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2017年高超声速飞行器发展综述:多项目获得突破,各方差距扩大化

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波音公司的高超声速飞机方案飞行想象图

波音公司的高超声速飞机方案飞行想象图(美国波音公司图片)

2017年,国外高超声速飞行器发展突破既定计划框架,迎来数个重大里程碑事件,其中最显著的变化为高超声速导弹从技术预研开始转入装备采办,同时不同国家、不同发展方向开始呈现出非常显著的不均衡发展态势,各方差距开始显性化和扩大化。

从国别来看,美国集中发力,完成了型号立项的重大跨越,开始转化技术优势,拉开与其他国家的差距,其中美空军新启动了一型战术级空射型高超声速导弹的装备采办项目,美海军按计划成功完成了战略级潜射型高超声速导弹技术验证首次飞行试验;美国洛马公司和波音公司相继发布关于高超声速飞机研发的重大进展或动向;其他国家则基本仍按既定计划稳步甚至缓慢推进。从发展方向来看,高超声速导弹相比高超声速飞机和可重复使用航天运载器而言,无疑是本年度的重点突破方向,既有美俄按计划顺利完成飞行验证,又有美国启动装备采办,还有日本新启动技术攻关项目;而高超声速飞机方向随明显加速,但距离型号立项尚有差距,可重复使用航天运载飞行器方向则仍按计划稳步推进。

波音公司在美国航空航天学会2018年度科技会议上展出的高超声速飞机方案模型

波音公司在美国航空航天学会2018年度科技会议上展出的高超声速飞机方案模型(《航空周刊与空间技术》照片)

一、美国:在顺利推进在研项目的同时,空军立项启动导弹装备采办,工业界加速推进飞机研制

2017年是美国高超声速大年,在高超声速导弹和飞机两大方向均取得了重大进展。

在高超声速导弹方向,美空军装备司令部寿命周期管理中心新启动了“高超声速常规打击武器”(HCSW)项目,旨在研制并采办一型适合现役战斗机和轰炸机携带的战术级空射型高超声速导弹,该弹主要用于在反介入/区域拒止环境下快速精确打击高价值时敏固定或可移动部署地/海面目标。此外,美空军联合美国防部国防高级研究计划局(DARPA)正在同步推进“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)和“战术助推滑翔”(TBG)演示验证项目,瞄准射程1000~2000千米,分别开展高超声速巡航导弹技术和高超声速助推滑翔导弹技术的飞行演示验证工作,并计划在2019年开始飞行验证。美国防部“常规快速全球打击”(CPGS)项目正式更名为“常规快速打击”(CPS)项目,不再强调全球范围的射程要求,且国会要求在2022年前形成早期作战能力。10月30日,在CPS项目框架下,美海军战略系统项目办公室在夏威夷考艾岛太平洋导弹试验场牵头完成了潜射型高超声速助推滑翔导弹滑翔飞行器首次技术验证飞行试验,试验飞行器飞越3700千米成功击中预定目标区。该办公室同时还启动了该型导弹用两级固体火箭助推器的技术验证项目。

在高超声速飞机方向,美空军装备司令部寿命周期管理中心向美国GHI公司授予合同,要求围绕高超声速情报、监视与侦察(ISR)飞机装备概念开展基于物理的设计和分析技术研究,为后续高超声速飞机装备采办奠定基础。DARPA“先进全状态发动机”(AFRE)项目按计划向美国轨道ATK公司和洛克达因公司授出了承研合同,稳步推进涡轮基冲压组合发动机(TBCC)地面集成验证科研工作。9月27日,美《航空周刊》宣称收到疑似SR-72高超声速飞机某型缩比验证机在臭鼬工厂总部附近飞行的目击报告。2017年,美国洛马公司多次公开透露,SR-72项目技术攻关持续取得突破,并暗示已经制造了一型实物样机,宣称最快将在2018年启动SR-72高超声速飞机验证机(与F-22大小相当,采用单台全尺寸TBCC发动机)的研制工作。美国波音公司在2018年1月公开披露了采用并联式TBCC动力的马赫数5级高超声速飞机概念方案及研制计划,展出了飞机模型,并宣称将先研制试飞一型F-16大小的验证机,再研制一型SR-71大小的飞机型号,于2020年代末形成装备。此外,美军投资吸收高校在高超声速平台结构技术上的研究成果、利用临近空间气球研究24~36千米高空的大气环境数据、继续攻关清洁空气加热技术和变马赫数试验技术,支撑高超声速飞机研发。

在可重复使用航天运载飞行器方向,DARPA按计划选定波音公司作为承研商,完成“实验性太空飞机”(XS-1)项目的全部后续(第二、三阶段)研制工作。DARPA授予英国反作用发动机公司科研合同,要求在美国开展“佩刀”发动机预冷却器样机的高温考核试验,以确认预冷器在马赫数5的高温高速气流条件下的性能;相关试验设施已经在美动工兴建。此外,美澳HIFiRE项目7月成功完成了HIFiRE 4飞行试验。试飞总体取得成功,但参与试飞的两架HIFiRE 4乘波体飞行器中有一架在与助推器分离后很快与地面失去联系,并最终未能按计划完成其预定飞行过程。本次飞行试验目的是收集先进乘波体气动布局的气动、稳定性和控制等相关数据。

美澳HIFiRE 4飞行器

美澳HIFiRE 4飞行器(美空军图片)

二、俄罗斯:重点发展战术级高超声速导弹并取得重大突破,其他方向无重要进展

在高超声速导弹方向,俄国防部副部长鲍里索夫透露,俄罗斯将在2018-2027国家武器装备计划中将研制和部署高超声速武器列为重大优先事务之一,并宣称计划在2020-2022年间装备空射型高超声速导弹。4月15日,俄塔斯社报道称,“锆石”高超声速反舰导弹完成了首次海上试射,并在试验过程中达到了马赫数8的飞行速度。有俄媒推测发射平台为亚森级攻击核潜艇。在2016年连续两次成功试射的Yu-71/-74战略级高超声速助推滑翔导弹滑翔飞行器,2017年则未见公开报道任何重要动向。

在高超声速飞机方面,“远程拦截航空综合体”(PAK DP)项目仍然悬而未决。继2016年年初米格公司宣称正在开展米格-41方案研究,并计划在2025年前进入批量生产之后,俄罗斯议会联邦委员会国防与安全委员会主席、前空天军司令邦达列夫声称目前“谈论米格-41服役列装为时过早,估计在2025年前列装的可能性不大”。PAK DP项目近期正在争取列入俄罗斯2018-2027年国家武器装备计划,但相关结果未见公开报道。米格公司声称米格-41的设计飞行速度为马赫数4.0~4.3。

三、印度:装备及技术研发无重要动向,列编两座大型风洞

继2016年连续成功完成了“可重复使用运载飞行器技术验证机”(RLV-TD)首飞和首次超燃冲压发动机带飞点火试验之后,2017年陷入了阶段性静默,无论在“布拉莫斯”Ⅱ高超声速导弹研制、“高超声速试验验证飞行器”(HSTDV)项目技术研发还是在RLV-TD项目上都未见重要动向报道。其中,“布拉莫斯”Ⅱ高超声速导弹据称仍需要7-10年才能完成研制。不过,印度空间研究组织2017年正式命名列编了一座1米尺寸高超声速风洞和1米尺寸激波风洞,为后续可重复使用运载飞行器、两级入轨飞行器、吸气式推进系统等高超声速技术发展奠定了条件基础。

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