美军“全球快速打击”系统技术缺陷分析

方有培，汪立萍，蔡亚梅，陈利玲

（中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京210007）

0 引言

为了威慑对手，美国提出“全球快速打击”系统构想以适应新时期军事转型。“全球快速打击”系统构想可实现全球快速、精确、洲际、决定性打击，采用进入空间、利用空间、控制空间抢占太空战略制高点，是美国为控制全球而大力发展的一种新型作战手段。根据常规武器在1h内对全球范围目标实施“快、准、稳、狠”打击想定，美军提出了助推-滑翔式导弹、高超声速巡航导弹、战略核导弹等改装成常规导弹技术方案，以提高远程、超远程、洲际、精确打击能力。

助推-滑翔式导弹方案主要包括研制射程覆盖全球的“高超声速飞行器”（HTV-2）、“常规打击导弹”（CSM）、射程超过6000km 的用于前沿部署的“陆军先进高超声速武器”（AHW）；高超声速巡航导弹方案主要包括发展机载高超声速巡航导弹的X-51A 计划，舰载高超声速巡航导弹的“高超声速飞行演示计划”（HyFly）；“常规改装计划”（CTM）等。根据发展计划，高超声速武器应具备以下能力：在接到命令数小时乃至几十分钟内就能对全球上的任一目标实施瞬间快速打击；按照军方的要求，这一打击武器的作战距离至少在10000km 以上，具有远程作战能力。

快速打击武器系统预计数年之后才能投入使用，因此该武器在设计阶段就必须充分考虑其隐蔽突防能力，以满足若干年后的战场环境要求；由于这一新型武器系统将装备常规弹头，因此武器的打击精度将非常重要，务求做到一击即中。本文简要介绍了“全球快速打击”系统的进展情况，对其技术缺陷进行了分析。

1 美军“全球快速打击”系统进展概况

美军的“全球快速打击”系统计划目前正处于技术演示验证阶段。截至2013年5月，共完成了4 次X-51A、2次HTV-2和1次AHW 的飞行试验，在高超声速动力技术和助推-滑翔关键技术方面取得了一定进展，这是美国长期致力于发展太空技术的结果，虽然试验中有成功也有失败，但距离美军预期的2015年左右形成实战能力还有较大差距。

1）X-51A 的飞行试验

X-51A 项目是一种超燃冲压发动机验证机，继承于早期的X-43A 项目，以验证高超声速飞行能力，其终极目标是研制出高超声速武器。它由波音公司与普拉特·惠特尼公司共同开发。X-51A 机体外形有一个扁平的头部、弹体中部设有4片可以偏转的小翼（襟翼），进气道在腹部。X-51A 吊挂在B-52H 轰炸机翼下如图1所示。由一台JP-7碳氢燃料超燃冲压发动机推动，设计飞行马赫数在4.5～6.5之间。

图1 X-51A 吊挂在B-52H 轰炸机翼下

①第一次试飞

2010年3月26日，X-51A 飞行器进行了第一次飞行试验。B-52H 轰炸机携载X-51A 升空，在15.24km 高空进入太平洋测试靶场将其释放，在超燃冲压喷气发动机点火工作以前，由一枚陆军战术导弹系统推进器（固体火箭）将它推进到速度大约马赫数4.5，然后超燃冲压发动机点火，原计划工作170s，实际仅工作了143s，飞行器加速到马赫数4.88，应该说取得了突破性的进展。由于密封圈失效，造成发动机推力减小，然后失去加速度和推力，空军地面控制人员不得不遥控将其摧毁。

②第二次试飞

第一次试飞失败后，技术人员修改了密封喷气管口的接口，还改变了相邻压力密封和发动机的后座端，一切都看似正常。2011年6月13日，美国空军和X-5lA 的各公司开发团队才在太平洋上空进行了第二次超声速飞行研究试验。飞行器第二次飞行试验设定飞行速度马赫数为6，飞行时间为240s。据报道，试验中当X-5lA 从B-52H 飞机上释放出后，它的飞行速度成功地被固体火箭推升至超过5个马赫数，并且超燃冲压喷射发动机首先靠乙烯实现了点火，但是，转换成JP-7的喷气发动机标准燃料（碳氢化合物）后，却没有成功点燃，无法加速到满推力。此后地面人员多次试图重新启动，但均未成功，第二次试飞以失败告终。事后调查原因为进气道不启动，认为进气道前缘激波移动太远，引起气流偏移，最终导致超燃冲压发动机启动失败。

③第三次试飞

2012年8月进行的第三次试飞仍以失败告终。据宣称失败原因可能是振动导致一个作动器锁故障，作动器突然开启导致飞行器出现螺旋下降并最终坠落太平洋。目前，美空军正在进行振颤试验。

④第四次试飞

美军在2013年5月1日实施第四次（也是最后一次）试飞终于成功。尽管空军没有提及飞行细节，X-51A 被认为是产生了正向加速度并加速至马赫数5以上，而且持续完成了试验计划的有动力飞行阶段。本次飞行可能持续了300s，随后在500s左右飞行器开始无动力滑行下降，坠落在加州西部太平洋试验场的海域中。如果这些时间和速度数据被确认，这将是持续吸气式高超声速飞行的新记录。

2）HTV-2飞行器热防护试验

HTV-2在第一次飞行试验中，飞行器表面烧蚀产生的缝隙造成强脉冲振动波，致使飞行器突然滚转。说明HTV-2飞行器热防护系统虽然经过改进，但还是难以承受大角度再入大气层时的高温。第二次试验也因多重振动波的严重干扰导致飞行器外壳气动性能意外下降，使飞行提前终止。目前，美国正在开展1649℃以下前缘材料、1649℃以上纤维增强难熔复合材料、高温多层隔热、大面积防护系统和高温密封件的研制工作。

2 美军“全球快打”的技术缺陷分析

1）高超声速飞行的控制技术不过关

在大气层内飞行时，由于高超声速飞行中气动加热问题严重，飞行器中段与末段制导会受到严重影响而产生误差，并因超高速飞行被进一步放大，致使命中精度大幅度下降。这类问题将长期困扰“全球快速打击”武器的进一步发展。

为实现10m 的打击精度，美海军为“三叉戟-2”／D5导弹研制了E2 再入装置（“增强效应计划”）和LETB-2再入装置（“延寿试验台”），在惯性测量装置（IMU）制导系统的技术基础上嵌入GPS技术进行复合制导，并加装具有滚动、偏航、倾斜三轴飞行控制功能的辅助翼转向系统，实现精确制导。

在IMU／GPS复合制导时，要求载荷必须承受40g的重力加速度，并保证性能可靠。但是，由于高速飞行将导致如下问题：

①在机动性能加大、再入装置体积加大、再入速度加快的情况下，就会出现载波回路失锁。

②在再入装置释放弹头、布撒子母弹时，对于能量损耗式机动，类似问题同样会出现。此类问题将致使IMU 误差加速偏移（漂移），对精度控制产生影响。

③由于高超声速飞行时气动参数耦合严重，变化剧烈，飞行速度高，对轨迹控制精度产生较大影响。

HTV-2两次飞行失利的主要原因之一就是倾斜气动襟翼的控制技术不过关。后经HTV-2项目主管证实，目前还没有完全掌握对飞行器的有效控制。X-51A 第三次飞行试验失败的诱因也是控制翼故障。

2）没有形成C4ISR 配套能力

“全球快速打击”系统是一种非核战略打击系统，是在掌握目标获取、精确定位、超远程、洲际打击等技术基础上发展的快速反应与攻击手段。若要确认1h内跨越全球实施目标打击，对目标侦察、指挥、控制、情报能力提出了很高的要求：首先，需要具备能够使导弹快速、准确识别目标的情报、监视与侦察能力；次之，用以在短时间内目标判定、制订攻击计划、使运载装置定位，以及下达发射指令的指挥控制能力；最后，还需用以验证目标动态状况以及摧毁目标的持续侦察能力。通过天基和地（海）基系统，美国可对目标和事件实施监视、探测、识别、追踪、评估、核实、编目以及表征等任务操作，获取敌方行动情报，进行指挥、控制、通信、处理、分析、分发和存储等相关操作。目前，这些实战所需的C4ISR 能力还不完全具备。

3）没有抗电磁干扰的能力

由于没有形成C4ISR 配套能力，所以“全球快速打击”系统是一个没有任何抗干扰能力的系统，而这个系统将有可能受到各种电磁干扰。

4）耐高温防护技术不过关

为解决弹头再入后烧蚀问题，必须完成复合材料的研制，要求研发可耐受4600℃高温的碳纤维材料（多向栅格“碳-碳”材料）用于导弹防热头锥，以解决弹头再入后数千度高温烧蚀问题。HTV-1飞行器正是由于表层前缘曲线分层问题未能解决而被取消。

美国现役战略弹道导弹再入体目前采用抗烧蚀特性好、热传导低的碳-苯酚材料，对于“三叉戟”常规改装导弹，应用这种热防护技术具有比较大把握。但助推-滑翔导弹再入体末段机动范围大，高速滑行时间长（据称CSM 后续型号长达50min），暴露在高热环境下的时间比弹道导弹长，强烈的气动加热会增加再入体外形材料的不稳定性。为获得外形更为稳定的鼻锥、适当的飞行烧蚀率和尽可能小的热传导率，美考虑采用新型碳-碳材料。但要精确预测气动热力负载和烧蚀率、成规模制造大型碳-碳材料飞行器，也将面临许多技术难题。

5）高超推进系统技术不成熟

高超声速导弹采用超燃冲压式喷气发动机推进，需要使导弹的飞行速度达到马赫数为5以上。从X-5lA 第二次试飞失败的结果来看，致使发动机进气道不启动的原因有：进气道激波控制能力不足，导致进入发动机的气流瞬时减少，发动机推力过剩，致使飞行速度等超出进气道启动的边界条件；进气道设计没有充分考虑到发动机燃烧要求以及与机体的匹配问题，且容易对外界刺激如气流变化等产生反应，从而影响稳定性。类似现象在地面试验和第一次飞行试验中也曾出现。在HyFly项目的三次飞行试验中：一次是因燃油系统问题导致飞行器仅加速到马赫数为3.5；第二次试验因燃油泵问题发动机末启动；第三次试验因机载飞行软件异常中断，发动机没有点火。这说明美国在发动机点火与持续燃烧等关键技术上进展极其缓慢，远不如法国和俄罗斯。

3 威胁分析

种种迹象表明，美军“全球快速打击”力量已呈现快速发展的态势。未来，这些武器一旦装备，将对各国构成严重威胁。

1）采用“手脚”并用的多元化战略

美国现政府提出降低核武器在国家安全战略中的作用，主要依赖于区域弹道导弹防御系统与非核打击力量的组合，加强非核战略威慑能力。“全球快速打击计划”的提出，将使美国减少对于核威慑的过度依赖，填补战略态势中的“能力差距”，弥补其他非核打击手段的局限性，采用“手脚”并用的多元化战略，有效满足快速打击时敏高价值目标的要求，为美国提供更多的非核威慑选择和危机应对手段，保持热点地区的前沿存在。

2）对反介入战略构成严重威胁

美国国防部认为，“全球常规快速打击武器对于击败时间紧迫的地区性威胁具有特殊价值，是应对反介入战略的重要手段”。美国家研究委员会报告认为，在美国与区域性大国和对手的冲突和战争中，全球常规快速打击武器可凭借速度和介入能力优势增强美军常规军事行动能力。报告中还指出，常规快速全球打击力量具有“对俄罗斯核力量进行先发制人常规打击的能力”，“对中国先进的核力量构成可信的常规威胁”。AHW 再入速度超过马赫数为20，末段撞击速度达4个马赫数，具有超强的突防能力，研制成功后将部署在关岛、迪戈加西亚岛和波多黎各，对中国的反介入战略构成严重威胁。

3）拓展美军“外科手术式”打击能力

美军在总结近几场局部战争经验教训的基础上形成了“全球快速打击”力量构想。根据美军的评估报告，与其他现有打击力量相比，“全球快速打击”系统从受领任务到完成仅需1～2h，远远快于战略轰炸机的48h和航母打击大队的96h，不仅可以大幅提升反应速度，还可以最小代价达成战略突袭的效果。从实战角度看，“全球快速打击”是美军“外科手术式”打击的进一步拓展和延伸，可贯穿作战的各个阶段。

4 结束语

美军“全球快速打击”计划的近期目标是研制一次性使用的高超声速巡航导弹，中期目标是研制高超声速飞机，远期目标是发展可重复使用的天地往返运输系统。高超声速武器应具备以下4种能力：一是瞬间打击能力；二是远程作战能力；三是隐蔽突防能力；四是精确打击能力。美军“全球快速打击”计划及其试验应当引起高度关注，从中看到值得深思的问题，高度重视技术基础研究，开展关键技术攻关，提出相关应对对抗措施。■

［1］党爱国，李晓军，徐宝.外军快速全球打击能力发展动态［J］.飞航导弹，2012（7）：51-54.

［2］董露，等.美军“全球快速打击”计划进展及影响［J］.外军导弹装备发展动态，2012（10）.

［3］赵海洋，沈雪石，石集.美国高超声速飞行器技术进展分析与启示［J］.飞航导弹，2012（4）：16-20.

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