V-2导弹
1942年德国研制的弹道导弹
V-2导弹(英语:V-2 导弹德语:Vergeltungswaffen-2)是德国于1942年成功研制的一种弹道导弹,初型称为A-4火箭,是世界上首次出现的地地弹道导弹。
1936年,德国在A-2、A-5火箭的基础上开始研制更先进的火箭V-2。1942年6月13日,第一枚V-2火箭进行首次发射试验,后于同年8月16日进行第二次发射,但两次均以失败告终。1942年10月3日,V-2第三次发射成功,成为人类火箭技术和航天史上一个具有重要意义的事件。1942年12月22日,希特勒下令大批量生产V-2火箭。1943年8月17日,英国皇家空军佩内明德实施毁灭性轰炸,德国的大批量生产厂成为废墟。之后,德军高层转移了佩内明德遗留的所有研制设备,决定修建秘密地下工厂。1943年冬,中心工厂制造的第一枚V-2出厂。之后,A-4火箭更名为V-2导弹。截至1944年春,V-2导弹的生产速度达到每月300枚。1944年9月8日,德军发射第一枚实战的V-2导弹。第二次世界大战结束后,苏联和美国分别在V-2导弹的基础上发展本国导弹技术,研制出P-1导弹、P-2导弹、“下士”1号导弹等。
V-2导弹由弹体结构、弹翼、弹头、导航制导设备舱、燃料贮箱、氧化剂贮箱和火箭发动机构成,其全长14米,重13吨,直径1.65米,弹翼翼展3.56米,最大有效射程320千米,飞行时间320秒。V-2导弹采用液态火箭发动机,使用的燃料为3.81吨的乙醇,氧化剂为4.91吨的液态氧;采用捷联式惯性制导系统;带有1吨重的高爆弹头,弹头装药为阿玛托,有效载荷约900千克烈性炸药;采用机动发射,整个装备由30余部车辆组成,发射时在发射台上用热发射方式发射。
发展历程
研制背景
1923年,赫尔曼·奥伯特就在其论文《飞向星际空间的火箭》中提出了火箭结构的设想。后来,德国的火箭爱好者又成立了宇宙旅行协会,在液体火箭方面进行了大量开拓性工作,包括成功制造出小型液体推进剂火箭。1932年,为了寻求火箭研制资金,沃纳·冯·布劳恩等火箭专家成为德国陆军火箭技术部门的成员,开始用军方提供的经费研究液体火箭。经过布劳恩等人的不懈努力,A-2、A-5火箭先后研制成功。
研制历程
1936年,德国在A-2、A-5火箭的基础上开始研制更先进的火箭V-2(原名为A-4)。V-2的技术指标参照了问世于第一次世界大战巴黎大炮。巴黎大炮能把直径21厘米、装药11.25千克的炮弹发射到125千米以外,而V-2的最初设想是射程要达到巴黎大炮的两倍,能发射一吨重的弹头,命中误差两至三米,并能沿铁路或公路运到德国境内的任何地方。1936年底,为了增强火箭的研制能力,德国军方投资3亿马克,按照布劳恩的选址,在柏林北方乌瑟多姆岛上兴建了佩内明德火箭研制中心。新研制中心建成后,研制人员陆续从原来的库默斯多夫火箭研制基地迁入,至1943年8月人数达1.7万人。
出于未来战争的考虑,德国元首希特勒也对火箭研制表现出极大兴趣。1939年3月23日,阿道夫·希特勒参观了库默斯多夫火箭研制基地,认真听取了布劳恩讲解的火箭知识,观看了发动机试车,提出了各种技术问题,并给予认可态度。同年9月19日,希特勒在演讲中宣布德国正在研制一种新型秘密武器。然而,当时V-2还不能马上成为投入战争的武器,因为它还只是一个试制品,技术上还有许多问题需要解决。其中火箭发动机就是一个最大难题。在瓦尔特·蒂尔博士主持下,研制人员进行了深入研究和设计,包括改良混合燃料,设计新的燃烧室和喷注器,以使推进剂充分雾化和高效燃烧;为了冷却喷嘴,首次采用了薄膜冷却法。
涡轮驱动是另一个大问题。在一家水泵工厂里,布劳恩从正在生产的消防水泵上找到了解决问题的答案,决定用过氧化氢与高锰盐酸溶液混合生成高温高压蒸气的方法驱动涡轮,进而成功制造出了第一台气体发生器。此外,还进一步解决了制导和控制问题,包括首次应用惯性陀螺平台,开创了现代惯性导航的先河;利用超音速空气动力学研究成果,解决了以前因气动外形产生的稳定问题。火箭研制由布劳恩牵头并负责各系统之间的协调。许多大学和研究所参加了研究、设计、制造和试验。
1942年6月13日,第一枚V-2火箭进行了首次发射试验。德国三军主帅和军火生产部长阿尔伯特·施佩尔等赶到现场观看。可是发动机点火后,火箭仅上升了一秒钟就因推进剂供给系统发生故障坠落下来,在巨大的爆炸中炸得粉碎。同年8月16日进行的第二次发射又因为仪器舱外壳过于脆弱,飞行45秒后在空中解体。之后,第三次发射于1942年10月3日开始,火箭发射后直冲蓝天,54秒钟后发动机正常关机,上升到85千米高度。这次发射成功是人类火箭技术和航天史上一个具有重要意义的事件。
生产历程
1942年12月22日,阿道夫·希特勒下令大批量生产V-2火箭,1943年7月7日,又观看了发射V-2的影片。按照希特勒的要求和大批量生产V-2的需要,德国参谋本部在人力和物资供应方面都给予了最高级优先权,同时专门成立了一个直接由军械和军工生产部管辖的特别委员会,并建立了强有力的生产机构,包括佩内明德南部一个生产零部件和装配的大型工厂,以及位于维也纳新城、柏林北郊和腓特烈港的三座装配工厂。
当V-2即将大规模生产时,盟军谍报部门获得了德国秘密研制和生产火箭武器的情报。1943年8月17日,英国皇家空军的571架战略轰炸机,对佩内明德实施了毁灭性轰炸。为了完成该任务,40架飞机和机上的240位飞行员献出了生命。大规模轰炸非常成功。轰炸后佩内明德一片火海,几乎被夷为平地。位于三个不同地方的三家大批量生产厂也都成了废墟。轰炸中有735人丧生,其中178人是德国技术人员,包括刚搬到佩内明德发动机设计师瓦尔特·蒂尔。期间,轰炸中布劳恩和其他人员从火海中抢救出了许多珍贵图纸和大部分重要文件,为V-2后来恢复生产创造了条件。
大空袭之后,德军高层将领意识到,高度机密的V-2研制计划已经走露风声,不能在佩内明德继续研制火箭。于是,他们将佩内明德遗留的所有研制设备疏散到各地。同时,为将批量生产全部转入地下,建成了一座秘密地下工厂。地下工厂名为中心工厂(也称米特尔工厂),位于柏林法兰克福之间的哈茨山南部,靠近诺德豪森市,是用一座废弃油库改建成的。
1943年冬,中心工厂制造的第一枚V-2出厂。同年,多恩伯格开始筹建火箭发射部队,包括机动营和固定营两种。机动营每天能发射27枚V-2。德国宣传部长约瑟夫·戈培尔发挥自己的想象力,将火箭命名为“复仇武器”,A-4火箭从此更名为V-2导弹。截至1944年春,它的生产速度达到每月300枚。
后续发展
1945年,第二次世界大战进入收尾阶段。V-2导弹完成了在战争年代中的历史使命,被盟军缴获的V-2导弹被运到巴黎和伦敦的街头进行展览。1945年夏季,德军进行了最后一次V-2导弹发射。之后,V-2导弹就开始身份转变:由武器变为开启航天时代的钥匙。二次世界大战结束后,苏联和美国分别在V-2导弹的基础上发展本国导弹技术。
基本设计
V-2导弹的总设计师为沃纳·冯·布劳恩博士。总体来说,V-2导弹由弹体结构、弹翼、弹头、导航制导设备舱、燃料贮箱、氧化剂贮箱和火箭发动机构成。
外形
V-2导弹发射质量12.5吨,全长14米,重13吨,直径1.65米,弹翼翼展3.56米,底部尾翼翼展1.95米,弹头重约1吨,最大有效射程为320千米,飞行时间320秒,命中精度为4至8千米。
动力
V-2导弹使用的燃料为3.81吨的酒精(严格来说是75%的酒精与25%的水的混合物),氧化剂为4.91吨的液态氧。V-2导弹拥有专门设计的喷注系统,它的发动机为了提高可靠性,采用了多喷注器的设计。在多个钟形窝里,有中间和四周环绕这两类带有小孔的喷注装置。中间喷注头上面钻了120个小孔。这些小孔用来向燃烧室喷注液氧。钟形内壁上则按照近距和扩张远距的不同,分布着68个酒精喷注孔。V-2导弹在发射之前,需要由各种罐车、槽车运来6.4吨A液体,3.71吨B液体,175千克的T液体和22千克的Z液体。
发动机工作的时候,燃烧室温度可达2500℃。发动机内部有夹层结构,这种设计是首次在导弹或火箭上出现并影响至今,现代的液态火箭发动机大多仍然沿用这样的设计思路。夹层中,由6根高压管路输送来的酒精充斥其间。这个夹层的内壁紧邻灼热的燃烧室,冰冷的酒精能够起到冷却火箭发动机的作用。燃烧室内壁同时也能够对酒精燃料进行预热,有助于提高燃烧稳定性和火箭发动机的效率。该设计既满足了发动机的冷却需要又满足了燃料的预热需要,同时又没有引入附加的工质和设备。
V-2导弹的火箭发动机燃烧室顶端18个鼓包的中间孔洞接高压液态氧管路。周围的管线输送乙醇,与燃烧室的中空夹层相连。夹层与1224个酒精喷注孔相连。V-2导弹上面的拥有580马力的涡轮泵是世界上应用最早的火箭发动机涡轮泵。涡轮泵以强劲的功率将酒精和液氧泵到燃烧室,为火箭发动机的持续工作提供条件。高压气体吹动叶轮,然后带动同轴涡轮高速转动,像水泵那样把液氧和煤油泵到高压管路中,最终输入燃烧室。该涡轮泵设计思路清晰,结构简洁明快,涡轮输送效率较高,被后来的大量弹道导弹运载火箭所借鉴。
零下183摄氏度的液氧经过里面的细管,与细管外的热气体进行热量交换后,形成高压。该压力经管路通给液态氧贮箱,形成一股持续不断地将液氧向燃烧室推挤的力量。这股力量在经过涡轮泵的进一步推动之后,最终使得液氧在18个喷注器,共2160个喷注孔中,形成雾化液氧液滴,与周围的乙醇喷流充分混合。
制导
V-2导弹上的惯性系统是世界上第一套实用的惯性制导系统,也是捷联式惯性制导系统的雏形。该装置的直径为20英寸,质量为100磅。惯性制导系统由两个二自由度陀螺仪和一个陀螺积分速度计组成。陀螺仪和加速度计直接固定安装在弹体上,陀螺仪测量出导弹弹体的姿态和方位角,陀螺测得的导弹方位、姿态信号,通过导弹的飞行控制系统使导弹飞行在预定的弹道上。发射导弹时,先垂直升空,上升约10公里时,导弹制导控制系统控制导弹调转角度,以45度角向上飞行,最后的高度可达80公里。沿弹体纵轴安装的加速度计测量出沿弹体纵轴飞行的加速度,经过积分计算得到导弹的飞行速度,当导弹速度达到预定值时,关闭发动机,导弹将在惯性力作用下沿抛物线向前飞行。导弹最高的飞行速度可达6436公里每小时,跨越英吉利海峡飞越300多公里的射程不超过4至5分钟。
战斗部
V-2导弹带有1吨重的高爆弹头,弹头装药为阿玛托。阿玛托(AmatoI)是由(Ammonium)和甲苯(ToIuene)合成的一种在二战期间用途广泛的炸药。此外,该导弹的有效载荷为约900千克的烈性炸药。
其他
V-2导弹采用机动发射,整个装备由30余部车辆组成,发射时在发射台上用热发射方式发射。
技术参数
参考资料:
服役情况
1944年9月8日6时30分后,德军从荷兰海牙郊外发射了第一枚实战的V-2导弹。之后十天内,德军又向伦敦发射了26枚V-2导弹。截至1945年3月27日4点45分向肯特郡奥尔平顿进行的最后一枚发射,德军先后发射了4320枚V-2导弹,虽然有些没有击中目标,却仍给英国法国比利时等国家造成了巨大损失。击中伦敦的1050枚导弹使2511人丧生,重伤6000余人;在比利时的最大港口和重要工业城市安特卫普,一枚导弹就夺去271条生命。导弹还摧毁了数以千计的民宅和建筑物。
相关型号
P-1导弹
1947年2月,苏联用V-2导弹零部件组装的两发导弹发射试验成功,随后又进行了11次类似的组装和试验,有5次命中目标。通过对V-2导弹进行改进,苏联研制出他们自己的P-1导弹,即美国所称的SS-1导弹。该导弹以液体燃料火箭发动机为动力,纯惯性制导,最大射程达300km。1948年秋,共进行了11枚P-1导弹的飞行试验,有7次准确命中目标。由于其性能很快就显落后,服役不久便被废弃,结构主体被改造为民用探空火箭。
P-2导弹
借鉴P-1技术并结合大量自主技术创新苏联又研制了P-2导弹,1950年10月1日首次试射,1951年11月装备部队。P-2导弹是具有可分离头部的弹道式导弹,它的头部在弹道上按预定方案分离,并按自己的弹道飞向目标。P-2导弹的头部是由战斗部、稳定裙和分离装置组成的。20世纪60年代开始,中国主要仿制P-2导弹,于1960年11月5日成功研制出东风-1弹道导弹
下士1号导弹
1946年4月16日,美国在德国火箭专家的帮助下,第一次成功发射了在美国组装的V-2,并很快在此基础上研制出本国的第一种导弹“下士”1号。1947年5月22日,下士导弹试射成功。这是完全由美国主导的第一次大型导弹试验,它搭载着唯一一款完全由美国设计制造的大推力发动机。
相关事件
仿制V-2
1945年3月初,苏联红军占领佩内明德,3月20日美国军队则占领了哈茨山和中心工厂。一个月后,美军找到那个矿坑,挖出藏有导弹资料的箱子,并抢在向苏军移交中心工厂前,将装满300节车箱的V-2零部件运到安特卫普,之后又用16艘自由轮运到新奥尔良,最后运到美国新墨西哥州白沙导弹试验场。不久,美军又把包括布劳恩在内的118名德国火箭专家送往美国。
二次世界大战结束后,苏联和美国分别在V-2导弹的基础上发展本国导弹技术。1947年10月30日,苏联利用被俘的德国技术人员发射成功了第一枚德国制造的V-2导弹,不久又成功地仿制出了V-2导弹,命名为P-1。接着,苏联在V-2的基础上加以改进,成功地研制出P-2导弹。1957年8月21日,苏联成功发射了世界上第一枚洲际弹道导弹P-7。在此基础上又研制出“卫星”号火箭,成功地发射了卫星一号。1946年4月16日,美国在德国火箭专家的帮助下,第一次成功发射了在美国组装的V-2,并很快在此基础上研制出本国的第一种导弹“下士”1号。之后又相继研制成功了“宇宙神”、“大力神”等洲际导弹和运载火箭
第二次世界大战期间,V-2导弹首次袭击伦敦后,布劳恩等人曾感到非常懊悔,因为它原本是为月球飞行研制的,却被迫为战争服务。直到1969年7月,“阿波罗”11号载人飞船成功抵达月球后,他们才实现了当年的梦想,因为“土星”5号火箭如同V-2导弹的放大版。
V-2导弹基地博物馆
纳粹德国二战中的一个V-2导弹研制基地,计划在1997年开辟为战争博物馆,以教育欧洲年轻人铭记和平来之不易。该基地位于法国北部圣奥梅尔市附近,在建造过程中成千上万的集中营中的苏联难民被折磨而死。该基地研制并发射3000多枚V-2导弹,造成2万多的英国人遇难。截至1996年,基地现存有V-2导弹实物,世界上仅存4至5枚这种弹。该基地的改造工程耗资1000万美元,其中部分资金由欧盟援助,预计每年可吸引25万游客。
参考资料
V-2 rocket.Britannica.2024-02-25
V2 Rocket Facts.World War2 Facts.2024-02-25
V-2 Missile.Air and Space.2024-02-25
German V-2.Engine History.2024-02-25
目录
概述
发展历程
研制背景
研制历程
生产历程
后续发展
基本设计
外形
动力
制导
战斗部
其他
技术参数
服役情况
相关型号
P-1导弹
P-2导弹
下士1号导弹
相关事件
仿制V-2
V-2导弹基地博物馆
参考资料