以快制胜的“杀手锏”
2014-04-12吴勤
美国媒体报道,近期中国军方首次试验了10倍音速的导弹武器,目的是突破美国导弹防御体系。美
国国防部将中国的高超音速飞行器命名为“WU-14”。相关报道引起世界各国媒体关注,针对此事中国国防部新闻发言人在回答记者提问时表示,中国在境内按计划进行的科研试验是正常的,这些试验不针对任何国家和特定目标。在对我国试验大肆炒作的同时,以美国为代表的世界军事强国在高超技术领域早已开展了大量研究并进行了多次试验。
天下武功,唯快不破
在周星驰的电影《功夫》中,火云邪神面对斧头帮曾说过这样一句话:“天下武功,唯快不破!”这从一定程度上说明速度在格斗较量中有着举足轻重的意义。在军事装备领域,这句话也同样有效,典型代表就是高超音速武器。高超音速技术是指飞行速度超过5倍音速的飞行器技术,是21世纪航空航天技术的制高点。高超音速飞行器具有飞行速度高、机动性大、投送能力强、突防能力强等特点,能完成高空侦察、临空轰炸、远程快速精确打击时敏目标,甚至2小时内完成全球攻击等作战任务。
高超音速武器的突出优势主要表现在3个方面:一是它基本在大气高层飞行,飞行高度仅有30~80千
米,末段高度可能只有20多千米,极大影响了传统弹道导弹防御系统的早期预警雷达的探测能力。以美国“铺路爪”为代表的早期预警雷达对远程和洲际导弹的探测距离高达数千千米,但对数十千米高度飞行的高超武器的探测距离只有数百千米。因此,弹道导弹防御系统对这类飞行器的防御效果就不得不大打折扣了。二是由于它在大气层内受控飞行,可以通过改变攻角进而改变升阻比,通过控制倾侧角进行横向机动,相比传统弹道导弹呆板的弹道,具备不错的机动能力。加上高超音速的速度,导致对其拦截的难度大幅度上升,进一步削弱了传统弹道导弹防御系统的拦截能力。或者说,高超音速滑翔飞行器显著提高了突防能力。最后,高超音速滑翔飞行器还可结合传统弹道导弹使用,在弹道末段再入后进行远距离滑翔,这样的结合虽然提高了飞行中段被拦截的危险,但大幅度提高了导弹的实际射程。
尽管高超音速武器当前发展还面临诸多技术难点,但是一旦取得突破就会给战争形态带来翻天覆地的变化,甚至会把战争带入到“读秒”时代,因此长期以来该技术受到世界军事强国的高度关注。近年来,以美、俄为代表的世界军事强国在高超技术领域取得了多项突破性成果,并大力推动其武器化进程,引发新一轮的全球发展热潮。
美国一马当先
在不断对别国高超音速飞行器计划说三道四的同时,美国自己的高超音速武器研究一点都不含糊。实际上,早在20世纪50年代,美国就开始研制高超音速飞行器。近期,美国高超音速飞行器技术获多项重要进展。
X-51A试验取得部分成功。X-51A计划是美国空军和美国国防部高级研究计划局(DARPA)联合实施的高超音速巡航导弹演示验证项目,主要验证碳氢燃料-主动冷却型超燃冲压发动机的飞行可行性、热防护材料、机身与发动机的一体化设计和高速飞行条件下验证机的稳定性与控制技术。X-51A验证机是一种导弹缩比试验飞行器,为典型的推进系统与弹体一体化结构,由助推级、级间段和巡航级组成。X-51验证机全长7.6米,总重1780.4千克,最大宽度0.6米。
X-51A验证机于2010年5月、2011年3月、2012年8月和2013年5月分别进行了4次飞行试验。其中,第1次试验取得部分成功,巡航级飞行高度达到19千米,发动机正常工作约143秒,最大巡航速度接近5倍音速,但由于发动机与机身喷管间的密封故障导致试验最终失败;第2次试验中,飞行器在转换到采用碳氢燃料过程中出现进气道不启动故障,导致试验失败;第3次试验中,由于巡航级控制舵发生故障,导致飞行器仅飞行16秒就出现失控;第4次试验中,超燃冲压发动机持续工作3分半钟,将飞行器加速到5.1马赫,在达到18千米后受控下降落入太平洋,实现了预定目标。
X-51A验证机创造了迄今为止由超燃冲压发动机推进、飞行时间最长的高超音速飞行记录,验证了碳氢燃料超燃冲压发动机长时间工作的可行性,证明其具备实战应用的巨大潜能。X-51A代表了美国现阶段在吸气式高超音速技术领域的最高技术发展水平,也是未来美国多个型号方案的研究基础。根据美国空军高速武器的发展路线图,美国将在X-51A基础上首先发展一种高速打击武器,此种武器预计可于2020年进行演示验证,进而研究可重复使用的高超音速巡航飞行器,最终发展能执行天地往返运输任务的大气层飞行器和空天飞机。
高超音速助推-滑翔技术途径可行。助推-滑翔飞行器是美国研制的另一类高超音速飞行器,此类飞行器采用低弹道飞行,目标特性区别于现役弹道导弹武器,可以躲避敌方侦察,且飞行距离远,可以服务于美国的“全球快速打击”计划。美国近期主要研发项目包括高超音速飞行器(HTV-2)和陆军先进高超音速武器(AHW)。
2010年4月,DARPA进行了第一次HTV-2飞行试验,HTV-2a在发射约9分钟后与遥测站失去联系。美军认为本次试验取得了部分成功,如“人牛怪”-4火箭有效载荷整流罩成功开启,并在攻角89°的情况下在大气层外释放了HTV-2a;HTV-2a再入后实现了大气层内速度超过马赫数20的飞行;HTV-2a在马赫数17时仍能捕获GPS信号。此外,在气动热、空气动力学、热防护、导航制导与控制领域获取了大量数据。2011年8月,DARPA使用“人牛怪”-4火箭将HTV-2b发射升空,与火箭分离后,HTV-2b利用反作用控制系统再入大气层,经过再入段与拉升段后进入滑翔段,在滑翔段HTV-2b与遥测站失去联系。本次试验共获得了超过9分钟的数据,并验证了在近3分钟的稳定气动控制下的20马赫高超音速飞行。试验前,DARPA对HTV-2b的重心进行了调整,降低了飞行攻角,并利用计算机模型和风洞进行了大量模拟试验。
AHW项目是美国常规全球快速打击体系重点发展的一种助推-滑翔导弹,由高超音速滑翔飞行器(HGB)和一个3级固体助推火箭组成,射程约8000千米。AHW项目主要通过HGB验证以高命中精度进行“快速全球打击”效果的几项关键技术,项目重点进行AHW/HGB的开发、集成和飞行试验。2011年11月17日,美国陆军进行了AHW的首次飞行试验,重点测试了AHW滑翔飞行器的空气动力、导航/制导与控制及其热防护装置的性能。实际试验中,AHW滑翔飞行器由3级火箭助推系统从夏威夷考爱岛的太平洋导弹发射场发射。按照预定弹道飞行,飞行器最终以滑翔方式高超音速撞击陆军位于夏威夷西南约3680千米的马绍尔群岛里根试验场的预定区域。根据这次飞行试验成功后媒体的报道,估计AHW可在35分钟的飞行时间内飞行6000千米,打击精度可小于10米。这种武器一旦投入使用,计划首先装备在关岛,将对中国造成威胁。与HTV-2完全不同的是,在2011年11月美国陆军完成AHW首次飞行试验以前,几乎无人知道这个项目。由此可见,美军的真家伙往往是秘而不宣的,我们千万不要被美军鼓吹的一些特别先进的武器方案所迷惑。
2012年美国DARPA启动了“综合高超音速”计划,旨在全面推动高超音速气动构型、热防护系统与热结构等多项关键技术的发展,计划2017年试飞高超音速验证机HX。HX验证机是一种可实现飞行速度20马赫以上的助推-滑翔飞行器,它将继承H T V-2的相关研究成果,但射程将更远、机动性将更强,足以适用于要求本土发射的全球快速打击任务。HTV-2飞行试验失利后,美国洲际助推-滑翔飞行器面临重大技术瓶颈。DARPA在此背景下提出“综合高超音速”计划,表明美国对助推-滑翔技术寄予厚望,将通过新的方案技术推动该技术发展,加快常规全球快速打击能力的形成。
全球高超技术发展再掀高潮。苏联从20世纪70年代开始积极研制高超音速导弹,如机械制造科学生产联合体研制了“陨石”导弹,后来开始的代号为4202的导弹研制工作,在S-200导弹基础上研制出飞行速度达6000千米/小时的“冷”导弹;20世纪80年代,彩虹导弹设计局启动X-90项目。近年来,很少有俄罗斯高超音速技术发展的报道,但2012年俄罗斯副总理罗戈津的讲话揭开了俄罗斯高超项目的面纱。罗戈津称,机械制造科学生产联合体和俄罗斯战术导弹武器公司将组建一个合资公司,开展高超音速导弹研制。俄罗斯在机动弹头研制方面已经取得重大突破,这种弹头比普通弹头的个头与重量都大,能在大气层中机动,现有反导系统很难对其拦截。2012年夏,俄罗斯完成高超音速导弹与载机挂架的分离试验,在高超音速空射武器的研发上迈出坚实的第一步;2013年夏,俄罗斯在阿斯特拉罕州的靶场进行了高超音速导弹的首次完整试射,最大飞行速度达到5马赫。但该导弹的型号、任务及战技性能尚未公开。
印度当前正与俄罗斯加快研制“布拉莫斯”-2高超音速巡航导弹,2013年2月首次在班加罗尔航展展出了导弹缩比模型。“布拉莫斯”-2导弹推进系统采用亚燃/超燃双模冲压发动机,该发动机已进行约10次试验,但尚未突破20秒的持续燃烧时间。它的气动布局采用与美国X-51A类似的乘波体外形。“布拉莫斯”-2导弹采用前机体容纳超燃冲压发动机进气道、后机体容纳超燃冲压发动机尾喷管的设计,实现了机体和发动机的一体化设计。俄罗斯将在2017年开始飞行试验,成为少数掌握高超音速导弹技术的国家之一。
“高超音速国际飞行研究实验计划”(HIFiRE)是澳大利亚和美国多家单位联合实施的一项高超音速技术研发项目,旨在探索实用的高超音速飞行基础技术,借以革新未来远距离的飞行模式,并提供效费比更高的空间进入方式。2012年5月8日,HIFiRE-2在美国夏威夷太平洋导弹靶场由“黄鹂”探空火箭成功发射,美国空军公布“HIFiRE-2超燃冲压发动机爬升到30.48千米高空,从马赫数6加速至马赫数8,并工作了12秒,携带的700多台仪器设备记录了相关飞行数据并将其传送给地面研究人员,试验取得成功;2012年9月20日,HIFiRE-3在挪威安道亚靶场由探空火箭成功发射,飞行器在达到350千米最高点后俯冲,在20.5~32千米高度达到最高马赫数8的速度。
“锐边飞行实验”(SHEFEX)属于再入技术和高超音速技术的研发项目,由德国航空航天研究中心开展,旨在对一种尖前缘多平面组成的新型再入飞行器的性能进行研究。SHEFEX是一个系列发展的战略计划,最终可能的发展方向包括高超音速飞行器、太空旅行和微重力研究所需的平台和技术等。目前,该飞行试验计划主要是利用改装的探空火箭发动机系统(曾用于微重力研究试验),在短期内进行高效费比的飞行试验。2005年,德国成功进行第1次飞行试验,SHEFEX-1以6马赫的速度飞行20 秒,获得了一套完整的高价值气动数据。2012年6月,SHEFEX-2试飞成功,试验中飞行器被火箭发射至大约180千米高度后,再高速重返大气层,整个飞行耗时10分钟。飞行器不仅在重返大气层时承受住了2500 余摄氏度的
高温,还向地面发送大量测量数据,超过300个传感器每秒将数千个压力、温度等测量信息传回地面。项目负责人称,这次试飞成功使他们在研发航天器的道路上更进一步,这种未来航天器将像飞船一样简单,像航天飞机一样飞行可控,而且造价更加低廉。德国航空航天中心计划于2016年发射速度更快的SHEFEX-3。
高超音速技术将影响传统作战。高超音速技术作为一项极具军事应用前景的重要技术,被公认为是21世纪航空航天技术的新制高点。高超音速技术经过多年不懈的探索,当前已进入飞行试验阶段,多个具有明显军事应用背景的项目取得了显著成果,技术发展离实际应用越来越近,威胁也日益迫切。
结 语
未来,美国仍将继续推动高超音速技术的发展,并将其应用于全球快速打击和空间运输。美国将以X-51A、HTV-2等飞行试验为基础,将弹头、通信和传感器技术等进行集成,开展武器化的飞行演示验证,研制高超音速巡航导弹;继续支持助推-滑翔高超音速技术的发展,研制助推-滑翔高超音速武器;远期
将发展可变的高超音速巡航气动布局技术、涡轮基组合循环高超音速推进技术,研制可重复使用的高超音速打击平台与航天运输系统。
通过高超音速技术的发展,近期可研制出高超音速导弹和助推-滑翔再入打击武器,实现常规快速全球打击,形成新的战略威慑能力;远期将发展为具有多种军事用途的重复使用空天飞行器,这将对传统的作战概念、样式产生重大影响,同时对现有防空反导系统构成严重的挑战。
责任编辑:葛 妍