美国高超声速武器研制进展及评析

廖孟豪/中国航空工业发展研究中心

高超声速武器是美国装备研制的重点，也是美国全球打击战略的重要依托。美国积极推进该领域的研发，在攻防两端取得了重要进展。

近年来，美国积极推进高超声速武器的研制，并取得了积极成果。美国海陆空三军正同时基于SWERVE项目成果研制潜射/陆射/空射型高超声速助推滑翔导弹，并总结了美军高超声速导弹发展的三条路线；美国陆军披露“远程高超声速武器”（LRHW）项目并透露MDA加入三军通用滑翔飞行器研制项目；美国海军发布“常规快速打击”（CPS）武器系统工业能力调研公告，将研制弹径0.76m的潜射型高超声速助推滑翔导弹；高超声速飞机TBCC发动机地面验证项目最新进展，已完成双模态冲压发动机低马赫数模态转换试验；美国导弹防御局同时授出21份“高超声速防御武器系统概念定义”合同。

美国海陆空三军高超声导弹研制进展

2018年10月11日，据美国《航空周刊》报道，根据两名熟悉相关项目情况的消息人士透露，在美国国防部直管的某个项目（该项目计划2021年列装高超声速导弹，编者注：应指2008年启动的“常规快速全球打击CPGS”项目）框架下，美国三军正在各自实施自己的高超声速导弹项目，即美国陆军的“先进高超声速武器”（AHW）、美国空军的“高超声速常规打击武器”（HCSW）和美国海军的“常规快速打击”项目。其中，美国海军正基于陆军AHW项目成果，开展“通用滑翔飞行器”的设计工作。随后，美国陆军太空与导弹防御司令部将研制飞行试验用的原型机。然后，桑迪亚国家重点实验室将制造该型“通用滑翔飞行器”。三军同时正在分别研制各自高超声速助推滑翔导弹所用的助推器。

设计“通用滑翔飞行器”反映了美军为应对中俄迅猛发展高超声速导弹的急迫需求。美军花了数十年时间试图研制理论上性能更好的半锥型升力体滑翔飞行器设计，但三军目前正在研制的滑翔飞行器是更成熟的圆锥型旋成体布局方案，该方案由桑迪亚国家重点实验室在1979～1985年依托“有翼高能再入飞行器实验”（SWERVE）项目完成了飞行验证。虽然目前还不知道“通用滑翔飞行器”的最终方案，但其总体设计应该仍会沿用AHW方案。

美国陆军AHW和海军CPS项目的方案早就明确是基于SWERVE成果，但空军HCSW项目滑翔飞行器的方案直到2018年9月中旬才最终明确下来，即HCSW就是空军版的AHW。根据国会服务处的资料，从2006财年开始，陆军在AHW项目上累计投入了10.1亿美元。美国陆军和空军的“通用滑翔飞行器”目前计划在2021年形成能力，美军官员认为即便是一型性能有限的高超声速武器，在没有更高性能的同类武器出现前，也能够提供有效的威慑效果。

美国卡耐基国际和平基金会核政策项目主席詹姆斯·阿克顿（James Acton）表示，高超声速助推滑翔导弹按照弹道轨迹发射，然后再入大气层并在高速状态下实施一个拉起机动，然后开始进行滑翔飞行器，直至击中目标。SWERVE飞行器在飞行试验中完成了Ma12、10°攻角的拉起机动，然后以Ma8的速度、0°攻角滑翔飞行了约60s，有效验证了带有小型三角翼和舵面的球形钝头体圆锥布局方案能够成功在再入过程中完成机动。这种飞行器也能够在滑翔过程进行滚转机动，以缓解气动加热问题。不过，SWERVE方案也有缺陷，该飞行器在末段的敏捷性非常有限，也无法接收中段导航信息更新，导致该方案被束之高阁长达二十多年。

但随着潜在对手们带来的高超声速威胁越来越紧迫，五角大楼已经没有时间慢慢研发更高性能的设计方案了，比如具有更大横向机动能力的助推滑翔导弹或者吸气式的巡航导弹。因此，五角大楼要求各军种必须接受一个适合三军使用、不太完美但是能够快速形成装备的武器系统。

美陆军太空与导弹防御司令部AHW项目采用的双锥体布局滑翔飞行器构想图（图片来源：美国陆军太空与导弹防御司令部）

美国空军负责采办、技术和后勤的助理部长威尔·罗珀（Will Roper）在9月份与记者们的一次会议上表示，“这需要抱着一种借鉴吸收的心态，用成熟的技术以最快的途径达成目标。”

这一方式也使得桑迪亚国家重点实验室可能转身变成世界上最大的高超声速武器工厂。如果导弹能够按计划在2020年进入生产，桑迪亚必须满足每年数10枚的生产要求，而且这种导弹因为热防护要求都具有非常独特的外形和材料。

“通用滑翔飞行器”的披露也使外界意识到五角大楼目前至少按照3条路线同时在实施至少7个不同的高超声速导弹项目。在近期，第一条路线是圆锥体构型的“通用滑翔飞行器”，支撑陆军AHW、海军CPS和空军HCSW共3个项目。在中期，第二条主线是美国空军联合DARPA仍在推进楔形构型的助推滑翔导弹。基于“战术助推滑翔”（TBG）项目，美国空军8月份将“空射快速响应武器”（ARRW）项目4.8亿美元研制合同授予了洛克希德●马丁公司。同时，雷神在DAPRA的主管下也在研发海军用的舰射型TBG导弹。作为DARPA“作战火力”（OpFires）项目的后继项目，美国陆军也在论证立项一种更加先进的武器系统。同时，第三条线是DAPRA依托“高超声速吸气式武器概念”（HAWC）仍在继续研发高超声速巡航导弹技术，洛克希德●马丁公司和雷神正在展开竞争。目前，还没有公开信息显示该技术验证项目将会有后续型号研制项目。

美国陆军高超声速武器研制项目进展

2018年10月22日，美国《航空周刊》报道，美国陆军太空与导弹防御司令部（SMDC）2018年10月22日在接受《航宇日报》记者采访时披露，SMDC计划设立一个新的项目办公室，专门管理通用滑翔飞行器的研制和生产；并进一步透露，该办公室将“与美国空军、海军和导弹防御局（MDA）一起合作研制一型高超声速滑翔飞行器。美国海空军和MDA都可以派人进入该办公室。”SMDC计划2019年初建立该项目办公室，由一位少将领导，但目前人选还未确定。

美国陆军AHW项目滑翔飞行器外形想象图（图片来源：美国桑迪亚国家实验室）

MDA在这个通用型高超声速滑翔飞行器项目中的定位主要是获取相关导弹数据以作为其正在发展的高超声速防御系统的目标。

2016年，美国国会指示MDA设立一个新的在册项目，聚焦于建设专门应对高超声速武器威胁的新型防御能力。MDA目前已经开始设计天基传感器网络，用于探测和跟踪在大气层内机动的高超声速导弹。

该通用型高超声速滑翔飞行器是美军建设高超声速作战能力迈出的第一步。其中，美国空军计划在2022年前列装“高超声速常规打击武器”（HCSW）导弹，美国陆军计划在同样的节点列装“远程高超声速武器”（LRHW）导弹，美国海军的高超声速导弹则面临最多的技术挑战，因为它要求满足潜射要求。

SMDC表示，SMDC在今年10月初为LRHW采办项目召开了工业日活动，目前尚未敲定最终的采办策略，但工业日活动主要聚焦于LRHW形成有限作战能力（LOC）。

美国海军发布“常规快速打击”武器系统工业能力调研公告

2018年9月28日，为贯彻《2018财年国防授权法案》要求快速研制和原型化一型海军“常规快速打击”（CPS）武器系统，并集成和战术部署到海基发射平台的目标，美国海军战略系统项目（SSP）办公室发布了“常规快速打击”（CPS）武器系统工业能力调研公告，旨在摸底潜在承包商的研发能力，帮助其后续制定相关招标文件。

美国海军CPS武器系统的主要子系统包括：

（1）全弹直径不小于约0.76m，带有高超声速滑翔弹头；

（2）集成有用于火控的武器控制系统；

（3）每具载荷模块装载3枚导弹，并包含支撑结构、防护、压缩空气弹射装置以及环境控制装置等；

（4）舰/艇载信息系统，提供技术文档、训练、数据维护以及其他舰上技术信息，和潜在舰下保障系统。

美国海军要求潜在承包商应具有大型武器系统集成项目管理经验和覆盖系统工程、设计、研发、集成、测试、验证与确认、后勤、原型机/产品生产与总装等全面的技术和工程能力。美海军SSP办公室需要工业部门针对以下具体能力要求提供反馈，以确保后续开展招标等工作时工业界有能力完成海军对该项目的要求，这些能力包括：

（1）有能力承担海军CPS武器系统项目全要素科研工作的牵头单位和系统集成商，在管理上具有足够的创新性和灵活性，能够适当地倾斜和调整人力及科研资源以满足可能会视情变化的工程量和进度要求；在复杂的合同制定环境下协调组织子合同商管理性能、风险和数据，组织团队完成CPS武器系统的研制、集成和生产。

弗吉尼亚级攻击核潜艇即将新增的VPM载荷模块（图片来源：美国海军）

AFRE组合发动机组成结构示意图（图片来源：DARPA）

（2）在《2018财年国防授权法案》要求的进度内，在最小化对海基发射平台影响的前提下，安全地完成CPS武器系统的设计、制造、集成和安装等工作。

（3）快速设计、研发、制造、交付和集成CPS武器系统预生产阶段原型机的软硬件和生产阶段型号产品的软硬件，具体应涵盖前文所述全部子系统及其他要求。

（4）识别可用于CPS武器系统项目的现有设施；

（5）发展和主导验证工作；部组件、子系统和系统的认证及集成测试；陆基和潜基APM（先进载荷模块）的试验；以及陆射和潜射飞行试验，以鉴定CPS武器系统满足作战部署对功能、操作界面、环境、性能和安全性的要求。

（6）出具全套技术、训练和生产等文档。

这份调研公告清晰地表明了美国海军对快速研制和部署CPS潜射型高超声速助推滑翔导弹的急迫需求和决心。美国《2018财年国防授权法案》要求美国防部在2020年前完成装备发展决策（MDD），在2022财年具备一定的高超声速打击能力。因此，该公告提到的《2018财年国防授权法案》进度要求应该就是这一进度。从做出装备发展决策到形成作战能力只有2年时间，这是常规采办程序无法办到的，因此美国海军肯定要走快速采办程序，可能会采用快速原型化的策略，在形成原型样弹的基础上快速投入实战部署，边用边试。这一点也可以从该公告特别要求承包商具有高度灵活的项目管理能力上得到印证。此外，该公告披露了导弹的一些细节，蕴含着非常有价值的信息，主要推论包括：

（1）CPS导弹射程可能只有1000km左右，实际上是一型战术导弹。公告提到该弹弹径不小于0.76m，且采用一筒三弹式装填，结合美海军潜艇上VPT发射筒2.2m直径和9.1m长度，推测该弹全长约8.5m、弹径约0.8m。此前美海军披露CPS导弹将采用两级固体火箭助推器。因此，可以大致推测，该弹是一型战术级导弹，射程可能只有1000km左右。该数值远小于美海军SSP办公室在2017年10月FE-1飞行试验时实际飞行的3700km射程。这一差异已经足以使人怀疑，两者或许瞄准的是两个不同的装备型号，即CPS是中近程导弹（射程1000km左右），FE-1瞄准的是中远程导弹（射程4000～5000km）。这意味着美海军可能后续将设立CPS之外的另一个型号项目，用来研制一型中远程的潜射型高超声速助推滑翔导弹。

（2）采用小型化、高精度弹头设计。公告明确要求该弹具有接近于零的打击精度（near-zero CEP impact accuracy）。美国陆军曾宣称AHW项目背景型号的精度为5mCEP（射程6000km），美国海军要求的近零精度可能就是这个量级甚至更低些。分析认为，该弹因为尺寸较小，导致战斗部的尺寸和载荷也很有限，必须依靠高精度来达到有效杀伤的效果。这也从侧面印证了该弹是一型战术级中近程潜射导弹的推论。

总之，美海军CPS项目从战技指标上看已经完全背离了2003年设立“快速全球打击”项目时建设非核战略打击手段的初衷，令人大跌眼镜。这从另一个侧面也反映了美军对于快速形成全方位高超声速打击能力的决心和力度。

DARPA的高超声速飞机TBCC发动机已完成双模态冲压发动机低马赫数模态转换试验

2018年10月11日，美国《航空周刊》报道，DARPA战术技术办公室项目经理克里斯托弗·克莱（Christopher Clay）在今年9月份举办的AIAA国际航天飞机与高超声速系统及技术会议上表示，“目前我们正在进行‘先进全状态发动机’（AFRE）项目的第一阶段工作，聚焦于验证可靠地完成模态转换。AFRE项目的关键是提高涡轮发动机的工作速度。涡轮发动机大多工作在Ma2.2～2.5，而冲压发动机的工作下限通常在Ma3.5以上。我们要将重点提高涡轮的速度上限，同时也会将冲压发动机的下限再降低一些。”

DARPA在2016年8月发布招标预告时初步拟定的AFRE项目任务分解及进度安排

表1 美国导弹防御局授出的21份高超声速防御武器系统概念定义合同

在AFRE项目下，美国洛克达因公司已经在NASA兰利研究中心的2.4m高温风洞中开展双模态冲压发动机的低马赫数模态转换试验。这轮试验主要聚焦于验证不同发动机工作模态在使用同一型号碳氢燃料时的点火、火焰稳定、燃烧稳定性等技术。该风洞用于鉴定涡轮与冲压发动机在变压力变马赫数环境下相互转换的过程。

在第二阶段，科研工作的重点将是研制TBCC的共用进气道和尾喷管。目前，波音和诺斯罗普·格鲁门公司创新系统公司正在同步开展飞机概念方案设计相关的试验工作。克莱透露，“我们通过两家不同的承研团队已经完成了不同途径下的多种高超声速飞机概念方案设计。”

尽管克莱没有明说，但另一家承研团队显然是洛克希德·马丁公司和洛克达因公司，该团队此前联合推出了SR-72高超声速飞机概念。克莱表示，“飞机概念方案设计研究工作能够帮助我们更好地从全机层面了解各种不同的问题，其中就包括对不同推进系统的需求问题。我们希望能够得出部件级需求，明确推进系统的详细需求。我们目前进展得很顺利。”

美国导弹防御局授出21份“高超声速防御武器系统概念定义”合同

2018年9月26日，美国导弹防御局（MDA）同时授出了21份合同，用于开展“高超声速防御武器系统概念定义”研究，每份合同经费为100万美元，合同周期均为2018年9月28日到2019年2月28日，共5个月。统计显示，这21份合同一共授予给了8家承包商（或团队），分别是洛克希德·马丁公司、雷神、诺斯罗普·格鲁门公司、波音、通用原子航空系统、德雷珀实验室、BAE系统和L3科技公司，涉及的拦截方案包括动能/非动能（包括激光、电磁等武器）、陆基/空基/天基、改进/新研、助推段/末段拦截等各种概念。

这一举动表明：（1）MDA对拦截方案目前仍处于发散探索的早期阶段；（2）MDA对发展高超声速防御能力非常重视和急迫；（3）这些方案不一定是多选一，而很可能会选出多个方案，针对高超声速导弹构建多重拦截的防御体系。