廖孟豪/中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心
高超聲速武器是美國(guó)裝備研制的重點(diǎn),也是美國(guó)全球打擊戰(zhàn)略的重要依托。美國(guó)積極推進(jìn)該領(lǐng)域的研發(fā),在攻防兩端取得了重要進(jìn)展。
近年來(lái),美國(guó)積極推進(jìn)高超聲速武器的研制,并取得了積極成果。美國(guó)海陸空三軍正同時(shí)基于SWERVE項(xiàng)目成果研制潛射/陸射/空射型高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈,并總結(jié)了美軍高超聲速導(dǎo)彈發(fā)展的三條路線;美國(guó)陸軍披露“遠(yuǎn)程高超聲速武器”(LRHW)項(xiàng)目并透露MDA加入三軍通用滑翔飛行器研制項(xiàng)目;美國(guó)海軍發(fā)布“常規(guī)快速打擊”(CPS)武器系統(tǒng)工業(yè)能力調(diào)研公告,將研制彈徑0.76m的潛射型高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈;高超聲速飛機(jī)TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)地面驗(yàn)證項(xiàng)目最新進(jìn)展,已完成雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)低馬赫數(shù)模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn);美國(guó)導(dǎo)彈防御局同時(shí)授出21份“高超聲速防御武器系統(tǒng)概念定義”合同。
2018年10月11日,據(jù)美國(guó)《航空周刊》報(bào)道,根據(jù)兩名熟悉相關(guān)項(xiàng)目情況的消息人士透露,在美國(guó)國(guó)防部直管的某個(gè)項(xiàng)目(該項(xiàng)目計(jì)劃2021年列裝高超聲速導(dǎo)彈,編者注:應(yīng)指2008年啟動(dòng)的“常規(guī)快速全球打擊CPGS”項(xiàng)目)框架下,美國(guó)三軍正在各自實(shí)施自己的高超聲速導(dǎo)彈項(xiàng)目,即美國(guó)陸軍的“先進(jìn)高超聲速武器”(AHW)、美國(guó)空軍的“高超聲速常規(guī)打擊武器”(HCSW)和美國(guó)海軍的“常規(guī)快速打擊”項(xiàng)目。其中,美國(guó)海軍正基于陸軍AHW項(xiàng)目成果,開(kāi)展“通用滑翔飛行器”的設(shè)計(jì)工作。隨后,美國(guó)陸軍太空與導(dǎo)彈防御司令部將研制飛行試驗(yàn)用的原型機(jī)。然后,桑迪亞國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將制造該型“通用滑翔飛行器”。三軍同時(shí)正在分別研制各自高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈所用的助推器。
設(shè)計(jì)“通用滑翔飛行器”反映了美軍為應(yīng)對(duì)中俄迅猛發(fā)展高超聲速導(dǎo)彈的急迫需求。美軍花了數(shù)十年時(shí)間試圖研制理論上性能更好的半錐型升力體滑翔飛行器設(shè)計(jì),但三軍目前正在研制的滑翔飛行器是更成熟的圓錐型旋成體布局方案,該方案由桑迪亞國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在1979~1985年依托“有翼高能再入飛行器實(shí)驗(yàn)”(SWERVE)項(xiàng)目完成了飛行驗(yàn)證。雖然目前還不知道“通用滑翔飛行器”的最終方案,但其總體設(shè)計(jì)應(yīng)該仍會(huì)沿用AHW方案。
美國(guó)陸軍AHW和海軍CPS項(xiàng)目的方案早就明確是基于SWERVE成果,但空軍HCSW項(xiàng)目滑翔飛行器的方案直到2018年9月中旬才最終明確下來(lái),即HCSW就是空軍版的AHW。根據(jù)國(guó)會(huì)服務(wù)處的資料,從2006財(cái)年開(kāi)始,陸軍在AHW項(xiàng)目上累計(jì)投入了10.1億美元。美國(guó)陸軍和空軍的“通用滑翔飛行器”目前計(jì)劃在2021年形成能力,美軍官員認(rèn)為即便是一型性能有限的高超聲速武器,在沒(méi)有更高性能的同類(lèi)武器出現(xiàn)前,也能夠提供有效的威懾效果。
美國(guó)卡耐基國(guó)際和平基金會(huì)核政策項(xiàng)目主席詹姆斯·阿克頓(James Acton)表示,高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈按照彈道軌跡發(fā)射,然后再入大氣層并在高速狀態(tài)下實(shí)施一個(gè)拉起機(jī)動(dòng),然后開(kāi)始進(jìn)行滑翔飛行器,直至擊中目標(biāo)。SWERVE飛行器在飛行試驗(yàn)中完成了Ma12、10°攻角的拉起機(jī)動(dòng),然后以Ma8的速度、0°攻角滑翔飛行了約60s,有效驗(yàn)證了帶有小型三角翼和舵面的球形鈍頭體圓錐布局方案能夠成功在再入過(guò)程中完成機(jī)動(dòng)。這種飛行器也能夠在滑翔過(guò)程進(jìn)行滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng),以緩解氣動(dòng)加熱問(wèn)題。不過(guò),SWERVE方案也有缺陷,該飛行器在末段的敏捷性非常有限,也無(wú)法接收中段導(dǎo)航信息更新,導(dǎo)致該方案被束之高閣長(zhǎng)達(dá)二十多年。
但隨著潛在對(duì)手們帶來(lái)的高超聲速威脅越來(lái)越緊迫,五角大樓已經(jīng)沒(méi)有時(shí)間慢慢研發(fā)更高性能的設(shè)計(jì)方案了,比如具有更大橫向機(jī)動(dòng)能力的助推滑翔導(dǎo)彈或者吸氣式的巡航導(dǎo)彈。因此,五角大樓要求各軍種必須接受一個(gè)適合三軍使用、不太完美但是能夠快速形成裝備的武器系統(tǒng)。
美陸軍太空與導(dǎo)彈防御司令部AHW項(xiàng)目采用的雙錐體布局滑翔飛行器構(gòu)想圖(圖片來(lái)源:美國(guó)陸軍太空與導(dǎo)彈防御司令部)
美國(guó)空軍負(fù)責(zé)采辦、技術(shù)和后勤的助理部長(zhǎng)威爾·羅珀(Will Roper)在9月份與記者們的一次會(huì)議上表示,“這需要抱著一種借鑒吸收的心態(tài),用成熟的技術(shù)以最快的途徑達(dá)成目標(biāo)?!?/p>
這一方式也使得桑迪亞國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室可能轉(zhuǎn)身變成世界上最大的高超聲速武器工廠。如果導(dǎo)彈能夠按計(jì)劃在2020年進(jìn)入生產(chǎn),桑迪亞必須滿足每年數(shù)10枚的生產(chǎn)要求,而且這種導(dǎo)彈因?yàn)闊岱雷o(hù)要求都具有非常獨(dú)特的外形和材料。
“通用滑翔飛行器”的披露也使外界意識(shí)到五角大樓目前至少按照3條路線同時(shí)在實(shí)施至少7個(gè)不同的高超聲速導(dǎo)彈項(xiàng)目。在近期,第一條路線是圓錐體構(gòu)型的“通用滑翔飛行器”,支撐陸軍AHW、海軍CPS和空軍HCSW共3個(gè)項(xiàng)目。在中期,第二條主線是美國(guó)空軍聯(lián)合DARPA仍在推進(jìn)楔形構(gòu)型的助推滑翔導(dǎo)彈?;凇皯?zhàn)術(shù)助推滑翔”(TBG)項(xiàng)目,美國(guó)空軍8月份將“空射快速響應(yīng)武器”(ARRW)項(xiàng)目4.8億美元研制合同授予了洛克希德●馬丁公司。同時(shí),雷神在DAPRA的主管下也在研發(fā)海軍用的艦射型TBG導(dǎo)彈。作為DARPA“作戰(zhàn)火力”(OpFires)項(xiàng)目的后繼項(xiàng)目,美國(guó)陸軍也在論證立項(xiàng)一種更加先進(jìn)的武器系統(tǒng)。同時(shí),第三條線是DAPRA依托“高超聲速吸氣式武器概念”(HAWC)仍在繼續(xù)研發(fā)高超聲速巡航導(dǎo)彈技術(shù),洛克希德●馬丁公司和雷神正在展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。目前,還沒(méi)有公開(kāi)信息顯示該技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目將會(huì)有后續(xù)型號(hào)研制項(xiàng)目。
2018年10月22日,美國(guó)《航空周刊》報(bào)道,美國(guó)陸軍太空與導(dǎo)彈防御司令部(SMDC)2018年10月22日在接受《航宇日?qǐng)?bào)》記者采訪時(shí)披露,SMDC計(jì)劃設(shè)立一個(gè)新的項(xiàng)目辦公室,專(zhuān)門(mén)管理通用滑翔飛行器的研制和生產(chǎn);并進(jìn)一步透露,該辦公室將“與美國(guó)空軍、海軍和導(dǎo)彈防御局(MDA)一起合作研制一型高超聲速滑翔飛行器。美國(guó)??哲姾蚆DA都可以派人進(jìn)入該辦公室。”SMDC計(jì)劃2019年初建立該項(xiàng)目辦公室,由一位少將領(lǐng)導(dǎo),但目前人選還未確定。
美國(guó)陸軍AHW項(xiàng)目滑翔飛行器外形想象圖(圖片來(lái)源:美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)
MDA在這個(gè)通用型高超聲速滑翔飛行器項(xiàng)目中的定位主要是獲取相關(guān)導(dǎo)彈數(shù)據(jù)以作為其正在發(fā)展的高超聲速防御系統(tǒng)的目標(biāo)。
2016年,美國(guó)國(guó)會(huì)指示MDA設(shè)立一個(gè)新的在冊(cè)項(xiàng)目,聚焦于建設(shè)專(zhuān)門(mén)應(yīng)對(duì)高超聲速武器威脅的新型防御能力。MDA目前已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)天基傳感器網(wǎng)絡(luò),用于探測(cè)和跟蹤在大氣層內(nèi)機(jī)動(dòng)的高超聲速導(dǎo)彈。
該通用型高超聲速滑翔飛行器是美軍建設(shè)高超聲速作戰(zhàn)能力邁出的第一步。其中,美國(guó)空軍計(jì)劃在2022年前列裝“高超聲速常規(guī)打擊武器”(HCSW)導(dǎo)彈,美國(guó)陸軍計(jì)劃在同樣的節(jié)點(diǎn)列裝“遠(yuǎn)程高超聲速武器”(LRHW)導(dǎo)彈,美國(guó)海軍的高超聲速導(dǎo)彈則面臨最多的技術(shù)挑戰(zhàn),因?yàn)樗鬂M足潛射要求。
SMDC表示,SMDC在今年10月初為L(zhǎng)RHW采辦項(xiàng)目召開(kāi)了工業(yè)日活動(dòng),目前尚未敲定最終的采辦策略,但工業(yè)日活動(dòng)主要聚焦于LRHW形成有限作戰(zhàn)能力(LOC)。
美國(guó)海軍發(fā)布“常規(guī)快速打擊”武器系統(tǒng)工業(yè)能力調(diào)研公告
2018年9月28日,為貫徹《2018財(cái)年國(guó)防授權(quán)法案》要求快速研制和原型化一型海軍“常規(guī)快速打擊”(CPS)武器系統(tǒng),并集成和戰(zhàn)術(shù)部署到?;l(fā)射平臺(tái)的目標(biāo),美國(guó)海軍戰(zhàn)略系統(tǒng)項(xiàng)目(SSP)辦公室發(fā)布了“常規(guī)快速打擊”(CPS)武器系統(tǒng)工業(yè)能力調(diào)研公告,旨在摸底潛在承包商的研發(fā)能力,幫助其后續(xù)制定相關(guān)招標(biāo)文件。
美國(guó)海軍CPS武器系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)包括:
(1)全彈直徑不小于約0.76m,帶有高超聲速滑翔彈頭;
(2)集成有用于火控的武器控制系統(tǒng);
(3)每具載荷模塊裝載3枚導(dǎo)彈,并包含支撐結(jié)構(gòu)、防護(hù)、壓縮空氣彈射裝置以及環(huán)境控制裝置等;
(4)艦/艇載信息系統(tǒng),提供技術(shù)文檔、訓(xùn)練、數(shù)據(jù)維護(hù)以及其他艦上技術(shù)信息,和潛在艦下保障系統(tǒng)。
美國(guó)海軍要求潛在承包商應(yīng)具有大型武器系統(tǒng)集成項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)和覆蓋系統(tǒng)工程、設(shè)計(jì)、研發(fā)、集成、測(cè)試、驗(yàn)證與確認(rèn)、后勤、原型機(jī)/產(chǎn)品生產(chǎn)與總裝等全面的技術(shù)和工程能力。美海軍SSP辦公室需要工業(yè)部門(mén)針對(duì)以下具體能力要求提供反饋,以確保后續(xù)開(kāi)展招標(biāo)等工作時(shí)工業(yè)界有能力完成海軍對(duì)該項(xiàng)目的要求,這些能力包括:
(1)有能力承擔(dān)海軍CPS武器系統(tǒng)項(xiàng)目全要素科研工作的牽頭單位和系統(tǒng)集成商,在管理上具有足夠的創(chuàng)新性和靈活性,能夠適當(dāng)?shù)貎A斜和調(diào)整人力及科研資源以滿足可能會(huì)視情變化的工程量和進(jìn)度要求;在復(fù)雜的合同制定環(huán)境下協(xié)調(diào)組織子合同商管理性能、風(fēng)險(xiǎn)和數(shù)據(jù),組織團(tuán)隊(duì)完成CPS武器系統(tǒng)的研制、集成和生產(chǎn)。
弗吉尼亞級(jí)攻擊核潛艇即將新增的VPM載荷模塊(圖片來(lái)源:美國(guó)海軍)
AFRE組合發(fā)動(dòng)機(jī)組成結(jié)構(gòu)示意圖(圖片來(lái)源:DARPA)
(2)在《2018財(cái)年國(guó)防授權(quán)法案》要求的進(jìn)度內(nèi),在最小化對(duì)?;l(fā)射平臺(tái)影響的前提下,安全地完成CPS武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、集成和安裝等工作。
(3)快速設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、交付和集成CPS武器系統(tǒng)預(yù)生產(chǎn)階段原型機(jī)的軟硬件和生產(chǎn)階段型號(hào)產(chǎn)品的軟硬件,具體應(yīng)涵蓋前文所述全部子系統(tǒng)及其他要求。
(4)識(shí)別可用于CPS武器系統(tǒng)項(xiàng)目的現(xiàn)有設(shè)施;
(5)發(fā)展和主導(dǎo)驗(yàn)證工作;部組件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)的認(rèn)證及集成測(cè)試;陸基和潛基APM(先進(jìn)載荷模塊)的試驗(yàn);以及陸射和潛射飛行試驗(yàn),以鑒定CPS武器系統(tǒng)滿足作戰(zhàn)部署對(duì)功能、操作界面、環(huán)境、性能和安全性的要求。
(6)出具全套技術(shù)、訓(xùn)練和生產(chǎn)等文檔。
這份調(diào)研公告清晰地表明了美國(guó)海軍對(duì)快速研制和部署CPS潛射型高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈的急迫需求和決心。美國(guó)《2018財(cái)年國(guó)防授權(quán)法案》要求美國(guó)防部在2020年前完成裝備發(fā)展決策(MDD),在2022財(cái)年具備一定的高超聲速打擊能力。因此,該公告提到的《2018財(cái)年國(guó)防授權(quán)法案》進(jìn)度要求應(yīng)該就是這一進(jìn)度。從做出裝備發(fā)展決策到形成作戰(zhàn)能力只有2年時(shí)間,這是常規(guī)采辦程序無(wú)法辦到的,因此美國(guó)海軍肯定要走快速采辦程序,可能會(huì)采用快速原型化的策略,在形成原型樣彈的基礎(chǔ)上快速投入實(shí)戰(zhàn)部署,邊用邊試。這一點(diǎn)也可以從該公告特別要求承包商具有高度靈活的項(xiàng)目管理能力上得到印證。此外,該公告披露了導(dǎo)彈的一些細(xì)節(jié),蘊(yùn)含著非常有價(jià)值的信息,主要推論包括:
(1)CPS導(dǎo)彈射程可能只有1000km左右,實(shí)際上是一型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。公告提到該彈彈徑不小于0.76m,且采用一筒三彈式裝填,結(jié)合美海軍潛艇上VPT發(fā)射筒2.2m直徑和9.1m長(zhǎng)度,推測(cè)該彈全長(zhǎng)約8.5m、彈徑約0.8m。此前美海軍披露CPS導(dǎo)彈將采用兩級(jí)固體火箭助推器。因此,可以大致推測(cè),該彈是一型戰(zhàn)術(shù)級(jí)導(dǎo)彈,射程可能只有1000km左右。該數(shù)值遠(yuǎn)小于美海軍SSP辦公室在2017年10月FE-1飛行試驗(yàn)時(shí)實(shí)際飛行的3700km射程。這一差異已經(jīng)足以使人懷疑,兩者或許瞄準(zhǔn)的是兩個(gè)不同的裝備型號(hào),即CPS是中近程導(dǎo)彈(射程1000km左右),F(xiàn)E-1瞄準(zhǔn)的是中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈(射程4000~5000km)。這意味著美海軍可能后續(xù)將設(shè)立CPS之外的另一個(gè)型號(hào)項(xiàng)目,用來(lái)研制一型中遠(yuǎn)程的潛射型高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈。
(2)采用小型化、高精度彈頭設(shè)計(jì)。公告明確要求該彈具有接近于零的打擊精度(near-zero CEP impact accuracy)。美國(guó)陸軍曾宣稱(chēng)AHW項(xiàng)目背景型號(hào)的精度為5mCEP(射程6000km),美國(guó)海軍要求的近零精度可能就是這個(gè)量級(jí)甚至更低些。分析認(rèn)為,該彈因?yàn)槌叽巛^小,導(dǎo)致戰(zhàn)斗部的尺寸和載荷也很有限,必須依靠高精度來(lái)達(dá)到有效殺傷的效果。這也從側(cè)面印證了該彈是一型戰(zhàn)術(shù)級(jí)中近程潛射導(dǎo)彈的推論。
總之,美海軍CPS項(xiàng)目從戰(zhàn)技指標(biāo)上看已經(jīng)完全背離了2003年設(shè)立“快速全球打擊”項(xiàng)目時(shí)建設(shè)非核戰(zhàn)略打擊手段的初衷,令人大跌眼鏡。這從另一個(gè)側(cè)面也反映了美軍對(duì)于快速形成全方位高超聲速打擊能力的決心和力度。
2018年10月11日,美國(guó)《航空周刊》報(bào)道,DARPA戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室項(xiàng)目經(jīng)理克里斯托弗·克萊(Christopher Clay)在今年9月份舉辦的AIAA國(guó)際航天飛機(jī)與高超聲速系統(tǒng)及技術(shù)會(huì)議上表示,“目前我們正在進(jìn)行‘先進(jìn)全狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)’(AFRE)項(xiàng)目的第一階段工作,聚焦于驗(yàn)證可靠地完成模態(tài)轉(zhuǎn)換。AFRE項(xiàng)目的關(guān)鍵是提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作速度。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)大多工作在Ma2.2~2.5,而沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作下限通常在Ma3.5以上。我們要將重點(diǎn)提高渦輪的速度上限,同時(shí)也會(huì)將沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的下限再降低一些?!?/p>
DARPA在2016年8月發(fā)布招標(biāo)預(yù)告時(shí)初步擬定的AFRE項(xiàng)目任務(wù)分解及進(jìn)度安排
表1 美國(guó)導(dǎo)彈防御局授出的21份高超聲速防御武器系統(tǒng)概念定義合同
在AFRE項(xiàng)目下,美國(guó)洛克達(dá)因公司已經(jīng)在NASA蘭利研究中心的2.4m高溫風(fēng)洞中開(kāi)展雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的低馬赫數(shù)模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)。這輪試驗(yàn)主要聚焦于驗(yàn)證不同發(fā)動(dòng)機(jī)工作模態(tài)在使用同一型號(hào)碳?xì)淙剂蠒r(shí)的點(diǎn)火、火焰穩(wěn)定、燃燒穩(wěn)定性等技術(shù)。該風(fēng)洞用于鑒定渦輪與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在變壓力變馬赫數(shù)環(huán)境下相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程。
在第二階段,科研工作的重點(diǎn)將是研制TBCC的共用進(jìn)氣道和尾噴管。目前,波音和諾斯羅普·格魯門(mén)公司創(chuàng)新系統(tǒng)公司正在同步開(kāi)展飛機(jī)概念方案設(shè)計(jì)相關(guān)的試驗(yàn)工作??巳R透露,“我們通過(guò)兩家不同的承研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了不同途徑下的多種高超聲速飛機(jī)概念方案設(shè)計(jì)?!?/p>
盡管克萊沒(méi)有明說(shuō),但另一家承研團(tuán)隊(duì)顯然是洛克希德·馬丁公司和洛克達(dá)因公司,該團(tuán)隊(duì)此前聯(lián)合推出了SR-72高超聲速飛機(jī)概念??巳R表示,“飛機(jī)概念方案設(shè)計(jì)研究工作能夠幫助我們更好地從全機(jī)層面了解各種不同的問(wèn)題,其中就包括對(duì)不同推進(jìn)系統(tǒng)的需求問(wèn)題。我們希望能夠得出部件級(jí)需求,明確推進(jìn)系統(tǒng)的詳細(xì)需求。我們目前進(jìn)展得很順利?!?/p>
2018年9月26日,美國(guó)導(dǎo)彈防御局(MDA)同時(shí)授出了21份合同,用于開(kāi)展“高超聲速防御武器系統(tǒng)概念定義”研究,每份合同經(jīng)費(fèi)為100萬(wàn)美元,合同周期均為2018年9月28日到2019年2月28日,共5個(gè)月。統(tǒng)計(jì)顯示,這21份合同一共授予給了8家承包商(或團(tuán)隊(duì)),分別是洛克希德·馬丁公司、雷神、諾斯羅普·格魯門(mén)公司、波音、通用原子航空系統(tǒng)、德雷珀實(shí)驗(yàn)室、BAE系統(tǒng)和L3科技公司,涉及的攔截方案包括動(dòng)能/非動(dòng)能(包括激光、電磁等武器)、陸基/空基/天基、改進(jìn)/新研、助推段/末段攔截等各種概念。
這一舉動(dòng)表明:(1)MDA對(duì)攔截方案目前仍處于發(fā)散探索的早期階段;(2)MDA對(duì)發(fā)展高超聲速防御能力非常重視和急迫;(3)這些方案不一定是多選一,而很可能會(huì)選出多個(gè)方案,針對(duì)高超聲速導(dǎo)彈構(gòu)建多重?cái)r截的防御體系。