高超声速时代的战场革命

彦铭

人类对速度的追求是无止境的，这可能是人类的天性。在太空时代，我们目前已知的人造飞行记录，是刚刚号称“已飞出太阳系”的美国“旅行者”1号探测器（该说法并不严谨，美国宇航局确认“旅行者”1号已飞入恒星际空间，但仍属于太阳系），其目前的飞行速度为45千米/秒，如果仍用声速这一传统大气层内飞行器的速度来衡量的话，大概约合132马赫。这是一项惊人的记录，虽然对于星际旅行动辄“光年”级的距离来说，“旅行者”1号还是不够快。

很遗憾，人类诸多天性中除了追求速度外，还有另外一个永恒主题——战争。纯粹依靠宇宙引力加速的“旅行者”1号不是件杀人利器，它带着人类美好向往的一面向太阳系边缘飞驰，既无法减速，也不能规避随时袭来的太空尘埃——它只是一颗无法控制的超高速子弹。

战争必须是可控的！武器必须击中锁定的目标，当然——越快越好。

到目前为止，战争中的交火和死伤记录仍然只存在于地球大气层内，它的速度极限是多少？ M1A2“艾布拉姆斯”主战坦克的120毫米滑膛炮初速能达到1 700米/秒，约合5倍声速，但这种速度仍然不可控。埃及空军的苏制米格-25在1971年第四次中东战争中，曾以3.2马赫甩开了试图拦截的以军战机，当时另外一款能飞到这一速度的飞机是美国的SR-71。

3马赫，这就是人类截止目前在战争中的最高可控速度。

速度对战争的意义显而易见，比对手更快意味着拥有战争主动权，意味着可以打击时间敏感目标，意味着更高的突防概率，意味着不给对手反击机会……或者说——意味着战争的胜利。因此，战争中的速度竞赛只会永远持续下去。速度的基础是技术，在21世纪的今天，人类已经有了更先进的速度科技，未来战争机器的目标不是4马赫、5马赫，6至30马赫的可控速度将不再科幻；它们还拥有8 000千米以上的打击范围——战争将因此彻底改变。

人类把这样的武器定义为——高超声速飞行器。

厘清高超声速飞行器

高超声速飞行器被视为下一代飞行技术，根据美国俄亥俄州空军研究实验室高速系统分部的负责人罗伯特·梅谢尔介绍：“我们取得对高超声速飞行技术的掌握，就如同从螺旋桨式飞行时代过渡到喷气时代，自莱特兄弟以来，我们一直在研究如何使飞行变得更好、更快。目前，高超声速飞行技术就是航空界潜在的前沿领域之一，我相信我们即将进入这个舞台。”

从上世纪90年代末美国为应对全球反恐威胁而启动“1小时打遍全球”计划以来，围绕如何进一步提高武器系统的精确打击速度，美俄中等航空航天大国陆续研发并试验了多种型号的革命性武器系统。归纳起来，主要包括常规洲际弹道导弹、亚轨道滑翔飞行器、高超声速飞机/巡航导弹，以及空天飞机四大类。其中速度最快的当属空天飞机，其太空中的在轨运行速度最快可以达到20至30马赫；相对最慢的是高超声速飞机/巡航导弹，由于该类飞行器的飞行空域仍在传统大气层范围内（20 000至35 000米），因此最大飞行速度多在6马赫左右。

洲际弹道导弹是一种诞生于60多年前的传统全球打击武器，其攻击模式不具有革命性，且使用上仍面临一些难以解决的问题。因此，亚轨道滑翔飞行器、高超声速飞机/巡航导弹，以及空天飞机才是未来更有希望改变游戏规则的高超声速飞行器。

在飞行轨迹上，亚轨道滑翔飞行器堪称最具革命性的高超声速平台。顾名思义，亚轨道滑翔飞行器的主要工作空域位于35到300千米高的亚轨道空间，其工作方式是先用火箭（或弹道导弹）将飞行器带至亚轨道，随后飞行器与火箭脱离，并在高空做无动力滑翔。当飞行高度逐渐降低到亚轨道与大气层边界时，发动机点火，推动飞行器爬升，此时发动机关闭，飞行器再次进入无动力滑翔，如此反复循环，其飞行轨迹类似于“打水漂”游戏。由于亚轨道空间的空气阻力极小，且发动机只需要间歇性工作，因此亚轨道滑翔飞行器可以轻松达到高超声速和1万千米以上的航程。

以美国做过飞行试验的HTV-2“猎鹰”为例，其最高速度高达近20马赫，亚轨道滑翔时的波峰高度为60 000米，波谷高度为35 000米。“猎鹰”两分多钟进行一次“跳跃”，每次跳跃的距离约为450千米。在携带5吨武器载荷的情况下，“猎鹰”分别能够在45分钟内、52分钟内精确打击13 000千米、16 700千米的目标，且飞行器与火箭均可重复使用，性价比极高。

高超声速飞机/巡航导弹可以被认为是现有高速飞行器的技术延伸。在大气层内如果想飞到5马赫以上的速度，依靠传统喷气式发动机基本是不可能的。因此，美俄等国计划在下一代高超声速飞行器上安装被称为“第三次飞行动力革命”的超燃冲压发动机。由于超燃冲压发动机必须在吸入高速气流的情况下才能启动，因此，无论是X-43试验无人机还是X-51高超声速巡航导弹，均必须由大型载机带入空中后放飞，再由火箭发动机将飞行器加速到5马赫左右，此时超燃冲压发动机才能介入工作。这一点对于高超声速巡航导弹来说尚不算问题，但对于需要独立起降的飞机来说就很难接受了。

洛克希德·马丁公司在其6倍声速的SR-72战略侦察机计划中采用了一种组合式动力方案，即先用一台涡喷发动机将飞机加速到一定速度，然后由超燃冲压发动机接力工作，将飞机最终推至6马赫高速。此方案虽然理论上可行，但整套动力系统的技术复杂度是可想而知的，而且两台发动机（或者一台发动机的两个模块）在交接工作时的稳定性也有待实际飞行考验。

最后一类高超声速飞行器其实是一种新型航天飞机。虽然美国与苏联的航天飞机早已具备大气层内滑翔飞行及自主整机返航能力，不过第一代航天飞机仍然是一种单纯的航天器，其不能在大气层内自由飞行。类似X-37B这样的空天飞机雏形希望探讨的是一种更具革命性与实用性的飞行方式，即在太空、亚轨道及大气层内自由跨界飞行。当然，目前的X-37B尚做不到这一点。

X-37B通过运载火箭进入低轨道，其在太空中的飞行速度可达到25倍马赫以上，在轨持续飞行时间长达270天。X-37B可以在太空执行任务，也可以从太空返回大气层飞行，但这种跨界是单向的，即X-37B只能返回大气层一次，任务执行完毕后必须在机场降落，并不能重复往返于太空与大气层之间。因此，作为一个武器平台，X-37B目前的使用前景仍被聚焦于所谓“太空战”，本质上来说与已经停飞的航天飞机没有大的区别。

最关键门槛：超燃冲压发动机

无论什么类型的高超声速飞行器，其最关键的技术核心都是动力系统。为了回避空气阻力，高超声速必然与“高高度”相伴，洲际弹道导弹与空天飞机的主要高速飞行段都在接近真空的太空，亚轨道滑翔飞行器运行在空气密度极低的亚轨道空间，而高超声速飞机/巡航导弹虽然仍在大气层内，但也只能在2万米以上的超低气压环境中飞行。

没有空气，意味着传统喷气式发动机无法使用，速度的奥秘只能是动力系统的革命。以目前的科技水平，真空环境下飞行器可供使用的只有火箭发动机，但火箭发动机需要带庞大的氧化剂储运箱，占用了有效负载吨位，在大气层内飞行时效率很差。真正的空天飞机要想自由往返于大气层内外，就必须至少准备两套动力系统，即大气层内的喷气发动机或超燃冲压发动机，以及大气层外的火箭发动机，这意味着无法避免的单空域庞大死重。而当空天飞机返回大气层后，没有了外置火箭助推，仅凭空天飞机自身发动机的推力，再次脱离第一宇宙速度的难度极大。因此，可供作战使用的真正空天飞机距离我们实际上还很远。

对于亚轨道滑翔飞行器来说，其如果在亚轨道近真空环境中使用火箭发动机，氧化剂死重仍然是个问题。所幸发动机的点火高度正好在大气层边缘，超燃冲压发动机在3 5000米高度仍可以工作。但这对发动机的技术性能提出了更高要求，由于可工作时间很短，其必须能够在点火瞬间即提供足以将飞行器送上波峰的强大推力，而此时空气已非常稀薄，发动机工况极其恶劣。

因此，目前最有实用前景，技术相对更成熟的高超声速飞行器为高超声速飞机/巡航导弹，美俄等国目前的研发重点也正是该类武器。要想在10年后将其投入实战，关键就要看超燃冲压发动机能否在技术及可靠性上取得重大突破。

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。超声速或高超声速气流在进气道扩压到较低超声速，然后燃料从燃烧室壁面的突出物喷入与空气混合并燃烧，最后，燃烧后的气体经扩张型喷管排出。目前，国外发展较多的超燃冲压发动机包括亚燃/超燃双模态冲压发动机，以及亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机。亚燃/超燃双模态冲压发动机是指发动机可以亚燃和超燃冲压两种模式工作的发动机。当发动机飞行马赫数大于6时，实现超声速燃烧；当马赫数低于6时，实现亚声速燃烧。亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机的进气道分为两部分：一部分引导部分来流进入亚声速燃烧室，另一部分引导其余来流进入超声速燃烧室。这种发动机更适用于巡航导弹这样的一次性使用飞行器。

超燃冲压发动机的工作窗口极其狭窄，错过一点点，超声速燃烧就不能维持。另一方面，温度升高使声速升高，不及时补偿的话，也会破坏超声速燃烧的条件。使用超燃冲压发动机的美国X-51A巡航导弹的多次试飞都不是很成功，发动机最长一次持续工作时间也只有300秒，离实用化还差的很远，其他国家的同类机型更是连飞行测试都没有做过。

20马赫陷阱

高超声速飞行器需要解决的技术问题绝非仅有发动机一个，速度与机动悖论也让人头疼。物理学基本常识告诉我们，物体速度越块，其运动惯性就越大，改变速度矢量的难度也越大。此外，随着飞行高度上升，空气密度越来越低，飞行器的气动面舵效越来越弱。在此情况下，为了保证飞行器的方向可控，就必须采用发动机推力矢量系统来强行改变飞行轨迹。在高超声速飞行中赋予飞行器强大的外力过载，将让飞行器的结构与材料强度面临严峻挑战。

对于亚轨道滑翔飞行器来说，其还面临另外一个技术问题。该类飞行器的飞行高度正好与35 000到80 000米的“黑障”高度重合，此时飞行器最大速度可达20马赫左右，虽然空气稀薄，但剧烈的气动加热仍可能导致飞行器被电离层包裹，电磁波信号将被电离层阻隔，飞行器雷达无法搜索目标，自身也很难接收导航或目标坐标信息，外界更无法对飞行器做遥控操作。

高超声速是人类过去很少进入的速度区间，对飞行器在高超声速条件下的工作状态，人类还知之甚少。除发动机、飞行控制与“黑障”等难题外，高超声速飞行器还需跨越低成本耐高温材料、低阻外形设计等各种技术障碍。

因此，虽然相关科技进步很快，但人类目前在技术上可供实战的高超声速武器仍然只有弹道导弹一种。

弹道导弹悖论

美国空军与海军均曾认真研究过洲际弹道导弹的常规改装方案。洲际弹道导弹可能算是世界上最早符合“1小时打遍全球”理念的高超声速武器，从东亚发射的洲际弹道导弹理论上仅需30分钟就能击中北美目标。其再入段突防速度可达10马赫左右，且拥有8 000至14 000千米的射程。在传统携带核弹头的洲际弹道导弹上改装常规战斗部不存在任何技术门槛。其所面临的最大技术问题是命中精度，由于主要采用惯性制导，该类导弹在不加任何修正措施的情况下，圆概率误差可以高达数千米，对于常规精确打击来说，此命中精度已经没有任何意义。

然而现代洲际导弹的打击精度已今非昔比。美国空军的陆基“民兵”-3洲际导弹圆概率误差已能控制在130米内，海基潜射的“三叉戟”-2D5更是达到90米惊人水平。美国与俄罗斯的现代洲际导弹均采用了星光辅助制导等措施，再入段虽为无动力飞行，但可以通过气动控制面在进入大气层后做小幅度弹道调整。采取上述措施的现代洲际导弹命中精度已经可以满足打击固定点目标的要求。

虽然技术已非常成熟，但常规洲际弹道导弹仍然不太可能成为未来全球高超声速打击武器的主流，其主要面临四个方面的问题：一是性价比太低。弹道导弹只能一次性使用，一枚“三叉戟”-2D5的价格约为6 600万美元，如果只用来做一次即时定点清除，成本恐怕是高的离谱了。二是使用灵活性较差。弹道导弹无法长时间高速巡航，发射后即不能再重新锁定其他目标，如果算上系统反应时间，整个弹道导弹的攻击流程耗时约在1小时左右，只能勉强达到“1小时打遍全球”标准，对于那些攻击窗口更窄的目标则无能为力。三是更易于拦截。由于常规洲际导弹仍采用传统弹道式突防模式，使得对手可以在现有技术体制下对其进行反制，如俄罗斯的“橡皮套鞋”反导系统及中国正在研制的太空中段反导系统均具备一定拦截能力，如果拦截方能够就近部署，则弹道导弹速度较慢的上升段被拦截概率更大。

常规洲际弹道导弹最难以走出的困境恐怕还不是技术性的。该类武器其实只能用于对非核国家的打击，如对核国家使用，因对方无法判明弹头性质将必然招致核反击，即便目标是无核国家，在打击前也必须与其他核大国建立及时有效的沟通管道，以避免出现误判。

不过，如果仅从“高超声速飞行器”，而非“1小时打遍全球”的概念来观察，则中短程弹道导弹仍不失为一种非常有效的超高速常规打击武器。美国在上世纪80年代部署于中欧的“潘兴”-2中程弹道导弹依靠先进的雷达地形匹配末制导技术，已经将命中精度提高到25米级。西方更是认为，中国已经研制出能够打击航母等海上移动目标的“东风”-21D弹道导弹。此外，中短程弹道导弹只是一种战术武器，传统上多采用常规战斗部，因此使用中引起战略误判的可能性较低。

革命：高超声速战场

1998年8月20日，位于阿拉伯海上的美国“林肯”号航母战斗群发射了数枚“战斧”巡航导弹，攻击阿富汗东部塔利班训练营地，目标——本·拉登。

“战斧”以885千米/小时的速度飞行了1 770千米，耗时长达2个小时。拉登在导弹飞抵前一个小时就已离开训练营地。这次行动的失败给五角大楼留下了巨大的遗憾，高超声速武器的研制工作开始加速，继原子弹之后的又一个潘多拉魔盒被打开。

可以毫不夸张的说，高超声速武器对未来战争形态的改变将是颠覆性的。无论是美俄中等军事大国，还是以色列、伊朗这样的地区强国，当高超声速打击时代来临时，所有牌桌上的玩家都必须重新洗牌。高超声速武器的意义绝不仅仅是“1小时打遍全球”，所有那些已经过二战、朝鲜战争、越南战争、中东战争、阿富汗战争、海湾战争、车臣战争淬炼的装备技术、装备体系、作战理论、战略战术、指挥艺术等等都必须改变，以适应这个继骑兵、城堡、大炮、火枪、坦克、飞机与核武器破壳后的又一次战场革命。

这绝非危言耸听。在高超声速武器时代，攻击与防御的技术平衡被打破，战争中被动防御的一方几乎没有胜利的可能。在战场主动权巨大红利的诱惑下，可能爆发战争的国家之间将受到“黑暗森林”理论的影响，更倾向于主动打响战争第一枪。在各国均缺乏有效反制技术的情况下，热点国家的军备竞赛将全面转向进攻型武器的研制与装备。而由于打击速度的几何级提高，高超声速时代的战争时间也可能被极度压缩，一场大国间的战争也许在几天数个攻击波结束后就胜负已分，像二战这样持续数年的大国间战争几乎不可能出现。战争将更加依赖详细完备的战前预案，那种寄希望于天才指挥官的直觉与应变能力取胜的想法是天真的。

全球性高超声速打击系统，将使远离本土的前沿部署变成缺乏实际意义的资源浪费与武力炫耀，一个地区军事强国不用建立海外基地网，也能具备即时的全球武力投送能力。

在具体战术上，高超声速时代的优先打击目标将不再锁定于军政首脑、指挥系统、雷达站、防空导弹阵地等传统第一波踹门对象。为了避免敌方高超声速武器的致命反击，第一波攻击必须先摧毁敌方空军基地、高超声速武器发射平台、通信与侦查卫星、无人侦查机、数据链系统等敌方高超声速杀伤链上的关键节点。

在装备体系上，可覆盖全球的高超声速武器具有接近100%的突防能力。现有隐身技术的价值和意义将大打折扣。同时，大型低速战场目标也将成为高超声速武器最好的标靶——超级核动力航母是否还存在价值？同样值得怀疑的还有重型固定翼轰炸机，它的常规打击灵活性已经可以被弹性更大的亚轨道轰炸机，或者高超声速巡航导弹所取代。

高超声速飞行器的作战空域（空间）决定了在未来的大国战争中，一场太空战几乎不可能避免。太空、亚轨道、大气层的界限越发模糊，飞行平台即便仍有自己相对固定的飞行空域（空间），但其发射的精确打击弹药却很可能跨域攻击，反制方在面对攻击时，必然会全力摧毁武器发射或侦察、通信平台，而不会顾虑敌方是在太空还是大气层内。

当然，上述终极形态的高超声速战争离我们还有一段距离，技术与相关作战理论还很不成熟。而且从战略上来讲，美国指望用高超声速常规打击手段来打破核平衡的想法是可笑的，即便未来高超声速武器成为主流，采用高超声速运载工具的核武器威胁仍然存在，而且有核国家在面对敌方优势常规高超声速武器时，必然会考虑核反击来确保自身安全，俄罗斯已经明确宣布了这一点。

然而，即便人类的高超声速飞行才刚刚起步，那些一直站在战争技术与理论前沿的国家却已经看到了未来战场的无限可能。对于后发国家来说，如果不果断予以回应，失去的很可能不仅仅是战争的权利；而如果奋起直追，在新的技术领域也最有可能实现跨越式发展。

责任编辑：王宏亮