来自纳粹德国的“瀑布”遥控防空火箭：说说苏联第一代地空导弹

来自德占区的收获

前苏联国土防空军地空导弹部队的成立缘起于卫国战争后期。在对解放的东欧和德国领土上诸多德国火箭实验场进行实地调查之后，联共中央决定全力搜集和汇总各种德国火箭及喷气推进技术相关的文件、产品以及实验证据，同时发动包括政治、侦察机关在内的各种人力物力资源全力搜捕参与过德国相关研究的科研技术人员。尤其是得知盟军开始进行“回形针”行动（Operation Paperclip）之后，苏方也相应加快了行动步伐。

虽然苏联最终没有能够获得类似冯·布劳恩那样具有决定意义的科研人员，但是苏军情报机关仍然设法得到了大量德国火箭技术的实物资料。这些以A-4火箭（即V-2弹道导弹）为代表的众多划时代武器当中，“瀑布”遥控防空火箭（Wasserfall Ferngelenkte FlaRakete）也吸引了苏联军方和技术部门的眼光。

“瀑布”实际上是A-4火箭的直接缩小版，整体上看弹体外形与结构基本保持不变。由于射程（射高）的大幅缩减以及战斗部的大幅减轻，“瀑布”只有A-4体积尺寸的1/4左右。同时，为了适应战术目的的改变，“瀑布”在弹体中部增加了4片对称矩形弹翼，增大气动升力，同时也是为在尾翼安装大型气动舵面调整气动中心位置。另外，虽然“瀑布”仍然采用垂直发射方式，但是与发射前临机加注燃料的A-4不同，“瀑布”为了追求更短的发射准备时间以应对随时可能出现的盟军轰炸机群，需要导弹在已加注燃料的情况下于发射台架上保持最长一个月左右的发射预备能力，因此“瀑布”的火箭发动机设计以及燃料组分都发生了相应的变化。

以往A-4使用易挥发的液氧/酒精燃料组合被替换为了乙烯基异丁醚/红烟硝酸，这是一种双组元的自燃推进剂，无需点火装置，只要在燃烧室中相互接触即发生剧烈燃烧。推进剂储箱由各自单独的氮气瓶增压，以保证燃料充分快速的进入燃烧室。一系列易碎的爆破盘隔绝了氧化剂和燃料系统。由于使用了这样一套相对更加不稳定的推进剂组合，佩内明德的防空火箭研制部门为“瀑布”专门设计了一些有别于其他A系列火箭的安全装置。例如在上述隔绝推进剂两系统的爆破盘中，氧化剂系统供应管道出口处的爆破盘位置低于燃料管道出口爆破盘，这样做的目的是使导弹在出现推进剂意外渗漏的情况下，进入燃烧室的氧化剂始终多于燃料，以免形成富燃环境引起剧烈爆炸。还有一些安全措施则针对增压氮气瓶，比如在氮气瓶上装有火药做动的放气阀，一旦燃烧室工作不正常，则引爆装药打开放气阀，将增压氮气排放到大气中，降低推进剂储箱压力，减小推进剂流量，最终使火箭发动机关机。

▲三种“瀑布”基本型号一览。

“瀑布”系列地空导弹共有三个基本型，W-1、W-5和W-10。W-1和W-5的弹体基本一致，区别在于W-1弹翼仍然是传统的平直翼，后掠角很小，翼展较大，而W-5则使用了展弦比更小的弹翼，前缘后掠角也更大。此外W-1的弹翼与尾翼交叉45度安装，目的在于避免弹翼遮蔽尾翼，这种情况会导致尾翼后缘安装的气动舵面效率下降，然而后续的风洞吹风显示这种担心是多余的，因此W-5取消了这样的设计以减小飞行阻力。W-10则是在W-5基础上等比例缩小的产物，原因是此时临近战争尾声，任何军工项目都要考虑节约宝贵的战略资源（这个时候的德国基本上任何物资都是战略资源，除了人）。

▲某一个“瀑布”方案的风洞模型，注意模型基座上伸出的管路，这是为了采集模型各处流体压力信息而引出的压力管，通过模型表面相应位置的小孔引出该处静压，通过模型内部和整流支撑架内部的密封管路直接送往底座出口。一共有121条，各自联通一部流体压力计，由大量专门人员在实验时同步记录压力数据。这是在没有压电式压力计的时代为研究计算流体力学模型实际效果的唯一方法。

▲A系列火箭家族的风动模型，右侧带有弹翼的几个即为“瀑布”方案。

由于采用目视指令制导， “瀑布”的制导系统主体就是地面操作员自己，他需要全程“盯住”导弹飞向目标，而“瀑布”的作战对象是在3万英尺左右高度编队飞行的盟军轰炸机，因此操作员自身的身体素质和操纵技巧将极大的决定导弹作战效能。操作员的指令通过一根控制手柄传递给地面站，由地面站将控制指令转为无线电信号向弹载无线电接收机发送，弹载接收机再将指令信号直接传递给各舵面舵机。弹上的陀螺驾驶仪则负责保持导弹在俯仰、滚转以及偏航轴上的稳定，控制员依靠指令改变导弹弹道的高低角和方向角，直到目标附近区域，然后手动遥控引爆战斗部。导弹的操纵面在低速时由火箭发动机喷口处的四片燃气舵充当，高速时则转为尾翼后缘的大型气动舵面。

▲由于“瀑布”采用了全手动的超智能制导系统，因此需要在推进剂中保持较高的粒子浓度以便于操纵员观察导弹尾迹修正航向。

当然，德国火箭科学家们也并不全都是失去理智的疯子，他们也很清楚这种制导系统在实战中的价值基本上等于零。于是，两套新的制导系统原理被提了出来。第一种，即所谓的“阿尔萨斯”系统，在原有的目视指令制导基础上，增加一套目标指示雷达和一套导弹航迹追踪雷达，免去操纵员目视追踪目标的同时还要驾驶导弹的负担，改为在光学投影设备上观察目标和导弹的雷达信号进行操纵，同时具备一定的夜间和复杂气象条件下作战能力，但是导弹命中率仍然受限于操纵员的操纵水平。

▲“阿尔萨斯”系统原理，自动化程度在那个年代已经算是非常超前。

而那些德国科学家中更具有“科学”精神的部分则提出了一个更为疯狂的方案，即“莱茵兰”系统。这套系统彻底摒弃了人工操纵员，整套系统正式分为了弹载设备和地面站两大部分。地面部分主要是一部搜索照射一体化雷达及其相关组件，弹载部分则是由无线电接收机、定向机和信号比较仪组成。地面搜索雷达发现目标后，自动或在人工干预下转入照射模式，其波束的反射信号被飞行中的弹载接收机捕捉到，交给定向仪进行定向后得到导弹相对目标的方位角和速度差信息，再将这些信息输入比较仪，得到导弹的操纵修正量。一旦导弹被指引到照射雷达波束内后，则可以不断以雷达定向信号为基准修正自身轨迹，直至飞抵目标附近。而为了解决在导弹飞行末端远离照射雷达时，雷达波束扩散衰减从而降低制导精度的问题，德国科学家们进一步提出了为导弹安装红外目标捕捉器甚至主动雷达制导头的提议。当然这一套集后世半主动雷达制导、无线电驾束制导原理于一身的混合制导体制，其实现难度远远超出了二十世纪40年代中期的德国火箭工业、电子工业技术水平，最终并没有投入实际生产。

“瀑布”最初使用110公斤高爆战斗部，后来由于导弹在测试中糟糕的命中精度，不得已进一步加大战斗部质量到360公斤（A-4则使用1000公斤高爆战斗部），并且采用液体炸药掺混扩爆药的装填形式，以期取得更大的冲击波半径，力争同时覆盖编队飞行的多架盟军重型轰炸机航迹。

▲“瀑布”W-1型分段。

▲“瀑布”仪器舱及火箭发动机。

▲“瀑布”W-5解剖。

德国空军计划将德国国内10万人以上城市全部纳入“瀑布”地空导弹保护圈内，由此需要建立超过200个地空导弹营，并且保证每月5000枚左右的导弹产量。而为了将德国全境都纳入地空导弹保护范围，则需要另外的100个“瀑布”地空导弹营。生产一枚“瀑布”导弹需要500个工时，而A-4火箭则需要近2000个工时。德国工业部门预计到1945年11月可以完成第一个“瀑布”地空导弹营及发射场全套装备的生产，在接下来4个月中还可以建成20个导弹营及其阵地，并且预计在1946年3月将导弹月产量提升至900枚。

▲正在通过水路运往佩内明德试验场的“瀑布”W-1试验弹。

▲点火发射中的“瀑布”W-1。

▲起竖后加注燃料中的“瀑布”W-5。

▲飞行中的“瀑布”W-5。