North Korea developing solid fuel ballistic missiles similar to ATACMS and Iskander missile, Missile Test Haven NK
北朝鮮が、ATACMSやイスカンデルに似た弾道ミサイルの試験を立て続けに複数回行っている。本記事では、近年加速している北朝鮮による固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの開発について考察を述べる。
目次:
1. ATACMSとイスカンデルミサイルに似ているが、中身は異なる北朝鮮の弾道ミサイル
2. ATACMS、イスカンデルミサイルと北朝鮮の新型短距離弾道ミサイルの比較
・2.1 ATACMSに似たSRBM
・2.2 ATACMSモドキの新型SRBMは、北極星1号の固体燃料ロケットモーターを流用している？
・2.3 イスカンデルに似たKN-23 SRBM
3. ATACMSモドキ、KN-23、北極星1号は、固体燃料ロケットモーターの製造設備を共用したファミリー化か？
4. 北朝鮮の固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの歴史
5. 北朝鮮の固体燃料ロケットモーター技術水準
6. 弾道ミサイルの複数同時開発を実施する北朝鮮
7．固体燃料ロケットモーター技術の実用化試験（推論1）
・7.1 製造設備を共用して開発、既存品の量産化
・7.2 固体燃料ロケットモーター技術の成熟化
・7.3 北朝鮮の伝統的な液体燃料ロケットエンジン式の開発手法を踏襲した確実な技術開発
コーヒーブレイク雑談話：ノドンに搭載されたロケットエンジン開発
8．弾道ミサイル開発の先進国となった北朝鮮、軍拡と外貨獲得（推論2）
・8.1．北朝鮮の弾道ミサイル発射実験の目的
・8.2．タックスヘイブンならぬ、ミサイルテストヘイブン国家 北朝鮮
9. References
1．ATACMSとイスカンデルミサイルに似ているが、中身は異なる北朝鮮の弾道ミサイル
ATACMS及びイスカンデル弾道ミサイルに似た、北朝鮮の短距離弾道ミサイル（SRBM）
北朝鮮が、弾道ミサイル試験を立て続けに複数回行っている。2019年5月4日を皮切りに、2019年8月16日までに、大口径誘導多連装ロケットを除いたSRBMだけに絞っても、合計12回もの弾道ミサイル発射試験を行った。これは異常なペースである。また、そこで打ち上げられたのは、米国のMGM-140 ATACMSやロシアのイスカンデルに似た外見の弾道ミサイルであり、装備体系の内容も不可解である。
基本的に開発資金に余裕がなく、人材も資源にも限りがある状態の北朝鮮が同じような目的、規模、装備体系のミサイルを複数同時並行で開発するのは、経済的合理性があるとは言えない。本記事では、これらについて考察を行う。
本記事で取り上げる、主な課題は2つである。
- ATACMSやイスカンデルに似た外見の弾道ミサイルは、それらの技術を丸パクリしたものなのか？
- 何故、これほど立て続けに複数回弾道ミサイルの試験をしているのか？
１．ATACMSやイスカンデルに似た外見の弾道ミサイルは、それらの技術を丸パクリしたものなのか？
・驚愕、韓国が北朝鮮に弾道ミサイル供与か 中国やロシア製ではなく韓国陸軍も装備する米軍ATACMSに酷似
http://jbpress.ismedia.jp/articles/-/57307
・北朝鮮のミサイル、米国製と酷似で“機密漏洩”疑惑浮上！ もし「某国」が横流しなら…東アジアの安保環境“激変”の大事態
http://www.zakzak.co.jp/soc/news/190817/for1908170001-n1.html
上記の様な飛ばし記事がネットに掲載されている。しかし外見が似ているだけで、これを断定する事は出来ない。現地調査を行い、全く同じならそう言えるが、公開された外見写真だけでそれは判断できない。そもそも画像解析からも長さや胴径が異なることが判明している。
これらは外見は似ているが中身は異なるタイプの弾道ミサイルであると考える。その理由は本記事で述べるが、要約すると以下の通りである。
- 固体燃料ロケットモーターの胴径や長さが異なり、ATACMSやイスカンデルに搭載されている推進装置（ロケットモーター）と別物であることが分かる。
- 北朝鮮のロケット技術は、液体燃料式ロケットエンジンが主流であった。技術的蓄積が少ない固体燃料ロケットモーター技術を成熟させるために実環境下での実証試験を複数回行っている可能性がある。
- 液体燃料ロケットエンジン式弾道ミサイルの開発の歴史を固体燃料ロケットモーターにおいても踏襲し、確実に大型化した固体ロケットモーター開発の可能性がある。
２．何故、これほど立て続けに複数回弾道ミサイルの試験をしているのか？
また、北朝鮮がこれらの技術開発を行う理由・目的についても本記事で述べるが、要約すると以下の通り。
- 歴史が証明する魔法のアイテム「核兵器と弾道ミサイル」の入手
- 外貨獲得のためのインセンティブが働いている可能性
- 世界最高の「ミサイルテストヘイブン国家」に上り詰めた北朝鮮
2．ATACMS、イスカンデルミサイルと北朝鮮の新型短距離弾道ミサイルの比較
公開された画像から得られる情報より北朝鮮の新型ミサイルを比較検証する。ドイツのNorbert Brügge氏は、世界中のロケット技術の画像や性能表をまとめている事で有名だが、彼が画像解析したATACMSに似たSRBM及びイスカンデルに似たSRBM（KN-23）について転載した上で考察する。
2.1．ATACMSに似たSRBM
ATACMSモドキの胴径及び固体燃料ロケットモーターの比較解析
ATACMSモドキの発射機とミサイルの寸法解析
米国 MGM-140 ATACMSの概要
Norbert Brügge氏の画像解析からは、ATACMSモドキ弾道ミサイルの胴径は、1.1mであることが分かる。アメリカのATACMSは、胴径が0.67mである。この時点で、既に推進装置である固体燃料ロケットモータ含めて、違うものであるという事が分かる。北朝鮮の新型弾道ミサイルは、倍以上寸法は大きい。
大きさの縮尺を拡大化して設計をそのまま適用されたのではないかと主張もあるかもしれないが、推進系も機体も単純に大きくしただけでは成立しないことは、日本のH-2Bの開発や、ノドンミサイルの開発の例からも自明である。（※後述する「7.3.北朝鮮の伝統的な液体燃料ロケットエンジン式の開発手法を踏襲した確実な技術開発」を参照）
特に推進系は、固体燃料ロケットモーターの様な単純な構造であっても、寸法が違えば新規設計品となる。従って、北朝鮮はATACMSをそのまま丸コピーしている訳ではない。
先端から見ると、一見似ている様に見えるが、下記の様に後ろ側から見ると、異なる印象を受ける事が分かるだろう。
ATACMSと北朝鮮版ATACMSの比較写真
尾翼形状、機体形状後ろのくびれ処理、推力偏向装置(TVC)等、異なりがあることが分かる
2.2．ATACMSモドキの新型SRBMは、北極星1号の固体燃料ロケットモーターを流用している？
それよりも、北極星1号との関係性が疑われる。（「4．北朝鮮の固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの歴史」で後述）
北極星1号（Pukkuksong-1, KN-11）は、北朝鮮が2016年に発射試験に成功した、潜水発射型弾道ミサイル（SLBM）であるが、Norbert Brügge氏の画像解析から、北朝鮮のATACMSモドキは、この北極星1号と胴径が同じであり、寸法から判断して、
第1段目に同じ固体燃料ロケットモーター を搭載している物と考えられる。
Norbert Brügge氏の画像解析 ATACMSモドキ vs 北極星1号
なるほど、弾道ミサイルやロケット開発において推進系開発は開発に寸法が違うだけでも新規開発となり手間がかかるが、もしも北朝鮮のATACMSモドキが、北極星1号と同じ固体燃料ロケットモーターを使用しているのであれば、ロケットモーターの新規開発・新規設計は必要ない。既存品を流用することで、低コストに新たな装備体系（SLBM）を実現でき、合理的で納得が行く。
同じロケットモーターを共用して使用することで、実機テストを繰り返し、信頼性を上げ、量産効果でコストも下がる。一般的な工業製品と同じ原理だ。この画像解析が正しければ、北極星1号SRBMの第1段目を流用してATACMSモドキは作られた可能性は高い。
2.3．イスカンデルに似たKN-23 SRBM
イスカンデルとKN-23の胴径及び固体燃料ロケットモーターの比較解析
イスカンデルとKN-23のの発射機とミサイルの寸法解析
ATACMSモドキと同じく、Norbert Brügge氏の画像解析からは、イスカンデルに似たKN-23弾道ミサイルの胴径は、1.1mであることが分かる。
ロシアのイスカンデルは、胴径が0.91m（0.95mという説もある）であり、この時点で、既に推進装置である固体燃料ロケットモータが寸法の違うものであるという事が分かる。ATACMSの時の様に、露骨な大きさの異なりではないが、ここで重要なのは、KN-23がATACMSモドキと北極星1号と同じ胴径ということだ。
3．ATACMSモドキ、KN-23、北極星1号は、固体燃料ロケットモーターの製造設備を共用したファミリー化か？
これらのNorbert Brügge氏の解析画像をまとめると以下の通りになる。中身の固体燃料ロケットモーターについては推定なので、目安としての役割しかないが、胴径と長さについては、参考になる。
Norbert Brügge氏の解析画像をまとめ
画像解析から、全て胴径1.1mの同じロケットモーターを利用していることが分かる。ここから推定出来るのは、以下の通り。
- 北極星1号（KN-11）の第1段目を流用してATACMSモドキが作られた可能性が高い。量産効果でコストも下がり、信頼性も向上するだろう。この手法は、新規開発を行わなくて良いので、短期間で開発可能である。
- イスカンデルモドキ KN-23は、KN-11やATACMSモドキと同じく胴径1.1mであるが、ロケットモーターの全長が異なる。
2番目について、KN-23は胴径1.1mで同じサイズだが、ロケットモーター全長は異なる。しかしながら、胴径1.1mで共通であるというのは極めて重要だ。何故なら、固体燃料ロケットモーターの場合、長さ方向に対して推進剤グレインを一体成型出来ない場合は、分割製造できるからである。
以下は、宇宙ロケットの例であるが、分割して製造していることが断面図から分かるだろう。金属モーターケースの場合は、スペースシャトルSRBの様に別々にモーターケース及びセグメント製造して、最後にOリングを噛まして、それらを統合して製造することもある。
タイタンロケットの固体燃料ロケットブースターの断面図
スペースシャトルの固体燃料ロケットブースターの断面図
セグメントで分割製造した金属製ロケットモーター部品を連結して製造しており、
間をシールしたOリングから燃焼ガスが漏れて、爆発したスペースシャトルチャレンジャー号はあまりにも有名
胴径が同じであれば、モーターケースが金属、複合材どちらであっても、ケースとグレインを別々に製造して、最終的に中にカートリッジの様に挿入する「ブロックボンディング法」と呼ばれる手法を用いて、同じ製造設備で量産製造が可能である。
モーターケースにしても、金属、複合材どちらの材料であっても工場の製造設備は、長手方向に長さを伸ばすだけであり、比較的小規模な製造設備変更で製造可能であろう。また、試験設備等も同じ様に対応が可能と見られる。つまり、ロケットモーターのファミリー化が行われている可能性を推測できる。
胴径を同じに保ちつつ、バリエーションある弾道ミサイルを製造するというのは、以下から説明する様に、「何故、これほど立て続けに複数回弾道ミサイルの試験をしているのか？」という疑問にも回答を与えるものではないかと考える。
4．北朝鮮の固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの歴史
最初に、ATACMSモドキとイスカンデルモドキについて説明したが、以下、北朝鮮の固体燃料ロケットモーターの開発状況を歴史等を解説しつつ、順を追って説明して、推論を行いたい。
一番最初に北朝鮮が地対地ミサイル関連技術を導入したのは、1970年前後のことである。ソ連に対して1960年代前半の技術レベルである短距離弾道ミサイルの輸入を要求したが、少なくともソ連は最初の要求を拒否した。代わりに1969-1970年に無誘導地対地ロケット弾であるFROG-5、FROG-7Aを輸出した。（誘導装置が付いてないので、ミサイルではなく単なる弾道ロケット弾）
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北朝鮮の弾道ミサイル開発, North Korea Balistic missile development
北朝鮮はこのロケット弾に化学兵器弾頭を搭載出来る様に改造して、弾道ミサイルの基本的な技術を習得した様である。従って、1970年代には、ロケット弾による化学兵器運用技術を既に保有していた。
しかしFROG-5、FROG-7Aは、誘導が無い事に加えて、固体燃料ロケット技術としても、古い技術であった。また、推進剤は「ダブルベース推進剤」を使用していると見られる。この種の推進剤は、物性的に脆く大型化が困難である。（つまり、コンポジット推進剤の様に、大型化して長距離ミサイルが作れない）
FROG-7A無誘導ロケット弾の発射時（上）と固体燃料ロケットモーター図（下）
無誘導でも機体姿勢を安定化させるためスピン安定を採用している。このため頭側にロケットモーターの噴射口が4つあり、推進しながら回転の力が加わるようになっている。
その後、引き続きソ連が弾道ミサイル輸出を拒否していたが、第4次中東戦争において、北朝鮮はエジプトに対して軍事援助を実施した見返りに、少なくとも2基のスカッドミサイル（R-17, SCUD-B）を北朝鮮に獲得する。これをリバースエンジニアリングしてコピーしたのが、北朝鮮の弾道ミサイル技術の歴史の始まりである。この後、スカッドミサイルを始めとした、液体燃料ロケットエンジン式弾道ミサイルで成功を収め、固体燃料ロケットモーター式は、一旦北朝鮮の弾道ミサイル開発のメインストリームから外れる事となった。
次に、北朝鮮が固体燃料ロケットモーター式の開発に着手したのは、「KN-02短距離弾道ミサイル」である。これは1996年にシリア経由で入手したロシア製のトーチカ弾道ミサイル（OTR-21, Tochka）を元にリバースエンジニアリングして開発したものと考えられている。ここでも正規ルート（ロシア）からではない手法で入手している。
KN-02は、2000年代にかけて試射等を行ったが失敗を繰り返した。最終的に発射が成功したのは2007年6月である。その後、2013年まで改良を繰り返し、現在までに射程約160kmの性能を得ている。しかしながら、この射程は同じ短距離弾道ミサイルのカテゴリーにある、スカッドミサイル（R-17, SCUD-B）の射程が約300kmであることと比べると見劣りする性能である。小型の弾道ミサイルであるが、元となるOTR-21 トーチカの入手から開発完了まで11年。改良を含めると、17年近くかかっている。
KN-02の元となった OTR-21 トーチカ 及び ロケットモーター図
その後、大きく取り上げられたロケットモータ式は、2016年の潜水艦発射型弾道ミサイル（SLBM）発射実験である。北極星1号（Pukkuksong-1, KN-11）と呼ばれるこのSLBMは、水平距離500kmを飛行した。グローバルセキュリティーによると、射程は1250kmに達すると見積もられている。
続いて2017年2月、移動式の地上発射型弾道ミサイルである、北極星2号（KN-15）が発射に成功する。ロフテッド起動で打ち上げられ、高度550km、水平距離500kmの飛行に成功した。同年5月にも2回目の発射を行っている。北朝鮮側は、射程は2000kmを超えると主張している。こちらは、北極星1号よりも機体が一回り大きかった。
続く2019年5月には、ロシアのイスカンデル（9K720 Iskander）弾道ミサイルに外見が酷似した、KN-23弾道ミサイルが発射される。立て続けに短い期間内に3発が発射されたが、最も遠距離まで飛んだものは、高度約50km、水平距離約420kmを飛行した。
そして今回、アメリカのATACMS地対地ミサイル（MGM-140 ATACMS）に外見が酷似した短距離弾道ミサイル（SRBM）が発射された。
これらの経歴から分かる様に、OTR-21 トーチカをリバースエンジニアリングして開発したKN-02開発には、長い年月がかかったが、北朝鮮の2016年に北極星1号発射に成功してからの一連の固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの開発は、かなりの速度で進展している。（北極星の試験自体は2015年から行われていた）
後述するが、北朝鮮の一連の固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの開発は、小型の固体ロケットモーターのKN-02に実用化の目途が付いた後、2010年代に入ってから、次々と開発に進展させている。
5．北朝鮮の固体燃料ロケットモーター技術水準
宇宙ロケット用、大型弾道ミサイルの固体燃料ロケットモーターのモーターケースは、以前は高温高圧の圧力容器として使用できる特殊鋼、例えば超高張力鋼等を使用していた。しかし、モーターケースを軽く作れば、より遠くまで飛ばせることから、近年では、複合材、特に強化遷移プラスチック（FRP）が使用されつつある。
日本でも、1994年に宇宙開発事業団によって開発された H-2ロケット、その両脇に付いている固体燃料ロケットブースター（SRB）のモーターケースには、NT150-4高張力鋼が使用されていた。しかし、改良版である2001年に開発されたH-2AロケットのSRB-Aには、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）で製造されたモーターケースが採用されている。この様に、大型固体燃料ロケットモーターを製造するには、特殊鋼か複合材の技術が必要となる。より性能を向上させるための、先端技術は、複合材技術である。
北朝鮮の特殊鋼の製造に関する情報はないが、モーターケースに使用する複合材の研究開発については、北朝鮮の化学材料研究所が2010年～2012年の間に、KN-11 SLBMの固体燃料ロケットモーター開発に関与したとされてる。この研究所は、少なくとも2010年から、FRP製ロケットモータの研究開発に取り組んでいる。2013～2014年に少数生産のプロトタイプを、2015～2016年に生産実稼働に入り、2017年後半に研究段階から、量産体制に移行するため、新たな工場建設が始まったと伝えられている。金正恩委員長も、この工場に訪れて生産を指示したというニュースが報道されている。
化学材料研究所を視察する金正恩委員長
左側に置かれているのは、複合材 FRP製モーターケース
4D C/Cに関するパネルを見る金正恩委員長
カーボンノーズコーンの説明を受ける金正恩委員長
地対空ミサイル等の戦術ミサイル級の複合材モーターケースと上にかかっている、
弾道ミサイルのパネル
弾道ミサイルパネルの拡大図
つまり、既に北朝鮮の固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルのモーターケースには、より高性能を実現する複合材が使用されている可能性が高い。これにより品質の良い耐圧鋼を製造しなくても、巨大な圧力容器を製造することが可能となる。金正恩委員長が視察した際の写真からは、ロケットノズルに対して、炭素繊維強化炭素複合材である、4次元カーボンカーボン（4D C/C）ノズル製造の可能性も伺える。
この様な状況証拠から、既に複合材のモーターケースを使用した大型固体燃料ロケットモーターの製造技術を持っていると考えるべきであり、その技術力は高いレベルに達していると考えられる。ただしその開発経験は10年とまだ浅い。（対する液体燃料ロケットエンジン開発は、約40年の経験がある）
6．弾道ミサイルの複数同時開発を実施する北朝鮮
北朝鮮の固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの歴史で紹介したが、最近の北朝鮮による弾道ミサイル開発のスピードは、極めて速く、なおかつ大規模である。加えて、より大型の射程においては、液体燃料ロケットエンジン式も開発している。（現在、アメリカとの交渉で、ICBM関連は凍結されているかもしれないが）
例えば、固体燃料ロケットモーター式だけ見ても、規模的に用途がほぼ変わらないと見られる、イスカンデルに類似したKN-23（2019年5月初飛行）と、ATACMS類似のSRBM（2019年8月初飛行）の2機種を少なくとも同時並行開発を進めている。これはどういう事だろうか？
アメリカの様に巨大な経済力がある国であれば、試作競争を行い、優秀な結果を残した兵器を採用するというパターンは度々見られる。しかし経済制裁を受け、基本的に開発資金に余裕がなく、人材も資源にも限りがある状態の北朝鮮が同じような目的、規模、装備体系のミサイルを複数同時並行で開発するのは、経済的合理性があるとは言えない。
一体何が北朝鮮の弾道ミサイル開発を盛り上げているのだろうか？これについて以下、推論を行う。
戦闘機開発における試作競争の例（YF-23（上）とYF-22（下））
コンペ形式は、総合的に優秀な結果を残した方を採用できるが、費用がかかる
7．固体燃料ロケットモーター技術の実用化試験（推論1）
近年の発射は、
技術的蓄積が少ない固体燃料ロケットモーター技術を成熟させるために実環境下での実証試験を複数回行っている可能性があるのではないかと考える。
また、
液体燃料ロケットエンジン式弾道ミサイルの開発を踏襲し、確実に大型化した固体燃料ロケットモーター開発の可能性がある。
7.1．製造設備を共用して開発、既存品の量産化
Norbert Brügge氏の解析画像をまとめ
全て同じ胴径1.1mであり、既存の製造設備を共用して開発・量産化可能
先に述べた様に、Norbert Brügge氏の解析から、ATACMSモドキ、イスカンデルモドキ（KN-23）、北極星1号（KN-11）の胴径は全て同じである。そして、ATACMSモドキは北極星1号と同じロケットモーターを使用していると見られる。ここから以下の事が推定される。
- ロケットモーターの新規開発・新規設計は必要ない。既存品を流用することで、低コストに新たな装備体系（SRBM）を実現できる。
- 同じロケットモーターを共用して使用することで、実機テストを繰り返し、信頼性を上げ、量産効果でコストも下がる。（一般的な工業製品と同じ原理）
- イスカンデルモドキ（KN-23）は、他とロケットモーターの全長が異なると見られるが、胴径1.1mで同じなので、製造設備の変更を最小限に抑えて製造が可能。
- 複数開発を行っているが、製造設備が共用されていなら、製造リソースの取り合いは軽減される。
炭素繊維を巻いていく方式の複合材で製造される大型ロケットモーターケースの例
胴径＝直径方向が同じサイズなら、長さ方向だけ変える製造変更は、既存の設備の改修で対応できる可能性が高い
7.2．固体燃料ロケットモーター技術の成熟化
北朝鮮はこれまで、ソ連・ロシアのスカッド系列やSLBMである、R-27等の液体燃料ロケットエンジン技術のコピー、拡大化を行うことで自国の弾道ミサイル開発を行ってきた。元々、北朝鮮の弾道ミサイルの主役は、液体燃料式だったのだ。
しかし液体燃料ロケットエンジン式の弾道ミサイルは、年単位の長期間の推進剤タンク保存が出来ず、発射前に推進剤をタンクに注入する必要があり、即応性がない。一方、固体燃料ロケットモーター式は、一般的に10年20年単位での保管が出来、即時発射が可能である。（ただし、北朝鮮産の固体推進剤にここまで耐久性はあるか不明）
このため、より実戦的に使える技術である固体燃料ロケットモーター式の大型弾道ミサイルの開発に落手したと見られる。だが、その歴史は浅い。
液体燃料ロケットエンジンの技術は、北朝鮮が本格的に弾道ミサイルに手を付けてから今日まで培ってきた、北にとって経験が積み重なっている方式である。一方、大型の固体燃料ロケットモーター技術については、おいてはここ10年以内に着手した技術である。従って、新規の技術であり、技術的ノウハウの蓄積は、液体式に比べてかなり劣ると見られる。
このため、近年の複数発の発射は、
技術的蓄積が少ない固体燃料ロケットモーター技術を成熟させるために実環境下での実証試験を複数回行っている可能性があるのではないか。以下に、推進系について液体式と固体式の利点と欠点をまとめ、その理由を書く。
1. 液体燃料ロケットエンジン式弾道ミサイルの特徴
利点：確実な品質保証
発射前に事前に液体燃料ロケットエンジンは地上燃焼試験を行うことが出来る。そこで成功したものをミサイル、ロケットに搭載できる。事前に地上でのCFT（実機型タンクステージ燃焼試験）も可能である。これらにより、飛行前に推進系の品質は保証される。
欠点：液体燃料を注入する作業が必要で、即応性がない。即応状態（推進剤を入れた状態での）長期間保存に不向き。
2．固体液体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの特徴
利点：即応性が高い。長期間保存に向いている。
欠点：個別の実機に対して品質保証が出来ない。統計で品質保証が必要。
固体燃料ロケットモーターは、推進剤（グレイン)、言い換えれば火薬を圧力容器に詰めて点火する方式であり、燃焼させると1回切りの使い捨てエンジンである。繰り返し使用は出来ないため、事前の実機による品質確認の燃焼試験も出来ない。従って成否は1発勝負となる。
このため、同等の品質でロットを作り、実機とは別の固体燃料ロケットモーターを試験にかけて、間接的に品質を確保する。
この様に、従来の液体燃料式とは違うため点があり、確実な品質確保の技術開発として、複数回の試行・飛行実験錯誤を重ねている可能性はある。（固体燃料ロケットモータ（=弾道ミサイル）を実飛行させてデータ取り試験を行う等）
7.3．北朝鮮の伝統的な液体燃料ロケットエンジン式の開発手法を踏襲した確実な技術開発
歴史的に北朝鮮の液体燃料ロケットエンジン式弾道ミサイルはかなり手堅い開発をしてきた。（単に資金がなかったというのもあるかもしれないが）以下にテポドンの開発の概要図と流れを示す。新規開発で全段開発するのではなく、開発し終えた技術を組み合わせて着実に開発を実施している。
北朝鮮のテポドン1号に至る技術開発過程
新規開発で全段開発するのではなく、開発し終えた技術を組み合わせて信頼性を確保する
- 1980年代：短距離弾道ミサイルのスカッド（SCUD-B）をコピー。（射程約300km）
- 1990年代前半：スカッドの液体燃料ロケットエンジンを大型化し、大型のノドンを開発した。（射程約1500～2000km）
- 1990年代後半：固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルである、OTR-21 トーチカ（射程約百数十km）のコピー。
- 1998年：1～3を組み合わせて、テポドン1号を開発。（射程約2000～2500km）
▼テポドン1号の構成
第1段目：ノドンミサイル
第2段目：スカッドミサイル
第3段目：OTR-21 ミサイル（あるいは、固体燃料ロケットモータ式キックモーター）
※ なお、OTR-21 トーチカのコピーであるKN-02は、2004年4月の発射試験に失敗しているため、図の様に1998年発射のテポドン1号の第3段として搭載されたかどうか疑問が残るが、スケール的には、スカッドミサイルを第2段目に第3段目のキックモーターとしての何らかのロケットモーターは、搭載された可能性が高い。そしてそれは、固体燃料ロケットモーターの技術が無かった北朝鮮にとっては、OTR-21に由来する技術と推測される。
余談だが、続く銀河3号（Unha-3）の第1段目は、実際、より大型の銀河3号（Unha-3）の第1段目は、大型エンジンを全く最初から新規開発せず、ノドンエンジンを4基クラスタリングして対応している事が韓国海軍によって回収された残骸から判明している。これは、4つ燃焼室に1つのターボポンプで推進剤を起こりこむ事はせず、各個別々にポンプを持ち、各々のポンプが燃焼室に推進剤を送る形式であり、単純に4つノドンエンジンを束ねて組み合わせた構成となっていた。
この様に先行する液体燃料ロケットエンジン式弾道ミサイルでは、一歩ずつ大型化・新規技術獲得、次に既存品を組み合わせる、2歩進んで1歩下がるような、着実な開発を行ってきた。固体燃料ロケットモーターにおいても、同等品を使いまわしたり、複数回の試験を行う等、手堅く開発している可能性があるのではないか。
スカッド S5.2ロケットエンジンとノドンエンジンの比較図
北朝鮮は、S5.2をほぼ単純に大型化した事が分かる
◆コーヒーブレイク雑談話：ノドンに搭載されたロケットエンジン開発
工業製品の構造を拡大すれば、拡大前と同じ材料厚や重量で対応出来ないのは自明である。H-2Bロケットの開発において、従来機種から大型化したフェアリング開発が予想以上に難航した例の様に、同じ厚みや出来るだけ軽量化しつつ構造を拡大して同じ機能を持たせるのは難しい。北朝鮮は、ノドン用エンジンとしてS5.2エンジンを、ノズル直径換算で1.625倍（40→65cm）拡大したエンジンを開発した。
仮に、単純な薄肉円管の円周方向応力σを考えた場合でも、σ=Pr/t （P：内圧, r：円管半径, t：壁面材料厚）のため、内圧一定として、半径を増加させた場合、応力レベルを同等にするためには、材料厚も1.625倍しなければならない。伝熱状態も変わるので再生冷却も単純には行かない。ターボポンプ単純に吐出圧を保ったまま巨大化出来ない。これに対し、北朝鮮は、エンジン内圧をS5.2よりも低下させ、70kgf/cm2 → 56kgf/cm2 （推定）に妥協する事で、大型化を達成したと考えられている。
飛行高度に対するロケットエンジンの有効排気速度比較計算
（ソ連製RD-103が203と誤記になっている）
詳しくは、スカッドミサイルのロケットエンジンについて図面等を含めて解説した、「
The Aerospace Engine Review Vol.7 OKB-2 Scud Engines」をお読み頂きたい。
8．弾道ミサイル開発の先進国となった北朝鮮、軍拡と外貨獲得（推論2）
8.1．北朝鮮の弾道ミサイル発射実験の目的
国際連合安保保障理事会決議がなされているのにも関わらず、多くの弾道ミサイルの試験を試みている。既に経済制裁を食らっているので、これ以上の状況悪化は、高が知れている。それならば、売って外貨獲得出来る商品を作った方が良いのではないかという考えが働いていてもおかしくはない。主に以下の2つの考え方が働いていると推測する。
1. 歴史が証明する魔法のアイテム「核兵器と弾道ミサイル」の入手
中国の毛沢東は「ズボンをはかなくても核兵器を作る」（幾ら貧乏になっても、核を保有するという意味、正確には当時の陳毅外相が「ズボンを質に入れてでも核を保有する」と述べたものが湾曲）と言い、「両弾一星」を掲げて、弾道ミサイル、核開発、宇宙開発を実施した。その結果、国際社会から認められるまでに至った。
中国に加えて、新興核保有国のインド、パキスタン等に着目すれば、弾道ミサイルと核兵器という2つの魔法のアイテムを手に入れれば、一時的には国際的に非難を浴びたとしても、最後には大目に見てくれるのは、歴史が証明している。北朝鮮も同様の手法を目指し、開発を強化していると見られる。もちろん抑止力増強のみならず、実際の軍備増強にもつながる。
2. 外貨獲得
- 現在、弾道ミサイル技術を開発できる多くの国は、ミサイル技術管理レジーム（MTCR）や条約・法律等により技術の輸出制限をかけている。しかし北朝鮮は、弾道ミサイルの輸出規制に関する国際的な枠組みには加入していない。
- 輸出制限がかかっている状況でも、一見平和な顔をしつつ裏では、弾道ミサイル技術（及び関連技術）を欲しがっていは国々は確実に存在する。
- 北朝鮮が弾道ミサイルを開発して海外に売りさばくことで、それらの国々から外貨を獲得できる。
- 実際、北朝鮮はスカッドミサイルの輸出で、外貨を獲得してきた過去がある。イランイラク戦争では、イランにスカッドミサイルを販売していたが、同時に敵側のイラクにも売るという、なりふり構わず販売していた可能性が専門家から指摘されている。
- 外貨を得る場合、「輸出ルートをどうするか」という問題はあるが、陸上輸送、海上輸送のみならず､空輸等あらゆる手段を模索すると考えられる。例として、1993年に北朝鮮は、145基のノドンミサイルを5億ドルでイランへ輸出する売却契約を結び、1994年中頃から順次出荷されたが、イランへの輸出は、2基のジャンボジェット機を通じて行われたという記録がある。
- 関連技術やデータというソフト部分、例えば設計図、試験データ等だけなら、インターネットによる通信やデジタル媒体を通じて送ることが出来、輸出のハードルは下がる。
8.2．タックスヘイブンならぬ、ミサイルテストヘイブン国家 北朝鮮
弾道ミサイル本体を売らずとも、技術情報やミサイル試験場を他国に提供することで、外貨を獲得する手法も持っている可能性もある。北朝鮮の様に弾道ミサイル発射試験を大量かつ頻繁に行っている国は世界中を見ても存在しない。そんなことをしようものなら、国際的な制裁を加えられたり、隣国との関係は悪化する可能性が高い。
北朝鮮は既に国連制裁を受け、経済制裁を受け、隣国との関係もこれ以上悪化しようが無い所まで来ている。つまり、失う物は何もない。その結果、タックスヘイブンならぬ、世界最高の「ミサイルテストヘイブン国家」に上り詰めたのだ。
例えば、
- 自国で弾道ミサイルを開発したいので、「実証された」技術情報が欲しい国
- 弾道ミサイル開発をしたいが、発射試験のリスクは取りたくない国（国際的批判）
これらの国々は、北朝鮮から実機を買わずとも、設計図や技術情報を買うことで目的を達成することが出来る。また北朝鮮は、試験委託を受けることで外貨を稼げる。実際に飛行させた、実証された実機の試験データを得れる。
仮に某国が開発した弾道ミサイルの部品を実機に搭載して試験したい場合、北朝鮮はその試験を有料で請け負い、実射した試験データを提供出来るだろう。実際、1993年のノドンミサイル開発時において、実機の発射試験を2回しか実施しなかったが、その状態でノドンは実用化完成と認定された。発射試験に関する不足データを補うために、中東諸国との開発データの共有・協力があったのではないかと推定されている事例も過去に存在する。
特に、今回注目されている、固体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルは、圧力容器に固体推進剤が詰まった比較的単純な構造の工業製品である。固体推進剤は北朝鮮の生産に任せて、あとはドンガラである圧力容器と内部グレインの幾何学形状設計、各種部品、補機等設計を北朝鮮側に渡して試作と試験を行うように契約を結ぶならば（開発情報保護問題は一旦置いておくとして)、弾道ミサイル保有の意思を持ち北朝鮮に働きかける国は、初めに大きな規模の工場を持たずとも製造から試験まで可能となる。
FRP製モーターケースであれば、設計したフィラメントの巻き回数の物を、北朝鮮に発注して製造して貰えば良い。そして発注国側についても、ロケットモータの圧力容器となるような大型で高い品質の耐圧金属を成型する設備がなかったとしても、複合材モーターケースの製造であれば、同等の材料、大型のFRP成型装置とオーブンを導入すれば、同じものを製造出来る。
この様に上記では、「弾道ミサイル開発や試験の外注」がもしもあれば、という仮定で語ったが、仮にこの様なスキームが存在するならば、液体燃料式に比べて､構造が著しくシンプルな固体燃料ロケットモーター式に着手したことで、北朝鮮はそれらの開発を他国から外注しやすくなった様に見える。著しくシンプルになったことで、液体燃料ロケットエンジンに比べて、試験で変更するパラメーター数も著しく少なくなるからだ。
「固体ロケットはノウハウの塊」とよく言われるが、材料技術に依存している割合が高いだけであって、筆者はそうは思わない。材料技術の壁（複合材、断熱材、推進剤グレイン等）の製造に目途が付けば、北朝鮮も米国やロシアと似たような物を作ることが出来る。液体燃料式よりも簡単に。その死に物狂いの努力を今現在始めているのだ。
近年、高性能な3Dプリンター、NC旋盤が出現し、益々工業製品のデジタル化、ソフトウェア化が進んでいる。昔は「設計図だけあっても物は作れない」と言われたが､今やその常識は覆ろうとしている。情報さえあればモノが作れる時代にシフトしつつある。
この様な時代の潮流で、北朝鮮の弾道ミサイル設計情報を他国が買い取り、自国で製造する。（設計情報は試験で実証されている）あるいは、他国が開発した設計情報を北朝鮮に送り、北が製造、その実機試験までも北朝鮮が請負うなんてことが、将来的に現実化する可能性もあるのではないか。
9．References
[1] 9К52 Луна-М - FROG-7,
https://www.bulgari-istoria-2010.com/booksBG/9K52_LUNA_FROG.pdf
[2] 9К79 Точка - SS-21 SCARAB,
https://www.bulgari-istoria-2010.com/booksBG/9K79%20TOCHKA.pdf
[3]
http://dfnc.ru/katalog-vooruzhenij/nazemnye-raketnye-kompleksy/9k79-1-tochka-u/
[4] ロケットチャンバー用210kgf/mm2級 超高張力鋼の開発, 松崎明博
https://www.jstage.jst.go.jp/article/materia1962/25/6/25_6_550/_pdf
[5] 7.5Ni-4Co系 超強力鋼NT150-4鋼の開発, 多田光一郎 著
https://www.jstage.jst.go.jp/article/denkiseiko1925/59/1/59_1_42/_pdf
[6] ロケットにおける材料と接合, 清藤晋一郎 著
https://www.jstage.jst.go.jp/article/qjjws1943/62/8/62_8_630/_pdf
[7] Expansion of North Korea’s Solid Fuel Ballistic Missile Program: The Eight Year Old Case of the Chemical Materials Institute, JULY 25, 2018
http://www.38north.org/2018/07/cmi072518/
[8] 北朝鮮の弾道ミサイル開発, North Korea Balistic missile development, Orbit seals
http://orbitseals.blogspot.com/2018/04/north-korea-balistic-missile-development.html
[9] The North-Korean/Iranian Nodong-Shahab missile family (based on the unknown Soviet missile - here provisionally designated as R-17K) Norbert Brügge, Germany, 24.04.2019
http://www.b14643.de/Spacerockets/Specials/Nodong/index.htm
[10] The Aerospace Engine Review Vol.7 OKB-2 Scud Engines
http://orbitseals.blogspot.com/2018/12/aerospace-engine-review-vol7-okb-2-scud.html
[11] Fast, low and hard to stop: North Korea’s missile tests crank up the threat level, Simon Denyer August 15 2019
http://www.washingtonpost.com/world/asia_pacific/fast-low-and-hard-to-stop-north-koreas-missile-tests-crank-up-the-threat-level/2019/08/15/adf3f3e4-bdc3-11e9-aff2-3835caab97f6_story.html
[12] N.Korea missile test a needless provocation
http://www.gulftoday.ae/opinion/2019/08/16/n-korea-missile-test-a-needless-provocation
[13] What we really know about the North Korean spacerockets and ballistic missiles, Norbert Brügge
http://www.b14643.de/Spacerockets/Specials/North-Korea/index.htm
[14] M39 Army Tactical Missile System (Army TACMS), FAS
http://fas.org/man/dod-101/sys/land/atacms.htm
[15] SOME TYPICAL SOLID PROPELLANT ROCKET MOTORS Memorandum M-712 (Version 2.0) Ir. B.T.C. ZANDBERGEN December 2013,
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.915.8708&rep=rep1&type=pdf
[16] ミサイル技術管理レジーム, 外務省,
https://www.mofa.go.jp/mofaj/gaiko/mtcr/mtcr.html
[17] High Performance Rocket Motor Cases
https://www.sdcomposites.com/Products/p_product2.html
[18] CARBON FIBER,
http://www.avio.com/en/innovation/carbon-fiber/
[19] 北朝鮮がATACMSに酷似した新型短距離弾道ミサイルを公開, JSF, 2019/8/11(日) 9:56
https://news.yahoo.co.jp/byline/obiekt/20190811-00137953/
[20] 北朝鮮版ATACMS短距離弾道ミサイル2回目の発射, JSF, 2019/8/17(土) 8:57
https://news.yahoo.co.jp/byline/obiekt/20190817-00138721/
English Version
North Korea has conducted multiple tests of ballistic missiles similar to ATACMS and Iskander in rapid succession. This article discusses North Korea's accelerated development of solid-fuel rocket motorized ballistic missiles in recent years.
【Related Articles】
Contents:
1. North Korean ballistic missiles similar to ATACMS and Iskander missiles, but different in content
2. Comparison of ATACMS, Iskander missiles and North Korea's new short-range ballistic missiles
・2.1 SRBMs similar to ATACMS
・2.2 Is the new SRBM of the ATACMS-modeling vehicle diverting the solid-fuel rocket motor of Polar Star 1?
・2.3 KN-23 SRBM similar to Iskander missile
3. North Korean ATACMS、KN-23 and Polar Star1 are family of shared solid fuel rocket motor manufacturing facilities?
4. The history of North Korea's solid fuel rocket motorized ballistic missiles
5. North Korea's Solid Fuel Rocket Motor Technology Level
6. North Korea's simultaneous development of multiple ballistic missiles
7．Practical test of solid fuel rocket motor technology (Reasoning 1)
・7.1 Share manufacturing facilities for development and mass production of existing products
・7.2 Maturation of Solid Fuel Rocket Motor Technology
・7.3 Reliable technological development following North Korea's traditional liquid-fuel rocket engine development method
・Coffee Break: rocket engine development on the Nodong missile
8．North Korea's Military Buildup and Foreign Currency Gain (Reasoning 2)
・8.1．Objectives of North Korea's Ballistic Missile Test
・8.2．North Korea, a missile test haven state, not a tax haven
9. References
1．North Korean ballistic missiles similar to ATACMS and Iskander missiles, but different in content
North Korea's Short Range Ballistic Missile (SRBM), similar to the ATACMS and Iskander ballistic missiles
North Korea has conducted multiple ballistic missile tests in rapid succession; starting on May 4, 2019, and ending on August 16, 2019, a total of 12 ballistic missile tests have been conducted, even if we focus only on SRBMs, excluding large-caliber guided multiple-launch rockets. This is an extraordinary pace. Also, the ballistic missiles launched there were ballistic missiles similar in appearance to the U.S. MGM-140 ATACMS and Russia's Iskander, and the content of their equipment systems is baffling.
It is not economically rational for North Korea, which is fundamentally strapped for development funds and has limited human resources and resources, to develop multiple missiles with similar objectives, scale, and equipment systems in parallel. This article discusses these issues.
There are two main issues that will be addressed in this article.
- Are ballistic missiles that look similar to ATACMS and Iskander in appearance, or are they a whole lot of technology from those?
- Why is NK testing ballistic missiles so many times in a row?
１．Are ballistic missiles that look similar to ATACMS and Iskander in appearance, or are they a whole lot of technology from those?・驚愕、韓国が北朝鮮に弾道ミサイル供与か 中国やロシア製ではなく韓国陸軍も装備する米軍ATACMSに酷似
Shockingly, South Korea provides ballistic missiles to North Korea, much like the U.S. ATACMS, which is also equipped by the South Korean Army, not made in China or Russia.
North Korean missiles, much like those made in the U.S., are suspected of "leaking" secrets! If a Country is Diversionary, a Major Change in the East Asian Security Environment
http://www.zakzak.co.jp/soc/news/190817/for1908170001-n1.htmlSkipped articles like the one above have been posted online. However, we can't be sure of this just because of the similarity in appearance. If they are exactly the same, we can say so, but we can't judge it from the published photos. To begin with, image analysis has shown that the length and body diameter are different.
We believe that these missiles are similar in appearance but not in content. The reasons for this are discussed in this article, but in summary, they are as follows.
- The solid fuel rocket motors have different body diameters and lengths and are different from the propulsion systems (rocket motors) on the ATACMS and Iskander.
- North Korea's rocket technology has been dominated by liquid-fueled rocket engines. Multiple demonstrations under real-world conditions may have been conducted to mature solid-fuel rocket motor technology, for which there is little technological accumulation.
- North Korea's rocket technology has been dominated by liquid-fueled rocket engines. Multiple demonstrations under real-world conditions may have been conducted to mature solid-fuel rocket motor technology, for which there is little technological accumulation.
２．Why is NK testing ballistic missiles so many times in a row?The reasons and objectives for North Korea's development of these technologies will also be discussed in this article, but in summary, they are as follows
- Obtaining the magical items that history has proven to be the magic items: nuclear weapons and ballistic missiles.
- Possibly incentives to acquire foreign currency are at work
- North Korea has risen to become the world's best 'missile test haven nation'
2．ATACMS, Iskander missiles vs. North Korea's new short-range ballistic missiles
A comparative examination of North Korea's new missiles based on information from published images. Norbert Brügge of Germany, who is famous for compiling images and performance tables of the world's rocket technologies, considers the ATACMS-like SRBM and the Iskander-like SRBM (KN-23) that he analyzed in his image analysis.
2.1．SRBMs similar to ATACMS
Comparative analysis of the ATACMS rocket motor and solid fuel rocket motor
Dimensional analysis of the launchers and missiles of the ATACMS-model
USA MGM-140 ATACMS Overview
Norbert Brügge's image analysis shows that the ATACMS-modified ballistic missile has a fuselage diameter of 1.1 meters. The US ATACMS has a fuselage diameter of 0.67m. At this point, we can already see that the propulsion system, including the solid-fuel rocket motors, is different. The dimensions of North Korea's new ballistic missiles are more than twice as large.
Some may argue that the design was applied as is by enlarging the size scale, but it is obvious from the development of Japan's H-2B and the Nodong missile that simple enlargement of both the propulsion system and the fuselage is not enough. (*See "7.3. Reliable Technological Development Following North Korea's Traditional Liquid-Fuel Rocket Engine Development Methodology," which will be discussed below.
The propulsion system, in particular, is a new design, even if the structure is as simple as a solid fuel rocket motor, if the dimensions are different. Therefore, the North Koreans are not copying the ATACMS as is.
From the tip, the ATACMS looks similar, but from the back, the impression is different.
Comparison of ATACMS and the North Korean version of ATACMS
There are differences in tail shape, back fuselage shape, thrust deflector (TVC), etc.
2.2．Is the new SRBM of the ATACMS-modeling vehicle diverting the solid-fuel rocket motor of Polar Star 1?
More importantly, the relationship with Polar Star 1 is suspect. (See below in "4. History of North Korea's Solid Fuel Rocket Motorized Ballistic Missiles.")
Arctic Star-1 (Pukkuksong-1, KN-11) is a submarine-launched ballistic missile (SLBM) that North Korea successfully tested for launch in 2016; however, based on Norbert Brügge's image analysis, North Korea's ATACMS modus operandi has the same fuselage diameter as the Arctic Star-1, and judging by the dimensions It is thought that the same solid fuel rocket motor is installed in the first stage.
Norbert Brügge's image analysis of the NK ATACMS vs. Polar Star 1
Well, in ballistic missile and rocket development, propulsion system development requires new development even if the dimensions are different, but if NK ATACMS uses the same solid fuel rocket motor as Polar Star 1, there is no need to develop and design a new rocket motor. It is reasonable and convincing that a new equipment system (SLBM) can be realized at low cost by utilizing existing products.
By using the same rocket motor, tests are repeated on actual equipment, reliability is improved, and costs are reduced due to the effects of mass production. This is the same principle as for ordinary industrial products. If this image analysis is correct, it is very likely that NK ATACMS was built by using the first stage of Polar Star 1 SLBM.
2.3．KN-23 SRBM similar to Iskander missile
Comparative Analysis of Iskander and KN-23 Fuselage Diameter and Solid Fuel Rocket Motor
Dimensional analysis of Iskander and KN-23 launchers and missiles
As with NK ATACMS, Norbert Brügge's image analysis shows that the fuselage diameter of the KN-23 ballistic missile, similar to the Iskander, is 1.1m.
The Russian Iskander has a fuselage diameter of 0.91m (some say 0.95m), and at this point, the solid-fuel rocket motor, which is the propulsion system, is already different in size from that of ATACMS. It means the same body diameter as ATACMS and Polar Star1.
3．North Korean ATACMS、KN-23 and Polar Star1 are family of shared solid fuel rocket motor manufacturing facilities?
These images from Norbert Brügge's analysis can be summarized as follows. The solid fuel rocket motor inside is only an estimate, so it can only be used as a guide, but the body diameter and length are useful.
Summary of Norbert Brügge's analysis
The image analysis shows that they all use the same rocket motor with a body diameter of 1.1m. We can infer the following
- The first stage of Polar Star 1 (KN-11) was most likely appropriated to create the NK ATACMS. The mass production effect would lower the cost and improve reliability. This method does not require new development and can be developed in a short period of time.
- The NK Iskander KN-23, like the KN-11 and NK ATACMS, has a fuselage diameter of 1.1m, but the overall length of the rocket motor is different.
Regarding the second one, the KN-23 is the same size with a fuselage diameter of 1.1m, but the total length of the rocket motor is different. However, it is very important that the same 1.1m diameter rocket motor is used. In the case of solid fuel rocket motors, if the propellant grain cannot be integrally molded in the length direction, the motor can be manufactured in pieces.
The following is an example of a space rocket, and you can see from the cross-sectional drawing that the motor is manufactured in sections. In case of metal motor case, it is also possible to manufacture motor case and segments separately like space shuttle SRB, and then integrate them with O-rings at the end.
Cross sectional view of the solid fuel rocket booster of Titan rocket
Cross-sectional view of the space shuttle's solid fuel rocket booster
Metal rocket motor parts are manufactured in segments by consolidating them.
The Space Shuttle Challenger exploded after combustion gas leaked from the O-ring that sealed the gap between the two, and it is too well known.
As long as the body diameter is the same, whether the motor case is made of metal or composite material, mass production is possible using the "block bonding method" where the case and grain are manufactured separately and finally inserted like a cartridge.
For motor cases made of either metal or composite materials, the manufacturing equipment in the plant only needs to be extended in the longitudinal direction, so it is possible to manufacture motor cases with relatively small changes in the manufacturing equipment. In addition, the same is expected to be true for the test facilities. In other words, the possibility that the rocket motor is made into a family is inferred.
Manufacturing a ballistic missile with a variety of ballistic missiles while keeping the body diameter the same is a question of "Why are they testing multiple ballistic missiles in such a short period of time?" as will be explained below. We believe that this also provides an answer to the question of
4．The history of North Korea's solid fuel rocket motorized ballistic missiles
First, I have explained the NK ATACMS and the NK Iskander. I will now explain the status of the development of North Korea's solid fuel rocket motors, explaining the history and other aspects of the development of the rocket motors in sequence and making inferences.
North Korea's first introduction of surface-to-surface missile technology occurred around 1970. It demanded that the Soviet Union import short-range ballistic missiles, the level of technology in the early 1960s, but at least the Soviet Union rejected the initial demand. Instead, they exported unguided surface-to-surface rockets, the FROG-5 and FROG-7A, from 1969-1970. (They were simply ballistic rockets, not missiles, since they had no guidance system attached.)
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North Korea seems to have mastered the basic technology of ballistic missiles by modifying these rockets to be able to carry chemical warheads. Thus, in the 1970s, North Korea already possessed the technology to operate chemical weapons using rockets.
However, the FROG-5 and FROG-7A, in addition to having no guidance, were also old technology for solid-fuel rockets. Also, the propellant appears to be a "double-base propellant". This type of propellant is brittle in physical properties and difficult to be enlarged. (i.e., it is not possible to make larger, longer-range missiles like composite propellants).
FROG-7A unguided rocket launch (top) and solid fuel rocket motor (bottom)
The spin stability is adopted to stabilize the attitude of the vehicle even without guidance. Therefore, there are four rocket motor jets in the head side, and the rotation force is applied while propelling the vehicle.
Subsequently, the Soviet Union continued to refuse to export ballistic missiles, but in the Fourth Middle East War, North Korea acquired at least two Scud missiles (R-17, SCUD-B) for North Korea in return for providing military aid to Egypt. This was reverse-engineered and copied, which was the beginning of the history of North Korean ballistic missile technology. This was followed by successes with the Scud missile and other liquid-fuel rocket-engine ballistic missiles, and the solid-fuel rocket motor type was once removed from the mainstream of North Korea's ballistic missile development.
The next step in North Korea's development of a solid-fuel rocket motor-powered missile was the KN-02 short-range ballistic missile. This is believed to be a reverse-engineered development based on the Russian-made Tochka ballistic missile (OTR-21, Tochka), which was obtained via Syria in 1996. Again, it was obtained by a method that was not from the legitimate route (Russia).
The KN-02 conducted test firings and other tests throughout the 2000s, but repeatedly failed. The final successful launch was in June 2007. Since then, it has been repeatedly improved until 2013, and now has a range of about 160 km. However, this range is inferior to the range of the Scud missile (R-17, SCUD-B), which is in the same short-range ballistic missile category and has a range of about 300 km. Although it is a small ballistic missile, it took 11 years from the acquisition of the original OTR-21 Tochka to the completion of its development. Including improvements, it took nearly 17 years to complete the development of the OTR-21 torchka.
The original OTR-21 bogie and rocket motor diagram of KN-02
The rocket-motor type that has since been heavily featured is the 2016 submarine-launched ballistic missile (SLBM) test, dubbed Polar Star1 (Pukkuksong-1, KN-11), which flew at a horizontal range of 500 km. The range is estimated to reach 1,250 km, according to Global Security.
The Polar Star 2 (KN-15), a mobile, ground-launched ballistic missile, was next successfully launched in February 2017. It was launched with a lofted launch and successfully flew at an altitude of 550 km and a horizontal distance of 500 km. It was also launched a second time in May of the same year. The North Koreans claim that the range is over 2,000 km. This one had a larger aircraft than the Arctic Star 1.
It will be followed in May 2019 by the launch of a KN-23 ballistic missile, which is very similar in appearance to the Russian Iskander (9K720 Iskander) ballistic missile. Three of these missiles were launched within a short period of time in quick succession, but the one that flew the furthest flew to an altitude of about 50 kilometers and a horizontal distance of about 420 kilometers.
This time, a short-range ballistic missile (SRBM), very similar in appearance to the US ATACMS surface-to-surface missile (MGM-140 ATACMS), was launched.
As these histories show, the development of the KN-02, a reverse-engineered version of the OTR-21 Tochka, took many years to develop, but the development of a series of solid-fuel rocket motorized ballistic missiles since North Korea's successful launch of the Polar Star-1 in 2016 has progressed at a significant rate. (The Arctic Star test itself had been underway since 2015.)
As will be discussed below, North Korea's development of a series of solid-fuel rocket-motor ballistic missiles has progressed one by one since the 2010s, after the KN-02, a small solid rocket motor, was on the verge of commercialization.
5．The technological level of solid fuel rocket motors in North Korea
The motor cases of solid fuel rocket motors for space rockets and large ballistic missiles used to be made of special steels that can be used as high-temperature and high-pressure pressure vessels, such as ultra-high-tensile steel. However, in recent years, composite materials, especially reinforced transition plastic (FRP), have been increasingly used because lighter motor cases can fly farther.
In Japan, NT150-4 high tensile strength steel was used for the motor case of the H-2 rocket developed by the National Space Development Agency of Japan (NASDA) in 1994 and the solid fuel rocket booster (SRB) which was attached to both sides of the rocket. However, the SRB-A, an improved version of the H-2A rocket developed in 2001, uses a motor case made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP). In this way, special steel or composite technology is needed to manufacture large solid fuel rocket motors. The advanced technology to improve the performance is composite technology.
We do not have information on North Korea's production of special steel, but as far as research and development of composite materials for motor cases is concerned, North Korea's Institute for Chemical Materials is reported to have been involved in the development of the KN-11 SLBM solid-fuel rocket motor between 2010 and 2012. The institute has been working on research and development of FRP rocket motors since at least 2010, with a small number of prototypes produced in 2013-2014, production in 2015-2016, and the construction of a new factory in the second half of 2017 to move from the research stage to a mass production system, according to It has been reported. News reports say that Chairman Kim Jong-un also visited the plant and directed its production.
Chairman Kim Jong-un visits the Institute for Chemical Materials
On the left is a composite FRP motor case
Chairman Kim Jong-un looks at the panel on 4D C/C
Chairman Kim Jong-un being briefed on the carbon nose cone
Surface-to-air missiles and other tactical missile-class composite motor cases and panels of ballistic missiles displayed on top of them
Enlarged view of the ballistic missile panel
In other words, North Korea's solid fuel rocket motorized ballistic missile motor cases are already likely to use composite materials that provide higher performance. This would make it possible to produce huge pressure vessels without the need to produce quality pressure-resistant steel. Photographs taken during Kim Jong-un's visit suggest the possibility of manufacturing a 4D carbon carbon (4D C/C) nozzle, a carbon fiber-reinforced carbon composite, for a rocket nozzle.
Based on this circumstantial evidence, it should be assumed that the company already has the technology to manufacture large solid-fueled rocket motors using composite motor cases, and its technical capabilities are at a high level. However, their development experience is still very young at 10 years. (In contrast, they have about 40 years of experience in liquid-fuel rocket engine development.
6．North Korea to Develop Multiple Simultaneous Ballistic Missiles
As described in the history of North Korea's solid-fuel rocket-motor ballistic missiles, the speed of North Korea's recent ballistic missile development has been extremely fast and massive. In addition, it is also developing a liquid-fuel rocket-powered missile with a larger range. (Though negotiations with the United States may currently have frozen the ICBM connection.
For example, if we look at just the solid-fuel rocket motor system alone, there are at least two models in parallel development: the Iskander-like KN-23 (first flight in May 2019) and the ATACMS-like SRBM (first flight in August 2019), which appear to be largely the same in terms of scale and application. What does this mean?
If a country with enormous economic power like the United States, it has often been seen that a prototype race has been held and the weapons that have produced excellent results have been adopted. However, it is not economically rational for North Korea, which has been subject to economic sanctions and has basically no money to spare for development, to develop multiple missiles of similar objectives, scale, and equipment system at the same time, given its limited human resources and limited resources.
What exactly is fueling North Korea's ballistic missile development? The following reasoning is made in this regard.
Examples of prototype competition in fighter jet development (YF-23 (top) and YF-22 (bottom))
The competition format allows you to hire the best overall results, but it's expensive.
7．Practical test of solid fuel rocket motor technology (Reasoning 1)
I believe that recent launches may have involved multiple real-world demonstrations to mature solid fuel rocket motor technology, for which there is little technological accumulation.
There is also the possibility of developing a reliably larger solid fuel rocket motor, following the development of a liquid fuel rocket engine ballistic missile.
7.1．Share manufacturing facilities for development and mass production of existing products
Summary of images analyzed by Norbert Brügge
All of them have the same body diameter of 1.1 m, and can be developed and mass-produced by sharing existing manufacturing facilities.
As mentioned earlier, based on Norbert Brügge's analysis, NK ATACMS, NK Iskander (KN-23), and Polar Star 1 (KN-11) all have the same body diameter. And NK ATACMS seems to use the same rocket motor as Polar Star 1. The following can be inferred from this
- No new development or design of a new rocket motor is required. A new system (SRBM) can be realized at a lower cost by using existing products.
- The same rocket motor can be used for repeated tests to improve reliability and reduce costs through mass production. (Same principle as for ordinary industrial products)
- NK Iskander (KN-23) is thought to have a different overall length of the rocket motor than the others, but since the body diameter is the same at 1.1m, it can be manufactured with minimal changes in manufacturing equipment.
- However, since the body diameter is the same as that of the KN-23, changes in manufacturing equipment can be minimized.
An example of a large rocket motor case made of a carbon fiber-wrapped composite material
If the diameter is the same size in the direction of the diameter, it is highly likely that the existing equipment can be modified to change the manufacturing process by changing only the length.
7.2．The Maturation of Solid Fuel Rocket Motor Technology
North Korea has been developing its own ballistic missiles by copying and expanding its own liquid-fueled rocket engine technology, such as the R-27 and other liquid-fueled rocket engines, which are the Soviet and Russian Scud series and SLBMs. Originally, the mainstay of North Korea's ballistic missiles was the liquid-fueled type.
However, liquid-fuel rocket-engine ballistic missiles cannot store propellant tanks for long periods of time, even years, and require propellant to be injected into the tanks before launch, which is not a quick fix. On the other hand, solid-fuel rocket motor missiles can generally be stored for 10 or 20 years and can be launched immediately. (However, it is unclear whether solid propellant from North Korea has this level of durability.
For this reason, it appears to have dropped out of the development of a more real-world technology, a large ballistic missile with a solid fuel rocket motor. But its history is short-lived.
The liquid-fuel rocket motor technology is a method that has been accumulating experience for the North, which has been cultivated since North Korea got its hands on ballistic missiles in earnest until today. On the other hand, the technology for large solid-fuel rocket motors was developed within the last 10 years. Therefore, it is a new technology, and the accumulation of technical know-how is thought to be considerably inferior to that of the liquid rocket motor.
Therefore, it is possible that the multiple launches in recent years may be due to the fact that multiple real-world demonstration tests have been conducted to mature the solid fuel rocket motor technology, which has less technological know-how accumulated in recent years. The following section summarizes the advantages and disadvantages of liquid and solid propulsion systems and explains why.
1. Characteristics of Liquid-Fueled Rocket Engine Ballistic MissilesAdvantages: reliable quality assurancePrior to launch, liquid-fueled rocket engines can be tested for ground combustion. Successful launches can be mounted on missiles and rockets. A ground-based CFT (full-scale tank-stage firing test) can also be performed in advance. In this way, the quality of the propulsion system can be assured before the flight.
Disadvantages：Requires liquid fuel injection and is not ready-to-use. Unsuitable for long-term storage in a ready-to-use state (with propellant).2．固体液体燃料ロケットモーター式弾道ミサイルの特徴Advantages：Highly responsive. Suitable for long-term storage.
Disadvantages：Quality assurance for individual machines is not possible. Quality assurance is required with statistics.
Solid-fuel rocket motors are disposable engines that are ignited by filling a pressure vessel with propellant (grain), or in other words, explosives. Because it cannot be used repeatedly, a combustion test to confirm the quality of the engine with the actual device is not possible. Therefore, the success or failure is a one-shot deal.
For this reason, a lot is made with the same quality, and a solid fuel rocket motor other than the actual engine is tested to indirectly ensure the quality.
In this way, there are differences from the conventional liquid-fueled rocket motor, and it is possible that multiple trials and flight experiments have been repeated to develop reliable quality assurance technology. (e.g., by flying a solid-fuel rocket motor (= ballistic missile) and conducting data collection tests)
7.3．Development of reliable technology following North Korea's traditional liquid-fuel rocket engine development method
Historically, North Korea's liquid-fueled rocket-engine ballistic missile has been a pretty solid development. (It may be that they simply didn't have the funds to do so) The following is an overview diagram and flow of the development of the Taepodong. Rather than developing all stages of the project as a new development, it has been steadily combining the technologies it has developed with those it has completed.
The technological development process leading to North Korea's Taepodong 1
Ensuring reliability by combining technologies that have been developed, rather than developing all stages of a new product.
- 1980s: copy of the Scud (SCUD-B) short-range ballistic missile. (Range: about 300 km)
- Early 1990s: Scud's liquid-fueled rocket engine was enlarged and a larger nodong was developed. (Range about 1,500 to 2,000 km)
- Late 1990s: a copy of the OTR-21 Tochka, a solid-fuel rocket motorized ballistic missile with a range of about a hundred-plus km.
- 1998: the Taepodong 1 was developed by combining 1 to 3. (Range:approximately 2000-2500 km)
▼ Composition of Taepodong 1
First stage: nodong missile
Second Stage: Scud Missile Third stage: the OTR-21 missile (or solid fuel rocket motorized kick motor)
*Note that the KN-02, a copy of the OTR-21 Torchka, failed its April 2004 launch test, so it is questionable whether it was installed as the third stage of the 1998 Taepodong 1 launch, as shown in the figure, but in terms of scale, the Scud missile was used as a third stage kick motor for the second stage A rocket motor of some sort was likely to have been installed. And it is presumably a technology derived from the OTR-21 for North Korea, which did not have solid fuel rocket motor technology.
As an aside, the wreckage recovered by the ROK Navy has shown that the first stage of the Unha-3, the next one, was in fact the first stage of the larger Unha-3, which did not develop a new large engine from the beginning, but instead clustered four nodong engines. This was a simple combination of four nodong engines clustered together, with each pump feeding propellant to the combustion chambers, rather than a single turbopump to each of the four combustion chambers.
In this way, the preceding liquid-fuel rocket-engine ballistic missiles have been steadily developed, step by step, to obtain larger and newer technologies, then combine existing products, two steps forward and one step back. The solid-fuel rocket motor may also be developed steadily by using equivalent products and conducting multiple tests.
Comparison of Scud S5.2 rocket engine and Nodong engine
It turns out that the North Koreans have almost simply enlarged the S5.2 rocket engine
◆Coffee Break: Rocket Engine Development on the Nodong
As in the case of the H-2B rocket, it is difficult to provide the same functions by enlarging the structure while reducing the thickness and weight as much as possible, as in the case of the H-2B rocket, where the development of a larger-than-expected fairing was more difficult than expected. North Korea has developed an engine for the Nodong that is 1.625 times larger (40 to 65 cm) in nozzle diameter than the S5.2 engine.
Even if the circumferential stress σ of a simple thin-walled tube is considered, σ = Pr/t (P: internal pressure, r: radius of the tube, t: wall material thickness), the material thickness should be increased by 1.625 times to equalize the stress level when the radius is increased with constant internal pressure. Since the heat transfer state changes, regenerative cooling does not go simply. A turbo pump cannot be made into a giant pump while maintaining discharge pressure. It is believed that the North Koreans were able to achieve this by reducing the internal pressure of the engine from 70kgf/cm2 to 56kgf/cm2 (presumably), which was a compromise to the S5.2.
Comparison of effective exhaust velocity of rocket engines with flight altitude
(Soviet-made RD-103 is misspelled as RD-203.)
For more information, please read "
The Aerospace Engine Review Vol.7 OKB-2 Scud Engines", which explains the Scud missile rocket engine, including drawings and other details.
8．North Korea has become an advanced country in ballistic missile development, expanding its military and earning foreign currency (Reasoning 2)
8.1．The Purpose of North Korea's Ballistic Missile Test
They are attempting to test a number of ballistic missiles despite the United Nations Security Council resolutions being made. Since it has already been subjected to economic sanctions, any further deterioration of the situation is a tall order. It is not surprising, then, that they are thinking that it would be better to create a product that can be sold and earn foreign currency. I suspect that the following two main ideas are at work.
1. Obtaining the magical items that history has proven to be magical: nuclear weapons and ballistic missiles.China's Mao Zedong said, "We will make nuclear weapons even if we don't wear pants" (meaning that we will have nuclear weapons no matter how poor we become, to be precise, a curvature of what then-Foreign Minister Chen Yi said, "We will have nuclear weapons even if we have to pawn our pants"), and carried out ballistic missile, nuclear, and space programs under the banner of "both bullets and one star". As a result, the country has come to be recognized by the international community.
In addition to China, if we look at emerging nuclear powers such as India, Pakistan, etc., history has proven that if they get these two magic items, ballistic missiles and nuclear weapons, they will be tolerated in the end, even if they are temporarily condemned by the international community. North Korea is expected to aim for a similar approach and is expected to step up its development. Of course, it will not only increase deterrence, but it will also lead to an actual military buildup.
2. Acquisition of foreign money- Currently, many countries that are able to develop ballistic missile technology impose export restrictions on the technology through the Missile Technology Control Regime (MTCR), treaties and laws. North Korea, however, is not a member of the international framework for ballistic missile export restrictions.
- Even with the export restrictions in place, there are certainly countries that want ballistic missile technology (and related technologies) behind the scenes while putting on a seemingly peaceful face.
- If North Korea develops and sells ballistic missiles abroad, it can acquire foreign currency from those countries.
- In fact, North Korea has a history of earning foreign currency by exporting Scud missiles. During the Iran-Iraq war, experts have pointed out that it may have sold Scud missiles to Iran, but at the same time, it may have sold them to the enemy side, Iraq, without any pretense of selling them.
- In the case of obtaining foreign currency, there is the question of "what routes to export", but it is believed that they will seek all kinds of means, including air transportation as well as land and sea transportation. As an example, in 1993, North Korea signed a sale agreement to export 145 Nodong missiles to Iran for $500 million, with shipments beginning in mid-1994 in phases, but records show that exports to Iran were made through two jumbo jets.
- The hurdles to export are lowered, as only the softer aspects of related technology and data, such as blueprints and test data, can be sent through Internet communications and digital media.
8.2．North Korea, a missile test haven state, not a tax haven
Without selling the ballistic missiles themselves, North Korea may also have a method of earning foreign currency by providing technical information and missile test sites to other countries. There is no other country in the world that conducts ballistic missile tests as frequently and in large numbers as North Korea does. If it were to do so, it would likely be subject to international sanctions and relations with its neighbors would deteriorate.
North Korea is already under UN sanctions, economic sanctions, and relations with its neighbors have reached a point where they can't afford to deteriorate any further. In other words, it has nothing to lose. As a result, it has risen to become the world's best "missile test haven state" rather than a tax haven.
For example.
- Countries that want "proven" technical information because they want to develop ballistic missiles in their own country.
- Countries that want to develop ballistic missiles, but don't want to take the risk of launch tests (international criticism)
North Korea, a missile test haven state, not a tax haven North Korea can also earn foreign currency by receiving testing commissions. It can obtain test data on proven actual aircraft that it has actually flown.
If North Korea wanted to test components of a ballistic missile developed by a certain country on an actual aircraft, it could undertake the test for a fee and provide test data from actual firing. In fact, during the development of the Nodong missile in 1993, only two launch tests of the actual missile were conducted, and the Nodong was certified as commercially viable with the test data intact. There have been cases in the past where it has been presumed that development data was shared and cooperated with Middle Eastern countries to make up for the lack of data on launch tests.
In particular, the solid-fuel rocket motorized ballistic missile, which is the focus of this study, is a relatively simple industrial product with a pressure vessel filled with solid propellant. If the solid propellant is left to North Korean production, and a contract is signed with North Korea for the design of the geometric shape of the pressure vessel and internal grain, the various parts, and the design of auxiliary equipment, etc., to be handed over to North Korea for prototyping and testing (putting aside for the moment the issue of protecting development information), then we can approach North Korea with the intention of possessing a ballistic missile. The country will be able to go from manufacturing to testing without having to have a large scale plant in the beginning.
In the case of a motor case made of FRP, they could order a motor case made of the filament coils that they had designed and have it manufactured by North Korea. Even if the ordering country does not have the equipment to mold large, high-quality, pressure-resistant metal for rocket motors, they can still manufacture a composite motor case by using the same materials, large FRP molding equipment, and ovens.
Thus, the above is based on the assumption that if such a scheme exists, North Korea could easily outsource the development of ballistic missiles from other countries by embarking on a solid-fuel rocket motor type, which is significantly simpler in structure than the liquid-fuel type. It appears to be a simple engine. This is because the remarkable simplicity of the rocket engine requires significantly fewer parameters to be changed in testing than the liquid-fueled rocket engine.
It is often said that "Solid rockets are a mass of know-how", but I do not think so, because it depends on the material technology to a large extent. If we can get a handle on producing the barriers to materials technology (composites, insulation, propellant grains, etc.), North Korea can build something similar to the US and Russia. Easier than a liquid fueled system. That deadly effort is beginning right now.
In recent years, with the advent of high-performance 3D printers and NC lathes, more and more industrial products have been digitized and made into software. In the past, it was said, "You can't make a product with just a blueprint", but now this common sense is about to be reversed. We are shifting to an era in which we can make things as long as we have information.
In the current tide of the times, other countries are buying information on North Korean ballistic missile designs and manufacturing them in their own countries. (The design information has been proven in tests), or it is possible that in the future we could see North Korea sending design information developed by another country to North Korea, which would manufacture the missile, and North Korea would even be contracted to test the actual device.
9．References
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http://www.b14643.de/Spacerockets/Specials/Nodong/index.htm[10] The Aerospace Engine Review Vol.7 OKB-2 Scud Engines
http://orbitseals.blogspot.com/2018/12/aerospace-engine-review-vol7-okb-2-scud.html[11] Fast, low and hard to stop: North Korea’s missile tests crank up the threat level, Simon Denyer August 15 2019
http://www.washingtonpost.com/world/asia_pacific/fast-low-and-hard-to-stop-north-koreas-missile-tests-crank-up-the-threat-level/2019/08/15/adf3f3e4-bdc3-11e9-aff2-3835caab97f6_story.html[12] N.Korea missile test a needless provocation
http://www.gulftoday.ae/opinion/2019/08/16/n-korea-missile-test-a-needless-provocation[13] What we really know about the North Korean spacerockets and ballistic missiles, Norbert Brügge
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https://news.yahoo.co.jp/byline/obiekt/20190817-00138721/
