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美国高超声速武器发展路线简析

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2.2 近期项目发展

近期美国通过加大经费投入、优化采办流程、增加飞行试验、不断调整成熟技术路线等多种举措加快高超声速武器发展进程。

据2021年3月美国政府问责局报告称[9],从2015财年到2024财年,已开支和未来计划资金估计其总额将近150亿美元(不包括未来高超声速武器生产成本),自2020财年开始,美国高超声速研究工作重点将转向产品开发,占10个财年总投资的60%,大部分项目将在未来几年内快速推进。表1列出了美国国防部2015—2024财年高超声速打击武器项目经费投入情况[10]。

▼ 表1 美国防部2015—2024财年高超声速打击武器科研项目经费投入 ( 百万美元 )

▼ Table 1 Fundings for hypersonic strike weapons research program of the U.S. DoD from FY2015 to FY2024

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备注:2015—2020财年是根据预算文件统计的执行经费,2021—2022财年是批复经费,2023—2024财年是申请经费。表中灰色背景部分为吸气式高超声速巡航导弹项目,其他为高超声速滑翔导弹项目。

从表1来看,美国国防部和陆军、海军、空军、DARPA均启动了各自的高超声速项目研究,美军各军种主要关注与自身作战领域直接相关的高超声速技术演示验证项目与装备型号发展项目,DARPA则主要关注探索性和前瞻性的高超声速项目。具体来说,在高超声速助推滑翔导弹方面,首先利用成熟技术,采取中间层采办策略,加大、加快支持空军ARRW、海军CPS、陆军LRHW三个高超声速滑翔弹型号项目,其中LRHW项目最快于2022年形成初始作战能力,陆军计划在2023 年组建首个LRHW导弹连“暗鹰”,LRHW将成为美国最先列装的高超声速武器。

对于吸气式高超声速巡航导弹,近年来其技术成熟度进展超出预期,目前主要围绕空军的HACM和海军的OASuW-2两个型号、两条技术路线发展。空军主要以双模态超燃冲压发动机动力技术路线发展,项目关系为X-51A→HAWC/ MoHAWC(先期技术开发)→FHP(技术转化方案)→Mayhem(深化支撑技术项目)→HACM(原型样机);海军主要以双燃烧室冲压发动机动力技术路线发展,项目关系为HyFly+SPEAR+HyFly2(先期技术开发)+啸箭→ HALO(原型样机)。值得注意的是,目前空军的双模态技术路线较为明确,但海军的双燃烧室技术路线似乎还不确定,近期有信息显示可能存在多种方案择优选择,如利用HAWC的双模态以及与挪威探索固体燃料冲压发动机,因此海军的技术路线还有待跟踪观察[11]。

在飞行试验方面,美国准备在最近4年安排40次飞行试验,尽快成熟列装。高超声速滑翔弹方面,空军的ARRW、DARPA的TBG、海军的CPS项目均开展了一系列飞行试验,陆军LRHW也计划在2023年前开展6次飞行试验。高超声速巡航导弹主要聚焦于DARPA的HAWC样弹,分别于2021年和2022年成功进行飞行试验,后续的MoHAWC项目将开展进一步飞行演示验证,以扩展飞行包线,验证全新的系统。

种种迹象表明,美国高超声速技术已然成熟,非常接近武器系统部署,其后续研制进展值得持续密切关注。

3 美国高超声速武器发展路线

通过梳理近年来的相关技术战略、美国智库和高层言论等文章,分析得出美国高超声速武器发展的一些战略脉络和技术路线。

3.1 美国高超声速武器发展路线演变

进入21世纪以来,美国发展高超声速武器的技术路线分几个阶段不断演化,以满足现实军事需求和适应不断发展的高超声速技术进步。

根据2001年公布的美国《国家航空航天倡议(NAI)》战略[12],21世纪初美国高超声速武器发展的技术路线以吸气式推进为重点突破口,结合火箭动力发展高超声速武器,目标是实现先进的打击、拦截和空间进入能力。具体来说,设想采取循序渐进的方式,分近期(2010年)、中期(2015年)和远期(2020年)三个阶段,分别发展一次性使用系统(高速巡航导弹、高超声速中/远程导弹和拦截武器等)、可重复使用系统(高超声速远程打击/侦察飞机)和吸气式动力两级入轨空间响应进入系统。目前看来,虽然因为开发成本太高、进度和性能指标设置不科学,以及技术风险考虑不够,使得当时规划的目标、时间节点和关键技术未能如期实现,但NAI战略规划对于技术方向的把握最为全面和系统,它对后来吸气式演示验证飞行器X-51A的成功飞行试验,以及当前美国高超声速巡航导弹项目HAWC和高超声速滑翔弹项目TBG的发展都具有举足轻重的推动作用。

美国国防部2008年出台的《高超声速计划路线图》[13]系统地描述了美国当时和未来10年高超声速技术发展的主要方向,其发展目标是构建未来三大高超声速作战能力,即打击/持久作战(SPE)能力、空中优势/防御(ASP)能力,以及空间进入响应(RSA)能力,围绕这三个方向制定了相应的高超声速技术发展路线图,并提出了相应的试验与设备资源以及基础研究发展路线图。瞄准上述三大能力建设方向,制定了每个方向的技术产品路线图和技术转化路线图。该发展路线图是21世纪以来美军制定的高超声速武器发展技术路线最系统、最具体、最明晰的路线图,它是对NAI中高超声速武器发展路线的迭代、深化和具体化。后来X-51A、X-37B等项目的发展验证了其规划具有一定的可执行性,表明其技术路线总体方向是正确的,具有很强的借鉴性。

美国空军2012年公布的技术路线图计划用5 年时间研制验证机并试飞,重点发展吸气式动力高超声速巡航导弹。2014年对2012年的技术路线图进行了深化,计划在2020年之后实现高速打击武器的技术成熟,在2030年之后实现战术打击/情报监视侦察用高超声速飞机的技术成熟,在2040年之后实现可重复使用/持久型高超声速飞机的技术成熟。最终,希望在高超声速这一技术领域能够确保在对抗环境下实现快速和有生存力的打击能力。

总的来说,美国空军在2012和2014年规划的高超声速武器发展路线图遵循了2008年美国国防部高超声速计划路线图,只是根据演示验证项目试验情况相应地调整了技术路线及其研究项目。发展方向上仍然是传统的吸气式动力和助推滑翔两个技术方向,只是降低了技术难度,改为战术级,战略级的高超声速武器还需等待突破一些关键技术(或者说技术成熟度还不够)。同时,启动经济可承受或可重复使用的高超声速试验平台项目研究推动高超声速武器技术成熟化,并配套设置高超声速试验技术专项——高速系统试验(High Speed Systems Test,HSST)项目加强高超声速武器试验与评估的基础设施建设,利用国家高超声速基础研究计划(National Hypersonic Foundational Research Plan,NHFRP)项目[14]深化高超声速武器基础科学研究。

3.2 近期美国高超声速武器发展路线分析

2017年7月,美国空军部负责科学、技术与工程的代理副部长科林·塔克上校在AIAA推进与能源会议期间表示[15],鉴于近年来中俄高超声速武器的快速发展,美国空军将着手制定首个高超声速武器发展路线图,将涵盖高超声速导弹、高超声速飞机等一系列装备。2019年3月,美国防部研究与工程副部长办公室负责高超声速的主管迈克·怀特表示[16],未来计划加大飞行试验力度,并基于相关试验数据制定一份全面的高超声速导弹发展路线图,以确定技术和工业基础需求及未来投资蓝图。但到目前为止,美国并没有发布新的高超声速武器发展技术路线图。综合美军高层领导言论、所列预算项目及相关试验活动等方面的各方信息,分析美国高超声速武器近期发展路线。

3.2.1 优先发展战术级高超声速滑翔弹

2018年3月,针对俄总统普京公布两型具备核打击能力的高超声速武器,时任美国防部长马蒂斯对此表示,俄罗斯已经装备多型洲际弹道导弹核武器,因此再多一型高超声速战略核武器也不会有多大改变[17]。而时任国防部主管研究与工程的副部长格里芬认为,这类导弹“在其长时间的巡航飞行中比较脆弱”,并且“相当容易产生不稳定”。况且,美国早在1967年就成功地进行了助推滑翔弹头的飞行试验,但美国并没有将其列装,因为他们认为,基于多弹头分导技术的三位一体战略核力量才是最为有效的突防手段。但在战术武器领域,格里芬警告说,中俄拥有让美国的航母战斗群和整个舰队产生危险的能力,以及让美国前方部署的部队和陆基部队产生危险的能力。因此,美国当前的重点应该集中在“战区级或区域级冲突层面的战术能力上:超快速响应、高速、高机动、难以发现跟踪和拦截[18]。” 这或许也是2018年美国防部将“常规快速全球打击(CPGS)”项目变更为“常规快速打击(CPS)”项目,去掉“全球(G)”的用意所在。而对于战术级的高超声速武器,美国寻求速度更快、精度更高、实用性更强,致力于增强常规武器性能,以有别于中俄的高超声速武器。

目前美国高超声速导弹武器并行发展的主要有两种方案:火箭助推滑翔和吸气式动力巡航。考虑应对中俄高超声速武器快速发展急需,着眼于战术级高超声速武器军事需求,同时兼顾技术成熟度的可靠性,美国近期重点发展战术级高超声速滑翔弹。优先发展高超声速滑翔弹,主要是看重其射程和弹道机动上优势以及火箭动力较为成熟等因素。而对于吸气式高超声速巡航导弹,以美国国防部国防研究与工程(现代化)局前局长刘易斯为代表的多位国防部官员均看好其应用前景,认为高超声速巡航弹比助推滑翔武器尺寸更小、集成导引头更容易、平台适装性更强,可为空军带来巨大的战术优势[19]。虽然美国在《2021财年国防授权法案》中提出了三年内实现空射高超声速吸气式武器部署的目标,但考虑技术成熟度问题,美国的吸气式高超声速巡航导弹还需继续技术攻关,重点还是动力和成本的问题。与高超声速滑翔弹发展进度相比,吸气式高超声速巡航导弹有所滞后。

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