期刊-2014-02

高超音速飞行器引领空天武器新趋势

本刊特约记者徐秉君

2014年02月01日

  高超音速飞行器通常是指飞行速度大于5马赫,以吸气发动机或组合发动机为主要动力、能在大气层内和跨大气层进行中远程飞行的飞行器

SR-72高超音速无人侦察机有别于上一代“黑鸟”侦察机,采用了无人驾驶结构,将使用涡喷发动机与超燃冲压发动机的组合体作为动力,涡喷发动机将飞机加速到马赫数3后,超燃冲压发动机点火继续加速至马赫数5到6


 
  据美国媒体报道称,今年1月9日中国军方在境内首次试验了10倍音速的高超音速导弹,意在突破美国的导弹防御体系。美官员称,五角大楼已将中国的这一试验性武器取名为WU-14。这一消息引起各国的关注,欧洲媒体认为,中国总是出人意料! 中国在军事领域总是“一鸣惊人”,此前有关中国高超音速武器的资讯几乎没有,这是中国武器研发和生产的巨大进步;这款太空武器速度10倍于音速,因此北京到华盛顿之间的距离被缩短至不到45分钟,华盛顿十分担忧;中国正在以第三名的身份迎头赶上,甚至很快赶超,“谁继续错误低估了这个国家,就可能追悔莫及”。对此,中国国防部在1月15日作出回应,我们在境内按计划进行的科研试验是正常的,不针对任何国家和特定目标。

  何为高超音速飞行器?

  高超音速飞行器通常是指飞行速度大于5马赫,以吸气发动机或组合发动机为主要动力、能在大气层内和跨大气层进行中远程飞行的飞行器。如近年研制的高超音速导弹、高超音速飞机、高超音速空天飞机等。
  高超音速概念早在20世纪50年代就提出,但由于技术和资金等原因,研发进展比较缓慢。到上世纪60年代末,随着超音速燃烧冲压发动机和飞行器机体一体化概念的提出,高超音速飞行器才正式被美、苏等发达国家列入研制计划,真正意义上的快速发展始于上世纪90年代。近些年随着科技发展和技术进步,高超音速飞行器的研发有了突破性进展。从目前正在研制和试验的情况来看,高超音速飞行器具有以下特点:
  一是飞行速度快,可实现全球打击。有关专家早就预言,未来的空中打击力量将主要依靠高度和速度取胜。因此在研发航空武器过程中,把提高飞行速度一直作为一项重要的指标。从亚音速到超音速,从超音速到超数倍音速,从数超倍音速到高超音速等,飞行速度不但提高飞行器的作战性能,而且完全可以实现全球打击,从而引起作战形态和作战方式的重大改变。
  二是突防能力强,可突破现有防御体系。目前研制和试验的高超声速飞行器或武器,其飞行速度大都在5~20马赫左右,已经远远超过现有空天防御系统拦截范围,可以轻而易举地突破目前的各种防御体系,将使现代防空反导防天作战从技术到理论到实践都面临挑战。
  三是隐形理念新,战略威慑力大。以往的飞行器隐形设计主要是通过改进机体结构、采用复合材料、喷刷表面涂层等方式来达到隐形目的,与现有五代战机的隐身设计理念完全不同。新的设计理念认为,要通过提高飞行速度来达到隐身目的。因此,速度将成为一种新的隐身手段。由于速度快和隐蔽性好,现有防御体系对这种高超音速武器无能为力,从而能够形成巨大的战略威慑。

X-51A 高超音速飞行器验证机


 
  各国缘何竞相研制?

  2001年,美国遭受“9•11”恐怖袭击后,美国便开始对全球战略进行调整,五角大楼很快就提出了“全球快速打击”战略,其核心是要在一个小时内打击世界上的任何一个目标。该战略计划要求美国通过研发能够对威胁来源进行闪电打击的超高效非核武器,以扩充其武装力量。在这一战略目标的牵引下,美国重点加快高超音速武器的研发,从而实现全球军事优势。
  在高超音速武器研发方面美国无疑走在前列。美国空军、陆军、海军都在发展各自的高超音速打击武器项目,其中有始于2002年的HTV-2“猎鹰”高超音速飞行器计划。美国曾分别于2011年4月和8月先后试飞HTV-2“猎鹰”,但两次试验均告失败,但这并未影响其它研发项目的试验。如X-51高超音速验证机、X-37B空天验证机、以及新近媒体披露的“黑鸟之子”SR-72新一代无人机等,表明美国高超音速飞行器正加速向应用方面迈进。
  X-37B是美国波音公司研制的一种由助推火箭发射或飞机投放、可进入地球轨道高速飞行的轨道试验飞行器。首架X-37B原型机(编号OTV-1)于2010年4月22日发射升空,在近地轨道运行7个多月后成功返回地面。第二架X-37B(编号OTV-2)于2011年3月5日发射升空后,也于2012年6月16日顺利返回地面。第三架X-37B(编号OTV-3)于2012年12月11日发射升空,现仍在轨道飞行。尽管美国对X-37B每次的试验任务保密,但分析认为,X-37B可整合具备侦察、空中打击,以及反卫星、反导弹等太空作战功能,并有望成为第一种具有作战能力的“空天战机”。
  美国还研制了X-51“乘波者”验证机,先后四次进行试飞试验。这种由美国空军主持波音公司与普拉特•惠特尼公司共同制造的“乘波者”飞行器命运多舛,前三次试验都因技术原因以失败告终。2013年5月1日,又进行了第四次飞行试验,这次X-51“乘波者”在1.83万米高空速度达到5.1马赫,是唯一获得成功的一次。此次试验成功,表明美国在超高速飞行技术方面取得重大突破。有专家认为,这项技术的确是革命性技术。在航空领域,超燃冲压发动机技术对航空的影响,不亚于航空工业当年从螺旋桨时代跨入喷气时代所产生的影响。
  2013年11月,美国高调宣传“黑鸟之子”SR-72双发无人机,这种新机定位是高超音速情报、监视、侦察和打击平台,其验证机将在2018年进入工程发展。有关专家认为,SR-72是目前最接近空天飞行器概念的无人飞机,很可能会成为第一架投入使用的高超音速飞行器。一旦研发成功,除了担负各种情报、监视和侦察任务外,还可以替代战略轰炸机担负远程快速打击任务,从而实现美国一小时打遍全球的目标。
  从近几年美国频繁试验X-37B、X-51和“猎鹰”HTV2的情况看,美国明显加快各种实验进程,尽管“猎鹰”项目和X-51多次试验失败,但也取得了宝贵的经验。随着X-37B的试验成功和SR-72项目的推进,预示着美国战略打击能力转型已经进入实质性阶段。可以看出,美国正试图用在高超音速飞行器领域建立起的强大技术优势,来进一步拉大与其他国家的军力实力的差距,进而保持更大技术和军事优势。
  由于高超音速飞行器引领空天武器发展新趋势,再加上美国咄咄逼人研发势头,不能不引起世界各国的警觉和不安。因此,在未来国家安全需要的重压下,世界各国也竞相开始研发高超音速飞行器。目前世界上开展高超音速飞行器技术研究的有近10个国家,其中包括美国、俄罗斯、中国、法国、德国、英国、日本、澳大利亚、印度等国。
  俄罗斯在强烈谴责美国的“全球快速打击计划”同时,也开始研制高超音速(6马赫~14马赫)试验飞行器,并已做了大量的地面试验和风洞吹风试验。法国航空航天研究院和法国宇航-马特拉公司正在研究空射型Promethee高超音速导弹,巡航飞行速度为8马赫。印度也提出了“布拉莫斯”高超音速巡航导弹、速度达6~7马赫的高超音速飞行器等设想。日本也在进行高超音速飞机的试验,目前正在研究高超音速涡轮喷气发动机。
  美国推行“全球快速打击”战略,引起了世界各国的安全危机感,尤其是美国为其全球战略致力于发展尖端的高超音速武器,无异于打破了常规武器战略平衡,而世界各国绝不可能听之任之,自然要采取相应的对策,这必然会引发新一轮的军事科技革命甚至军备竞赛。

臭鼬工厂则认为,“超高速特性比隐身特性的生存能力更强,技术进步已经让隐身飞机的优势变得不再明显,而飞行器的下一场革命将来自于‘速度’,其速度优势让各国现役防空导弹统统变成废铜烂铁。”


   
  战略意义远超越其本身

  发展高超音速武器是美国“全球快速打击”战略的重要组成部分,美国凭借技术优势抢先开展多项高超音速飞行器的研发,其目的在于抢占全球战略制高点。随着美国在高超音速技术领域的继续领跑,作为一种平衡力量,中、俄、法、印等国家都希望能获得能在一个小时内打击世界上任何一个目标的武器平台。因此,发展高超音速武器的战略意义远超其本身。
  一是将推动航空史第三次推进技术革命。高超音速飞行器航程远、速度快、性能超卓,被称为是继螺旋桨、喷气推进之后航空史上的第三次技术革命,并将对未来战争和军事变革产生深远的影响。高超音速的核心在于它的推进技术,目前,各国发展高超音速技术主要选用超燃冲压发动机作为推进系统。超燃冲压发动机是指在超声速气流中喷入燃料实现超声速稳定燃烧的新一代发动机。由于燃料注入方式不同,可分为双模态超燃冲压发动机和双燃烧室超燃冲压发动机。超燃冲压发动机的适用速度范围为马赫数5~16,主要用于高超声速飞机、巡航导弹、及可重复使用的航天飞行器。美国曾提出多个高超音速飞行器发展计划,当前正在试验和推出的概念有X-37B、X-51、HTV2、SR-72等项目,尽管X-51和HTV2经历多次试验失败,还有许多技术难点需要研究突破,但多项成功的试验已使新一代推进技术不断向应用阶段迈进。

图为由美国国防部高级研究计划局(DARPA)公布的“猎鹰HTV-2号”飞机效果图,显示的是“猎鹰HTV-2号”同发射火箭分离时的情景


  二是现有空天防御将面临严峻挑战。高超音速飞行器作为空天时代的新式武器,将使现代空天防御体系面临严峻挑战。这些试验成果一旦转为实际应用,将对目前的防空反导防天作战的技术、理论、原则产生颠覆性改变。无论是美国自身的“爱国者”导弹防御系统,还是俄罗斯的С-300、С-400防控拦截导弹,以及“地基中段防御系统”等,在高超音速武器面前都无能为力。因为这些防御系统均是基于飞行轨迹可预测的目标来设计的,攻击或拦截的对象是战略、战术弹道导弹,或是各种作战飞机、飞艇及气球等,而高超音速武器的优势则在于飞行速度快、飞行高度高、轨迹变化大,现有常规预警防空雷达只能望洋兴叹,机械扫描雷达更是无法捕获、跟踪。然而,有矛必有盾,在高超音速武器发展的同时,也必然会有研究对付它的反制措施。因此,高超音速武器自身也面临挑战。
  三是将使未来作战方式发生重大改变。以高新技术为支撑的高超音速武器的发展和运用,必将对现有的作战理论、作战方式和武器装备发展产生革命性的影响,从而使未来战争面貌翻然一新。首先,作战空间将向全球和太空拓展。由于高超音速武器速度快、隐身好、航程远、精度高、威力大,在本土一小时内就可以实现对全球任何地方的目标实施精准打击,不仅可以攻击陆、海、空各种目标,而且还可以对太空的卫星、飞船、航天器等实施攻击。这种高超音速“全球杀手”一旦部署和应用,将使作战空间空前拓展。其次,新型作战样式将应运而生。高超音速技术一旦投入实用,将会对现有的作战系统产生重大冲击,其作战方式必然也会发生重大改变。高超音速技术不仅应用于尖端武器上,而且也可以应用于常规武器上。美国一项新的高超音速计划,就是准备把改造常规巡航导弹作为突破口,并从“战斧”着手试验,预定在2015年前研制出6~8马赫高超音速巡航导弹。这样一来,经过改造的常规巡航导弹,也将成为实施全球打击的利器。不仅如此,随着高新技术的广泛应用,天基反导系统、激光武器、粒子束武器等新型武器也将粉墨登场,届时人类将要真正面对随之而来的“星球大战”。