2021年国外高超声速技术发展回顾

韩洪涛 商翔伦 夏薇 陈祎璠（北京航天长征科技信息研究所）

1 高超声速武器实战化持续推进且竞争加剧

美国加速高超声速武器装备的研制和交付进程

瞄准在2025年前实现部署多款高超声速打击武器的目标，美国全面推动海、陆、空基高超声速导弹及相关技术的验证工作。

飞行试验方面，美国空军分别在4月、7月和12月开展了3次AGM-183A“空射快速响应武器”（ARRW）的助推飞行试验。首飞试验和第三次飞行试验中，ARRW未能从B-52轰炸机上释放。第二次飞行试验中，在导弹与B-52轰炸机分离后，火箭助推器未能点火。10月，美军在位于阿拉斯加科迪亚克的发射场进行了一次高超声速滑翔飞行试验，试验因火箭助推器发生故障而失败。此次试验是美国陆军“远程高超声速武器”和海军“中程常规快速打击”武器计划的一部分，首次对包含助推器和滑翔飞行器的高超声速整弹原型进行试验。

地面试验方面，针对美国海军和陆军高超声速滑翔武器通用的新型助推器，海军在5～10月开展的一、二子级发动机静态点火试验全部获得成功，其中一子级发动机成功验证推力矢量控制系统。7月，美国空军第780试验中队在佛罗里达州埃格林空军基地首次成功开展AGM-183A导弹的高爆破片战斗部试验。

9月，美国国防高级研究计划局（DARPA）成功进行了高超声速巡航导弹验证项目“吸气式高超声速武器概念”（HAWC）的首次样机自由飞行试验，验证了超燃冲压动力飞行器的集成和释放程序，与载机的安全分离，助推器点火和助推飞行，助推器分离和超燃冲压发动机点火，以及巡航飞行。

美国空军在2022财年正式启动“高超声速攻击巡航导弹”（HACM）项目的研制，该项目将在DARPA“吸气式高超声速武器概念”技术成果转化的基础上，发展一种同时适用于轰炸机和战斗机的超燃冲压发动机动力高超声速巡航导弹原型。为加快高超声速巡航导弹技术的成熟，美国联合澳大利亚启动“南十字星综合飞行研究实验”（SCIFiRE）项目，开发和演示空射的吸气式高超声速武器原型，作为HAWC项目和HACM项目过渡的桥梁。此外，美国空军研究实验室发布“一次性吸气式高超声速多任务飞行器”（Mayhem）的项目信息征询，推进可携带较大有效载荷的吸气式高超声速飞行器的研究。

美国海军通过高超声速推进器项目研究可在航母舰载机上装备的HAWC改进型。此外，美国海军提出开发一种名为“啸箭”（Screaming Arrow）的吸气式高超声速反舰导弹，由F/A-18E/F“超级大黄蜂”（Super Hornet）舰载机携带发射。

俄罗斯继续扩大高超声速导弹的装备能力优势

在取得率先装备的优势后，俄罗斯稳步推进“锆石”（Zircon）高超声速导弹部署前的试验，扩大“匕首”（Kinzhal）和 “先锋”（Avangard）导弹的实战部署规模，并启动新的武器项目研究。

“锆石”高超声速巡航导弹频繁开展试射，共完成3次水面舰发射，1次潜艇发射。7月，俄罗斯在白海从“戈尔什科夫海军上将”（Admiral Gorshkov）护卫舰上成功试射了一枚“锆石”高超声速导弹，导弹飞行350km后直接击中了地面目标，飞行速度马赫数约为7。10月，俄罗斯海军的核动力潜艇“北德文斯克”（Severodvinsk）首次从水面和水下试射了“锆石”高超声速导弹，射击目标是位于巴伦支海域的一个假想敌海上目标。11月，俄罗斯北方舰队在白海从“戈尔什科夫海军上将”护卫舰上成功试射了一枚“锆石”高超声速导弹，导弹飞行400km后击中一海上目标。12月，“锆石”导弹成功在夜间完成齐射试验。

该导弹的国家试验从2021年11月开始，共计划对海上和沿海目标开展5次试射。俄罗斯总统普京表示，“锆石”导弹将从2022年开始列装俄罗斯海军。此外，潜射型“锆石”高超声速导弹预计于2024年在亚森-M级攻击核潜艇上进行国家试验，并于2025年在海军服役。

俄罗斯扩大“匕首”高超声速导弹（代号Kh-47M2）的部署范围，新增部署地点包括与波兰接壤的加里宁格勒州、西伯利亚的克拉斯诺亚尔斯克边疆区等地。俄罗斯武装部队总参谋部还通报了在北极使用“匕首”导弹进行军事演习的情况，这些导弹未来将由北方舰队使用。此前，仅俄罗斯南部军区装备了“匕首”导弹。该导弹后续在2022年2月爆发的俄乌冲突中被俄军用于打击乌克兰军事目标，成为世界上首款在实战中运用的高超声速导弹。

8月，首个配备“先锋”高超声速导弹的导弹团在2021年年底齐装进入战斗值班，第二个配备“先锋”高超声速导弹的导弹团将于2023年进入战斗值班。

2月，俄罗斯的苏-57隐形战斗机在内部武器舱中搭载新型高超声速导弹模型进行试飞。该模型被描述为“功能性”全尺寸实体模型，没有发动机、火箭燃料和弹头，但在尺寸、形状和重量上则完全和实弹一致。

7月，俄罗斯消息报透露，俄军正在研制“锐利”（Ostrota）小型高超声速导弹，将在2022年开始试验。俄军事专家指出，“锐利”导弹的尺寸和重量将大大小于现有高超声速导弹，可装备图-22M3（Tu-22M3）和苏-34（Su-34）战机。俄罗斯《军事思想》杂志刊文称，俄罗斯空天军正在研制Kh-95新型远程高超声速导弹。Kh-95有可能是在“锆石”导弹技术的基础上开发的，将由图-22M3或图-160M等改进型超声速战略轰炸机使用，两者结合的打击距离可能超过10km。

朝韩加入高超声速武器研制行列

9月，朝鲜军方在慈江道龙林郡都阳里成功试射了新研制的火星-18（Hwasong-18）高超声速导弹。朝鲜国防科学家确认，本次新型高超声速的首次飞行试验确认了该导弹在主动段的飞行控制性能和稳定性、导弹战斗部的制导机动性和滑翔飞行特点等技术指标，并确认了发动机及首次采用的安瓿化导弹燃料系统的稳定性。随后,朝鲜在10月11日的“自卫-2021”国防发展展览会上，首次近距离展示了此前试射的高超声速导弹，该导弹采用了类乘波体高超声速滑翔弹头。而在2022年1月，朝鲜又对另一种高超声速导弹进行了试射，进一步展示其高超声速能力。

12月，韩国国防发展局（ADD）和地方主要防务机构韩华集团首次推出了“海科”（Hycore）陆基高超声速巡航导弹原型概念。Hycore高超声速巡航导弹长为8.7m、质量为2.4t，将从改进型玄武-2C（Hyunmu-2C）上发射，Hyunmu-2C是一种用于近程弹道导弹的公路机动式垂直发射系统。Hycore项目于2019年启动，将于2022年利用两枚Hycore试验导弹开展实弹试验。

2 可重复使用高超声速飞行器加速发展

NASA资助商业公司开展高超声速飞机关键技术研究

2月，NASA宣称将两个高超声速技术合同分别授予了通用电气公司（GE）和亚利安超声速公司（Aerion Supersonic），旨在开展高速飞机设计和推进系统研究，以探索高超声速技术的商业应用。这两个项目的研究都在NASA高超声速技术计划（HTP）框架下开展。其中，GE公司的研究重点是用于高超声速飞机的耐高温轻质陶瓷复合材料和涡轮基组合循环（TBCC）发动机，其中TBCC研究将基于F101发动机。亚利安超声速公司的研究工作将聚焦于飞行速度马赫数为3～5的亚高超声速范围内飞机的推进和热管理技术，评估推进系统和热管理技术的参数适用性，还将探索马赫数大于3的速度域问题，以及综合发电等方面的使能技术方案。

美创企获得空军高超声速飞机研发经费支持

8月，美国赫梅斯公司（Hermeus）获美空军6000万美元资金用于建造高超声速飞机，其任务目标包括建造3架“夸特马”（Quarterhorse）飞机原型机、测试全尺寸可重复使用的涡轮基组合循环推进系统，并向空军提供可用于未来作战推演的数据。赫梅斯公司希望开发出世界上第一架可重复使用的高超声速飞机，其能够在90min内从纽约飞至巴黎。

11月，赫梅斯公司展出了其“夸特马”概念机的地面原型，并在揭幕仪式现场进行了发动机的点火展示。该项目计划于2022年年中进行“夸特马”样机的两次风洞试验，并在2023年开展首次飞行试验。

美澳合作开发可重复使用高超声速运载飞行器

3月，媒体披露波音公司与澳大利亚高超声速发射系统公司（Hypersonix Launch Systems）合作，进行Delta-Velos新型可持续高超声速航天运载飞行器的设计研究。Hypersonix公司的计划是使用其在昆士兰大学研发的氢燃料高超声速超燃冲压发动机技术，再加上可重复使用运载火箭及小型上面级火箭。Hypersonix公司推出的“斯巴达”（SPARTAN）超燃冲压发动机以氢为燃料，效率高且可重复使用。基于该发动机的Delta-Velos飞行器将是一种可重复使用的氢动力高超声速运载飞行器，可加速至马赫数12，并能够在正常的跑道上降落。

3 高超声速飞行器关键技术取得重要进展

美国国防部与挪威合作开发高速推进技术

12月，媒体报道挪威纳莫公司（Nammo）正在与美国海军空战中心武器分部（NAWCWD）和挪威国防研究机构（FFI）合作，计划于2022年初在挪威安岛测试中心开展新型固体燃料冲压发动机（SFRJ）的首次远程试飞，同时试飞的将还有美国海军的“增程型战术高速进攻性冲压发动机”（THOR-ER）导弹推进技术演示器。“增程型战术高速进攻性冲压发动机”项目于2019年启动，是美国和挪威政府之间的一项双边倡议，旨在为全尺寸超声速/高超声速导弹原型机开发出造价低、速度快、航程远的固体燃料冲压发动机。该项目计划在2024年年底之前结束。

美国海军开展高超声速武器技术创新研究

海军水面作战中心投资400万美元启动22个高超声速创新科学工程项目（NISE）。NISE项目包括：开发高超声速武器使用的先进制造材料、高超声速武器建模与仿真、闭环火控回路杀伤效能分析、高超声速武器试验评估与控制改进，以及高超声速武器面临的威胁分析。飞行控制方面，海军水面作战中心对一种名为“超锥”（Hypercone）的锥形弹进行了试射，用以收集与高超声速飞行条件相关的气动力和气动热数据。

美国大学开展高超声速飞行器自主飞行技术研究

8月，美国国防部为宾夕法尼亚大学研究团队拨款150万美元用于解决高超声速飞行器自主飞行的难题，以创建灵活、准确和可导航的飞行轨迹。这笔研究资金由高超声速大学联盟管理，该联盟由国防部负责研究和工程的副部长下辖的联合高超声速过渡办公室资助。研究人员表示，当前正在构建和测试计算效率高的自主飞行模式内部算法，以使下一代高超声速飞行器具备自主快速生成飞行轨迹的能力。

英国完成“佩刀”发动机关键部件的地面试验

3月，英国的反作用发动机公司（REL）表示，已完成全尺寸热交换器和氢预燃烧器子系统试验，验证了向“佩刀”（Sabre）吸气式发动机的核心机供应热能和空气所需关键部件的设计。此次试验的3个关键组件是以前在航空航天环境中未使用过的关键子系统。反作用发动机公司目前正致力于将“佩刀”发动机技术用于Ma5战斗机和其他飞机的推进系统。

4 高超声速地面和飞行试验能力进一步提升

美军开展高超声速地面试验设施升级

4月，位于马里兰州白橡树地区的美国空军阿诺德工程研制中心（AEDC）已经完成9号超高速风洞性能升级工作，开始进行马赫数为18的高超声速飞行器试验活动。在此之前，9号超高速风洞只能产生最大速度马赫数为14的气流。

美军推进高超声速飞行试验能力的创新

8月，美国空军大福克斯基地计划移交刚退役的4架EQ-4B第20批次（Block 20）“全球鹰”无人机。诺格公司（Northrop Grumman）将负责对这批无人机进行改装，随后将交付美国空军用于高超声速武器试验任务。

10月，美国海军和桑迪亚国家实验室发射3枚探空火箭进行高超声速试验研究，成功对高超声速材料、传感器和通信设备等试验有效载荷进行了验证，试验结果将支持美军高超声速攻防武器技术项目。美国海军称：“在武器系统开发过程中，精密的探空火箭发射填补了地面试验和全系统飞行试验之间的重大空白”。

5 结束语

世界高超声速技术遵循从一次性导弹武器到高超声速飞机，再到可重复使用航天运载器的分步走发展应用路线。随着世界大国间军事竞争态势不断加剧，具有显著军事价值的一次性高超声速导弹仍然是当前的重点技术方向，美俄持续加快高超声速武器的研制和实战部署，朝鲜和韩国也相继加入研制行列。另外，高超声速飞机的研究呈加速发展态势，并可能通过商业力量实现民用领域应用的突破，然而，应用于航天运载器的高超声速技术仍处于方案探索阶段。围绕高超声速武器和高超声速飞机的装备能力需求，高超声速关键技术研究和试验能力建设不断取得进展。从长远来看，高超声速技术和能力的发展也将为可重复使用运载器上的应用奠定基础。