奋起直追的先行者:美国大力研制高超音速武器
2019-03-26木笔客
木笔客
美国是高超音速武器研发时间最长、基础最好、投入最多的国家。美国国防部发言人巴尔丹萨曾说,“美国数十年来对高超音速技术的研究一直处于世界领先地位,但我們决定不对其进行武器化”。但面对其他国家近年来在该领域的迅速发展,美国的领先地位有所动摇,美国空军上将保罗·塞尔瓦曾公开表示,在其他国家发展研制高超音速领域武器的背景下,美国必须恢复自己在该领域的领先地位。
从高超音速飞行器到高超音速武器
美国是高超音速技术研究的先行者。早在20世纪50年代,美国就开始研究高超音速技术最为关键的部分——超燃冲压发动机。1954年美国宇航局启动“高超音速发动机计划”,用以验证冲压发动机在飞行马赫数为4~8时的推力性能,并成功研制出X-15试验机。X-15在近十年的时间里,创造了有人驾驶飞机飞行速度达到马赫数6.72(约7274千米/小时)和10.8千米升限的世界纪录,它的试验飞行几乎涉及了高超音速研究的所有领域,并为美国后来水星、双子星、阿波罗有人太空飞行计划和航天飞机的发展提供了极其珍贵的试验数据,其搭载的超燃冲压发动机研究经验直接奠定了美国高超音速的发展基础。1997年1月,美国宇航局与德莱登飞行研究中心、兰利研究中心签订合同,正式启动“高超音速-X”计划,最终研制成功X-43系列飞机,其设计时速高达11500千米/小时(约马赫数10)。但由于技术不够成熟,X-43在2001年6月的一次试飞中运载火箭发生故障,“高超音速-X”计划遭受挫折。
美国最早研究高超音速技术主要是用来服务其太空飞行计划,为航天飞机甚至空天飞机做技术储备。但在20世纪80年代后,空天飞机项目逐渐受到冷落,高超音速飞行使用的超燃冲压发动机用以载人飞行器的弊端日益凸显,美国开始将目光转向武器应用。
2000年,美国国防部高级研究计划局与波音公司启动“高超音速导弹计划”,要求研制一款马赫数6以上、航程644千米以上、平均造价不高于20万美元/枚的低成本高超音速导弹。据称,该计划受到海湾战争的启发,当时伊拉克装备的大量飞毛腿导弹由于速度较快,美国部队未能全部摧毁。2002年美国空军又与国防部高级研究设计局联合发展“猎鹰”计划,试图打造具备全球打击能力的高超音速平台。其中最为亮眼的部分要属其中开发的高超音速无人飞行器,要求其具备亚轨道作战能力,可以像普通飞机一样正常起降,还能在3~6千米的高度实现高超音速飞行,巡航速度在马赫数12左右,进入目标周围后释放空对地打击武器,并具备完成任务后一定高度的滞空时长。由于猎鹰HTV-2号在2010年和2011年两次试飞均告失败,猎鹰HTV-2号项目已经基本停滞。“全球快速打击计划”重心已经完全转移到“先进高超音速武器”项目上。
“全球快速打击计划”于20世纪90年代提出,目的是让美军能在1小时内用常规武器打击地球上的任何目标。2004年美国空军曾在“全球快速打击计划”的推动下又启动X-51A项目,用以测试小型超燃冲压发动机。但在X-51A项目投入近十年、耗费近3亿美元后,美国虽然进一步掌握了超燃冲压发动机的技术参数,但在高超音速武器化上并未取得大的突破。美国陆军“先进高超音速武器”项目反而完成多次飞行试验,2011年首次飞行便在30分钟内飞行超过3700千米并准确击中目标。2014年美国海军在“先进高超音速武器”项目基础上充分吸收之前试验的经验教训,以海基部署为前提,重点发展潜射型中程高超音速滑翔导弹,并于2017年10月完成首次飞行试验。
大国战略竞争加剧美焦虑感
高超音速武器卓越的技战性能,使其成为各国争相发展的“杀手锏”武器。近年来,世界主要军事强国根据本国实力纷纷制定出各自的发展计划,在本国的高超音速武器项目中投入了巨额资金,力图在未来高超音速武器作战中抢占先机。其中,俄罗斯在一些关键技术和领域还获得了领先地位。英国核技术领域专家詹姆斯·阿克顿表示,美国无力对抗俄罗斯高超音速武器。
在此背景下,美国感觉到了前所未有的焦虑和紧迫感。2017年3月,在美国第32届国防工业协会上,美空军装备司令部官员首次将高超音速武器装备发展比喻成一项“曼哈顿工程”。2017年7月,在美国亚特兰大召开的AIAA推进与能源会议期间,美国空军部负责科学、技术与工程的代理副部长柯林·塔克尔上校称,“目前形势下,我们已认识到现在是必须制订(高超音速)装备转化战略的时候了。”美新版《国防战略》报告强调,“科技的快速发展和战争形态的不断变化对安全环境造成影响”,新兴技术如人工智能、定向能、高超音速等,其发展将决定美国是否“有能力打赢未来战争”。其表明,美国已将加快发展高超音速武器上升到国家战略竞争的高度,上升到美军能否打赢下一场战争的高度,预示着美国将集中资源加快高超音速武器装备发展进程,争夺高超音速武器装备作战的战略制高点。
此外,美国把突破俄罗斯等国的防御系统作为研制高超音速武器的另一目标。近年来,俄罗斯等国大力发展先进防御技术,令美国传统打击手段整体效能降低,而高超音速武器优越的性能,使目前的反导系统无法对其作出及时反应,大大增加敌防御成本。因此,美国加紧研制高超音速武器,以在未来的冲突和战争中,更好更快突破俄罗斯等国防御体系,为己方赢得绝对的战略优势。
美高超音速领域王者归来?
美国曾不止一次强调,五角大楼需要“重新审视国土防御”,也开始将武器研发的资源向高超音速武器方向倾斜。根据美国“2018财年国防授权法案”,美国国防部长责成国防部办公厅负责高超音速打击技术研发,先期投入约10亿美元,并计划在未来5年再拨款12亿美元。根据美国国防部2019财年预算申请文件,美军大幅增加了高超音速导弹在研项目数量,预算总额激增至8.2亿美元。在政治和经费支持下,美军的高超音速武器发展计划全面加速。综合相关文件和资料,我们可以一探美国高超音速武器研制的未来走向。
一是美加快高超音速武器实战化步伐。根据预算文件,美同步新启动了多个型号研制项目,主管机构也发生了重大调整。全部8个高超音速武器项目中,4项为2019财年预算文件新增项目,其中3项又是型号研制项目,包括空军主管的2个战术级导弹项目和海军主管的1个战略级导弹项目。因此总体上,美军高超音速导弹科研布局当前正在进行的最大调整是,由国防部高级研究计划局和国防部办公厅等直属机构主导开展的、以技术集成演示验证为目标的预先研究,全面转入由空军、海军等军种主导开展的、以形成作战能力为目标的型号研制。美国《2018财年国防授权法案》要求美国国防部在2020年前完成装备发展决策,在2022财年具备一定的高超音速打击能力。这表明,随着潜在对手们带来的高超音速威胁越来越紧迫,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。
二是战术级高超音速导弹海陆空多型号同时推进。美军在原有“战术助推滑翔”项目和“高超音速吸气式武器概念”项目两个验证项目的基础上,新增加3个项目,即同時并行开展了总共5个科研项目,其中包括空军2个型号项目以及国防部高级研究计划局和各军种联合主管的3个预研项目。此外,5个项目中的4个都是采用助推滑翔类方案,而且还降低了吸气式巡航方案的预算。这表明,美军认为助推滑翔方案在技术上更成熟,现阶段已成为发展重点,而吸气式巡航方案还有待进一步开展技术攻关。此外根据《航空周刊》报道,美国已整合海陆空三军,基于美国陆军“先进高超音速武器”项目研制通用型“高超音速通用滑翔飞行器”,以整合资源、改变三军各自为战的混乱局面。五角大楼项目负责人拉弗蒂透露,三军合作研制高超音速滑翔飞行器,将加速研制进度,几个月内就会取得进展。据称之所以美军如此看重研制进度,是因为中俄在高超音速技术领域已经取得显著进展。
三是战略级高超音速导弹项目进入工程研制。在战术级高超音速导弹全面开花的同时,美军惟一在研的战略级高超音速导弹也走到了由技术验证转入型号研制的临界点。据美海军和国防部办公厅发布的2019财年预算申请材料,该项目将从2020财年开始彻底移交至美海军主管。海军将该项目更名为“常规快速打击”(CPS),并计划在2018财年-2023财年继续投入21亿美元。预算文件显示,CPS项目当前工作仍定位为技术验证,但在预算文件中明确指出CPS项目将在2019年下半年进入“工程与制造发展”阶段,并一直持续到2023财年或以后。这也意味着美海军的战略级潜射高超音速导弹将在2023年以后形成装备。综合信息表明,美军战略级潜射型高超音速导弹将使用滑翔飞行模式,仅携带常规战斗部、射程可能在4000~5000千米之间,配装在俄亥俄级巡航导弹核潜艇和弗吉尼亚级攻击核潜艇上。2018年10月,海军和德拉普实验室已经签订了价值超过约4亿美元的合约,以支持相关研发。
美国国防部主管研发与军事工程的副部长迈克尔·格里芬2018年12月13日在会见媒体时称,美国将在2020年代中期拥有能发挥作用的高超音速武器防御能力。格里芬曾说,美国虽然已经完成了所有高超音速武器的初步研究,但是美国不将其武器化的决定使得美国的高超音速武器研发与中俄相比有点落后。既然中国与俄罗斯已经将高超音速技术武器化,美国必须做出回应。他认为:“我们在回应方面有点滞后了。不过,我们会很快赶上并超越他们。”
格里芬的表态并非毫无依据,美国依然是当前世界上对高超音速研究基础最强、投资最大、体系最全的国家。尽管在过去的一段时间里,美国过于追求高超音速的极致性能、顾忌相关配套技术还不够完善,在高超音速武器化上放慢了脚步,但不意味着他在高超音速武器竞赛中已经彻底落后。在丰厚技术底蕴和他国技术发展的刺激下,美国重新加大了对高超音速武器的投入,如同一头雄狮从睡梦中惊醒,势必将成为争夺高超音速技术桂冠的有力竞争者。