美 军太空对地打击技术的发展

□□在美国空军提出的各项军事航天任务中，最具军事转型特点的是太空对地打击。太空对地打击是一种关系到国家安全的战略任务。美国从20世纪90年代中期就进行了“太空作战飞行器”（SOV）系统的任务分析和概念研究，研究结果确认太空对地打击是“太空作战飞行器”系统最重要的作战任务。后来，太空对地打击成为美军快速全球打击计划的重要组成部分。在这方面，从美国大陆投送和应用兵力（FALCON）计划及X－37B计划已取得了较大进展，并带动一批能“改变战场游戏规划”的技术。

1 “太空作战飞行器”系统概念的由来

美国军方从20世纪50年代以来，一直希望研制出军用空间飞机。20世纪90年代，美国军用空间飞机的发展进入到系统研制阶段。为此，美国航天司令部在1998年4月公布了长期规划，其中军用空间飞机系统定名为“太空作战飞行器”系统。

美军通过海湾战争和南联盟战争，认识到各类军用卫星系统将在未来战争中起到力量倍增器的作用。这些卫星能在和平时期、危机时期和战争时期提供重要的支援。另一方面，通过实战也表明当时已有的军用卫星系统还存在明显不足，具体有以下几点：

缺乏实战需要的应急发射卫星的能力；

对敏感地区不能提供实时情报；

在太空对抗环境下，卫星系统的易损性是显而易见的；

缺乏在轨操作（如维修和加注燃料等）能力。

针对当时军用航天系统的弱点，“太空作战飞行器”系统的概念就应运而生了。该系统是一个由多种军用航天飞行器灵活组合而成的大系统，整个系统能迅速穿越大气层，往返于地球与太空，是可重复使用的太空作战和航天运输两用飞行器系统。它能执行的任务将覆盖整个军用航天领域，包括确保进入太空、侦察监视、反卫星、轨道服务和对地打击等。这个大系统由“太空作战飞行器”及其上面级组成。前者是一种能够快速发射、可重复使用的航天运载器（RLV），能将上面级送入近地轨道，也可以只到达亚轨道。其上面级还可用一次性使用运载火箭和弹道式导弹发射，或用大型飞机进行空中发射。与远程弹道式导弹相比，“太空作战飞行器”系统所形成的远程对地打击精度要高得多。“太空作战飞行器”上面级有3种类型：

“太空机动飞行器”（SMV）。它是一种多用途的轨道飞行器，具有较强的轨道机动能力，并能返回地面重复使用。它主要用于对地面和太空目标的侦察及监视，也可作为反卫星的平台。此外，还能对军用卫星进行在轨服务。“太空机动飞行器”一般需要部署成由多个飞行器组成的星座。

“模块嵌入级”（MIS）。它是一种一次性使用上面级，主要用于发射高地球轨道（HEO）和中地球轨道（MEO）卫星。

“通用再入飞行器”（Common Aero Vehicles，其中Aero为Aerothermodynamic的简写，因此CAV英文直译为“通用气动热力学飞行器”。由于气动热力学与再入大气层问题密切相关，所以国内译为“通用再入飞行器”，也有译为“通用航空飞行器”的）。它是一种高超声速飞行器，带有精确制导的非核战斗部，主要用于远程对地打击。

▲“太空作战飞行器”系统对地打击示意图

2 太空对地打击是美军快速全球打击计划的重要组成部分

在经历9·11事件之后，美国就十分重视发展快速全球打击能力。美国国防部在其2006年1月发布的新版《四年一度防务评估报告》（QDR）中，将快速全球打击能力列为需要优先发展的重点能力之一。所谓快速全球打击能力，即在攻击命令发出之后，能够在几小时甚至数分钟内作出反应，打击位于全球任何地点的目标，而无需进行任何预先的部队调动。快速全球打击的重要目标包括恐怖分子网络、攻击美国及其盟国的弹道导弹、敌方预警雷达、反卫星导弹和使卫星失效的地基激光武器等，其他目标还包括加固的掩体、移动式导弹发射器、舰船、停机坪上的飞机等。

实际上，早在20世纪70年代，美国空军及有关战略研究机构对远程快速打击进行了详细的研究。他们一致认为，由于使用核武器会带来大规模的杀伤和大面积的破坏，因此，远程非核的精确打击是美国继续保持核战略力量之外的另一种战略选择。把这种选择变为具体方案，与2003年伊拉克战争有关。由于当时布什政府一直强调先发制人的进攻，这使得更少的国家愿意让美军进入本土。在对伊作战中，美国陆军的第四步兵师和大约100架空军飞机，被拒绝进入土耳其和沙特阿拉伯，因此，美军只能把地面部队开到科威特，而某些空军部队必须以更远地区作为基地。而且，因为美国连续部署弹道导弹和巡航导弹，导致大型、固定的前沿基地处于更加危险的境地。伊拉克战争中出现的这种“反入驻”的挑战，进一步促使美国开发和实施在美国本土发射对地打击武器的能力，从而使不依靠进入前沿阵地仍能进行作战成为可能。

另一方面，尽管美军在其世界各地的军事基地中库存有大量武器及后勤装备，以供不时之需，但每次美军在热点地区执行任务时，仍需调动大量后勤运输保障力量，从美国本土及其他地区运送庞大的战争物资。这不仅使美军耗费巨额资金，且由于其运输线漫长，而容易遭受敌方的侵扰和破坏。

在美国本土发射对地打击武器，将大大降低美军对前线基地和后勤补给的依赖程度，不仅使军事打击行动能从美国本土快速展开，而且还能大大降低后勤方面所用资金。美国现有的对地打击武器的飞行速度相对较慢，需要较长时间才能攻击目标，可能在飞行过程中移动目标（如导弹发射架）就已经改变位置，这就要求开发长距离快速飞行的对地打击武器系统。这些武器系统的打击目标包括大规模毁灭性武器及其相关基础设施，除此之外，还要求这些武器系统能有效地打击加固目标、地下目标和移动目标。

目前，美军的快速全球打击计划发展的武器系统包括下列几种类型：

通过太空进行对地打击的武器系统。如发展改进型“三叉戟”海基弹道导弹和常规打击导弹（CSM），常规打击导弹的再入飞行器（RV）所采用的大量技术，都是基于美国空军在1970年左右开始研制和试验的“试验型先进机动再入飞行器”(AmaRV)技术，前者将比后者大3倍,可以利用气动性能对不同目标发动攻击。更重要的是，常规打击导弹的再入飞行器在大气层内飞行时能够转向,使常规打击导弹攻击目标时不需要跨越中立国家。

从太空进行对地打击的武器系统。这与美军设想的“太空作战飞行器”系统密切相关，也可称为天基对地打击武器(SBSW)。

在大气层内对地打击的高超声速武器系统。如高超声速的巡航导弹和高超声速远程战略轰炸机。

由此可见，以发展“通用再入飞行器”和相应的运载器为核心的太空对地打击武器系统，由于其具有重要的战略价值，所以已成为美国拓展快速全球打击能力的一项重要内容。2005年，美军战略司令部建立了太空和全球打击联合功能司令部，在2006年又进行了重组，称为全球打击和一体化联合功能司令部(JFCC GSI)，该司令部负责全球打击能力的指挥和控制，以及将全球打击融入战区作战行动。

3 “通用再入飞行器”

“通用再入飞行器”具有如下特点。

通用性。它来自两个方面：首先，它可以用包括航天运载器、“太空作战飞行器”和高超声速技术飞行器在内的多种运载工具发射，在必要时也可用弹道式导弹发射；它可以入轨后再入，也能亚轨道飞行后再入，甚至可送到高空大气层后向下滑翔。其次，它带有与常规战斗机和轰炸机通用的航空武器。

非核性。它的运载器、发射场地和飞行轨道与装有核弹头的弹道式导弹的有明显区别。

先进性。虽然“通用再入飞行器”采用较成熟的技术，但在气动、防热和控制的一体化设计方面，要求仍然很高。它是再入飞行器和精确制导武器的结合，因此在总体方案中要将再入技术和精确制导技术成功地结合起来。

渐进性。“通用再入飞行器”首先在现有技术的基础上发展一个指标较低的型号，取得经验后再发展增强型。

根据美国空军在2003年4月公布的《美国空军转型路线图》中的阐述，“通用再入飞行器”是一种先进的航天运输系统，能够从太空和通过太空向世界各地输送和分发常规有效载荷。该飞行器作为一种快速响应和精确打击的系统，可在没有提前部署部队的情况下，于任何时间、任何地点攻击敌人。快速响应可以在冲突一开始，在远征部队到达之前，或辅助远征部队打击高价值、关键和严密设防的目标。“通用再入飞行器”的构型要为弹药和其他系统提供环境保护，并在再入大气层时，减速到适当的投放条件后，将它们置于目标区域上空的投放位置。“通用再入飞行器”将使用抗干扰的GPS/惯性导航复合制导系统，可精确地将其置于可有效分散有效载荷的位置。该飞行器将速度和机动性结合起来，以致打击目标非常难于防御。“通用再入飞行器”计划装载的有效载荷包括：①小直径炸弹；②无人机；③广域搜索自动攻击小型弹药（WASAAMM）；④单一的无人战斗机。

精确打击和配置常规的有效载荷，使得“通用再入飞行器”可以有效地攻击固定的软目标和加固目标、硬设施和地下设施、移动目标。通过配置适当的有效载荷，它还可以支援地区监视、压制敌方防空和杀伤任务。广域搜索自动攻击小型弹药是美国正在研制中的一种可在特定目标上空巡逻和搜索的长0.78m、质量为38.6kg的智能巡航导弹。它将采用激光雷达/红外雷达和自动分辨软件来搜索特定目标，其射程为92.5～185km，巡逻和观测时间为10min。当确定目标后，它可以根据作战方案，自动（或由武器控制人员操作）攻击目标。由于这种武器的尺寸较小，它有很好的隐身性能。

“通用再入飞行器”的3种飞行方案是：

弹道轨道飞行。“通用再入飞行器”未达到入轨速度，而是沿着弹道式轨道飞行。

临时转移轨道飞行。运载器的推进系统可以将“通用再入飞行器”推进到所需速度，“通用再入飞行器”在临时转移轨道上飞行45天，并可自行脱离轨道。

在太空轨道上的平台上投放。

▲用小型运载火箭发射“通用再入飞行器”示意图

“通用再入飞行器”除了可使用“太空作战飞行器”发射之外，也可用一次性使用运载火箭或弹道式导弹发射，还可用作战快速响应太空计划中发展的小型运载火箭（SLV）来发射。

根据前文对“通用再入飞行器”的描述，对其设计提出以下要求：

（1）气动外形

在确定气动外形时，主要考虑“通用再入飞行器”高超声速的升阻比较高（应大于2.4）,以保证其具备较大的横向机动距离，满足全球打击的要求。此外，还要有较好的防热性能和较大的容积。

（2）结构

其结构能承受上升段、轨道、大气层及其过渡区域的环境变化，并能承受相应的加速和减速环境。在选择防热方案时要保证“通用再入飞行器”外形烧蚀很少，使其具有较高的打击精度。

（3）制导与控制

为了达到精确打击的目的，“通用再入飞行器”宜采用GPS和惯性制导的组合制导系统。在大气层外采用GPS制导，在黑障区内采用惯性制导，穿过黑障区后采用GPS制导，以保证在投放航空武器的高度上“通用再入飞行器”有较高的定位精度，利用航空武器的自主定位能力，圆概率偏差不大于3m。考虑其高空性能和防热问题较易解决等因素，可采用喷流控制（RCS）与其他控制装置的组合。

（4）释放机构

为了能够安全可靠地释放航空武器，可以考虑在“通用再入飞行器”的后部，沿其中心线方向向后释放武器，以避免干扰其飞行。

（5）推进系统

“通用再入飞行器”将有提供喷流控制系统和释放航空武器所需的可贮存气源。

▲ “通用再入飞行器”

4 美军太空对地打击技术的发展

美军在提出“太空作战飞行器”时，曾设想在当时美国航空航天局（NASA）发展的单级入轨、重复使用运载器X－33的基础上进行发展，但后来由于X－33项目下马，“太空作战飞行器”就一直没有落实可行的方案。后来，美国空军又提出独立研制“经济可承受快速响应航天运载系统” (ARES)，但也因没有得到经费支持而流产。

▲“高超声速技术飞行器”设想

“经济可承受快速响应航天运载系统”的设想▲

从美国大陆投送和应用兵力计划

2003年6月17日，美国空军和国防部高级研究计划局(DARPA)联合对从美国大陆投送和应用兵力计划招标。其远期目标是在2025年成功研制“高超声速技术飞行器”（HCV），能在2h内打击16700km以外的目标。“高超声速技术飞行器”可带5450kg载荷，包括巡航导弹、小直径炸弹和“通用再入飞行器”。当时还计划在2010年左右，先发展低成本的快速响应小型运载火箭，它可以携带“通用再入飞行器”，也可将小卫星发射到太阳同步轨道。从美国大陆投送和应用兵力计划的目的是：具备一组能通过革命性方式成熟的通用技术，产生近期的（2010年）从美国本土进行快速全球打击的作战能力。但这个计划已进行了多次调整，现在其主要目标是通过开发“通用再入飞行器”来实现上述能力。

在2004财年和2005财年，美国国会拨给“通用再入飞行器”的资金比国防部申请的还要多。但是，由于国会担心其他国家会将“通用再入飞行器”的发射误判为核打击，因此，2005财年国会对这部分资金设置了限制条件，即不能将资金用于进行“通用再入飞行器”衍生技术的试验，包括常规或核武器。2006财年和2007财年，国会分别拨款2700万美元和3340万美元用于该项目，国防部将“通用再入飞行器”改名为“高超声速技术飞行器”（HTV），并将项目进行了重组，去除了武器能力的开发。尽管2008财年国防拨款会议报告将“通用再入飞行器”资金并入国防部范围的快速全球打击的帐户，但该报告还是为国防部高级研究计划局的从美国大陆投送和应用兵力计划设立了单独的资金。参议院和众议院2009财年的国防拨款法案，都建议为开发高超声速运载器提供额外资金，寻求发展快速全球打击能力。因此，根据技术的发展和2009财年国防预算法案，高超声速武器可能成为快速全球打击倡导者们的新宠。

实际上，常规打击导弹计划与从美国大陆投送和应用兵力计划紧密相关，前者将大量采用后者中的成熟技术，特别是其中的“通用再入飞行器”技术。目前,“通用再入飞行器”的一个主要挑战是要研制一种低成本、轻型的防热系统（TPS）。“试验型先进机动再入飞行器”在大气层内飞行阶段大约要持续100s，而“通用再入飞行器”在大气层内飞行的时间更长，需要更好的防热系统。而当前防热系统的性能严重限制了“通用再入飞行器”的发展。假设防热系统能够使其生存3000s，则“通用再入飞行器”就能够顺发射方向飞行，射程达到28000km，并可以完成4250km的横向机动飞行。而目前水平的防热系统仅能支撑“通用再入飞行器”在大气层内飞行800s。

▲“高超声速技术飞行器”

碍于国际舆论及国内政治压力，美国国会对从美国大陆投送和应用兵力计划作出了调整, “通用再入飞行器”的研制也相应转为“高超声速技术飞行器”的研制，突出计划的技术验证内容。双锥形的高超声速技术飞行器－1已经在2006年5月被取消，但是扁平状的高超声速技术飞行器－2在2007年就完成了关键设计评审。“高超声速技术飞行器”上采用的大量技术,包括双向数据链、制导和控制技术以及防热系统都很有可能应用于常规打击导弹计划，因此对“通用再入飞行器”的研究将有助于常规打击导弹计划的实施。不过，从美国大陆投送和应用兵力计划中的高超声速技术飞行器－3独立出来的“黑燕”（Blackswift）飞行器，却遭到取缔的命运。研制“黑燕”的目的是演示一个无人高超声速试验飞行器，可以水平起飞、上升并达到马赫数6的速度，再返回机场跑道降落。美国国会将“黑燕”可重复使用高超声速试验飞行器计划2009财年预算从1.2亿美元削减至0.1亿美元，之后，国防部高级研究计划局就宣布了取消该计划。

2010年4月22日16：00（只比发射X－37B的时间早4h），在美国加利福尼亚州范登堡空军基地8号航天发射台，由人牛怪－4(Minotaur－4)火箭将高超声速技术飞行器－2发射升空，但在进入飞行试验9min后，地面遥测站与其失去了联系。

X-37B轨道试验飞行器计划

2010年4月22日19：52，X－37B轨道试验飞行器在美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角由宇宙神－5火箭发射升空。X－37B的尺寸约为美国航天飞机的1/4，质量为4989.5kg，长8.8392m，翼展约4.572m，高2.926m，其有效载荷估计在227kg左右，但首次飞行未带有效载荷。

X－37B是一种迷你型无人军用空间飞机的验证机，因此不需要复杂的生命保障系统和救生系统，可以减轻许多结构质量。这是在大气层中飞行的无人机基础上合乎逻辑的发展，特别是对于在太空飞行来说，需要更加昂贵的成本，面对更加恶劣的环境，因此在军事应用上采取无人的方式更加适宜。其次，它的电源从原来的燃料电池改为利用太阳能，使其在轨运行的时间达到270天。最后，它采用了可贮存的无毒航空煤油/过氧化氢推进剂（第一次飞行时使用更成熟的四氧化二氮/肼），其推进系统的在轨机动能力较大，因此X－37B适宜用于军事目的。在技术上，X－37B采用了比航天飞机更先进的防热系统，包括性能更好的、用于机体的防热瓦、防热毡及用于控制面的碳/碳化硅防热材料。同时，由于发射时X－37B被置于运载火箭顶部，不会像航天飞机发射时那样，出现外贮箱的泡沫塑料脱落而导致机体防热瓦受损的情况。另外，X－37B采用了现代军用飞机上成熟的电传操纵系统。这些改进大大提高了它的安全性。

X－37B采用了美军1994年就提出的“先期概念技术演示验证” (ACTD)方法。这种方法的目的是通过飞行试验，将开发成熟的技术（系统、分系统和部件）及时转入武器正式采办过程（即型号研制），甚至直接提供给作战人员。X－37B实际上是一个轨道试验飞行器（OTV），它不仅分步试验所采用的新技术，而且多次进行军事应用试验。目前,美国空军作战快速响应办公室已被授予采办、试验和验证X－37B试验飞行器的权利。据该办公室发布的消息称,除了试验自动离轨能力外,X－37B试验飞行器还要验证许多新技术，如新的防热瓦、控制面的碳/碳化硅防热材料、高温部件、密封技术等，这些技术都在轨道飞行和再入中进行验证。通过试验，美国空军还要确认航天运输和太空军事行动的经济可承受性。研究人员从X－37B的首次飞行试验中已获得大量有用的数据。

美国空军研制X－37B，就是瞄准“太空作战飞行器”系统中的“太空机动飞行器”的目标。“太空机动飞行器”能快速机动发射，且费用较低廉，其在轨和再入返回时有较大机动能力。尽管目前的X－37B与美军设想的“太空机动飞行器”还有差距，但其在缩短发射准备时间、降低费用和增加机动能力方面，都比现有的军用卫星有较大提高。

实际上，这种迷你型军用空间飞机用于侦察和轨道服务，虽然比卫星及专门用于轨道服务的航天器的机动性好，但由于它带有机翼和防热系统，有效载荷将大大减少，所以不能完全替代无翼的卫星和专用的航天器。使用这样的军用空间飞机来反卫星，其性能也可能比不上在地面发射反卫星导弹。由于单个“太空机动飞行器”的轨道机动能力仍然有限，为了有较大的攻击范围和缩短攻击时间，需要发展复杂的星座，这在较长时间内也是无法实现的。

由此可见，这种军用空间飞机的优势在于太空对地打击。与现有的轰炸机相比，X－37B的优势在于它不受领空的限制，打击范围几乎可以覆盖全球，而且由于其速度快，攻击目标的时间也短得多。与弹道式导弹相比，它的优势在于可以在轨道上机动，能出奇不意地对地面发动攻击，打击的精度也高得多。

▲X－37B的外形

▲厂房中的X－37B

5 结束语

2010年以来，奥巴马的国防政策日益明朗，通过美国国防部公布的新的《四年一度防务评估报告》和《核态势报告》可以看出，近年来，美国除了继续保持核威慑外，还积极发展非核威慑。奥巴马一方面鼓吹“无核世界”， 并逐步降低核威摄在国家安全中的作用；另一方面，继续加强太空威慑力量，其实质在于一旦销毁所有核武器后，美国就能凭它在常规武器，特别是太空武器方面的优势，仍能独霸世界。在非核威慑方面，其重点就是发展包括太空对地打击在内的快速全球打击能力。

实际上，以“通用再入飞行器”为核心的“太空作战飞行器”系统的非核远程精确打击能力，将作为未来美国一种新型战略武器。太空对地打击可以采用在地球轨道上对地打击、亚轨道打击和在高空大气层向下滑翔攻击等多种模式，从而增加了进攻模式的选择性。另一方面，太空对地打击武器的发展可以带动一系列“改变战场游戏规划”技术的突破，推动美国航天技术跨上新的台阶。■