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寻求突破

2014-05-07

现代兵器 2014年4期
关键词:马赫冲压高超音速

在美国高超音速技术发展史上,NASP计划的下马和新发展计划的制定是最具影响的大事。NASP计划的下马标志着20世纪80年代名燥一时的"空天飞机"时代已结束,高超音速技术进入了一个崭新的发展时期。在美国新军事战略转型大背景下,许多以导弹武器为主要内容的发展计划纷纷出笼。其中,美国DARPA主持的ARRMD计划最具代表性。

1995年后,美国在总结“国家空天飞机计划”(NASP)正反两方面经验的基础上,开始在发展和应用高超音速技术方面采取稳妥的循序渐进策略。美国正在根据对需求和技术可行性的分析,按照近期、中期和远期应用目标,全面推进高超音速技术的发展和应用。

在美国国会的建议下,美国从1996年开始了新的高超音速技术发展计划。第一阶段,美国首先选择高超音速巡航导弹作为突破口,而后转入其他飞行器与天地往返运输系统的研制。其发展计划包括4部分:1、初始及未来系统设计的概念性研究;2、使用碳氢燃料的超燃冲压发动机推进系统;3、使用超燃冲压发动机的巡航导弹;4、空间往返用的复合循环系统。

在新的发展计划中,它的一个重大的特点是加强了概念和基础研究,强化了军事打击的地位,重点突出超燃冲压发动机及其组合系统的研究。在近、中、远期的排序上明确指出,美国高超音速技术计划近期应用目标是发展高超音速巡航导弹。

这是一次重大的战略调整,并成为2001年推出“国家倡议计划”(NAI)的基础。

这也是美国在经历无数次失败后,痛苦又无奈的选择。

1996年,国防高级研究计划局(DARPA)的战术技术办公室制定了一个“快速反应导弹演示器”(ARRMD)计划,目的是研制一种6~8马赫的高超音速导弹武器。导弹采用碳氢燃料的超燃冲压发动机,其最大射程为800~1200千米,单价不超过20万美元(3000枚)。导弹能攻击时间敏感目标(如战区机动弹道导弹发射装置和航空母舰),可在2分钟内飞行200千米,在8分钟内飞行1200千米。ARRMD要求导弹必须能与美国空军和海军的多种战术飞机、战略轰炸机、水面舰艇垂直发射系统、潜艇发射管兼容。导弹能装整体战斗部、子弹药以及动能侵彻战斗部,可摧毁运动中的以及深埋在地下的加固点目标和高价值目标。

ARRMD研制计划分空军与海军2部分。

空军计划

美国空军科学技术局的论证报告指出高超音速技术在空军应用的背景是:

一、破坏地下目标,尤其是掩藏在地下的坚固战略目标,如地下发射井、指挥中心等;

二、攻击时间敏感目标,包括弹道导弹的机动发射装置、大型舰船等;

三、不完全进入空间的跨大气层可重复使用的飞行器,可在高空作环球飞行,进行实时侦察,搜索重要情报;

四、可重复使用的军用航天飞机,它能达到进入空间所需的速度,执行类似军用卫星的使用。

空军的高超音速发展计划称为HyTech,其中,研制新一代飞行速度8马赫的巡航导弹是HyTech计划的重要组成部分。

为了实施该计划,空军成立了计划办公室,管理该系统的设计、研制与飞行试验。空军首先将力量集中在研究开发短寿命发动机上,希望被用作射程1300千米、发射质量1300千克、可从轰炸机或战斗机上发射的高超音速空射巡航导弹。空军型方案拟采用乘波体方案,由固体火箭助推器加速到4马赫后,超燃冲压发动机点火,导弹以8马赫高速巡航飞行。普惠公司和航空喷气发动机公司负责研究这种短寿命超燃冲压发动机技术。

海军计划

在美国发展高超音速导弹总体规划要求下,海军提出了自己的发展计划。它不像空军那样把起点定在8马赫上,而是制定了分2步走的思想,提出了发展以6马赫为最终目标的巡航导弹。第一步研制飞行速度大于4马赫的导弹(如“快鹰”导弹),成功后再研制速度大于6马赫的导弹。

1997年年底,美国海军空战中心武器部与海军水面战中心Dahlgram分部共同邀请了工业界专家制定了一个为期6年的“高超音速武器技术”(HWT)计划,它是DARPA“快速反应导弹演示器”计划的一个支持项目。该计划的目的在于为研究从空中、水面和水下平台发射、价格可接受的高超音速武器发展打下基础。

该计划为导弹提出的技术要求是:导弹能在较远的防区外距离(1200千米)发射;攻击高价值加固的固定目标以及时间敏感目标;导弹的平均速度3.5~7马赫;战斗部的侵彻能力要能够贯穿5.5~11米的混凝土。

海军的高超音速导弹可由多种平台发射,如:F/A-18E/F战斗机、F-16、F-15E、F-22战斗机、B-1和B-2轰炸机、多管火箭发射系统、水面舰艇与潜艇。

高超音速导弹是新一代海军导弹武器系统,它服役后可能成为海军现役“捕鲸叉”、SLAM、SLAM-ER、“战斧”导弹、JSOW、JASSM导弹的替代品。可以看出,当时海军对高超音速巡航导弹的态度比空军要积极。

在这一发展计划的指导下,海军曾抛出“魔剑”、“快鹰”导弹等几个具体方案。

“快鹰”是波音公司北美分公司于1996年根据一项为期3年的合同为美国海军研究的一种4马赫廉价超音速对陆攻击巡航导弹。它和“战斧”Block4-2/Block5都是按照美国在2010—2015年间的作战构想研制的。该导弹原计划在2000年年初进入工程研制阶段,最初将用于攻击时间敏感目标、加固目标和深埋地下目标,最终将用以取代“战斧”亚音速巡航导弹。

“快鹰”导弹采用串联火箭-冲压发动机,弹身无弹翼和尾翼,弹长6.5米,弹径530毫米,发射质量小于1587千克,最大射程大于1260千米,最小射程92~111千米。它可从洛·马公司的Mk14导弹装运箱中发射。助推器将导弹加速至3千米高度时自动脱落,弹长变为4.2米,冲压发动机随即点火,导弹继续加速,在24千米的巡航高度以4马赫的速度巡航飞行约18分钟,最后按预编程序以45°~90°冲角、1220米/秒(3.6马赫)末速度俯冲攻击目标。据美刊报道,当导弹以上述速度在24千米以上的高空高速飞行时有很强的突防能力,世界上现役的大部分先进防空系统,如俄罗斯SA-10和SA-12防空导弹均难以对其进行有效拦击。这样高的俯冲动能对某些目标不需使用战斗部,仍可达到良好的破坏效果;对于摧毁加固目标或深埋地下目标,可装315千克侵彻战斗部,利用动能和爆炸威力的组合效应破坏目标;对于沙土地其最大贯穿深度可达40米。endprint

“快鹰”导弹的冲压发动机采用导弹头部中心锥式固定几何尺寸进气道,燃烧室长1.01米,直径530毫米,推力为71.54千牛。制导系统为INS/GPS,用推力矢量控制进行姿态控制。其后继型将增装末制导导引头并采用子弹药。原计划基本型成功后,波音北美公司还将研制空射型。空射型发射质量为907千克,可装备F-16等海基和陆基飞机。通过采用现有制导硬件与先进生产方法,导弹单价可望低于30万美元,真是物美价廉啊。

美国国防部要求海军和空军的计划都要纳入DARPA制定的ARRMD开发计划中。1998年8月,DARPA选择由波音公司对海军、空军的方案进行综合论证。

一种方案是基于空军的HyTech技术,采用扁平的乘波体外形,经过吸热处理的制冷结构以及普惠公司的超燃冲压发动机。另一种方案是采用航空喷气发动机公司研制的不需冷却的轴对称双燃烧室亚燃超燃冲压发动机推进的圆柱体形导弹,它反映了美国海军的要求。

ARRMD计划的目标是为低成本导弹铺平道路,即生产3000枚导弹的目标单价为20万美元,这一价格仅是亚音速AGM-158“联合空面防区外发射导弹”(JASSM)的一半。这种导弹适合所有发射模式,并以亚音速布撒子弹药。

新方案需要同时满足海军和空军要求,它是一个折衷方案。美国海军的战术飞机限定了导弹的最大发射质量,空军的轰炸机限定其最大长度,海军的垂直发射系统及潜艇鱼雷管限定其弹径。经过波音公司的论证,新方案最后选择了乘波体的气动布局,但它小于空军HyTech方案的结构。该导弹射程为1240千米,巡航速度为6.5马赫,战斗部质量为113千克。但这一计划未命名。在DARPA做出方案选择后,海军立即于1998年9月宣布终止了“快鹰”研制计划,空军也在2000年财务预算中取消了HyTech计划经费。但基础技术的研究一直进行。

“国家倡议计划”计划

海湾战争后,战争的样式发生了很大变化。自此,美国不断调整军事战略,其快速反应、快速打击“时间敏感目标”的特点更为突出,它在很大程度上影响着军事技术的发展。高超音速巡航导弹就是这一战略思想的产物。

自1995年NASP计划下马之后,美国高超音速技术研究进入一个相对混乱的时期,虽然一边在总结经验教训,制定“循序渐进,先无人后有人、先一次使用后重复使用”和以高超音速巡航导弹为突破口得“三步走”新发展战略。一方面,新的发展计划如雨后春笋,接连不断。另一方面,又出现了今天公布的新计划,明天就石沉大海,或者另起炉灶的怪现象,高超音速技术发展一度十分混乱。

在美国提出军事战略转型之后,美国决心调整高超音速技术发展战略,2001年提出“国家航空航天倡仪计划”(NAI)。

NAI计划由3个相互关联的协作计划组成:高速/高超音速(HSH)技术、太空进入(SA)与空间技术(ST)。其中,HSH为一次性系统,如导弹和拦截武器,它可为重复使用的远程打击/侦察系统、以及吸气式二级入轨(AB-TSTO)太空进入应用系统提供转换能力。

NAI计划是美国高超音速技术发展里程碑式的规划,它首次将超音速/高超音速巡航导弹计划结合在一起,尤其是将飞行速度为3.5~4.5马赫的超音速亚燃冲压发动机推进的巡航导弹纳入这一计划范畴。

未来,快速打击将是实现“基于威慑”到“基于能力”转变的重要手段。高超音速巡航导弹是对“时间敏感目标”(Time Critical Target)远程、精确打击的主要方式。

计划致力于实现对时间敏感目标的远程打击、空间发射以及响应性空间有效载荷能力。

所谓“时间敏感目标”是指在有限“攻击窗口”或“交战机会”内发现、定位、识别和攻击的目标,它的位置随时变化,稍纵即逝。因此,以高超音速巡航导弹为主要标志的“高速/高超音速技术”(HSH)受到各军事强国的极大关注,HSH、“太空进入”(SA)与“空间技术”(ST)成为美国NAI计划三大子系统,并成为优先发展的计划。现在美国HyFly、HyTech(X-51A)两种高超音速巡航导弹发展思路、超音速巡航导弹研制方案(RATTLRS)已经形成,从中我们可以看出美国未来军事发展战略与体系构建的思路以及咄咄逼人的气势。可以预期的是,未来美国在高超音速技术方面的优势也必将转化为巨大的国家战略优势。

(编辑/草莽)endprint

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