易小遠

自古以來，人類始終有一個夢想：可以像小鳥一樣在天空自由翱翔，甚至是飛向遙遠的太空。近年來，隨著高超聲速飛行器的快速發(fā)展，人類向自由來往太空的夢想又邁進了一大步。

在美國公布的2017財年預算中，高超聲速武器投入大幅增長，目的是實現(xiàn)在一小時內打擊地球上的任何目標。俄羅斯更是早在2016年3月便透露，“鋯石”高超聲速巡航導彈成功完成了一次試射，并計劃于2020年完成研制工作。

什么是高超聲速飛行器

那么，什么是高超聲速飛行器呢？它是指飛行速度超過5倍聲速的飛機、導彈之類的有翼或無翼飛行器。簡單來說，這種飛行器從美國紐約飛到北京，用時不超過2個小時。毋庸諱言，這么快的飛行器當然蘊涵著巨大的軍事價值，可以說是戰(zhàn)場上的“倚天劍”。有了這種速度優(yōu)勢，無論是突防、偵察還是擴展戰(zhàn)場空間，都能輕松搞定。

早在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國科學家為滿足希特勒“跨過大西洋轟炸美國”的設想，就曾設計出一種名為“銀鳥”的飛行器。這種飛行器采用火箭發(fā)射升空，直接沖向大氣層外，在達到極高的速度后，以特定角度撞向大氣層并在大氣層中滑翔，猶如在大氣上沖浪，一旦速度、角度合適，飛機會被幾次反彈后再拋出大氣層。當時的設想是，“銀鳥”飛到美國上空投擲炸彈轟炸目標后繼續(xù)飛行，最后著陸在日本控制的太平洋島嶼上?？梢哉f，“銀鳥”飛行器是現(xiàn)代高超聲速飛行器的雛形。

二戰(zhàn)后，當時還在美國的著名科學家錢學森，在研究從德國繳獲的技術資料后提出，只要有足夠先進的熱防護技術，就能讓飛行器在特定的高度層以高超聲速持續(xù)滑翔飛行。根據這個理論，錢學森后來設計了高超聲速滑翔飛行彈道，也被稱為“錢學森彈道”。

高超聲速飛行器具有飛行高度高、速度快、探測和攔截難等優(yōu)點。美國的“全球快速打擊系統(tǒng)”就是設想利用高超聲速飛行器在一小時內攻擊全球任何目標。要發(fā)展高超聲速飛行器，必須解決好高性能動力推進系統(tǒng)和熱防護等核心關鍵技術問題。目前，各國發(fā)展高超聲速飛行器，主要是運用超燃沖壓發(fā)動機和脈沖爆震發(fā)動機這兩種動力系統(tǒng)。超燃沖壓發(fā)動機被認為是繼螺旋槳和噴氣機推進之后的“第三次動力革命”，適應范圍為5～16馬赫（1馬赫即1倍聲速，相當于1225 千米/小時），由進氣道、燃燒室、推進噴管三部分組成，直接從大氣中吸收氧氣作為助燃劑。所謂沖壓，就是迎面吸進的高速氣流在進氣道內被迅速擴張、減速、增壓的過程，當氣壓和溫度升高后，氣體進入燃燒室與燃料混合燃燒并膨脹加速，由噴口高速排出，產生推力。這種發(fā)動機質量輕、飛行成本低、可控能力強、安全性能好，可長時間使用，是實現(xiàn)高超聲速飛行的理想動力裝置。脈沖爆震發(fā)動機適用于所有尺寸和所有速度，盡管在50千米以上時需要使用氧化劑，但由于應用范圍更廣泛、更具革命性，已成為當前世界各國發(fā)展高超聲速飛行器的熱點技術。

發(fā)展高超聲速飛行器過程中的另一個難題，就是氣動加熱問題，即所謂熱障。由于飛行器飛行時周圍空氣溫度急劇升高，形成劇烈的氣動加熱環(huán)境，使一般飛行器結構無法承受。為克服熱障，必須精心設計飛行器的飛行軌道和氣動外形，以在不影響或較少影響飛行器性能的情況下，盡可能降低進入飛行器的熱流。目前，克服熱障的技術手段，主要有熱沉防熱、輻射防熱、發(fā)汗冷卻防熱和燒蝕防熱等方法。

隨著科技的不斷發(fā)展，高超聲速技術已從概念和原理探索階段進入了以高超聲速巡航導彈、高超聲速飛機和空天飛機等應用的技術開發(fā)階段，世界各國都在高超聲速技術的軍事應用上展開了激烈角逐。2016年，時任美國國防部長的阿什·卡特在給國會質詢聽證的書面答復中明確表示，美國將在2018～2022年率先為歐洲司令部和太平洋司令部提供高超聲速全球快速打擊裝備，其他戰(zhàn)區(qū)則在“2022年以后再列裝”。

高超聲速巡航導彈

高超聲速巡航導彈已成為實施現(xiàn)代戰(zhàn)爭遠程精確打擊的重要武器，目前正在向高速度、高精度、隱形化的方向發(fā)展。美國正在研究發(fā)展的X-51高超聲速巡航導彈長約3.5米，速度5馬赫，經B-52轟炸機帶到10668米的高空發(fā)射，由助推火箭加速到超聲速，再利用沖壓發(fā)動機使其達到高超聲速。X-51高超聲速巡航導彈肩負著實現(xiàn)“全球快速打擊系統(tǒng)”的重任，美國的最終目標就是要將它發(fā)展成為可以在一小時內攻擊地球任意位置目標的新武器。除此之外，2016年，美國國防部高級研究計劃局和美空軍聯(lián)合主管的“高超聲速吸氣式武器概念”和“戰(zhàn)術助推滑翔”兩個戰(zhàn)術級高超聲速導彈演示驗證項目授予了洛馬和雷神公司，預計將在2019年實現(xiàn)首次試飛。

法國的航空航天研究院和宇航-馬特拉公司正在開展“普羅米修斯”計劃，目的是研究一款空射型高超聲速空地導彈，該型導彈彈長6米，總發(fā)射質量為1700千克，航程大于1000千米，最大速度可達8馬赫。德國正在研制的高超聲速導彈的飛行速度約為6.5馬赫，采用高能、高密度的吸熱型碳氫燃料超燃沖壓發(fā)動機，慣性加全球定位系統(tǒng)復合制導，射程為1000千米左右，命中精度在15米以內。

2016年，俄羅斯完成了“鋯石”高超聲速巡航導彈首次試射活動，該型導彈射程約400千米，速度5～6馬赫。不過，這次試射是在陸地進行的，俄方估計將于今年完成全部測試，2022年進入服役。2016年4月和10月，俄羅斯“4202項目”成功完成了兩次戰(zhàn)略級高超聲速助推滑翔飛行器試飛，首批20枚彈頭有望在2020～2025年列裝。

印度以引進和自主兩線并行方式推進戰(zhàn)術級高超巡航導彈研制，但進展較為緩慢。與俄羅斯合作研制的6～7馬赫級的“布拉莫斯”Ⅱ高超聲速巡航導彈目前正在進行初步設計工作，前景不明朗。同時，印度國防研究與發(fā)展組織自主開展的“高超聲速試驗驗證飛行器”項目正在推進，該飛行器計劃飛行高度為30～40千米，巡航速度為7馬赫。endprint

高超聲速飛機

高超聲速偵察機是一種新式偵察機，速度可達5～9馬赫，航程超過2000千米，有人或無人駕駛。相比傳統(tǒng)意義的偵察機，它的偵察變得更容易、更安全。美國正在研發(fā)的“曙光女神”高超聲速偵察機，是SR-71“黑鳥”戰(zhàn)略偵察機之后新一代戰(zhàn)略偵察機。該型機涵蓋完整的偵察系統(tǒng)并可攜帶在超高至臨界空域的新型武器，集情報收集、偵察、監(jiān)控、打擊等諸多功能為一體，最高飛行速度將達到6馬赫，是SR-71高速高空偵察機最大飛行速度的兩倍，也是目前第四代戰(zhàn)斗機最大飛行速度的三倍，甚至比一些常見的導彈還要快，堪稱當前人類制造的“最快飛機”。因為速度優(yōu)勢，高超音速飛行器對當前的世界各國的防空系統(tǒng)帶來極大挑戰(zhàn)，一些著名的地空導彈，如美國的“愛國者”、俄羅斯的S-400甚至無法追上這種飛機，也無法攔截和擊落它。

另一類高超聲飛機是高超聲速轟炸機，它具有攻擊范圍大、作戰(zhàn)靈活等特征。據報道，美國正在研制的高超聲速隱形戰(zhàn)略轟炸機B-3，飛行高度大于30千米，速度達到5～6馬赫，航程大于11100千米，載彈量或超過B-52，能把炸彈投到地球上任何地點并能返回原起飛點，不需中途加油或在國外設置前進基地，具有跟蹤地形及抗核能力的機載雷達，可在高超聲速情況下使用遠程導彈或激光波束武器。由于飛行高度高、速度快、側向機動性好，目前的防空武器很難發(fā)現(xiàn)和擊落它。美國計劃于2030年左右替代目前使用的B-2隱形轟炸機。

高超聲速無人機現(xiàn)在也在異軍突起，它將一改過去無人機速度較慢的特點，飛行速度能達到12～15馬赫，飛行高度26～38千米。這種無人機可以快速到達目標地點，向后方傳出最新的戰(zhàn)場態(tài)勢，還能裝載偵察設備和精確制導武器，以用于偵察和攻擊重要目標、執(zhí)行戰(zhàn)場毀傷評估與偵察等任務。

高超聲速空天飛機

空天飛機能像普通飛機一樣水平起飛，在30～100千米高空的飛行速度為12～25馬赫，可以直接加速進入地球軌道，成為航天飛行器。返回大氣層后，可像飛機一樣在機場著陸，成為自由地往返天地之間的運輸工具。在有空天飛機這個概念之前，航空和航天是兩個不同的技術領域，飛機和航天飛行器分別在大氣層內、外活動；航空運輸系統(tǒng)是重復使用的，航天運載系統(tǒng)一般是不能重復使用的。空天飛機一旦成功，能夠達到完全重復使用和大幅度降低航天運輸費用的目的。

目前，空天飛機在動力、武器系統(tǒng)、具體作戰(zhàn)領域等方面仍處于研究探索階段，技術還不是很成熟，也尚未投入使用。美國、俄羅斯、日本和德國等國都在加緊研制空天飛機。美國的“獵鷹”計劃、X-37B、X-43，正在進行技術驗證和工程機理研究，距離實戰(zhàn)應用還有一段曲折的路要走。X-37B已進行了4個架次的飛行。其中，第一架X-37B“軌道試驗飛行器”，于2010年4月23日從美國佛羅里達州的卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空，同年11月3日在范登堡安全著陸。第二架X-37B于2011年3月5日被送入低地球軌道，在空間運行469天。第三架X-37B于2012年12月升空，現(xiàn)在已經完成了軌道任務。第四架X-37B“軌道試驗飛行器”于2015年5月21日執(zhí)行在軌飛行任務，任務的重點已轉為對試驗性載荷的測試。

X-43系列高超聲速飛機是美國國家航空航天局（NASA）秘密研制的無人駕駛空天飛機。2001年，首次試飛失敗，2004年進行的兩次試飛均獲得了成功。2014年4月，美國國家航空航天局在加利福尼亞州的愛德華空軍基地對外展示了X-43模型。該型空天飛機小巧玲瓏，看上去很像一塊漂亮的沖浪板。近兩年美國國防部高級研究計劃局又提出一項名為“XS-1”項目，計劃于2018年首次發(fā)射這款新型空天飛機。

總的來看，高超聲速飛行器將使未來戰(zhàn)場的作戰(zhàn)方式發(fā)生重大改變，以高新技術為支撐的高超聲速武器的發(fā)展和運用，必將對現(xiàn)有的作戰(zhàn)理論、作戰(zhàn)方式和武器裝備發(fā)展產生革命性影響，從而使戰(zhàn)爭進入快速打擊時代。

【責任編輯】張小萌endprint