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美国高超声速武器发展路线简析

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3.2.2 重点发展察打一体高超声速飞机

美国在高新武器发展方面一贯追求全球领先,与其他国家形成“代差”。自2015年以来,美空军首席科学家、空军研究实验室主任等高层领导在多个公开场合多次宣称将在2030年代研制一型寿命有限、性能有限的高超声速飞机,在2040年代研制一型长寿命、高性能的高超声速飞机。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·塔克上校表示,空军正在寻求一种“先爬-再走-最后才跑”的方式发展高超声速飞机,并特别提到,洛马公司正在发展的SR-72高超声速飞机,将是高超声速平台的第一步。2020年7月,美国会在审议国防部科研预算时提出,鼓励空军开展包括高速涡轮发动机在内的可重复使用高超声速推进技术,并认可高超声速飞机将极大扩展ISR、火力投送和运输等作战能力及灵活性,要求国防部研究与工程副部长汇报高马赫数和高超声速飞机的详细定位、采办策略和最新路线图。综合美国国防部和空军官员观点,考虑吸气式高超声速飞机的可重复使用性(降成本),可以认为,基于抵消中俄高超声速导弹发展领先优势的战略需求,发展高超声速作战飞机是美国高超声速武器发展的重要目标方向。

对于高超声速飞机而言,核心是动力系统。当然,飞行器与发动机的一体化设计、推阻平衡以及高效的飞行性能设计等也很关键[20]。目前看来,超燃冲压发动机技术仍然是重点攻克的核心技术。从投资方向和技术成熟度来看,近年来美国重点投资了AFRL的“中等尺寸超燃冲压关键部件(Medium Scale Critical Components,MSCC)”(主要是成熟超燃冲压发动机技术)和DARPA的“先进全速域发动机(Advanced Full Range Engine,AFRE)”(主要是基于现货涡轮集成超燃冲压发动机,实现模态转换)两个项目。这两个项目在2019年和2020年均开展了长期的地面试验,最大推力达到5.9 t,在其推动下,突破高超声速飞机的动力系统似乎渐行渐近。

2022年初,波音公司展出了“女武神II”马赫数5高超声速察打一体无人机模型,Hermeus公司研制的马赫数5“夸特马”原型机获得美国空军和NASA等多方支持,预计2023年首飞。2019年,波音公司高超声速首席科学家凯文?鲍卡特发文称,“马赫数5以后,速度提升带来边际收益减小,而边际成本增加;因此,需要定位一个技术拐点,一旦速度超过该拐点,在推进或材料上就会碰到很高台阶。选择马赫数5则简化了推进系统,无需使用超燃冲压发动机,仅涡轮-亚燃冲压组合发动机就足够了。”[21]种种迹象表明,美正寻求“降阶”发展高超声速飞机(Ma=5左右),充分利用其高速涡轮发动机成熟技术,追求性价比、可负担发展的折中之策,以实现快速突破、快速应用,抢占军事竞争先机。

3.2.3 探索研究跨大气层空天飞行武器

跨大气层空天飞行武器(或称空天飞机)可以称得上是美国高超声速武器发展的终极目标,其主要技术路线仍然遵循NAI和2008年美国国防部高超声速计划路线图规划的总的技术路线,即通过发展TBCC和RBCC组合动力实现水平起降快速响应进出空间能力。不过,近年来由于新型动力系统发展仍不成熟,空天飞机的发展进展不大,系统级的发展还需等待新型动力系统的突破。

目前,美国防部基于现有技术基础,通过组建太空军,在空间响应高超声速武器方面也有一些发展思路,主要是利用X-37B探索研究空间运行和作战能力。X-37B作为美军探索研究空间快速响应作战能力的试验平台,现由空军快速能力办公室主管,太空部队负责发射,主要利用其开展太空侦察、投放微小型军用卫星、空间作战概念部分子系统演示验证(如应急/快速卫星组网、补网重构,快速机动变轨侦察,卫星捕获等),以及太空军事设施设备的空间环境适应性等作战应用测试,以逐步构建美军有效进出空间能力(可靠性)、可重复使用(低成本)、按需发射和快速响应机动能力(弹性)以及长期在轨运行能力(多任务执行能力)。

同时,美军也在开展火箭动力的可重复使用运载系统(如“猎鹰-9”火箭)、新型动力系统研究(如“佩刀”协同吸气式火箭发动机)以支持空天飞机发展,其中采用可重复使用的垂直起降运载火箭技术甚至有颠覆原有技术路线的趋势。虽然如此,吸气式组合动力系统仍然是美军方和工业部门追逐的目标,它具有巨大发展潜力,且近年来的进展令人欣喜,美军方对其也充满信心。

综上所述,美国可能已调整之前以吸气式动力为主线的三步走(先高超声速巡航导弹,然后高超声速飞机,最后空天飞机)高超声速武器发展战略和技术路线,取而代之为,导弹先以火箭动力为主发展高超声速滑翔弹,解决有无问题,吸气式方向可能优先发展察打一体的高超声速飞机,形成真正的颠覆性、革命性的高超声速武器,同时也成熟空天飞机关键技术,而吸气式高超声速巡航导弹只作为其副产品,而非主要发展方向。

4 几点启示

综合美军高超声速武器发展历程、高超声速武器发展路线演变以及近期美军高超声速武器项目发展情况,有如下几点启示:

(1)发展战略要具有持续性,避免随意“变道”。从美国高超声速武器发展的历史来看,美军启动了数十项高超声速武器发展计划,但缺乏执行的持续性,相关装备也迟迟未见部署。因此,可以吸取教训,制定连贯的国家研发计划,遵循飞行武器发展规律,不能短期遇到困难就放弃,不轻易改变认定的技术路线,要有持之以恒的定力和坚持。

(2)注重技术路线的继承与发展,避免不切实际的指标和需求。美国高超声速武器发展所取得的成就几乎都是继承多年研究成果,每个技术方向都是如此。在技术积累和技术路线继承的基础上,制定发展战略和路线图,还要保持科学的态度,避免指标过高,里程碑节点和需求不切实际。从美国高超声速武器发展历程来看,几次重大的计划和发展战略路线图都未能实现,如NASP计划因为指标定得太高,最终无法实现;NAI倡议和2008年美国国防部高超声速计划发展路线图中所定的里程碑节点和一些关键技术由于缺乏对高超声速技术难度的准确认识和评估未能如期实现。

(3)发展战略要强调体系化和国家统筹,避免目标不聚焦和“烟囱”林立。美国高超声速武器发展长期以来都呈现出军种各自为政、“烟囱”林立、目标不聚焦的状况。21世纪初国防部高层就意识到这个问题,于2007年成立了国防部“高超声速联合技术办公室”,制定顶层发展战略,希望协调美军高超声速武器的发展,但这一问题一直未得到很好的解决,2021年美国空军和海军甚至出现冲突现象,这也是美国高超声速武器发展进度不及预期的原因之一。不过,2018年以后,美国国防部强化了这方面的工作,实体化“联合高超声速转化办公室”和“高超声速作战室”,声称要制订首个美国高超声速武器发展路线图,从战略、技术开发与转化、工业基础布局、试验资源统筹、国家基础研究、人才队伍建设等多方面成体系布局,意图收敛技术路线,聚焦目标,尽快实现高超声速武器列装。

(4)加强飞行试验,增强实战经验。从美国高超声速飞行器发展历程来看,美国非常重视高超声速飞行器的飞行试验研究,如X系列飞行器,大多开展了大量的飞行试验工作获取了丰富的真实数据,典型的有X-7(130次)、X-15(199次)、X-24(64次),对美国高超声速飞行器的发展发挥了重要作用。近年来,美国高超声速武器发展相对滞后,刘易斯认为其中一个重要原因是飞行试验做得太少[22],尤其指出HyFly共3次、X-51A只有4次,因此美国准备在最近4年安排40次飞行试验,加快高超声速武器研制工程化进程,尽快成熟列装。

5 结束语

从美军军事需求角度分析,考虑高超声速武器的速度、机动性和不易拦截等特点优势,以及应对中俄高超声速武器已开始列装等现实威胁,美国认为发展高超声速武器已迫在眉睫;从美军战略目标角度分析,相比于与中俄平起平坐、对等发展,美国发展高超声速武器一定会把“全球领先、代差优势”作为其战略目标;从技术角度分析,美国可能已经调整之前的三步走技术路线,优先发展战术级的高超声速滑翔弹,重点发展察打一体的高超声速飞机。然而,其发展路线虽初露端倪,但仍不明确,可能会根据拜登政府新推出的国家安全战略和国防战略做出相应调整。因此,应密切关注其发展动向,进一步跟踪分析研究。(孙宗祥,罗月培,李文佳,等. 美国高超声速武器发展路线简析[J].战术导弹技术,2023(3):1-10.)

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