高超声速飞机：一场技术革命

王艳，梁轶，宋巍，王洁心

（1.空间物理重点实验室；2.北京临近空间飞行器系统工程研究所，北京 100076）

高超声速飞机：一场技术革命

王艳1,2，梁轶1,2，宋巍1,2，王洁心1,2

（1.空间物理重点实验室；2.北京临近空间飞行器系统工程研究所，北京 100076）

本文原载于俄罗斯《通俗力学》杂志 2016年第 7期，作者为俄罗斯军事专家奥列格 • 吉特锆夫。原文标题：《Гиперзвуковые самолёты: техническая революция?》文章简要介绍了高超声速飞机从轨道上撞击的技术，并研究了美俄的重点项目。

高超声速；技术成熟

在不久的未来，高超声速飞机（如图1）技术即将成熟，有可能带来导弹装备领域的彻底改变。要知道，这涉及的恰好就是一场科学技术革命。

图1 高超声速飞机想象图

在该领域谈军备竞赛为时尚早——目前这还只是一场技术竞赛。高超声速项目也还处于试制研发阶段：目前所进行的实际飞行基本上都是飞行验证。根据美国国防先进研究项目局（DARPA）的十级等级表，该项目的技术成熟度大体在4～6级。

不过，将高超声速项目看成是某种技术创新是没有必要的。洲际弹道导弹的弹头就是以高超声速进入大气层的；载人回收舱和航天飞机也都是高超声速的。但是，航天器在脱离轨道时必须要以高超声速飞行，并且飞行所持续的时间不长。在这里我们要谈的是飞行器，对于它们来说采用高超声速是标配，没有高超声速就不能显露出优越性，也无法展现自己的能力和力量。

1 从轨道上进行打击

这里谈的是高超声速、强机动性、可操纵的对象——洲际弹道导弹的机动弹头、高超声速巡航导弹和高超声速无人驾驶飞行器。实际上，我们所说的高超声速飞行器究竟指什么呢？首先，这样的飞行器具备以下性能：飞行速度 5～ 10马赫（6150～ 12300km/h）及以上，设计飞行高度 25～ 140km。高超声速飞行器最吸引人的特点之一，就是空防御系统无法对其进行有效追踪，因为该飞行器飞行在等离子云层中，而雷达电波无法穿透这样的云层。

值得一提的还有其较强的机动能力和短时间快速打击反应能力。例如，高超声速飞行器能在一小时内完成从等候的轨道起飞到打击既定目标的任务。

俄罗斯也不止一次地研发过并正在研发高超声速飞行器，130远程无人攻击机 (6马赫 )，“Ajax”高超声速飞机（8～ 10马赫），米高扬设计局研发的以碳氢化合物为燃料的多功能高超声速飞机项目，以及使用双燃料（高速飞行使用氢，低速飞行使用煤油）的高超声速飞机的项目。

米高扬试验设计局的“螺旋”计划（如图2）在工程学思想史上留下了自己的足迹。在该项目中，可回收的高超声速空天飞机由高超声速运载器送入卫星轨道，并在完成军事任务后从轨道返回大气层，在大气层中同样以高超声速完成机动飞行。“螺旋”计划的产品已在无人轨道火箭飞机项目和“暴风雪”太空梭项目中投入使用。有未经官方证实的消息称，美研制了高超声速飞行器“弧光”。该消息众人均有所耳闻，但从未有人亲眼目睹过。

图2 空间计划“螺旋”

2 为海军而建造的“锆石”

2016年 3月 17日， 俄 罗 斯 正 式 着 手 试 射“ 锆石”高超声速反舰巡航导弹的消息公布。第五代核潜艇（哈斯基）将配备最新的弹头，并且水面舰艇也会配备，当然也包括俄罗斯海军舰旗“彼得大帝”号。“锆石”的速度为 5～ 6马赫，射程不少于 400 km（它能在四分钟内飞过这个距离），这极大增加了对抗这种导弹的难度。众所周知的是，该导弹将采用新型燃料 T-10（C10H16），这种燃料能够将飞行距离增加300 km。

反舰导弹“锆石”的设计方是机器制造科学生产联合公司，它属于“战术导弹装备股份有限公司”。该导弹的批量生产有望在 2020年之前实现。值得注意的是，俄罗斯在建造高速反舰巡航导弹方面具有丰富的经验，例如反舰导弹 П-700“花岗岩”系列（2.5马赫），反舰巡航导弹 П-270“白蛉子”系列（2.8马赫），接替它们的就是新型反舰导弹“锆石”。

3 灵巧的弹头

关于飞行器 Ю-71（在西方它是被这样标识的）的消息最早出现于 2015年 2月，当时它由“三棱匕首”PC-18火箭发射到近地轨道上，后来又返回到大气层中。它是从战略导弹兵第十三导弹师东布罗夫斯基兵团的部署地区（奥伦堡州）发射的。据悉，至 2025年该师将收到 24架 Ю-71，用来搭载“萨尔马特”新型导弹。飞行器 Ю-71属于 4202项目，也是从 2009年开始由机器制造科学生产联合公司进行生产。

该飞行器是导弹武器系统的超机动弹头，能以11000km/h的速度滑行。它可以进入近太空，从那里打击目标，还可以携带核弹并且配备电子对抗系统。当 Ю-71“潜入”大气层时，它的速度可以达到5000m/s（18000km/h）， 因 此 Ю-71配 备 有 力 /热的保护装置，并且可以轻松转变飞行方向，且在此过程中不会损坏。图3 为高超声速飞行器组件的设计图。

图3 高超声速飞行器组件的设计图（长度原定为 8米，翼展 2.8米）

Ю-71能够按照预定高度和航线以高超声速和高制动性飞行，并且可以以非弹道模式飞行，任何对空防御系统都对其束手无策。并且弹头是可控的，因此具有非常高的打击准确性：这使得它也可以用于非核武器的高精度打击作战中。众所周知，在 2011～2015年间进行了几次发射，Ю-71将在 2025年投入使用，届时它将被装备在洲际弹道导弹“萨尔马特”上。

4 飞向高处

以往的设计项目中值得一提的是 X-90导弹，它是由“彩虹”机器制造设计局研发的。该项目始于 1971年，止于国家困难时期的 1992年，尽管进行过的试验已经展现了良好的结果。该型号导弹不止一次地在莫斯科航空航天展览会的航空航天大厅上展出。几年后该项目重新开始，研制出的导弹具有4～ 5马赫的速度，从图 -160飞机上发射的飞行距离达 3500 km。2004年，该导弹进行了飞行验证。原本人们打算给导弹在壳体两侧装备两个可分离的弹头，但最终没有实现该计划。

БД空空高超声速导弹是由伊·伊·托罗波夫“信号旗”试验设计局研发的飞弹，是对米格 -31及米格 -31БМ 飞机装备的 K-37和 K-37M 导弹系列的发展延续。БД空空高超声速导弹还将用于装备ПАК ДП 项目的高超声速拦截机。2015年莫斯科航空航天展览会上，“战术导弹装备”股份有限公司领导鲍里斯·维克多罗维奇·奥勃诺索夫宣称，该导弹已经开始批量生产，第一批产品将在 2016年完成。导弹重 510千克，装有杀爆式战斗部，飞行高度范围宽，打击距离 200千米的目标。双重工作状态的固体燃料火箭发动机使得它可达到6马赫高超声速飞行。

5 美国的项目

现如今美国的工作计划中包含了各式的高超声速飞行器，它们已经过飞行试验并且都获得了某种程度的成功。这些项目早在 21世纪头几年就已经开始，如今已具备不同程度的技术成熟度。不久前“波音”公司X-51A（图4）高超声速飞行器的设计人员称，X-51A将在 2017年投入装备。

美国正在进行的项目包括：高超声速机动弹头AHW (Advanced Hypersonic Weapon)；第二代“猎鹰”高 超 声 速 飞 行 器 (Hyper-Sonic Technology Vehicle)，它是通过洲际弹道导弹发射的；X-43 Hyper-X高超声速飞行器，是“波音”公司生产的 X-51A“乘波者”高超声速巡航导弹的原型，它配备了超燃冲压发动机。此外还获悉，美国洛克希德·马丁公司正进行 SR-72（如图5）高超声速无人机的研发工作，该公司已于 2016年3月正式宣布该型号无人机的研发工作。

图4 美国研发的高超声速飞行器——波音 X-51A，代号乘波者

图5 高超声速侦察机 SR-72

美国研制的极具发展前景的飞行器，它与传奇的超声速超机动的 SR-71侦察机具有类似的功能，但与SR-71相比，其最大的不同在于无人驾驶且具有高超声速。

2013年，洛·马称，将会研发高超声速无人飞行器 SR-72来接替侦察机 SR-71（图6），这是 SR-72无人机的消息的首次公布。它能够在 50～ 80千米的工作高度以每小时 6400千米的速度飞行至亚轨道，它将配备具有共用进气道的并联发动机，该发动机的喷气装置以涡轮喷气式发动机为基础，能加速至3马赫以上，还有一个超燃冲压发动机，供速度3马赫以上的飞行之用。SR-72将负责执行侦察任务，同时利用高精度“空-地”武器完成打击任务，该武器是无发动机的轻型导弹，这种导弹不需要发动机，因为它们已经具有高超声速的发射速度。

图6 黑鸟侦察机 SR-71

专家们认为给 SR-72选择外壳材料是一个大问题，这种材料要经受由于气动加热产生的 2000℃及以上的热量负荷。同时还要解决在5～6马赫高超声速飞行时武器从内埋舱中分离的问题，以及如何避免失去通信的情况，这种情况在试验HTV-2项目时就多次出现。洛·马公司称，SR-72的大小与 SR-71的大小相仿，比如 SR-72的长度为 30米。SR-72预计将于 2030年投入装备。

6 其他国家项目

有着亚洲巨人之称的印度，2013年 2月 8日，互联网上首次公开了布拉莫斯-2高超声速飞行器在印度航展上的模型照片。根据展位和模型上的文字判断，该模型为高超声速技术探索飞行器缩比模型，但并未透露出其它相关的信息。但根据印度此前公开的信息可知，布拉莫斯 -2应为一种高超声速导弹，设计射程约为300 km，具备较高的突防能力，将有陆射、空射、水面和水下四种发射方式。印度将在现有布拉莫斯超声速导弹的基础上研发这种高超声速巡航导弹，并将接受俄罗斯方面的技术支持。

与此同时，澳大利亚则充分发挥自身的区位优势，与美国合作开展了“高速射击”“高超声速国际飞行研究试验”项目等计划，积极致力于高超声速基础技术研究。在此之前，澳大利亚昆士兰大学“基于超燃冲压发动机的进入空间系统”项目在挪威安多亚航天发射中心开展飞行试验，尽管因助推火箭未将验证机送达预定高度导致试验失败，但总的来说还是获得了最重要的第一手资料。

2015年 10月中旬，为了研制 ASMP-A战略超声速空地巡航导弹的替代型号（代号为 ASN4G），法国国家航空航天研究院（Onera）正在开发能使导弹以 8马赫或更高速度飞行的超燃冲压发动机技术，并正在升级相关发动机试验台。1993年，在 Preha项目下 Onera建造了用于试验可重复使用航天发射装置的发动机试验台。为了开发 ASN4G导弹所需超燃冲压发动机，Onera正在进行相关改进工作。该发动机试验台通过模拟装置，可以对导弹的隐身性、机动性、飞行速度和高度等进行协调，实现最优作战效果。未来 ASN4G导弹部署后不仅可以8马赫或以上速度飞行，而且具备强大的隐身能力。

目前，公开资料显示，世界上并没有某个国家真正具有了高超声速作战、运输或空天飞行能力。因此随着时间的推移和科技的进展，高超声速技术将对作战、运输和太空探索等领域产生巨大的影响。

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