方有培，汪立萍，蔡亞梅，陳利玲

（中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京210007）

0 引言

為了威懾對手，美國提出“全球快速打擊”系統(tǒng)構(gòu)想以適應(yīng)新時期軍事轉(zhuǎn)型?！叭蚩焖俅驌簟毕到y(tǒng)構(gòu)想可實現(xiàn)全球快速、精確、洲際、決定性打擊，采用進入空間、利用空間、控制空間搶占太空戰(zhàn)略制高點，是美國為控制全球而大力發(fā)展的一種新型作戰(zhàn)手段。根據(jù)常規(guī)武器在1h內(nèi)對全球范圍目標實施“快、準、穩(wěn)、狠”打擊想定，美軍提出了助推-滑翔式導(dǎo)彈、高超聲速巡航導(dǎo)彈、戰(zhàn)略核導(dǎo)彈等改裝成常規(guī)導(dǎo)彈技術(shù)方案，以提高遠程、超遠程、洲際、精確打擊能力。

助推-滑翔式導(dǎo)彈方案主要包括研制射程覆蓋全球的“高超聲速飛行器”（HTV-2）、“常規(guī)打擊導(dǎo)彈”（CSM）、射程超過6000km 的用于前沿部署的“陸軍先進高超聲速武器”（AHW）；高超聲速巡航導(dǎo)彈方案主要包括發(fā)展機載高超聲速巡航導(dǎo)彈的X-51A 計劃，艦載高超聲速巡航導(dǎo)彈的“高超聲速飛行演示計劃”（HyFly）；“常規(guī)改裝計劃”（CTM）等。根據(jù)發(fā)展計劃，高超聲速武器應(yīng)具備以下能力：在接到命令數(shù)小時乃至幾十分鐘內(nèi)就能對全球上的任一目標實施瞬間快速打擊；按照軍方的要求，這一打擊武器的作戰(zhàn)距離至少在10000km 以上，具有遠程作戰(zhàn)能力。

快速打擊武器系統(tǒng)預(yù)計數(shù)年之后才能投入使用，因此該武器在設(shè)計階段就必須充分考慮其隱蔽突防能力，以滿足若干年后的戰(zhàn)場環(huán)境要求；由于這一新型武器系統(tǒng)將裝備常規(guī)彈頭，因此武器的打擊精度將非常重要，務(wù)求做到一擊即中。本文簡要介紹了“全球快速打擊”系統(tǒng)的進展情況，對其技術(shù)缺陷進行了分析。

1 美軍“全球快速打擊”系統(tǒng)進展概況

美軍的“全球快速打擊”系統(tǒng)計劃目前正處于技術(shù)演示驗證階段。截至2013年5月，共完成了4 次X-51A、2次HTV-2和1次AHW 的飛行試驗，在高超聲速動力技術(shù)和助推-滑翔關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一定進展，這是美國長期致力于發(fā)展太空技術(shù)的結(jié)果，雖然試驗中有成功也有失敗，但距離美軍預(yù)期的2015年左右形成實戰(zhàn)能力還有較大差距。

1）X-51A 的飛行試驗

X-51A 項目是一種超燃沖壓發(fā)動機驗證機，繼承于早期的X-43A 項目，以驗證高超聲速飛行能力，其終極目標是研制出高超聲速武器。它由波音公司與普拉特·惠特尼公司共同開發(fā)。X-51A 機體外形有一個扁平的頭部、彈體中部設(shè)有4片可以偏轉(zhuǎn)的小翼（襟翼），進氣道在腹部。X-51A 吊掛在B-52H 轟炸機翼下如圖1所示。由一臺JP-7碳氫燃料超燃沖壓發(fā)動機推動，設(shè)計飛行馬赫數(shù)在4.5～6.5之間。

圖1 X-51A 吊掛在B-52H 轟炸機翼下

①第一次試飛

2010年3月26日，X-51A 飛行器進行了第一次飛行試驗。B-52H 轟炸機攜載X-51A 升空，在15.24km 高空進入太平洋測試靶場將其釋放，在超燃沖壓噴氣發(fā)動機點火工作以前，由一枚陸軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)推進器（固體火箭）將它推進到速度大約馬赫數(shù)4.5，然后超燃沖壓發(fā)動機點火，原計劃工作170s，實際僅工作了143s，飛行器加速到馬赫數(shù)4.88，應(yīng)該說取得了突破性的進展。由于密封圈失效，造成發(fā)動機推力減小，然后失去加速度和推力，空軍地面控制人員不得不遙控將其摧毀。

②第二次試飛

第一次試飛失敗后，技術(shù)人員修改了密封噴氣管口的接口，還改變了相鄰壓力密封和發(fā)動機的后座端，一切都看似正常。2011年6月13日，美國空軍和X-5lA 的各公司開發(fā)團隊才在太平洋上空進行了第二次超聲速飛行研究試驗。飛行器第二次飛行試驗設(shè)定飛行速度馬赫數(shù)為6，飛行時間為240s。據(jù)報道，試驗中當X-5lA 從B-52H 飛機上釋放出后，它的飛行速度成功地被固體火箭推升至超過5個馬赫數(shù)，并且超燃沖壓噴射發(fā)動機首先靠乙烯實現(xiàn)了點火，但是，轉(zhuǎn)換成JP-7的噴氣發(fā)動機標準燃料（碳氫化合物）后，卻沒有成功點燃，無法加速到滿推力。此后地面人員多次試圖重新啟動，但均未成功，第二次試飛以失敗告終。事后調(diào)查原因為進氣道不啟動，認為進氣道前緣激波移動太遠，引起氣流偏移，最終導(dǎo)致超燃沖壓發(fā)動機啟動失敗。

③第三次試飛

2012年8月進行的第三次試飛仍以失敗告終。據(jù)宣稱失敗原因可能是振動導(dǎo)致一個作動器鎖故障，作動器突然開啟導(dǎo)致飛行器出現(xiàn)螺旋下降并最終墜落太平洋。目前，美空軍正在進行振顫試驗。

④第四次試飛

美軍在2013年5月1日實施第四次（也是最后一次）試飛終于成功。盡管空軍沒有提及飛行細節(jié)，X-51A 被認為是產(chǎn)生了正向加速度并加速至馬赫數(shù)5以上，而且持續(xù)完成了試驗計劃的有動力飛行階段。本次飛行可能持續(xù)了300s，隨后在500s左右飛行器開始無動力滑行下降，墜落在加州西部太平洋試驗場的海域中。如果這些時間和速度數(shù)據(jù)被確認，這將是持續(xù)吸氣式高超聲速飛行的新記錄。

2）HTV-2飛行器熱防護試驗

HTV-2在第一次飛行試驗中，飛行器表面燒蝕產(chǎn)生的縫隙造成強脈沖振動波，致使飛行器突然滾轉(zhuǎn)。說明HTV-2飛行器熱防護系統(tǒng)雖然經(jīng)過改進，但還是難以承受大角度再入大氣層時的高溫。第二次試驗也因多重振動波的嚴重干擾導(dǎo)致飛行器外殼氣動性能意外下降，使飛行提前終止。目前，美國正在開展1649℃以下前緣材料、1649℃以上纖維增強難熔復(fù)合材料、高溫多層隔熱、大面積防護系統(tǒng)和高溫密封件的研制工作。

2 美軍“全球快打”的技術(shù)缺陷分析

1）高超聲速飛行的控制技術(shù)不過關(guān)

在大氣層內(nèi)飛行時，由于高超聲速飛行中氣動加熱問題嚴重，飛行器中段與末段制導(dǎo)會受到嚴重影響而產(chǎn)生誤差，并因超高速飛行被進一步放大，致使命中精度大幅度下降。這類問題將長期困擾“全球快速打擊”武器的進一步發(fā)展。

為實現(xiàn)10m 的打擊精度，美海軍為“三叉戟-2”／D5導(dǎo)彈研制了E2 再入裝置（“增強效應(yīng)計劃”）和LETB-2再入裝置（“延壽試驗臺”），在慣性測量裝置（IMU）制導(dǎo)系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上嵌入GPS技術(shù)進行復(fù)合制導(dǎo)，并加裝具有滾動、偏航、傾斜三軸飛行控制功能的輔助翼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實現(xiàn)精確制導(dǎo)。

在IMU／GPS復(fù)合制導(dǎo)時，要求載荷必須承受40g的重力加速度，并保證性能可靠。但是，由于高速飛行將導(dǎo)致如下問題：

①在機動性能加大、再入裝置體積加大、再入速度加快的情況下，就會出現(xiàn)載波回路失鎖。

②在再入裝置釋放彈頭、布撒子母彈時，對于能量損耗式機動，類似問題同樣會出現(xiàn)。此類問題將致使IMU 誤差加速偏移（漂移），對精度控制產(chǎn)生影響。

③由于高超聲速飛行時氣動參數(shù)耦合嚴重，變化劇烈，飛行速度高，對軌跡控制精度產(chǎn)生較大影響。

HTV-2兩次飛行失利的主要原因之一就是傾斜氣動襟翼的控制技術(shù)不過關(guān)。后經(jīng)HTV-2項目主管證實，目前還沒有完全掌握對飛行器的有效控制。X-51A 第三次飛行試驗失敗的誘因也是控制翼故障。

2）沒有形成C4ISR 配套能力

“全球快速打擊”系統(tǒng)是一種非核戰(zhàn)略打擊系統(tǒng)，是在掌握目標獲取、精確定位、超遠程、洲際打擊等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的快速反應(yīng)與攻擊手段。若要確認1h內(nèi)跨越全球?qū)嵤┠繕舜驌?，對目標偵察、指揮、控制、情報能力提出了很高的要求：首先，需要具備能夠使導(dǎo)彈快速、準確識別目標的情報、監(jiān)視與偵察能力；次之，用以在短時間內(nèi)目標判定、制訂攻擊計劃、使運載裝置定位，以及下達發(fā)射指令的指揮控制能力；最后，還需用以驗證目標動態(tài)狀況以及摧毀目標的持續(xù)偵察能力。通過天基和地（海）基系統(tǒng)，美國可對目標和事件實施監(jiān)視、探測、識別、追蹤、評估、核實、編目以及表征等任務(wù)操作，獲取敵方行動情報，進行指揮、控制、通信、處理、分析、分發(fā)和存儲等相關(guān)操作。目前，這些實戰(zhàn)所需的C4ISR 能力還不完全具備。

3）沒有抗電磁干擾的能力

由于沒有形成C4ISR 配套能力，所以“全球快速打擊”系統(tǒng)是一個沒有任何抗干擾能力的系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)將有可能受到各種電磁干擾。

4）耐高溫防護技術(shù)不過關(guān)

為解決彈頭再入后燒蝕問題，必須完成復(fù)合材料的研制，要求研發(fā)可耐受4600℃高溫的碳纖維材料（多向柵格“碳-碳”材料）用于導(dǎo)彈防熱頭錐，以解決彈頭再入后數(shù)千度高溫燒蝕問題。HTV-1飛行器正是由于表層前緣曲線分層問題未能解決而被取消。

美國現(xiàn)役戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈再入體目前采用抗燒蝕特性好、熱傳導(dǎo)低的碳-苯酚材料，對于“三叉戟”常規(guī)改裝導(dǎo)彈，應(yīng)用這種熱防護技術(shù)具有比較大把握。但助推-滑翔導(dǎo)彈再入體末段機動范圍大，高速滑行時間長（據(jù)稱CSM 后續(xù)型號長達50min），暴露在高熱環(huán)境下的時間比彈道導(dǎo)彈長，強烈的氣動加熱會增加再入體外形材料的不穩(wěn)定性。為獲得外形更為穩(wěn)定的鼻錐、適當?shù)娘w行燒蝕率和盡可能小的熱傳導(dǎo)率，美考慮采用新型碳-碳材料。但要精確預(yù)測氣動熱力負載和燒蝕率、成規(guī)模制造大型碳-碳材料飛行器，也將面臨許多技術(shù)難題。

5）高超推進系統(tǒng)技術(shù)不成熟

高超聲速導(dǎo)彈采用超燃沖壓式噴氣發(fā)動機推進，需要使導(dǎo)彈的飛行速度達到馬赫數(shù)為5以上。從X-5lA 第二次試飛失敗的結(jié)果來看，致使發(fā)動機進氣道不啟動的原因有：進氣道激波控制能力不足，導(dǎo)致進入發(fā)動機的氣流瞬時減少，發(fā)動機推力過剩，致使飛行速度等超出進氣道啟動的邊界條件；進氣道設(shè)計沒有充分考慮到發(fā)動機燃燒要求以及與機體的匹配問題，且容易對外界刺激如氣流變化等產(chǎn)生反應(yīng)，從而影響穩(wěn)定性。類似現(xiàn)象在地面試驗和第一次飛行試驗中也曾出現(xiàn)。在HyFly項目的三次飛行試驗中：一次是因燃油系統(tǒng)問題導(dǎo)致飛行器僅加速到馬赫數(shù)為3.5；第二次試驗因燃油泵問題發(fā)動機末啟動；第三次試驗因機載飛行軟件異常中斷，發(fā)動機沒有點火。這說明美國在發(fā)動機點火與持續(xù)燃燒等關(guān)鍵技術(shù)上進展極其緩慢，遠不如法國和俄羅斯。

3 威脅分析

種種跡象表明，美軍“全球快速打擊”力量已呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。未來，這些武器一旦裝備，將對各國構(gòu)成嚴重威脅。

1）采用“手腳”并用的多元化戰(zhàn)略

美國現(xiàn)政府提出降低核武器在國家安全戰(zhàn)略中的作用，主要依賴于區(qū)域彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)與非核打擊力量的組合，加強非核戰(zhàn)略威懾能力。“全球快速打擊計劃”的提出，將使美國減少對于核威懾的過度依賴，填補戰(zhàn)略態(tài)勢中的“能力差距”，彌補其他非核打擊手段的局限性，采用“手腳”并用的多元化戰(zhàn)略，有效滿足快速打擊時敏高價值目標的要求，為美國提供更多的非核威懾選擇和危機應(yīng)對手段，保持熱點地區(qū)的前沿存在。

2）對反介入戰(zhàn)略構(gòu)成嚴重威脅

美國國防部認為，“全球常規(guī)快速打擊武器對于擊敗時間緊迫的地區(qū)性威脅具有特殊價值，是應(yīng)對反介入戰(zhàn)略的重要手段”。美國家研究委員會報告認為，在美國與區(qū)域性大國和對手的沖突和戰(zhàn)爭中，全球常規(guī)快速打擊武器可憑借速度和介入能力優(yōu)勢增強美軍常規(guī)軍事行動能力。報告中還指出，常規(guī)快速全球打擊力量具有“對俄羅斯核力量進行先發(fā)制人常規(guī)打擊的能力”，“對中國先進的核力量構(gòu)成可信的常規(guī)威脅”。AHW 再入速度超過馬赫數(shù)為20，末段撞擊速度達4個馬赫數(shù)，具有超強的突防能力，研制成功后將部署在關(guān)島、迪戈加西亞島和波多黎各，對中國的反介入戰(zhàn)略構(gòu)成嚴重威脅。

3）拓展美軍“外科手術(shù)式”打擊能力

美軍在總結(jié)近幾場局部戰(zhàn)爭經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上形成了“全球快速打擊”力量構(gòu)想。根據(jù)美軍的評估報告，與其他現(xiàn)有打擊力量相比，“全球快速打擊”系統(tǒng)從受領(lǐng)任務(wù)到完成僅需1～2h，遠遠快于戰(zhàn)略轟炸機的48h和航母打擊大隊的96h，不僅可以大幅提升反應(yīng)速度，還可以最小代價達成戰(zhàn)略突襲的效果。從實戰(zhàn)角度看，“全球快速打擊”是美軍“外科手術(shù)式”打擊的進一步拓展和延伸，可貫穿作戰(zhàn)的各個階段。

4 結(jié)束語

美軍“全球快速打擊”計劃的近期目標是研制一次性使用的高超聲速巡航導(dǎo)彈，中期目標是研制高超聲速飛機，遠期目標是發(fā)展可重復(fù)使用的天地往返運輸系統(tǒng)。高超聲速武器應(yīng)具備以下4種能力：一是瞬間打擊能力；二是遠程作戰(zhàn)能力；三是隱蔽突防能力；四是精確打擊能力。美軍“全球快速打擊”計劃及其試驗應(yīng)當引起高度關(guān)注，從中看到值得深思的問題，高度重視技術(shù)基礎(chǔ)研究，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提出相關(guān)應(yīng)對對抗措施?！?/p>

［1］黨愛國，李曉軍，徐寶.外軍快速全球打擊能力發(fā)展動態(tài)［J］.飛航導(dǎo)彈，2012（7）：51-54.

［2］董露，等.美軍“全球快速打擊”計劃進展及影響［J］.外軍導(dǎo)彈裝備發(fā)展動態(tài)，2012（10）.

［3］趙海洋，沈雪石，石集.美國高超聲速飛行器技術(shù)進展分析與啟示［J］.飛航導(dǎo)彈，2012（4）：16-20.

［4］白廷隆，白云.X-51A 飛行器飛行試驗的故障分析［J］.飛航導(dǎo)彈，2012（3）：27-30，46.

［5］陸海波，劉偉強.高超聲速飛行器鼻錐迎風凹腔結(jié)構(gòu)防熱效能研究［J］.宇航學報，2012（8）：1013-1018.