□ 黃志澄

高超聲速技術(shù)的軍事價值

□ 黃志澄

美國空軍正在研制的HSSW導(dǎo)彈

顛覆性技術(shù)，是一種另辟蹊徑、會對已有傳統(tǒng)或主流技術(shù)途徑產(chǎn)生顛覆性效果的技術(shù)。近年來，顛覆性技術(shù)所展示出的強(qiáng)勁勢頭，越來越引起全球的廣泛關(guān)注。顛覆性技術(shù)的發(fā)展，也必將引發(fā)戰(zhàn)爭面貌的徹底改變。從海灣戰(zhàn)爭到伊拉克戰(zhàn)爭，現(xiàn)代戰(zhàn)爭的形態(tài)已經(jīng)發(fā)生了根本性變化。顛覆性技術(shù)的發(fā)展，正在不斷推動武器裝備體系的更新?lián)Q代；打擊方式基本已不再是過去所追求的大規(guī)模毀傷，而是更加突出打擊的精確性和有效性；整個戰(zhàn)爭的的協(xié)同性和時間性空前突出。

高超聲速技術(shù)是影響未來戰(zhàn)爭的顛覆性技術(shù)之一。什么是高超聲速技術(shù)？它有怎樣的軍事價值？它對未來戰(zhàn)爭有何影響？高超聲速技術(shù)的發(fā)展對我們有何啟示？本文將對此進(jìn)行介紹和分析。

什么是高超聲速技術(shù)

高超聲速飛行是指馬赫數(shù)大于5的飛行。高超聲速技術(shù)就是實現(xiàn)高超聲速飛行的技術(shù)。實際上，上世紀(jì)40年代，力學(xué)家就建立了高超聲速飛行的基本理論，如錢學(xué)森在1946年提出了著名的《高超聲速相似率》。60年代初，美國X-15用火箭發(fā)動機(jī)，實現(xiàn)了首次高超音速飛行(飛行M數(shù)大于5.3)。在這以后，開始致力于利用空氣中的氧氣的吸氣式發(fā)動機(jī)的高超音速飛行。美蘇等國開展了超聲速燃燒沖壓發(fā)動機(jī)（Scramjet,簡稱超燃沖壓發(fā)動機(jī)）等關(guān)鍵技術(shù)的研究，但由于其技術(shù)難度太大，研究工作進(jìn)展不大，在美國設(shè)計航天飛機(jī)時，仍決定采用較成熟的火箭發(fā)動機(jī)。

1986年，美國航宇局（NASA）決定上馬單級入軌的空天飛機(jī)（NASP）計劃, 人們視之為“高超聲速的復(fù)蘇”。這個計劃在花出30億美元資金后，在1995年下馬。失敗的主要原因是方案過于先進(jìn)；超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)當(dāng)時遠(yuǎn)未成熟；所需資金過大而無法承擔(dān)；過分依賴于計算流體力學(xué)（CFD）的計算，對地面試驗和飛行試驗重視不夠等。在這之后，NASA認(rèn)真吸取了教訓(xùn)，繼續(xù)執(zhí)行了一項規(guī)模較小的飛行演示驗證的Hyper-X計劃，其目的是擴(kuò)展將來可以軍民兩用的高超聲速技術(shù)基礎(chǔ)。它的第一個無人高超聲速驗證機(jī)就是X-43A。

使用氫燃料的X-43A的飛行試驗雖然成功，但其飛行馬赫數(shù)是固定不變的（7或10）。由于其技術(shù)水平仍與實現(xiàn)空天飛機(jī)有很大差距，NASA果斷放棄了后續(xù)的以空天飛機(jī)為目標(biāo)的X-43B和X-43C計劃，轉(zhuǎn)入了基礎(chǔ)研究。

2001年，NASA和美國國防部聯(lián)合提出了“國家航空航天倡議”（NAI）。在這個倡議中，重點討論了采用吸氣式發(fā)動機(jī)在大氣層中進(jìn)行高超聲速巡航飛行的技術(shù)。該倡議建議美國發(fā)展吸氣式高超聲速飛行器分三步走：近期致力于高超聲速巡航導(dǎo)彈，中期集中于發(fā)展高超聲速轟炸機(jī)，遠(yuǎn)期瞄準(zhǔn)重復(fù)使用的航天運(yùn)載器。在這之后，由美國軍方主導(dǎo)了碳?xì)淙剂铣紱_壓發(fā)動機(jī)的研發(fā)。

各種空天飛機(jī)方案

美國空軍設(shè)想的高超聲速戰(zhàn)爭

未來戰(zhàn)爭的力量應(yīng)用

2008年2月，美國國防部向國會遞交了《國防部高超聲速計劃路線圖》。在這個文件中，美軍擴(kuò)大了高超聲速技術(shù)的定義。新的定義是：使大氣層高超聲速機(jī)動飛行成為可能的技術(shù)。由此計劃發(fā)生了重大轉(zhuǎn)折，不僅包括吸氣式高超聲速巡航飛行的技術(shù)，而且擴(kuò)展到包括采用火箭發(fā)動機(jī)和組合發(fā)動機(jī)在大氣層中進(jìn)行高超聲速機(jī)動飛行的技術(shù)，從而采取了“兩邊下注”的策略。

“路線圖”進(jìn)一步明確了美軍的高超聲速計劃的目的是為美軍提供三項未來的作戰(zhàn)能力：打擊/持久作戰(zhàn)能力；空中優(yōu)勢/防御能力；快速進(jìn)入太空能力。對上述的三個方面，都提出了由一系列技術(shù)產(chǎn)品支撐的路線圖。這些技術(shù)產(chǎn)品包括：吸氣式高超速飛行器如美國空軍的X-51A，海軍的HyFly 等；高超聲速助推滑翔飛行器如HTV-2，陸軍的AHW等，以及小型無人航天飛機(jī)X-37B等。

由上述高超聲速技術(shù)發(fā)展的歷史可見，學(xué)術(shù)界關(guān)于高超聲速技術(shù)存在兩種定義，一種是廣義的，就是指實現(xiàn)高超聲速飛行的技術(shù)；另一種狹義的，專指利用吸氣式發(fā)動機(jī)實現(xiàn)高超聲速飛行的技術(shù)。

左上圖：美國陸軍正在發(fā)展的AHW

左下圖：美國空軍設(shè)想的高超聲速對地打擊

右圖：高超聲速滑翔飛行器

高超聲速技術(shù)的軍事價值

高超聲速技術(shù)是近年來最重要的軍民兩用的顛覆性技術(shù)之一。高超聲速技術(shù)的發(fā)展將對未來戰(zhàn)爭產(chǎn)生深刻的影響。高超聲速技術(shù)如何影響未來的戰(zhàn)爭，美國空軍在2015年9月15日發(fā)表的《美國空軍2035年的核心使命》的《空軍未來作戰(zhàn)概念》報告中進(jìn)行了討論。

報告由美國空軍部長黛博拉·李·詹姆斯和美國空軍參謀長韋爾什上將聯(lián)合簽發(fā)，是美國空軍用來指導(dǎo)未來20年空軍組織、訓(xùn)練與裝備的文件，旨在回答“美空軍未來將走向何處”這一問題。文件主要是向美空軍部隊，解釋如何將“敏捷性”適用于美空軍作戰(zhàn)人員。文件提出的美國空軍2035年的核心使命是，為美國提供快速響應(yīng)及有效的全球警戒、全球到達(dá)和全球打擊力量。

在上述文件中，美國空軍提出了2035年的高超聲速攻擊作戰(zhàn)設(shè)想。它假想了2035年9月17日，美國空軍利用高超聲速打擊武器對敵方的一體化防空系統(tǒng)中的激光武器實施打擊。在該設(shè)想中，由4艘母艦投放200架飛行馬赫數(shù)為0.9的高亞聲速小型無人飛行器。這些分布式無人機(jī)，通過快速組合形成不斷變換的誘餌和干擾機(jī)陣列，同時其所搭載的網(wǎng)絡(luò)化傳感器為美軍構(gòu)建起對敵方一體化防空系統(tǒng)的態(tài)勢感知。由于敵方的防空系統(tǒng)的探測和火力通道，被這些目標(biāo)飽和，敵方未能及時發(fā)現(xiàn)美軍發(fā)射的高超聲速導(dǎo)彈。這些導(dǎo)彈首先摧毀了防空系統(tǒng)中的高能激光武器（它威脅到美軍的低軌道衛(wèi)星）；其他高超聲速武器，則摧毀了岸艦導(dǎo)彈系列和攻擊艇的駐泊地。

上述有關(guān)高超聲速武器攻擊的設(shè)想和美國空軍在2014年發(fā)布的《美國空軍：召喚未來》報告是一脈相承的。后一份報告指出：美國空軍有能力比其潛在對手更快地持續(xù)適應(yīng)和響應(yīng)環(huán)境的變化，是空軍面對未來30年的最大挑戰(zhàn)。這份報告將高超聲速和納米技術(shù)、無人系統(tǒng)、自主和定向能并列為“改變游戲規(guī)則”的五大顛覆性技術(shù)。

2016年3月，美國空軍聯(lián)合會的米切爾空天研究所，發(fā)表了報告《高超聲速武器與美國國家利益:21世紀(jì)的突破》。報告認(rèn)為，高超聲速武器可在以下4個方面為美國及其全球盟友部隊提供作戰(zhàn)優(yōu)勢：（1）提供前所未有的快速到達(dá)，可縮短“從發(fā)射器到目標(biāo)”的時間，并能更有效地利用情報來打擊目標(biāo)。（2）提供全球目標(biāo)區(qū)域的進(jìn)入。戰(zhàn)區(qū)高超聲速導(dǎo)彈可在不到17分鐘內(nèi)，到達(dá)1609千米以外的目標(biāo)；高超聲速的情報偵察（ISR）系統(tǒng),可以比衛(wèi)星更快的速度，在一天內(nèi)抵達(dá)目標(biāo)區(qū)，并具有更高生存能力。（3）提供“第四維”作戰(zhàn)效應(yīng)，壓縮敵方的決策時間，使高超聲速攻擊方有效地干預(yù)敵方的指揮、控制與作戰(zhàn)管理周期，進(jìn)而增強(qiáng)美國的指揮與控制優(yōu)勢。（4）突破敵方防空系統(tǒng)，高超聲速武器可使老舊的第四代戰(zhàn)機(jī)，攻擊嚴(yán)密防守地區(qū)的目標(biāo)，并使武器在搜尋目標(biāo)時確保自身的存活。

美軍發(fā)展高超聲速技術(shù)的近況

美國是最重視發(fā)展高超聲速技術(shù)的國家。高超聲速技術(shù)已被美國國防部列為2017財年美軍武器裝備現(xiàn)代化投資重點的七大領(lǐng)域之一，也是美國第三次抵消戰(zhàn)略下支撐其常規(guī)威懾能力的重點技術(shù)領(lǐng)域之一。美國當(dāng)前正在發(fā)展的高超聲速武器，包括空軍的“高超聲速打擊武器（HSSW）”，美國空軍和DAPRA合作的“高超聲速吸氣式武器概念(HAWC)”和“戰(zhàn)術(shù)助推滑翔(TBG)”項目。這三個項目，波音、洛馬、雷神等美國重要的軍工企業(yè)都有參與。后兩個項目都將在2020年前開展演示驗證試飛。其中，HAWC項目瞄準(zhǔn)的目標(biāo)型號，是巡航速度約馬赫數(shù)5～6、射程約1000千米、能夠適應(yīng)B-2A轟炸機(jī)等內(nèi)埋和F-35戰(zhàn)斗機(jī)外掛的巡航導(dǎo)彈；TBG項目瞄準(zhǔn)的目標(biāo)型號，則是最大速度約馬赫數(shù)9～10、射程1000千米～2000千米的助推滑翔彈。另外美國陸軍的“先進(jìn)高超聲速武器（AHW）”項目，正在準(zhǔn)備進(jìn)行第三次飛行試驗。除此之外，美國洛馬公司正在積極研發(fā)高超聲速ISR飛機(jī)SR-72。由此可見，美軍在2035年可能裝備的高超聲速武器主要是兩類：使用超燃沖壓發(fā)動機(jī)的高超聲速和高超聲速助推滑翔飛行器。美國空軍也十分贊賞英國反作用發(fā)動機(jī)公司的“佩刀”發(fā)動機(jī)，正在和這家公司合作，研究采用這種發(fā)動機(jī)來發(fā)展兩級入軌的空天飛機(jī)。

美國一方面穩(wěn)步推進(jìn)高超聲速武器的研制工作，另一方面繼續(xù)全面系統(tǒng)地強(qiáng)化高超聲速技術(shù)的基礎(chǔ)。為了提高技術(shù)的成熟度，2016年8月，美國空軍研究實驗室（AFRL）發(fā)布了“高速作戰(zhàn)系統(tǒng)使能實現(xiàn)技術(shù)（ETHOS）”的調(diào)研公告，對美國工業(yè)界在高速作戰(zhàn)平臺領(lǐng)域的工業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)水平和人才隊伍等情況進(jìn)行了調(diào)研。2017年1月正式公布了廣泛機(jī)構(gòu)通告，明確了高速實驗科學(xué)、高速推進(jìn)系統(tǒng)、氣動結(jié)構(gòu)、建模和仿真、飛行器設(shè)計和集成五大技術(shù)領(lǐng)域的詳細(xì)目標(biāo)。2016年5月，美國空軍還發(fā)布了計劃發(fā)展可重復(fù)使用200次的高超聲速試驗平臺（HyRAX）項目的詳細(xì)需求，以推動更廣泛的高超聲速技術(shù)的成熟，并積累高超聲速飛行試驗測量數(shù)據(jù)。

在美國AFRL和澳大利亞國防科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合管理之下，正在開展一項高超聲速國際飛行研究試驗計劃。計劃的目的是，提供一個低成本的高超聲速飛行試驗平臺，對高超聲速飛行的現(xiàn)象進(jìn)行研究，以增強(qiáng)對高超聲速飛行的基礎(chǔ)問題和物理現(xiàn)象的理解。通過這個計劃，提高模擬高超聲速飛行的建模能力,提高模擬方法的精度，驗證高超聲速飛行的飛行環(huán)境及其關(guān)鍵技術(shù), 拓展高超聲速飛行數(shù)據(jù)庫。

美軍正在發(fā)展的高超速計劃

高超聲速技術(shù)發(fā)展的啟示

世界高超聲技術(shù)的發(fā)展已超過60多年，雖屢經(jīng)波折，但大國從未放棄。從高超聲技術(shù)的發(fā)展歷程中，可以得到如下幾點啟示;

首先，高超聲技術(shù)是一項軍民融合的技術(shù)。在民用上，高超聲客機(jī)和空天飛機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前，推動高超聲技術(shù)發(fā)展的主動力來自它的軍事應(yīng)用。由于高超聲速武器在未來戰(zhàn)爭中的速度優(yōu)勢和巨大的打擊能力，它已成為大國準(zhǔn)備未來戰(zhàn)爭而競相發(fā)展的一種顛覆性技術(shù)。另一方面，在大國發(fā)展高超聲速技術(shù)的進(jìn)程中，通過試驗飛行器的試驗，將給潛在對手造成一定心理壓力；而在其一旦研制成功后，又將成為一種重要的軍事威懾，即“高超聲速威懾”。

其次，高超聲技術(shù)既包括諸如推進(jìn)、氣動、控制、材料等單項技術(shù)，也包括將這些單項技術(shù)根據(jù)目標(biāo)而集成起來的集成技術(shù)。因此，發(fā)展高超聲速技術(shù)既要重視基礎(chǔ)，又要重視系統(tǒng)集成。為了能夠?qū)崿F(xiàn)有效的高超聲速打擊，必須讓高超聲速武器的可靠性達(dá)到現(xiàn)有導(dǎo)彈的可靠性水平。顯然，這對于承受嚴(yán)重氣動加熱環(huán)境的高超聲速武器來說，必將對其結(jié)構(gòu)、材料和電子系統(tǒng)，都提出苛刻的要求。

目前高超聲速技術(shù)的系統(tǒng)成熟度還稍低于試驗飛行器成熟的第6級（TRL-6），與技術(shù)的完全成熟（TRL-9）還有相當(dāng)距離。為此，必須重視提高地面試驗?zāi)芰湍M仿真能力，并通過關(guān)鍵的飛行試驗考核，為今后設(shè)計實用的高超聲速飛行器，提供技術(shù)基礎(chǔ)。

再次，未來的戰(zhàn)爭仍然是體系和體系的對抗，單獨(dú)的一種武器的性能雖然重要，但只有與體系中其它武器配合，才能發(fā)揮出它的優(yōu)勢。何況任何武器既有獨(dú)特的優(yōu)勢，也有致命的弱點。在上述美國空軍的2035年的設(shè)想中，若沒有美軍戰(zhàn)場信息系統(tǒng)的支持和分布式無人機(jī)對敵方的飽和攻擊，紅外特征明顯的高超聲速武器，就無法發(fā)揮其速度優(yōu)勢。

最后，在未來戰(zhàn)爭中，實現(xiàn)高超聲速作戰(zhàn)必需裝備具有一定數(shù)量的高超聲速武器，必需讓這些武器的成本，不要大大高于現(xiàn)有的超聲速武器的成本。未來的戰(zhàn)爭，不僅是武器性能的較量，也是一個國家經(jīng)濟(jì)實力的較量?！?/p>