秦島
蘇聯(lián)在高超音速飛行器和超燃沖壓發(fā)動機領(lǐng)域也處于領(lǐng)先地位,從蘇聯(lián)中央空氣流體動力研究院到各個設(shè)計局都長期致力于高超音速技術(shù)的理論研究,在高超音速領(lǐng)域取得了一系列重大突破,其中包括計算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)、亞燃/超燃沖壓發(fā)動機、碳氫燃料和防熱系統(tǒng)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)。
米格- 105“螺旋”
20世紀50年代初,蘇聯(lián)曾使用德國”銀鳥”飛行器進行風(fēng)洞試驗,積累了助推-滑翔式飛行器大量的風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)。20世紀60年代米高揚設(shè)計局設(shè)計了米格-105“螺旋”飛行器,它的第一級為可重復(fù)使用的高超音速飛行器,第二級為帶有推進系統(tǒng)的升力體飛行器。依靠第一級推進到約馬赫數(shù)5.5時釋放第二級,第二級利用上面級推進加速入軌,它可以看作蘇聯(lián)的X-20。
米格-105項目實際上只制造了升力體軌道器原型機,并使用圖-95轟炸機進行了三次高空投放試驗,其中包括兩次亞音速和一次超音速投放試驗。投放后原型機使用自身的推進系統(tǒng)加速到高超音速,高度也增加到 50-120千米。據(jù)稱最后一次試驗中原型機爬升到120千米的高度并達到馬赫數(shù)8的速度。蘇聯(lián)還為“螺旋”研制了1∶2的縮比原型機BOR-4。BOR-4在“螺旋”取消后仍然繼續(xù)使用宇宙-3火箭發(fā)射進行飛行試驗。其中包括1980年的亞軌道試驗和1982-1984年的四次軌道試驗。澳大利亞空軍的P-3“獵戶座”曾拍攝到BOR-4濺落印度洋的照片(下圖)。從“螺旋”到BOR-4,蘇聯(lián)的升力體試驗飛行器積累了豐富的試驗數(shù)據(jù)。美國的HL-20飛船甚至今天的“追夢者”飛船,都源自對它的山寨模仿。
超燃沖壓發(fā)動機
蘇聯(lián)/俄羅斯在超燃沖壓發(fā)動機上同樣碩果累累,其中最著名的是使用中央空氣流體動力研究院和中央發(fā)動機研究院使用SA-5導(dǎo)彈發(fā)射的“冷”/Kholod軸對稱亞燃/超燃沖壓發(fā)動機計劃。它在1991年到1998年間進行了5次飛行試驗,其中第一次是俄羅斯自有資金的試驗,二、三次是俄法聯(lián)合試驗,最后兩次是俄美聯(lián)合試驗。
1991年11月27日的第一次試驗中,“冷”雙模沖壓發(fā)動機把飛行器在18千米高空從馬赫數(shù)3.5加速到馬赫數(shù)5.6。這次試驗中發(fā)動機工作時間27.5秒,其中最后數(shù)秒時間里實現(xiàn)了超音速點火燃燒,是世界上首次在飛行試驗中實現(xiàn)了從亞音速燃燒模式轉(zhuǎn)換到超音速燃燒模式。這在沖壓發(fā)動機的發(fā)展史上是一個重要的里程碑,超燃沖壓發(fā)動機從此進入應(yīng)用開發(fā)階段。俄羅斯這次試驗的成功,帶來了法國和美國的合作資金,更增強了西方、尤其是美國加速發(fā)展高超音速技術(shù)的決心,并對美國Hyper-X試驗提供了寶貴的實驗數(shù)據(jù)。不過“冷”計劃的軸對稱超燃沖壓發(fā)動機受到限制較多,包括它使用液氫燃料,雖然便于研究試驗但實用化有很大困難,為此俄羅斯已經(jīng)取消了“冷”計劃。
俄羅斯中央空氣流體動力研究院和中央發(fā)動機研究院還聯(lián)合進行了“針”(IGLA/GLL-VK/GLL-8)計劃,這是一個使用一體化升力體氣動布局和三模態(tài)沖壓發(fā)動機的先進設(shè)計,凝聚了蘇聯(lián)到俄羅斯多年以來高超音速基礎(chǔ)研究的精華。但技術(shù)先進性也意味著難度很大和試驗成本過于昂貴。它需要使用SS-19液體洲際導(dǎo)彈發(fā)射,多年以來雷聲大雨點小,目前尚未進行實際飛行試驗。俄羅斯彩虹設(shè)計局還改進了AS-4/X-22導(dǎo)彈,成為彩虹D2高超音速試驗飛行器,用于為亞燃/超燃發(fā)動機提供試驗平臺。
俄羅斯金剛石設(shè)計局也不甘落后,計劃以米格-31截擊機掛載S-300防空導(dǎo)彈系統(tǒng)的48N6導(dǎo)彈,發(fā)射GLL-31試驗飛行器,進行亞燃/超燃發(fā)動機試驗。GLL-31同樣使用液氫燃料,2004年已經(jīng)進行了首次飛行試驗,其最大速度可達馬赫數(shù)8-9。它的外觀很像美國的X-43A,但實際上有很大區(qū)別,因為它是亞燃/超燃沖壓發(fā)動機系統(tǒng),啟動速度要比X-43A低得多。
俄羅斯也進行了更具實用價值的碳氫燃料超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)的研究,也就是使用伊爾-76運輸機空投的GLL-AP-02試驗項目。它被譽為俄羅斯版的X-51A飛行器,設(shè)計參數(shù)也與之類似,設(shè)計飛行速度可達馬赫數(shù)6,飛行高度可達27千米,重量約600千克。2013年莫斯科航展上展出的GLLAP-02表面上有燒蝕的痕跡,但尚不清楚是否是飛行試驗的結(jié)果,有傳聞稱它已經(jīng)進行了飛行試驗但以數(shù)據(jù)丟失告終。
由于經(jīng)濟長期不盡人意,俄羅斯的超燃沖壓發(fā)動機資金比較缺乏,不得不開展對外合作,這不僅體現(xiàn)在“冷”計劃上。俄羅斯和印度正在聯(lián)合研制馬赫數(shù)5-6的“布拉莫斯2”導(dǎo)彈。以此為契機,俄羅斯國產(chǎn)的“鋯石“高超音速戰(zhàn)術(shù)巡航導(dǎo)彈也呼之欲出。據(jù)稱2016年俄羅斯進行了“鋯石”高超音速導(dǎo)彈的首次試射,它擁有馬赫數(shù)5-6的速度,突防能力有了巨大的提高。
綜上所述,俄羅斯利用蘇聯(lián)時代的導(dǎo)彈技術(shù)和超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)啟動了多個高超音速超燃沖壓發(fā)動機項目,對世界高超音速研究的發(fā)展起到了重要的推動作用,并通過國際合作的機會,不僅維持了研制隊伍也推動了技術(shù)水平的提高。
再入機動彈頭
俄羅斯同樣進行了再入機動彈頭的研制。20世紀60年代就進行過多次試驗。不過和美國一樣,在突破了分導(dǎo)式多彈頭技術(shù)后,機動彈頭技術(shù)并沒有在蘇聯(lián)洲際導(dǎo)彈上得到應(yīng)用。盡管如此,隨著美國導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的不斷發(fā)展,20世紀80年代機械制造科研生產(chǎn)聯(lián)合體提出了研制滑翔有翼再入飛行器的計劃,當時稱為“信天翁”項目,而其中的滑翔機動再入飛行器則被稱為Yu-70。它使用SS-19導(dǎo)彈發(fā)射,具備一定的機動能力,可以更有效地突破美國當時研制的“星球大戰(zhàn)”計劃戰(zhàn)略防御體系。 Yu-70在蘇聯(lián)解體前進行了兩次飛行試驗,但都宣告失敗。
蘇聯(lián)解體后Y u - 7 0項目由于經(jīng)費不足而擱置。但進入21世紀后,面對美國退出反導(dǎo)條約的不利局面,Yu-70作為殺手锏重新得到俄羅斯官方的關(guān)注。俄羅斯政府相關(guān)文件將其稱之為“4202”項目,在“信天翁”的基礎(chǔ)上進行了一些改進,比如新的滑翔機動再入飛行器就重新編號為Yu-71。俄羅斯對Yu-70/71飛行器進行了多次飛行試驗,不過飛行試驗由于種種原因先后失敗,直到2016年4月的試驗中Yu-71才首次獲得成功,堪稱三十年磨一劍。
俄羅斯的高超音速技術(shù)研究有著自己的需求和特色,一方面試圖用高超音速戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈提高自己的戰(zhàn)術(shù)打擊能力,另一方面其助推-滑翔技術(shù)幾乎就是為戰(zhàn)略核力量量身定制的。據(jù)稱4202項目和Yu-71再入飛行器主要用于俄羅斯未來的洲際彈道導(dǎo)彈,比如最新的液體重型彈道導(dǎo)彈“薩爾瑪特”很可能就使用源自4202項目的再入機動彈頭。