高超声速技术的军事价值

□ 黄志澄

高超声速技术的军事价值

□ 黄志澄

美国空军正在研制的HSSW导弹

颠覆性技术，是一种另辟蹊径、会对已有传统或主流技术途径产生颠覆性效果的技术。近年来，颠覆性技术所展示出的强劲势头，越来越引起全球的广泛关注。颠覆性技术的发展，也必将引发战争面貌的彻底改变。从海湾战争到伊拉克战争，现代战争的形态已经发生了根本性变化。颠覆性技术的发展，正在不断推动武器装备体系的更新换代；打击方式基本已不再是过去所追求的大规模毁伤，而是更加突出打击的精确性和有效性；整个战争的的协同性和时间性空前突出。

高超声速技术是影响未来战争的颠覆性技术之一。什么是高超声速技术？它有怎样的军事价值？它对未来战争有何影响？高超声速技术的发展对我们有何启示？本文将对此进行介绍和分析。

什么是高超声速技术

高超声速飞行是指马赫数大于5的飞行。高超声速技术就是实现高超声速飞行的技术。实际上，上世纪40年代，力学家就建立了高超声速飞行的基本理论，如钱学森在1946年提出了著名的《高超声速相似率》。60年代初，美国X-15用火箭发动机，实现了首次高超音速飞行(飞行M数大于5.3)。在这以后，开始致力于利用空气中的氧气的吸气式发动机的高超音速飞行。美苏等国开展了超声速燃烧冲压发动机（Scramjet,简称超燃冲压发动机）等关键技术的研究，但由于其技术难度太大，研究工作进展不大，在美国设计航天飞机时，仍决定采用较成熟的火箭发动机。

1986年，美国航宇局（NASA）决定上马单级入轨的空天飞机（NASP）计划, 人们视之为“高超声速的复苏”。这个计划在花出30亿美元资金后，在1995年下马。失败的主要原因是方案过于先进；超燃冲压发动机技术当时远未成熟；所需资金过大而无法承担；过分依赖于计算流体力学（CFD）的计算，对地面试验和飞行试验重视不够等。在这之后，NASA认真吸取了教训，继续执行了一项规模较小的飞行演示验证的Hyper-X计划，其目的是扩展将来可以军民两用的高超声速技术基础。它的第一个无人高超声速验证机就是X-43A。

使用氢燃料的X-43A的飞行试验虽然成功，但其飞行马赫数是固定不变的（7或10）。由于其技术水平仍与实现空天飞机有很大差距，NASA果断放弃了后续的以空天飞机为目标的X-43B和X-43C计划，转入了基础研究。

2001年，NASA和美国国防部联合提出了“国家航空航天倡议”（NAI）。在这个倡议中，重点讨论了采用吸气式发动机在大气层中进行高超声速巡航飞行的技术。该倡议建议美国发展吸气式高超声速飞行器分三步走：近期致力于高超声速巡航导弹，中期集中于发展高超声速轰炸机，远期瞄准重复使用的航天运载器。在这之后，由美国军方主导了碳氢燃料超燃冲压发动机的研发。

各种空天飞机方案

美国空军设想的高超声速战争

未来战争的力量应用

2008年2月，美国国防部向国会递交了《国防部高超声速计划路线图》。在这个文件中，美军扩大了高超声速技术的定义。新的定义是：使大气层高超声速机动飞行成为可能的技术。由此计划发生了重大转折，不仅包括吸气式高超声速巡航飞行的技术，而且扩展到包括采用火箭发动机和组合发动机在大气层中进行高超声速机动飞行的技术，从而采取了“两边下注”的策略。

“路线图”进一步明确了美军的高超声速计划的目的是为美军提供三项未来的作战能力：打击/持久作战能力；空中优势/防御能力；快速进入太空能力。对上述的三个方面，都提出了由一系列技术产品支撑的路线图。这些技术产品包括：吸气式高超速飞行器如美国空军的X-51A，海军的HyFly 等；高超声速助推滑翔飞行器如HTV-2，陆军的AHW等，以及小型无人航天飞机X-37B等。

由上述高超声速技术发展的历史可见，学术界关于高超声速技术存在两种定义，一种是广义的，就是指实现高超声速飞行的技术；另一种狭义的，专指利用吸气式发动机实现高超声速飞行的技术。

左上图：美国陆军正在发展的AHW

左下图：美国空军设想的高超声速对地打击

右图：高超声速滑翔飞行器

高超声速技术的军事价值

高超声速技术是近年来最重要的军民两用的颠覆性技术之一。高超声速技术的发展将对未来战争产生深刻的影响。高超声速技术如何影响未来的战争，美国空军在2015年9月15日发表的《美国空军2035年的核心使命》的《空军未来作战概念》报告中进行了讨论。

报告由美国空军部长黛博拉·李·詹姆斯和美国空军参谋长韦尔什上将联合签发，是美国空军用来指导未来20年空军组织、训练与装备的文件，旨在回答“美空军未来将走向何处”这一问题。文件主要是向美空军部队，解释如何将“敏捷性”适用于美空军作战人员。文件提出的美国空军2035年的核心使命是，为美国提供快速响应及有效的全球警戒、全球到达和全球打击力量。

在上述文件中，美国空军提出了2035年的高超声速攻击作战设想。它假想了2035年9月17日，美国空军利用高超声速打击武器对敌方的一体化防空系统中的激光武器实施打击。在该设想中，由4艘母舰投放200架飞行马赫数为0.9的高亚声速小型无人飞行器。这些分布式无人机，通过快速组合形成不断变换的诱饵和干扰机阵列，同时其所搭载的网络化传感器为美军构建起对敌方一体化防空系统的态势感知。由于敌方的防空系统的探测和火力通道，被这些目标饱和，敌方未能及时发现美军发射的高超声速导弹。这些导弹首先摧毁了防空系统中的高能激光武器（它威胁到美军的低轨道卫星）；其他高超声速武器，则摧毁了岸舰导弹系列和攻击艇的驻泊地。

上述有关高超声速武器攻击的设想和美国空军在2014年发布的《美国空军：召唤未来》报告是一脉相承的。后一份报告指出：美国空军有能力比其潜在对手更快地持续适应和响应环境的变化，是空军面对未来30年的最大挑战。这份报告将高超声速和纳米技术、无人系统、自主和定向能并列为“改变游戏规则”的五大颠覆性技术。

2016年3月，美国空军联合会的米切尔空天研究所，发表了报告《高超声速武器与美国国家利益:21世纪的突破》。报告认为，高超声速武器可在以下4个方面为美国及其全球盟友部队提供作战优势：（1）提供前所未有的快速到达，可缩短“从发射器到目标”的时间，并能更有效地利用情报来打击目标。（2）提供全球目标区域的进入。战区高超声速导弹可在不到17分钟内，到达1609千米以外的目标；高超声速的情报侦察（ISR）系统,可以比卫星更快的速度，在一天内抵达目标区，并具有更高生存能力。（3）提供“第四维”作战效应，压缩敌方的决策时间，使高超声速攻击方有效地干预敌方的指挥、控制与作战管理周期，进而增强美国的指挥与控制优势。（4）突破敌方防空系统，高超声速武器可使老旧的第四代战机，攻击严密防守地区的目标，并使武器在搜寻目标时确保自身的存活。

美军发展高超声速技术的近况

美国是最重视发展高超声速技术的国家。高超声速技术已被美国国防部列为2017财年美军武器装备现代化投资重点的七大领域之一，也是美国第三次抵消战略下支撑其常规威慑能力的重点技术领域之一。美国当前正在发展的高超声速武器，包括空军的“高超声速打击武器（HSSW）”，美国空军和DAPRA合作的“高超声速吸气式武器概念(HAWC)”和“战术助推滑翔(TBG)”项目。这三个项目，波音、洛马、雷神等美国重要的军工企业都有参与。后两个项目都将在2020年前开展演示验证试飞。其中，HAWC项目瞄准的目标型号，是巡航速度约马赫数5～6、射程约1000千米、能够适应B-2A轰炸机等内埋和F-35战斗机外挂的巡航导弹；TBG项目瞄准的目标型号，则是最大速度约马赫数9～10、射程1000千米～2000千米的助推滑翔弹。另外美国陆军的“先进高超声速武器（AHW）”项目，正在准备进行第三次飞行试验。除此之外，美国洛马公司正在积极研发高超声速ISR飞机SR-72。由此可见，美军在2035年可能装备的高超声速武器主要是两类：使用超燃冲压发动机的高超声速和高超声速助推滑翔飞行器。美国空军也十分赞赏英国反作用发动机公司的“佩刀”发动机，正在和这家公司合作，研究采用这种发动机来发展两级入轨的空天飞机。

美国一方面稳步推进高超声速武器的研制工作，另一方面继续全面系统地强化高超声速技术的基础。为了提高技术的成熟度，2016年8月，美国空军研究实验室（AFRL）发布了“高速作战系统使能实现技术（ETHOS）”的调研公告，对美国工业界在高速作战平台领域的工业基础、技术水平和人才队伍等情况进行了调研。2017年1月正式公布了广泛机构通告，明确了高速实验科学、高速推进系统、气动结构、建模和仿真、飞行器设计和集成五大技术领域的详细目标。2016年5月，美国空军还发布了计划发展可重复使用200次的高超声速试验平台（HyRAX）项目的详细需求，以推动更广泛的高超声速技术的成熟，并积累高超声速飞行试验测量数据。

在美国AFRL和澳大利亚国防科学技术部联合管理之下，正在开展一项高超声速国际飞行研究试验计划。计划的目的是，提供一个低成本的高超声速飞行试验平台，对高超声速飞行的现象进行研究，以增强对高超声速飞行的基础问题和物理现象的理解。通过这个计划，提高模拟高超声速飞行的建模能力,提高模拟方法的精度，验证高超声速飞行的飞行环境及其关键技术, 拓展高超声速飞行数据库。

美军正在发展的高超速计划

高超声速技术发展的启示

世界高超声技术的发展已超过60多年，虽屡经波折，但大国从未放弃。从高超声技术的发展历程中，可以得到如下几点启示;

首先，高超声技术是一项军民融合的技术。在民用上，高超声客机和空天飞机具有广阔的应用前景。当前，推动高超声技术发展的主动力来自它的军事应用。由于高超声速武器在未来战争中的速度优势和巨大的打击能力，它已成为大国准备未来战争而竞相发展的一种颠覆性技术。另一方面，在大国发展高超声速技术的进程中，通过试验飞行器的试验，将给潜在对手造成一定心理压力；而在其一旦研制成功后，又将成为一种重要的军事威慑，即“高超声速威慑”。

其次，高超声技术既包括诸如推进、气动、控制、材料等单项技术，也包括将这些单项技术根据目标而集成起来的集成技术。因此，发展高超声速技术既要重视基础，又要重视系统集成。为了能够实现有效的高超声速打击，必须让高超声速武器的可靠性达到现有导弹的可靠性水平。显然，这对于承受严重气动加热环境的高超声速武器来说，必将对其结构、材料和电子系统，都提出苛刻的要求。

目前高超声速技术的系统成熟度还稍低于试验飞行器成熟的第6级（TRL-6），与技术的完全成熟（TRL-9）还有相当距离。为此，必须重视提高地面试验能力和模拟仿真能力，并通过关键的飞行试验考核，为今后设计实用的高超声速飞行器，提供技术基础。

再次，未来的战争仍然是体系和体系的对抗，单独的一种武器的性能虽然重要，但只有与体系中其它武器配合，才能发挥出它的优势。何况任何武器既有独特的优势，也有致命的弱点。在上述美国空军的2035年的设想中，若没有美军战场信息系统的支持和分布式无人机对敌方的饱和攻击，红外特征明显的高超声速武器，就无法发挥其速度优势。

最后，在未来战争中，实现高超声速作战必需装备具有一定数量的高超声速武器，必需让这些武器的成本，不要大大高于现有的超声速武器的成本。未来的战争，不仅是武器性能的较量，也是一个国家经济实力的较量。★