天下武功 唯快不破——几乎无法拦截的高超声速飞行器

文/颜思铭

俗话说“天下武功，唯快不破”，意思是各种武功均有破解之道，唯有“快”是无可破解的，因为要想破“快”，只有比它更“快”。

今天的各种武器装备也是这个道理，任何飞行类的武器像飞机、导弹等等，都可能被拦截，只是被拦截时的高度和速度有所区别。可以想象，如果目标武器飞得越快，拦截的窗口就越小，就越需要把握拦截弹发射的时机，目标就越难被拦截。因此要想提高武器突防的效率，提高其飞行速度是有效的办法之一。在现在雷达技术、制导技术和火箭发动机技术越来越先进的情况下，拦截弹的性能也越来越高，一般速度的飞行器都难以逃脱被击落的命运。

因此，在军方对武器突防要求越来越高时，人们自然想到开发超高速飞行器，例如以前美国空军测试的X-51超高速飞行器。现在，不止是美国空军，连美国陆军也测试了自己的超高速飞行器。

美国东部时间2011年11月17日，美国陆军空间和导弹防御司令部/美国陆军战略司令部从位于夏威夷考艾岛的太平洋导弹靶场发射了一枚“先进高超声速武器”（Advanced Hypersonic Weapon，AHW），在飞行了大约3800多千米后，击中了位于太平洋上夸加林环礁的美国陆军里根测试场。本次试飞的AHW由一枚三级火箭发射升空，载具在按预定计划分离后进入了正常飞行轨迹，以非弹道滑翔轨迹、高超声速（大概在8倍声速）的状态飞抵里根试验场的预定落点。据报道，本次测试旨在搜集高超声速助推滑翔技术数据并测试远程大气层飞行的射程性能。任务重点在于空气动力学、导航、制导和控制，以及热防护技术。美国的各类天基、空基、海基和陆基参试平台在载具飞行的所有阶段负责搜集性能数据，这些数据被美国国防部用来塑造和发展未来飞行器的高超声速助推-滑翔能力。

从这些信息中可以看出，陆军进行这次测试的AHW自身并没有动力，测试的重点方向也不是发动机技术，这与空军以前测试的X-51超高速飞行器不同。X-51自身带有设计非常先进的发动机，这种发动机被称为“超声速燃烧冲压式发动机”，简称“超燃冲压发动机”。常规的喷气式发动机，不论是涡喷、涡扇还是冲压发动机，其燃料都在亚声速气流中进行燃烧。即便在飞机超声速飞行时，空气经过进气道、发动机风扇、压气机等一系列减速增压的过程，在进入燃烧室时也已经减速为亚声速。这个过程在低超声速时并没有什么不妥，而且可以降低燃烧室设计的难度，并提高燃烧的稳定性。但飞行器在进行高超声速飞行时（一般在5倍声速以上），气流减速为亚声速时所带来的高温高压会超过发动机材料承受极限，而且要保证发动机的体积不能过大，其空气流道的设计也将非常复杂。

挂在NB-52上的X-43A

所谓“超燃冲压发动机”，是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机，发动机高超声速飞行时吸入的气体并不减速到亚声速，而是仍然以超声速进入燃烧室，燃料在超声速气流中燃烧。这样可以保证发动机在空气减速增压过程中的压强和温度控制在可以接受的范围内。但实现超声速环境下的点火与稳定燃烧并非易事，其难度甚至超过在龙卷风中点燃一根火柴。另外，由于高超声速推进系统存在极高的热负荷，因此耐高温材料和先进冷却技术也是超燃冲压发动机的基本技术之一。

除了发动机之外，用于制造机体的耐热材料和冷却技术等也是非常重要的技术，因为高超声速飞行器的头部由于空气压缩会产生极高的温度与压力，要保证机体结构材料在高温下仍有足够的强度也很有难度。

实际上，这两个问题并非无法解决，美国人早在2001年试验的X-43A高超声速飞行器就是最早的成果之一，只是它出师不利，首次试飞就以爆炸告终。在2004年的第二次试验则获得成功，X-43A的超燃冲压发动机使它达到9.8倍声速，这也是吸气式飞行器的最高速度记录。X-51在此基础上更进一步，在2010年5月25日的首次动力试验中，飞行速度达到5倍声速，它的超燃冲压发动机工作了140秒。相比之下，上一次X-43A的创记录飞行中，它的发动机仅在超声速燃烧的状态下工作了12秒。

可以想象，如果导弹能达到这样的飞行速度，它将很难被拦截。与卫星相比，虽然后者速度更快，飞行轨道更高，但其轨道相对固定，而且一般自从其发射之时起就会被监控，因此很容易被拦截系统锁定。弹道导弹也是这样，它一发射就会被导弹预警卫星发现并计算弹道，为提前拦截提供信息。但是这种高超声速飞行器（或巡航导弹）则不同，它可以从飞机上发射，在发射前无从确定飞机的航线和导弹发射点，只能在发射后飞行器进入拦截系统的雷达搜索范围时才会被发现，而这时留给拦截系统的时间已然很短。加上飞行器的速度极快，拦截弹发射的窗口几乎为零，因此几乎无法被拦截。也许以后要拦截这类武器，只能寄希望于大功率定向能武器的应用了。