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美国高超声速武器发展路线简析

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摘 要

美国政府和军方开展了大量高超声速武器发展战略和技术研究,以期实现高超声速武器系统的成果转化和快速部署。从高超声速助推滑翔武器、吸气式高超声速武器和跨大气层空天飞行武器三个方面回顾了美军高超声速武器发展历程及近期项目开展情况,深入分析了美军高超声速武器发展战略、路线演变及其技术脉络,提出了近期美国高超声速武器发展的一些趋势性、方向性的观点,并对高超声速武器的未来发展提出了一些启示和建议。

1 引 言

高超声速武器是指以高超声速技术为基础、飞行马赫数大于5的武器[1]。它涵盖了高超声速导弹(包括洲际弹道导弹、高超声速滑翔弹、巡航弹等)、高超声速作战飞机和空天作战飞机等。考虑到火箭助推的洲际弹道导弹虽然飞行速度也超过马赫数5,但早在20世纪50~60年代就开始列装,且其飞行轨迹大多在大气层外,因此本文的研究对象特指能在大气层内高超声速机动飞行,采用高超声速滑翔飞行技术和高超声速吸气式动力技术的高超声速武器。

高超声速武器具有速度快、航程远、能机动飞行、突防和打击能力强等特点,能够快速打击远程时敏目标、坚固/深埋目标,未来还可发展为可重复使用、快速响应、有效进出空间的武器平台。21世纪以来,美国积极发展高超声速武器,作为常规快速全球打击的重要手段。

为了角逐高超声速技术战略制高点,应对中俄高超声速武器快速发展压力,美国在新版国家安全战略、国防战略和相关科技发展战略指引下开展了大量高超声速武器发展战略和技术研究。本文将剖析美军高超声速武器发展战略,厘清其技术路线,为高超声速武器的发展提供参考和借鉴。

2 美国高超声速武器发展概况

本节将从高超声速助推滑翔飞行武器、吸气式高超声速飞行武器、跨大气层空天飞行武器三条线简要回顾美国高超声速武器的发展演变情况。

2.1 发展演变

2.1.1 高超声速助推滑翔飞行武器的发展演变

高超声速助推滑翔飞行武器是指利用助推火箭达到高超声速或从近地轨道离轨再入大气层,能在大气层内做无动力远距机动滑翔的武器。

高超声速助推滑翔飞行武器的发展源于德国科学家尤金?桑格尔的“银鸟”轰炸机。冷战期间,美国先后开展了轰炸机导弹(Bomber Missile,BOMI)、助推滑翔导弹(Alpha Draco)、X-20动力滑翔者(Dyna-Soar)等一系列研究项目。其中尤以美国空军、NASA和波音公司联合研究的X-20项目最具代表性,它是具备例行进出太空能力的高超声速助推滑翔技术先驱飞行器。

21世纪初,美国高超声速助推滑翔飞行武器得到快速发展,这一阶段的型号项目主要有:高超声速技术飞行器(Hypersonic Technology Vehicle-2,HTV-2)、先进高超声速武器(Advanced Hypersonic Weapon,AHW)、战术助推滑翔弹(Tactical Boost Glide,TBG)等。在中俄相继宣布列装高超声速武器后,美国加快了高超声速武器的发展进程。目前已有空军的AGM-183空射快速响应武器(Air Launched Rapid Response Weapon,ARRW)、海军的常规快速打击(Conventional Prompt Strike,CPS)、陆军的远程高超声速武器(Long Range Hypersonic Weapon,LRHW)等3个项目已进入型号研制阶段,ARRW和LRHW计划在近期部署;美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)的战术助推滑翔弹、作战火力(Operational Fires,OpFires)两个项目处于先期技术开发阶段。

美国高超声速助推滑翔飞行武器的发展演变如图1所示。

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▲ 图1 美国高超声速助推滑翔飞行武器发展演变

▲ Fig.1 Development and evolution of American hypersonic boost-glide flight weapons

2.1.2 吸气式高超声速飞行武器的发展演变

吸气式高超声速飞行武器是一种以吸气式超燃冲压发动机为动力,可在临近空间以超过马赫数5的速度巡航的战术级武器。

20世纪50年代,费里博士成功实现马赫数3超声速燃烧试验,开启了吸气式高超声速飞行武器的发展之路。美军早期发展的吸气式高超声速巡航弹项目主要包括:X-7、超燃冲压发动机导弹SCRAM、先进战略空射导弹(Advanced Strategic Air Launched Missile,ASALM)、国家空天飞机(National AeroSpace Plane,NASP/X-30)等。NASP计划是推动吸气式高超声速飞行武器发展最具代表性的试验项目,也是美国历史上最雄心勃勃的X飞行器计划,在高超声速领域取得了一系列重大技术进步[2]。

从20世纪90年代至今,美国政府在前期发展的基础上,提出了更加务实、循序渐进的系列吸气式高超声速技术发展计划和武器发展演示验证项目,主要包括高超声速技术(Hypersonic Technology,HyTech)、Hyper-X/X-43、经济可承受的快速响应导弹演示验证器(Affordable Rapid Response Missile Demonstrator,ARRMD)、高超声速飞行(Hypersonic Flight,HyFly)、X-51等。在此阶段,X-43A和X-51A两型飞行器的飞行试验取得了极大成功[3],标志着美国真正实现了超燃冲压发动机技术的突破,向发展实用型高超声速巡航导弹迈出了重要一步。近几年,美军一直以DARPA的吸气式高超声速武器概念(Hypersonic Air-breathing Weapon Concept,HAWC)项目为主开展先期技术开发研究,从2020年开始,相继新增了空军的高超声速攻击巡航导弹(Hypersonic Attack Cruise Missile,HACM)项目、南十字星综合飞行研究试验(Southern Cross Integrated Flight Research Experiment,SCIFiRE)项目、海军的啸箭(Screaming arrow)、高超声速空射OASuW(Hypersonic Air-Launched OASuW,HALO)巡航导弹项目、用于航母舰载机的HyFly 2项目、DARPA与空军联合开展的HAWC后续项目MoHAWC,以及空军的消耗性高超声速多任务吸气式演示器(Mayhem)项目等[4-6]。其中,HACM项目是首个吸气式高超声速巡航弹原型样机项目,表明其相关技术已日渐成熟实用,正式转入型号研制阶段。

可重复使用侦察/打击高超声速飞机也是美军一直意图发展的重要方向,先后开展了洛马公司SR-72“黑鸟”高超声速飞机验证机、波音公司“曼塔”(Manta)高超声速飞机和赫尔墨斯(Hermeus)公司的“夸特马”(Quarterhorse)高超声速飞机等项目研究。至今,设计马赫数为7的Manta项目下马,以马赫数6为目标的SR-72进展不明,“夸特马”项目发动机“奇美拉”(Chimera)于2022年6月完成地面试验,实现发动机地面上全油门运行,使高超声速飞机距研发成熟又进了一步[7]。

美国高超声速吸气式飞行武器的发展演变如图2所示。

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▲ 图2 美国吸气式高超声速飞行武器发展演变

▲ Fig.2 Development and evolution of American hypersonic air-breathing flight weapons

2.1.3 跨大气层空天飞行武器的发展演变

跨大气层飞行器是一种能够在稠密大气层、临近空间、轨道空间自由往返飞行的重复使用航天运输系统,通常采用吸气式组合动力发动机,具备水平起降、可重复使用能力。冷战时期,美国主要发展了X-15、HL-10、X-23A、X-24A/B、航天飞机(Space Shuttle)等空间轨道飞行器研究。在美军全球快速打击时代,美国空军太空司令部建议研究一种军用航天飞机系统来满足有效进出空间、控制空间和防御空间威胁的需求。为此,开展了X-33、X-34、X-37等系列跨大气层飞行器研究,其中最成功的当属美国空军的X-37B轨道试验飞行器项目[8]。从2010年至今,X-37B共进行了6次在轨飞行试验,验证了飞行器的在轨性能,长期、可重复使用技术,以及大气层自主再入和着陆控制能力,其有效进出空间能力、可重复使用、按需发射和快速响应机动能力以及长期在轨运行能力具有极大的作战应用潜力。

美国跨大气层空天飞行武器的发展演变如图3所示。

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▲ 图3 美国跨大气层飞行武器平台发展演变

▲ Fig.3 Development and evolution of American trans-atmospheric flight weapons platform

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