从射星危机看朝鲜航天技术发展
□ 谢瑞强
朝鲜运载火箭技术
20世纪70年代末埃及与苏联交恶，以苏制武器为主的埃及军队在全球寻求新的武器供应伙伴，还大方地向友好国家赠与苏制武器（反正也快不能用了）。朝鲜利用这个机会第一次接触到弹道导弹实物，并带回了几套“飞毛腿”B战术导弹武器系统（含发射车、导弹等其他附属物资）。80年代中期，朝鲜成功逆向仿制出“飞毛腿”B的国产化版本，将其命名为“火星”5。朝鲜的登天之路就是从“飞毛腿”起步的。
冷战时期，中国和苏联两个大国在经济、贸易、工农业生产等诸多方面给予了朝鲜很大的支持，但在远程弹道导弹/运载火箭技术方面，因为事关半岛稳定，并未给予任何援助；美国方面也同样没有给予韩国任何技术和实物支持。埃及这个师傅只是将朝鲜领进门，要想提高弹道导弹射程只能靠自己。
增加导弹射程的方法不外乎三种：增加推进剂、提高推力和减轻发射质量。对于工业基础薄弱的朝鲜来说第一种方法最容易。他们利用“火星”导弹生产设备加长了推进剂贮箱，造出射程达500千米的“火星”6。两伊战争中“火星”5、“火星”6首次远销伊朗，不但为朝鲜挣取大量外汇，也促成了朝鲜与伊朗等多个国家在弹道导弹技术上的长期合作。但从国际安全角度上，朝鲜的这些举动成为继苏联出口“飞毛腿”以来最大的一次弹道导弹技术扩散，增加了局部地区爆发战争的风险。“火星”6最大的技术进步在于首次采用了头体分离技术。这种技术与星箭分离技术通用，成为朝鲜航天事业的技术储备。
从控制学角度讲，越长的物体越不稳定。如果要继续增加导弹射程，单纯加长弹体显然不行。朝鲜面临两个选择：1.研发更好的自动控制系统；2.在加长弹体的同时加粗弹体，有效控制导弹的长细比。朝鲜选择了后者，毕竟改造生产设备会更容易一些。80年代后期朝鲜掌握了1.35米直径贮箱和基于煤油/红烟硝酸推进剂的27吨级液体火箭发动机制造技术。在此基础上研发出最大射程达1300千米的“芦洞”1中近程弹道导弹，足以覆盖日本全境。此后，朝鲜以“芦洞”1作为一子级、“火星”6作为二子级研发出“大浦洞”1号中程导弹。这标志着朝鲜突破了多级火箭设计和级间分离技术，为日后开发远程导弹和运载火箭打下了基础。1988年8月31日，朝鲜在咸镜北道花台郡舞水端里的卫星发射场首次发射“大浦洞”1号。
苏联解体和中国改革开放后，朝鲜的经济和工业面临困境。困境中，朝鲜通过在“大浦洞”1号上加一个小型固体火箭发动机作为三子级研发出了“白头山”1号运载火箭，这种液体下面级+固体上面级的构型很像我国的长征一号。两者的姿态控制也均采用燃气舵，这种控制效率低下、推力损失较大的技术继承自“飞毛腿”，都是基于现有技术的应急产品。但不同的是，中国在长征一号之后突破了摆动发动机技术，而朝鲜则一直没有掌握类似技术，这也凸显出朝鲜航天工业的先天不足。
1998年9月4日，朝鲜用“白头山”1号运载火箭将“光明星”1号卫星发射升空，火箭的前两级均工作正常，分别坠落在朝鲜以东250千米和1646千米的海域，整流罩也成功分离，但星箭分离失败。此时，朝鲜的一只脚已经踏进发射卫星、开发宇宙的大门，但1.35米直径火箭也再无潜力可挖。欲继续提高运载能力，只能开发更大直径的贮箱和推力更大的火箭发动机。
此后的八年间，朝鲜仅突破了2.4米直径贮箱制造技术，新型运载火箭急需的大推力火箭发动机并未研发成功，唯一的办法就是并联多台小发动机来实现大推力。多发并联并非简单绑在一起，最关键的同步工作问题如果得不到解决，火箭点火后就会因为多发推力不一致使推力矢量偏离火箭纵轴而倾倒在发射台上。这方面最经典的例子就是N-1登月火箭。苏联因为迟迟拿不出大推力液氧/煤油火箭发动机而在N-1登月火箭上采用了多发NK-33并联。苏联人考虑得很周到，他们设计的发动机控制系统在个别发动机失效的情况下会自动调整其他发动机的推力。但这个控制系统过于复杂、漏洞频出，导致每当有个别发动机失效就会引发连锁反应导致火箭爆炸。
朝鲜利用上述技术研发出“大浦洞”2号中远程弹道导弹，并于2006年7月5日在舞水端里发射场首次试射，导弹在发射40秒后坠海。该型导弹一子级发动机由4台37吨级发动机并联而成，二子级则由“芦洞”1导弹改装而成。西方专家判断这种导弹的射程已超过4000千米。
2009年4月5日，朝鲜在舞水端里发射场首次发射由“大浦洞”2号加装液体三子级火箭而成的“银河”2号运载火箭。由于二、三级分离失败，其搭载的“光明星”2号卫星没有进入轨道。2012年4月13日和12月12日，朝鲜两次发射“银河”3号运载火箭。第二次发射成功将“光明星”3号卫星送入500千米高度的太阳同步轨道。
朝鲜的三次发射均向多个国际组织发出通报，韩国也有幸根据这些信息提前组织海军舰船观测发射并打捞到第三次发射的火箭残骸。韩国人先后捞到了较为完整的一子级氧化剂贮箱、主发动机残骸和级间段等部分，随后调集各领域专家进行了详细研究。
韩国国防部公布的调查报告指出，朝鲜通过设在世界各地的皮包公司直接采购由当地经销商售卖的成品或通过第三国中间商向原厂采购。生产商不与朝鲜国内机构直接发生买卖关系，联合国也无法制裁他们；成品采购则避开了联合国被禁物项清单规定的原材料、产品规格要求。这些成品有相当一部分器件是非航天标准的民用产品，并未针对火箭总体设计做出减重、小型化、抗辐射加固等优化措施。箭体残骸显示，“银河”3号的箭体结构材料为AlMg6铝镁合金，推进剂贮箱采用梁式蒙皮骨架结构，这是一种基于飞机结构演变而来老式设计，而其他航天大国早已采用结构质量更轻、受力设计更合理的整体壁板结构。发动机残骸显示，“银河”3号一子级发动机由四机并联的主发动机和四台承担姿控功能的游动发动机构成，这说明朝鲜一直没有突破摆动发动机技术。主发动机也还是“芦洞”1使用的27吨发动机，游机单台推力3吨，总推力120吨。
综上所述，朝鲜运载火箭水平有赖于对“飞毛腿”导弹技术的消化吸收和有限的国际交流，火箭总体设计受制于国际采购，运载能力难以达到最大设计指标，目前仅相当于我国长征一号的水准。2016年的卫星发射虽然再次取得成功，但由于火箭一子级在完成工作后炸成270余块碎片导致韩国军方难以打捞到有价值的残骸，目前根据已找到的一、二级级间段、卫星整流罩和部分火箭发动机残骸还无法判断“光明星”号火箭到底是“银河”3号的马甲还是技术有所进步的改型。
“白头山”1号火箭
“大浦洞”1导弹
运载火箭=洲际导弹？
以美国为首的西方国家多次称朝鲜发射卫星是假、试射洲际导弹是真，朝鲜的核试验也总在提醒国际社会他就是要发展导弹核武器。但我们不能因此就断定这两次成功的卫星发射就是在试验洲际导弹。这两者区别还是很大的。
首先，两者的助推段轨迹有很大不同。弹道导弹的作用是以一定角度和速度将弹头投掷出去，打的是抛物线弹道。导弹的一子级要一步到位完成程序转弯，剩余各级主要任务就是沿着最优爬升角加速，故此助推段弹道先弯曲后陡直。火箭发射卫星不但需要加速到入轨速度，还要持续转弯使速度矢量与轨道平行才能实现入轨。转弯需要部分推力分量用于推动火箭绕质心旋转，会损失部分加速能力。一子级要让火箭尽快脱离稠密大气，减小后续飞行因空气阻力导致的额外速度损失，剩余各级在稀薄大气中边加速边转弯直到卫星入轨，故此助推段弹道先陡直后弯曲。韩国海军的“宙斯盾”舰长时间跟踪朝鲜火箭主动段飞行，完全可以根据弹道特征作出判断。我们也相信韩国会在后续的报告中提到这些问题。
其次，两者的落区分布不同。弹道导弹作为一种对地攻击武器，试验落区包括弹体和弹头落区。由于末级导弹的速度与弹头一致，只在再入阶段受空气阻力影响滞后于弹头，两者的落区会十分接近。而火箭发射卫星时末级火箭与卫星往往一同入轨，已经完成工作的末级火箭会在稀薄大气阻力下逐渐降低高度最终再入大气烧毁，这个过程会相当漫长。故此发射时不会设置末级火箭落区，而下面级落区的特征是与发射场的距离逐级延长。朝鲜发布的航行通告（NOTAM），完全印证最近两次卫星发射的落区分布符合运载火箭的特征。
最后，目前尚无任何证据证明朝鲜掌握远程乃至洲际导弹所需的弹头再入防热技术。与朝鲜来往频繁的伊朗等国也并未突破洲际导弹再入防热技术，可谓爱莫能助。一个没有防热层保护的弹头会在抵达靶区前被数千度甚至上万度的气动加热烧毁，朝鲜即使有心打一枚采用抛物线弹道的“银河”3号也无法验证弹头的再入精度。美国的老调重弹显然还是在为建设东亚导弹防御系统找借口。
“光明星”3号卫星
“光明星”1号模型
“光明星”号火箭
“光明星”号火箭残骸
“光明星”号火箭的卫星整流罩
朝鲜的卫星技术
由于朝鲜是一个高度封闭的社会，类似于航天这样的高精尖计划都处于重重保密中。前文所说的内容，大部分源自于西方情报部门公布的朝鲜与其他第三世界国家的导弹技术交易细节和韩美等国对“银河”3号运载火箭残骸分析。朝鲜的人造卫星由于发射次数少，外界更是知之甚少。朝鲜曾在国内公开发行的邮票上公开了“光明星”1号的外形，在第一次发射“银河”3号前夕破例邀请国际媒体进入发射场参观并首次也是唯一一次公开展示“光明星”3号人造卫星。根据这些有限的信息，我们可以得出如下结论：
“光明星”1号卫星与世界其他航天大国的第一颗卫星一样，都没有太阳能电池板（片），仅靠星载化学电池供电，不论供电功率和工作时间都很有限，也无法执行什么具体任务。基本属于“到此一游”的类型。“光明星”1号卫星的外形与我国的“东方红”1号极为相似，都是接近于球壳的多面体。这种轴对称的外形也暗示卫星采用了最简单的自旋稳定姿控方式。
“光明星”2、3号都是光学地球遥感卫星。根据朝鲜中央电视台公开的有限画面可知，这两种卫星大小相同，外部的载荷种类、数量也基本一致，只是具体布局有所差异。后者很可能就是前者的改进型。“光明星”2、3号卫星外形为立方体，有可展开的太阳能电池板，采用三轴姿态稳定技术。据朝鲜国家宇宙开发局称，“光明星”3号重100千克。由于地面展示的卫星电池板收拢遮蔽了卫星的四个侧面，只能看到卫星顶部有几个构件，其中一个应该是星载测控系统的全向微波天线，而另一个被几个隔框固定的圆柱物体或许就是卫星的主有效载荷——光学遥感相机。
最新发射入轨的“光明星-4号依旧是一颗光学地球遥感卫星。韩国国家情报院评估认为这颗卫星的质量达200千克，可以搭载口径更大、分辨率更高的光学遥感相机。
北美空天防御司令部的监测表明，“光明星”4卫星自2月7日入轨以来已经先后失稳翻滚两次，又两次回到稳定姿态。造成这种故障的原因或许是朝鲜在卫星三轴稳定姿控方案设计上出了问题，对卫星实际姿态判断失误进而错误地启动执行机构导致卫星翻滚。也或许是朝鲜自行研发或外购的星敏感器、飞轮等姿态感知、执行机构有质量问题，导致卫星无法正确感知姿态或在调整姿态时失控。
由于朝鲜本土狭小，国内测控网只能对火箭的主动段实施测控。在没有海外测控台站的情况下根本无法实时掌握卫星的入轨姿态。“光明星”4号一旦在国内测控范围之外出现故障，只能等到卫星再次飞临朝鲜上空才能发送指令实施抢救。对于依靠太阳能电池板的卫星而言，时间就是“生命”。毕竟星载化学电池储能有限，如果在电量耗尽前卫星姿态仍未纠正、太阳能电池板无法正常对日定位充电，就很有可能导致卫星控制系统主机断电关机，卫星报废。
朝鲜作为一个签署《朝鲜半岛无核化宣言》并加入《不扩散核武器条约》的国家，却先后宣布这些国际条款无效并公开宣称要研制、拥有核武器，这直接殃及了朝鲜的航天事业。航天运载器技术作为军民两用技术既可以用来发射卫星造福社会发展，也可以用于投掷核弹头大量杀伤平民，从而导致国际社会极力反对朝鲜发展航天技术。和平利用太空是每个国家的权利，但朝鲜违约在先还振振有词，通过朝鲜中央通讯社等党媒叫嚣“堂堂行使自主的和平利用宇宙权利”，“更多、更快、更痛快地发射主体朝鲜的实用卫星。”这种自绝于国际社会的做法，只会使朝鲜和平开发宇宙的道路成为死路。
“光明星”号火箭落区分布图
“火星”5导弹
“银河”3号火箭贮箱残骸