仍然有很多因素影响火箭的性能，例如其壳体强度与重量也会明显的影响火箭的性能；燃烧室技术也会影响工作效率。因此，我国的固体火箭技术仍然有着相当大的进步的空间，而固体火箭上的每一次基础突破，都能带动从空空导弹到洲际弹道导弹性能的重大提升，也正因为如此，我们才需进一步加大投入。而我们也相信，我们的科研人员还能一如既往的为我们带来新的惊喜。