杂志汇太空探索

美军发展高超声速武器再升温

作者:□ 黄志澄
□ 黄志澄

《美国空军2035年的核心使命》

美军高超声速武器发展路线图国内外媒体高度关注的高超声速武器基本是两类:以超燃冲压发动机为动力的巡航导弹和高超声速助推滑翔飞行器。对于前一类飞行器,美军的高超声速试验飞行器X-51A先后进行了4次飞行试验。2013年5月,美国的高超声速试验飞行器的最后一次飞行,达到飞行速度超过5,在这个速度下飞行了210秒。2010年4月和2011年8月,美国的高超声速试验飞行器HTV-2的两次飞行试验,均告失败。美国陆军的先进高超声速武器(AHW)在2011年8月进行了首次飞行试验,取得成功,但2014年8月的第二次飞行试验却宣告失败。2014年7月美国空军科学顾问委员会(SAB)评估指出,目前美国高超声速飞行器多项关键技术的技术成熟度只达到5+水平。在这之后,美国的高超声速武器的发展进入了低谷。

2013年美国空军研究实验室启动了“高超声速打击武器(HSSW)”的研究工作,它是一种飞行马赫数为5或者稍高的导弹,目前已经投入了3亿美元资金,但尚未完成初步设计评审。2014年,美国空军和美国国防高级研究计划局(DAPRA)合作,启动了“高超声速吸气式武器概念(HAWC)”和“战术助推滑翔(TBG)”两个项目,其2014财年获批的经费只有1500万美元和2800万美元。之后两年,这两个项目的经费虽有变化,但其数量级大体相当。

美国发展高超声速武器已超过半个世纪,其中经历多次起伏,但进入2016年后,美国军方对发展高超声速武器出现了再升温的迹象。

美国空军设想2035年的战争

美国空军在2015年9月15日正式发表了题为《美国空军2035年的核心使命》的《空军未来作战概念》报告。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、训练与装备的最新文件。这份新文件作为之前发布的《美国空军:召唤未来》和《美空军战略主计划》的配套文件,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。文件通过美空军2035年的五项核心使命阐明了作战敏捷性的应用。

这份文件大体描述了美国空军未来20年如何执行核心使命。鉴于可预测的战略与作战环境,或作为联合、跨部门或跨国部队的一部分,或独立支持美国国家安全目标,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。

《美国空军2035年的核心使命》文件中提出了若干2035年的作战设想。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,4架母机投放200架高亚声速小型飞行器,后者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弹药。后者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);其他高超声速弹药则摧毁了岸舰导弹连和攻击艇的驻泊地。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。后一报告指出:美国空军必须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、纳米技术、无人系统、自主和定向能并列为“改变游戏规则”的五大技术。

实际上,进入21世纪后,美军一直重视高超声速技术的发展。2001年,美国国防部和NASA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。2008年2月,美国国防部向美国国会递交了《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,计划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。

根据上述路线图,美国当前有关高超声速武器的项目,包括空军的HSSW,美国空军和DAPRA合作的HAWC和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。另外美国陆军的AHW项目,正在准备进行第三次飞行试验。2015年5月,AFRL发布了“HSSW技术成熟计划”的招标公告,明确提出了涵盖HSSW所有关键分系统以及系统集成的技术开发需求。在五角大楼的2017财年预算申请中, DARPA和空军用于HAWC项目的预算申请为4950万美元,高于去年的1350万美元;用于TBG项目的预算申请为2280万美元,比去年增加一倍。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,美军发展高超声速武器正在加温,但由于保密原因,外界对这些项目的技术细节知之甚少。由少量文献可知,除了有动力的系统正在继续研究推进系统外,无论是有动力系统还是无动力的系统,都在深入研究解决气动、控制和防热及它们的相互影响等问题。

美军飞行试验过的X-51A

X-51A挂在 B52H飞机的机翼下

美军试验失败的HTV-2米切尔空天研究所的报告

2016年3月美国空军联合会的米切尔空天研究所(Mitchell Institute for Aerospace Studies),发表了由空军历史学家R. Halliontt和曾担任美国空军研究实验室主任的退休空军少将C.Bedke编写的报告《高超声速武器与美国国家利益:21世纪的突破》报告。报告称,美国国防部应该在高超声速武器上投入重金,以帮助美军突破敌方日益多样的潜在防卫手段。

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“发射器到目标”的时间,并能更有效地利用情报打击目标;(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1000英里以外的目标,高超声速情报侦察(ISR)系统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,有效使高超声速攻击方干预敌方的指挥、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存活。

报告指出,中俄已经对高超声速武器技术领域进行投资。至少在过去两年内,中国已经对WU-14高超声速飞行器进行了至少5次试验,实验过程包括将一枚火箭发射到大气层顶端,然后在下落时释放出一枚速度达到高超声速的滑翔飞行器。与此同时,俄罗斯则计划于2020年试验新型高超声速武器。

报告认为,美国的投资“由于优柔寡断、犹豫不决而正在面临危机。在高超声速飞行方面走在前沿的美国必须加倍努力,以维持其领导地位”。根据研究报告的构想,美军将在在2020年至2030年间完成空射中程超高声速打击武器,在2030年至2040年间完成性能更为强大的攻击性、具有情报搜集功能的超高声速武器,然后在2040至2050年间“最终完成持久的可重复使用的超高声速飞行器”。

报告指出,尽管有人驾驶的高超声速飞机还需多年时间才能实现,但所有证据都显示,能从飞机、舰船、潜艇和机动陆基发射器发射的高超声速武器有望在10年内实现作战部署,并且航空航天工业界称,如果美国承诺稳定、有序的投资,部署时间有望缩短一半。

报告建议,为了确保成功,国会、国防部和决策者必须制定合适的政策导向和作战概念,还必须避免过于激进的项目进度,每个增量都应该与首要目标密切相关,每个项目之后都应该将技术转化成有用的能力。报告还建议,为了确保项目承诺,一个有效的方法是建立项目办公室,向美空军负责采办的助理部长汇报。其次,美空军必须树立竞争性的高超声速武器发展理念,在初始设计评审中资助至少两支团队。

在2004年至2008年担任美国空军首席科学家,现为国防分析科学与技术政策研究所所长的Mark .J. Lews在今年3月的美国《空军杂志》上,发表了《高超声速武器已经长大成人》一文,全面肯定了上述米切尔空天研究所的报告。文章结束时说说:“显然,美国在高超声速领域建立了它在早期的领先地位,但是无法肯定,第一个实际的高超声速武器究竟是打上美国的标记,还是其它国家的国徽。”

美国《国家利益》网站4月27日刊发题为《美国空军首席科学家说高超音速武器将在本世纪20年代就绪》的署名文章。文章称,尽管空军和五角大楼的科学家迄今已经取得相当大的进展,但在高超声速飞机和武器做好参加实战的技术准备之前,仍有很多工作要做。空军首席科学家格雷格•扎卡里亚斯在接受采访时说:“现在我们正把注意力集中在完善技术上,涉及所有零部件、导航控制、材料学、弹药、传热以及其他所有问题。”这位首席科学家提出的美国研制高超声速武器的进度,和上述米切尔空天研究所的报告的提法完全一致。

美军飞行试验过的X-51A

米切尔空天研究所的报告

美国空军正在研制的HSSW导弹美国国防部的战略考量

2016年3月6日,美国《华盛顿自由灯塔》网站发表了《高超声速军备竞赛为美国构建高速导弹升温》一文。文章详细报道了上述米切尔空天研究所的报告,并报道了美国国防部长阿什•卡特在此前一周于加州演讲中,透露五角大楼应对来自中国和俄罗斯的威胁的新的高科技武器,将包括超高速导弹。卡特指出,今年武器的研究和开发的718亿美元的一部分,将用于“可以在声速五倍飞行的新高超声速导弹。”卡特的讲话是美国首位国防部长对DAPRA,空军和陆军发展高超声速导弹的表态。

这篇文章介绍说:负责空军武器研究的少将T.Masiello在2 月26日的会议上透露,高超声速打击武器有两大技术原型,即以超燃冲压发动机为动力的巡航导弹和高超声速滑翔飞行器,美国能在4年内准备就绪。他说:“我们正在寻找更多的单打、安全打,

并试图完成一个本垒打。它们将在近几年波音X-51高超声速超燃冲压发动机导弹的基础上发展。”“过去的X-51试验不应该意味着高超音声速武器发展的结束。你必须建立一个允许失败的环境,因为如果不这样做你就不能确定技术的边界。困扰 X-51导弹的一个问题是发动机在非常高的速度下点火。第二次测试的失败是由襟翼破坏引起的。”

2016年5月6日,美国的《环球飞行》网站发表了《国防部始终关注高超声速导弹和机动弹头》一文。文章说:作为美国,俄罗斯和中国追求的长距离、高速助推滑翔飞行器和超燃冲压发动机/冲压发动机为动力的攻击性武器,美国战略司令部副司令斯蒂芬•威尔逊中将5月6日在华盛顿的空军协会论坛上说;装备那些用核弹头的高超声速飞行器当前不是对话的一部分,至少对美国是如此。威尔逊说俄罗斯和中国在高超音速武器竞赛上抬头,美国必须积极地推进这项技术,因为它会突破在全世界兴起的新的防空系统。他说:“说起速度,速度使一切都复杂化。我们的对手正在做的事就是使防御复杂化了。”

该文章说,美国国防部副部长罗伯特•沃克在3月米切尔空天研究所纪念沙漠风暴行动的活动中说,高超音速武器是恢复美国技术优势的五角大楼的所谓第三次抵消战略的重要组成部分。他说:“不用说,我们的对手都非常快地追求它们。”他并指出,中国似乎取得了许多进展,特别是高超声速滑翔飞行器的进展最显著。但中国有几百座高超声速风洞是令人难以置信的。

美国国防部副部长罗伯特沃克说:美国怎样快速或缓慢地发展高超声速武器,将取决于今后几年在职权范围内所作出的战略抉择。威胁是真实的,足以让众议院军事委员会通过一项立法,将指令美国导弹防御局立即开始记录旨在创造能够击败高超声速助推滑翔飞行器和机动弹道导弹的防御系统方案。

另一方面,美国空军部长詹姆斯2月底在出席空军协会举办的空战论坛时提出,为支持第三次“抵消战略”空军需要发展自主学习系统、人机协作、辅助人的行动、人机战斗编组和网络使能半自主技术等5项技术。4月12日,在美国参议院武装力量委员会新兴威胁与能力分委会召开的听证会上,美国防部负责研究与工程的助理国防部长史蒂芬•威尔比阐述了为支持第三次“抵消战略”,美军期望具备的6种作战能力、重点发展的5大技术领域及经费重点投入的6个方向。此次听证会上,DARPA局长也重点阐述了该局为支持第三次“抵消战略”开展的两类研究项目:对抗“下一代敌人”的下一代技术、支持远期竞争优势的基础性技术。上述三人报告中提出的项目中均未列入高超声速技术。分析其原因,一是高超声速武器过于敏感,不便公开。二是说明美军对人工智能技术和无人系统情有独钟。三是说明美军对高超声技术,特别是对超燃冲压发动机的技术进展,还存在一定的不确定性。

另外,4月21日,美众议院武装力量委员会战略力量分委会通过一项《2017财年国防授权法案》修正条款,要求美陆军战术与条令司令部研究部署射程达500千米~5000千米的常规陆基导弹的潜在军事效益。而该类导弹部署仍为美苏1987年签订的《中导条约》所禁止。由此可见,美陆军的AHW项目可望再次进行飞行试验,而“战术助推滑翔”项目,估计也会继续推进。

结束语

综合上述报道可知,由于高超声速武器的世界格局正在发生变化,美国军方对高超声速武器的关注也相应升温,但并不急于求成,而是注意打好基础,分阶段稳步发展。目前的重点是研制飞行马赫数为5或稍高的导弹和适用于中程打击的助推滑翔弹头。在执行这些项目中,会积极调动军工企业的积极性和鼓励它们进行竞争。同时,美军将会根据中俄发展高超声速武器的进展,随时调整其相应的投资强度。

近年来,美国空军一直致力于构筑高超声速武器的技术基础。美国国防部在其2017财年国防预算申请中,首次在国防部核心试验与鉴定设施投资计划(CTEIP)下为专门高超声速飞行器试验设施建设编列了1600万美元预算经费,旨在解决当前发展高超声速武器中所需关键设施的能力缺陷。2016年4月5日美国空军研究实验室(AFRL)通过美国联邦商机网站发布了“经济可承受的常规高超声速试验”(HyRAX)项目招标预告。HyRAX项目旨在通过研制一种可重复使用的高超声速试飞平台,提升包括气动、自主控制、材料、推进、结构和机载系统在内的高超声速技术成熟度。

洛马公司提出的高超声速飞机SR-72的设想

美国空军和N A S A合作研制但下马的 NASP空天飞机

2014年展出的俄印合作研制布拉莫斯2导弹的模型

 

在阳光海岸见证长征七号腾飞

长征七号——让长征火箭实现脱胎换骨

第三届中国卫星全球服务国际合作商洽会在京召开

小型运载火箭——新兴商业航天发射公司的敲门砖

美军发展高超声速武器再升温

主题讲座吸引航天爱好者

相关文章