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来源:航空简报
作者:远航 何鹏
引言:9月1日,美国防高级研究计划局(DARPA)和美空军联合宣布,两型“吸气式高超声速武器”(HAWC)项目原型已成功完成系留飞行试验,为在2020年内开展自由飞行试验奠定了坚实基础,也标志着美国空射高超声速巡航导弹研制工作达到又一关键里程碑。
高超声速技术研究可以追溯到20世纪30年代。1945年以后,对洲际弹道导弹和太空旅行的发展推动了高超声速飞行器的快速发展。而自20世纪60年代以来,高超声速实现了短时间、非持续性飞行,例如重返地球大气层的“太空再入飞行器”。但是真正的高超声速飞行与此存在着本质区别。当前的高超声速武器已经发生了质的变化。
关于当前的高超声速武器发展,2020年8月,美国大西洋理事会发布报告《印太地区高超声速武器初探》,对美国及印太地区国家的高超声速武器发展进行了分析。主要内容如下。
高超声速武器通常指飞行速度介于5-25马赫(5-25倍声速)之间的武器。高超声速技术原型自20世纪60年代发展至今已发生了很大变化。当前的高超声速飞行器已经可以实现持续的高超声速飞行,并且可在整个飞行过程中实现机动性。
目前各国发展的高超声速武器主要包括三类飞行动力方式的导弹:“助推滑翔”导弹、“吸气式”导弹和“炮射式”导弹。这些武器的潜在用途因其特性而异。助推滑翔高超声速飞行器需要像火箭系统一样被发射,例如洲际弹道导弹(ICBM)。其速度可以达到高超声速武器的速度上限,非常适合远程打击应用。吸气式高超声速导弹可能需要由飞机携带,并以与传统巡航导弹类似的方式使用,其速度比助推滑翔系统慢,射程短,但战术灵活性更大。炮射式高超声速弹体需要由类似海军火炮的武器发射,并作为该武器的增强应用,其速度处于高超声速武器的下限,且射程较短,较适用于海上短距快速精确打击。
炮射式武器
许多分析家认为,这些武器将速度和机动性结合为一体,压缩了对手的决策过程,并大大提高了对抗现代空中和导弹防御系统时的生存力,从而成为“游戏规则改变者”,即可以从根本上改变敌我双方的力量平衡。但也有人持怀疑态度,认为高超声速武器只会产生与现有能力(包括弹道导弹和巡航导弹)相同的军事效果,即仅为作战提供了更多的能力进化和选择。
为威慑对手和有效打击对手的反介入/区域拒止(A2/AD)防御体系,美国防部已将高超声速能力纳入其“常规性快速全球打击” (conventional prompt global strike,CPGS)能力范畴,并与其多域战概念相结合,形成了多样化的高超声速武器组合发展方向。CPGS计划自2003年提出,目的是使美国能够在小于一个小时的时间内使用常规武器打击地球上任何一个地方的目标,且无需依赖前方部队。
美国陆、海、空三军目前都在考虑开发新的作战概念。美国陆军已将高超声速武器纳入其“远程精确打击系统”(Long-Range Precision Fires,LRPF)能力集,将桑迪亚国家实验室的“通用超声速滑翔机体”(Common Hypersonic Glide Body,C-HGB)(飞行速度可达6.35马赫)与两阶段地面发射助推系统组合,开发“远程高超声速武器”( Long-Range Hypersonic Weapon ,LRHW)。美海军也将“通用超声速滑翔机体”同其潜艇发射助推系统组合,发展“中程常规快速打击武器”(Intermediate Range Conventional Prompt Strike Weapon ,IRCPS)。2017年,美海军已成功对该武器进行了测试。美空军最初曾保有两个高超声速项目:具备火箭动力和全球定位系统(GPS)制导能力的“高超声速常规打击武器”(Hypersonic Conventional Strike Weapon ,HCSW)项目以及带有“战术助推滑翔”(Tactical Boost Glide,TBG)飞行器的“空中发射快速反应武器”( Air-Launched Rapid Response Weapon,ARRW)(与美国DARPA共同开发)。但因2021财年预算受限,美空军目前被迫将前一项目削减。此外,美国DARPA正在制定“作战火力”计划以发展“战术助推滑翔”技术,同时与空军合作开发“高超声速吸气式武器概念”(Hypersonic Air-breathing Weapon Concept ,HAWC),以在未来开发高超声速巡航导弹。
DARPA的助推滑翔项目
战术助推滑翔ARRW项目
目前来看,因不同计划间的资金平衡问题,美国在2022年前不太可能实现系统部署。但因对多域战的发展,美国将会继续优先考虑综合发展潜射、地面发射和空射高超声速武器。此外按计划,美国陆军将在2023年测试其“远程高超声速武器”原型,海军将在2020和2022年测试其“中程常规快速打击武器”原型,空军将在2022年前测试“空中发射快速反应武器”。高超声速巡航导弹(即高超声速吸气式武器概念)和高超声速导弹防御系统将需要更长时间。
吸气式导弹,美国空军的X-51Waverider验证原型
美国加利福尼亚爱德华空军基地第419飞行测试方队的B-52,携带一枚AGM-183A ARRW导弹原型
俄罗斯已将高超声速武器纳入其战略威慑任务系统,并正在优先考虑利用洲际弹道导弹部署高超声速武器,甚至加装核武器能力。俄罗斯的这种战略主要是防御在美国先发采用高超声速武器打击的情况下,俄罗斯必将通过高超声速核武器予以反击报复,以进行战争威慑。
“匕首”空射高超声速弹道导弹
据称,俄罗斯目前在加紧开发高超声速武器。其正在集中力量开发可装载常规或核武器的高超声速助推滑翔器,将用于其当前的SS-19 Stiletto洲际弹道导弹,而最终将用于其“萨尔马特”新型洲际弹道导弹。此外,据俄罗斯政府称,俄方还开发了“匕首”(Kinzhal)空射高超声速弹道导弹,可装备于米格-31和苏-34战斗机,并最终将用于图-22M3战略轰炸机。该导弹武器可以5-10马赫的速度打击两千公里以外的目标,并具备机动能力。其打击目标是导弹防御系统和航母战斗群,并作为其A2/AD战略的一部分。俄罗斯还通过“锆石”(Tsirkon)舰载高超声速巡航导弹进一步增强其A2/AD战略。该导弹在第一阶段通过固体燃料提供动力,第二阶段通过超燃冲压发动机提供动力,可以5-6马赫速度飞行500公里。其设计目的是利用短距高速和机动性,确保在有效距离内对导弹防御设施实施打击而不会被拦截。据称,俄罗斯已在2019年底和2020年初对“匕首”和“锆石”两种武器成功进行了测试。“匕首”空射高超声速弹道导弹已接近部署状态。而“锆石”舰载高超声速巡航导弹将在2022年部署于基洛夫级战列巡洋舰。
战略与政策。2018年8月,日本发布了其有史以来最高的国防预算,把其中期重点设定为高超声速武器发展。而2019年其预算中要求5800万美元用于超声速超燃冲压动力巡航导弹的研发,并承诺投资1.26亿美元开发高超声速滑翔弹。2019年11月,日本国防部发布的防务目标包括,到2030年实现5马赫的高超声速超燃冲压巡航导弹,到2035年实现高超声速滑翔弹。2020年3月,日本防卫省发布了有关高超声速计划的更多细节,并确认计划在2030年代实现上述两个目标。对于这些导弹,日本计划将其部署到日本最南端的基地。为此,这些导弹的计划射程约为200英里。
技术能力。日本宣称,在实现高超声速武器部署前,需要解决四个关键技术障碍,包括:火控方面的GPS信号以及位置、导航和定时(PNT)替代技术(日本正在开发惯性制导技术);导引技术,需开发新型的红外特征识别传感器;固体火箭发动机;弹体或穿透载荷。此外,日本目前也不具备高超声速飞行过程中的燃料高效燃烧技术和耐热材料。
近期发展。尽管日本计划在2030年代交付高超声速武器,但日本官员一再强调,最早可能在2026年投入使用,且计划在2023-2035年之间完成测试。
战略与政策。澳大利亚最重要的国家捍卫战略需求,是拒止任何对手通过在印度尼西亚群岛狭窄的沿海和内陆地区入侵。因此,其在近期最新的《2020年国防战略计划更新》中,将远程打击武器及相关能力列为优先事项。在空域中,该有限事项将可能包括高超声速武器。澳大利亚国防科学与技术小组(DST)正在开发高超声速超燃冲压发动机,它可以用于人员、货物及爆炸装置的高超声速运输。据一些专业人士的分析,澳大利亚对高超声速的发展目前可能更多的表现在商业领域。
技术能力。澳大利亚国防科学与技术小组正在与美国空军研究实验室、昆士兰大学和波音公司合作开展HIFiRE项目,旨在加深对超声速飞行的基本科学的理解,包括推进、燃料、材料、传感器、制导和制动力相关技术。HIFiRE项目迄今已有10年时间,美国已为该项目资助5400万美元。2012年,该项目进行了一次重要试验,以验证超燃冲压发动机在8马赫速度下的性能。在超声速技术研发方面,澳大利亚最大的优势就是其研究和测试能力。澳大利亚的伍默拉试验场目前拥有世界上最大的陆基导弹试验设施,且澳方拥有6个高超声速风洞,可模拟最大30.85马赫的速度状态。澳方还在开展可重复使用的航天器助推器测试。
近期发展。澳大利亚在2016年的国防白皮书中曾设想到2035年将高超声速武器引入澳大利亚地区。但目前,更多的是开展商业应用开发。
战略与政策。目前,印度尚未有高超声速武器部署,但正与俄罗斯在“布拉莫斯”系列导弹方面开展合作。印度将要发展的主要是短程高超声速导弹。
技术能力和近期发展。印度主要是与俄罗斯合作,依赖俄罗斯的技术和关键组件,其本土化发展程度不高,近期内也不会有太大进展。
其他国家都表现出不同程度的发展兴趣,但研究能力和基础设施条件能力都非常有限。例如,新加坡表现出发展高超声速技术的兴趣,但仅为研究兴趣。韩国曾在本世纪前十年内发展过Haeseong-2冲压发动机高超声速巡航导弹,但最近没有再公开发布相关的信息。韩国国内大学等研究机构也都缺少风洞等基础研究设施。高超声速武器发展并不是韩国的优先事项。
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