劉軍

在2019年6月12日，印度高調(diào)宣布成功進行了第一次HSTDV（Hypersonic TechnologyDemonstrating Vehicle）高超聲速飛行試驗，但不久媒體即披露試驗是失敗的。不過，試驗暴露出了印度在長期秘密發(fā)展高超聲速導(dǎo)彈武器，這還是讓外界大吃一驚。

印度HSTDV技術(shù)驗證試驗

測試基本情況這次試驗是印度國防研究與發(fā)展組織（DRDO）在2019年6月12日進行的，是印度國產(chǎn)高超音速技術(shù)驗證飛行器的首次飛行測試。當天搭載HSTDV的“烈火”1導(dǎo)彈在上午11點27分從奧里薩省外海的卡蘭島綜合試驗場發(fā)射，各種雷達、遙測站和光電跟蹤傳感器在飛行路線上進行了跟蹤觀測，收集相關(guān)數(shù)據(jù)并進行分析，以驗證關(guān)鍵技術(shù)。HSTDV是DRDO于2005年開始研制的超燃沖壓發(fā)動機驗證器，是印度高超聲速巡航導(dǎo)彈系統(tǒng)開發(fā)計劃的重要組成部分。

按照原計劃，HSTDV飛行至30-40千米高空后，將與“烈火”1導(dǎo)彈助推器分離，并啟動以煤油為燃料的超燃沖壓發(fā)動機，以馬赫數(shù)6的飛行速度巡航。目前，DRDO拒絕透露試驗最終結(jié)果，但媒體透露由于助推器失控，未能將HSTDV送至預(yù)定高度，試驗未達到預(yù)期目標。

失敗原因分析此次試驗采用了與印度現(xiàn)役“烈火”1導(dǎo)彈相同的固體火箭助推器，導(dǎo)彈最大速度只有7.3馬赫。從性能上看，其勉強可以作為高超聲速飛行器的助推器，因為要達到HSTDV點火條件，飛行器速度必須達到5馬赫以上。但為了給釋放速度和角度留有余地，助推器應(yīng)該具備足夠大的釋放速度裕量，而且由于“烈火”1為印度第一代固體燃料導(dǎo)彈，其飛行姿態(tài)控制能力較弱，因此為HSTDV提供足夠的釋放速度和姿態(tài)角度的能力十分勉強。從透露的情況看，此次試驗并未將飛行器加速到高超音速（5馬赫以上），超燃沖壓發(fā)動機未點火，回收的飛行器表面沒有灼燒痕跡也間接證實速度未達到5馬赫以上。也就是說，此次試驗根本就沒有實現(xiàn)最關(guān)鍵的點火和穩(wěn)定飛行控制，超燃沖壓發(fā)動機未受檢驗，但很可能完成了助推器的分離和短時間的高超聲速的滑翔飛行。

此次HSTDV試驗以“烈火”1導(dǎo)彈為助推器

HSTDV外觀分析此次試驗雖然失敗，但從相關(guān)情況來看，這款高超音速技術(shù)驗證飛行器是一種配備了超燃沖壓發(fā)動機的無人飛行器，能夠借助固體燃料起飛發(fā)動機，以6馬赫的速度巡航飛行，并能在超燃沖壓發(fā)動機推動下在20秒內(nèi)上升到32.5千米的高度。從公布的外觀圖片看（題圖為HSTDV在展會上的模型），HSTDV采用了常見的乘波體結(jié)構(gòu)設(shè)計，但又不同于助推滑翔常用的梭形或三角形乘波體外形，其船型乘波體結(jié)構(gòu)中設(shè)計了非機身融合的側(cè)翼和后操縱舵。這種設(shè)計表明HSTDV主要用于超燃沖壓發(fā)動機的初步試驗，其飛行速度也大致限制在8馬赫以內(nèi)?，F(xiàn)在的HSTDV設(shè)計沿用了其前身AVATAR驗證器中的CV設(shè)計。該驗證飛行器長5.6米，質(zhì)量為1000千克，其橫截面為扁平八角形，機體中部裝有一對短翼，機體后部裝有傾斜垂直尾翼。進氣道長度為3.7米，橫截面形狀為矩形。超燃沖壓發(fā)動機位于機體中下部，機體尾部作為排氣噴管的一部分。機體前部有兩個平行的擋板，用于增加推力。機翼后緣的襟翼用于飛行器滾轉(zhuǎn)控制?？善D(zhuǎn)的噴管位于燃燒室后端，偏轉(zhuǎn)角可達25。，以確保在發(fā)動機開啟和關(guān)閉階段具有令人滿意的性能。

印度HSTDV的結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)在的HSTDV略有變化，但基本沿用了原來的設(shè)計框架，這從超燃沖壓發(fā)動機的外觀設(shè)計也可以看出來。該發(fā)動機采用了所謂“三維側(cè)壓式進氣道”，這種進氣道的優(yōu)點是設(shè)計簡單，缺點是基本沒辦法和飛行器的總體設(shè)計進行配合。從照片也可以看出，HSTDV在升力體機身下方設(shè)置進氣道，進氣口內(nèi)有噴油和燃燒室，后面連接擴散段，這基本就是一臺前后直通的發(fā)動機，載荷和控制部分都設(shè)計在了背部有限的空間內(nèi)，這種進氣道通常只能適應(yīng)6馬赫以下的飛行速度，因此主要用于超燃沖壓發(fā)動機的最初驗證。HSTDV采用國際上通行的碳氫化合物燃料，由于工作時燃燒室的溫度很高，因此發(fā)動機采用雙壁結(jié)構(gòu)，朝向燃燒區(qū)的內(nèi)壁使用的是一種特殊的鈮合金，而外壁使用nimonic合金（英國人研制的一種特種合金）以提供結(jié)構(gòu)強度。另外，為了克服飛行時的氣動加熱，HSTDV的彈翼和尾翼表面使用了鈦合金，高溫區(qū)域采用的是碳復(fù)合材料。DRDO稱，熱障涂層（TBC）可以將表面溫度降低到材料的承受范圍以內(nèi)。他們對許多熱障涂層進行了高溫和腐蝕試驗，發(fā)現(xiàn)所研制的陶瓷涂料最適合這一用途。此外，印度工程人員在試驗中將HSTDV置于“烈火”1的頭部，外部使用整流罩包裹。應(yīng)該說，無論是乘波體設(shè)計還是采用超燃沖壓發(fā)動機都表明，印度高超聲速飛行器設(shè)計從一開始就站在了較高水平上。

印度展示的HSTDV模型

印度HSTDV發(fā)展計劃

滑翔再入載具印度早期為提高導(dǎo)彈射程和突防能力，在其彈道導(dǎo)彈發(fā)展項目中曾廣泛應(yīng)用高速滑翔技術(shù)，這使其積累了較多的高速滑翔設(shè)計和應(yīng)用經(jīng)驗。最早使用高速滑翔技術(shù)的是其第一種導(dǎo)彈“大地”短程單級彈道導(dǎo)彈。該型導(dǎo)彈射程不到300千米，但可以改變彈道導(dǎo)彈簡單的拋物線飛行軌跡，借助空氣升力改變并延伸末段彈道，在30-35千米的高度上可“滑翔”約60-70千米，這在一定程度上延長了導(dǎo)彈的射程，也提高了彈頭末段的攔截難度。以后印度為“烈火”系列導(dǎo)彈也設(shè)計了眾多的彈道式滑翔再入載具（BGRV），據(jù)稱從“烈火”1到“烈火”5幾乎都配置了不同的BGRV，滑翔速度和距離持續(xù)提高。該技術(shù)還應(yīng)用在了印度目前唯一的潛射彈道導(dǎo)彈K-15上。雖然這一階段的高速滑翔技術(shù)與高超聲速技術(shù)相差很遠，但上述應(yīng)用使印度初步掌握了高速飛行器的控制與氣動原理等基礎(chǔ)技術(shù)。

超燃沖壓發(fā)動機2005年，印度在維克拉姆·薩拉巴伊空間中心修建了第一座高超聲速風(fēng)洞（HWT）。普通超聲速風(fēng)洞僅能產(chǎn)生相當于5倍聲速的風(fēng)速，但在高超聲速風(fēng)洞中，風(fēng)速卻能達到5-25倍聲速。據(jù)稱當時印度利用該風(fēng)洞測試了國產(chǎn)“高超聲速飛行器”樣機，并進行了發(fā)動機地面試驗。2007年6月，印度DRDO宣布了“高超聲速吸氣式空天運輸飛行器”（AVATAR）發(fā)展計劃，這是一種可重復(fù)使用、水平起飛的吸氣式單級入軌飛機，采用渦輪沖壓/超燃沖壓/火箭組合循環(huán)發(fā)動機，總重25噸（其中60%是液氫燃料），每次可將1噸重的有效載荷送入太空，還可作為高超聲速飛機，用于對地攻擊或偵察。印度還將其稱為“夢之計劃”。AVATAR計劃大大刺激了印度高超聲速基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2014年，印度DRDO在班加羅爾又建成了新的高超聲速風(fēng)洞，并完成了8.4馬赫測試，DRDO官員宣稱“布拉莫斯”2導(dǎo)彈將在該風(fēng)洞進行測試。2016年，印度空間研究組織（ISRO）也宣稱完成超燃沖壓發(fā)動機測試，試驗中超燃沖壓發(fā)動機被置于上世紀70年代發(fā)展的RH-560探空火箭頂端，一級火箭燃燒完后，二級火箭點火繼續(xù)加速，在約20千米時達到6馬赫速度。這時超燃;中壓發(fā)動機點火，并持續(xù)燃燒5秒鐘。這次試驗的目的主要是驗證吸氣式發(fā)動機保持超聲速燃燒的時間，這是目前所知印度高超聲速技術(shù)最成功的試驗。

印度最早采用滑翔彈道的“大地”導(dǎo)彈

正在發(fā)射的“烈火”5遠程彈道導(dǎo)彈

俄印合作的“布拉莫斯”2高超聲速導(dǎo)彈模型

高超聲速導(dǎo)彈目前所知印度真正的吸氣式高超聲速導(dǎo)彈項目有兩個，分別是“布拉莫斯”2（K）和HSTDV?！安祭埂?（K）是印度與俄羅斯聯(lián)合研發(fā)的高超聲速導(dǎo)彈，印度DRDO正在研制高超聲速沖壓式噴氣發(fā)動機，其地面試驗已經(jīng)順利完成，高超聲速專用火箭燃料則是在俄羅斯的幫助下完成開發(fā)的。該計劃仍處于初步設(shè)計階段，導(dǎo)彈投入使用至少需10年。據(jù)稱，“布拉莫斯”2導(dǎo)彈與俄羅斯“鋯石”導(dǎo)彈使用同樣的發(fā)動機和推進技術(shù)，制導(dǎo)和導(dǎo)航系統(tǒng)、軟件、彈體及控制系統(tǒng)由印度研制。該導(dǎo)彈預(yù)計作戰(zhàn)半徑達到450千米，飛行速度為7馬赫，并可能進一步發(fā)展空射和海射型。

2016年5月2 日，印度在薩迪什·達萬航天中心使用一枚HS9火箭，成功發(fā)射印度首架用于技術(shù)驗證的“可重復(fù)使用運載器技術(shù)驗證機”（RLV-TD），進行了高超聲速飛行試驗（HEX）

真正讓印度掌握高超聲速導(dǎo)彈技術(shù)的應(yīng)該是HSTDV項目，目前雖然是技術(shù)演示項目，但最終目標是發(fā)展為一種導(dǎo)彈武器。該項目最初是為前面提到的AVATAR計劃提供技術(shù)驗證，其包括運載火箭（LV）和一個巡航飛行器（CV）。驗證飛行器通過飛行試驗要達到的目的是，驗證超聲速燃燒沖壓發(fā)動機的性能，以及高超聲速飛行器的空氣動力性能、防熱系統(tǒng)和熱結(jié)構(gòu)等。該計劃有俄羅斯、以色列和英國陸續(xù)參與。2005年HSTDV完成了彈體和發(fā)動機框架構(gòu)造設(shè)計，以后由國家航空航天試驗室（NAL）對其空氣動力設(shè)計進行了試驗，完成了多次縮比模型的進氣（空氣）和排氣（廢氣）試驗，以及較大超聲速的風(fēng)洞測試。DRDO負責(zé)新材料開發(fā)、電氣與機械部件的整合、沖壓發(fā)動機研制工作。2010年首次公開樣品模型，2011年在印度國際航展上公開亮相。此后由于資金和場地問題，該項目進度嚴重滯后。2019年6月的飛行試驗?zāi)康闹饕球炞C高超聲速條件下的發(fā)動機點火技術(shù)。由于此次試驗沒有完全達到預(yù)期目的，因此預(yù)計印度近期將再次進行類似發(fā)射試驗。

俄羅斯早期的吸氣式高超聲速飛行器“鷹”

印度展示的高超聲速飛行器發(fā)展計劃

印度高超聲速武器技術(shù)發(fā)展水平分析

技術(shù)起點高，但積累不扎實從透露的情況看，此次試驗主要測試超燃發(fā)動機點火技術(shù)。超燃發(fā)動機是一種吸氣式高速大推力發(fā)動機，其啟動點火就像在7級大風(fēng)中劃燃火柴并保持穩(wěn)定燃燒，難度可想而知，因此世界上只有美俄等少數(shù)國家在研制，而且均未有大的突破。印度雖然進行過地面測試，但從一開始飛行測試就將目標瞄準超燃發(fā)動機的啟動和穩(wěn)定工作上，而不像其它國家在進行多次實體滑翔試驗后，才開始發(fā)動機的啟動測試。雖然印度在高超聲速飛行器和動力技術(shù)上采用了較為先進的概念，但也應(yīng)該看到，印度實際缺乏較為扎實的技術(shù)積累。其超燃發(fā)動機地面測試次數(shù)有限，且印度利用RH-560探空火箭進行的超燃沖壓發(fā)動機測試條件只有6馬赫，剛剛滿足基本要求，且時間非常短。而且，前幾次試驗印度實際掌握的數(shù)據(jù)非常有限，因此此次測試失敗并不出人意料。

參與單位多，但基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)差從印度高超聲速技術(shù)發(fā)展可以看出，HSTDV項目有印、俄、以、英等多個國家的技術(shù)實驗室和團隊參與，僅印度國內(nèi)就有DRDO、NAL和ISRO旗下的多個實驗室和公司、部門參與，這使HSTDV項目集成了世界最先進的高超聲速技術(shù)成果，以及印度國內(nèi)最強大的技術(shù)研發(fā)力量，這也是HSTDV項目從一開始就采用世界最先進設(shè)計理念，且在資金恢復(fù)后可以很快拿出試驗樣機的根本原因。但由于印度在高超聲速領(lǐng)域和航空動力設(shè)計與測試方面起步較晚，其在2014年前后才具備自主的高超聲速風(fēng)洞測試能力，而且由于印度在高超聲速飛行器制造所需的高性能基礎(chǔ)材料和超燃發(fā)動機動力所需燃料等方面沒有自主生產(chǎn)能力，導(dǎo)致該項目缺乏試驗和制造的基礎(chǔ)配套設(shè)施，這是該項目投入較大技術(shù)力量和巨額資金，但仍進展緩慢的根本原因。

發(fā)展時間較長，但實際掌握技術(shù)少正如前面所說，由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)緩慢，印度以HSTDV為核心的高超聲速項目發(fā)展時間較長，從2005年啟動至今已經(jīng)有近15個年頭，但成果寥寥，對外值得公布宣揚的成功試驗次數(shù)也十分有限。從國外同類技術(shù)發(fā)展看，高超聲速項目包括了計算機模擬、風(fēng)洞試驗、飛行器整流罩構(gòu)造、智能材料、高速發(fā)動機原理、飛行器再入大氣層的動力學(xué)和專用軟件等眾多領(lǐng)域技術(shù)，這需要循序漸進的技術(shù)突破和積累。例如，美國現(xiàn)代高超聲速動力技術(shù)是在Hyfly超燃沖壓發(fā)動機試驗平臺上經(jīng)過近10年的摸索才實現(xiàn)突破，并最終轉(zhuǎn)到側(cè)壓式進氣道的技術(shù)路線上。而印度利用俄、以等國現(xiàn)成技術(shù)成果直接進入了此類技術(shù)路線，實際并沒有完全自主進行過超燃沖壓技術(shù)基本概念的試驗與驗證。例如，此次試驗失利后外界認為，有可能根本性的助推器就沒有給驗證飛行器提供足夠的速度和適宜的姿態(tài)，因此更不可能有后面的點火測試了?？梢?，在高超聲速技術(shù)發(fā)展上印度還有許多基礎(chǔ)課需要補。

印度HSTDV高超聲速技術(shù)應(yīng)用分析

印度HSTDV項目的目標是使其躋身該技術(shù)的精英國家俱樂部之列，因此其下一步以HSTDV項目為基礎(chǔ)加快高超聲速技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展是毋庸置疑的。

再次試驗，發(fā)展為導(dǎo)彈武器雖然印度宣稱此次試驗成功，但從透露情況看此次試驗并未實際啟動超燃沖壓發(fā)動機點火，試驗?zāi)繕瞬⑽催_成。而啟動超燃;中壓發(fā)動機是測試的最基本條件，不可能回避，否則后續(xù)科目無法展開，因此印度很可能近期會再次組織同類試驗，和進行多次飛行測試，才可能拿到足夠的數(shù)據(jù)來修訂設(shè)計。由于HSTDV為演示驗證項目，因此在完成項目后，印度很可能很快啟動武器化型號項目，以發(fā)展可用于實戰(zhàn)的高超聲速導(dǎo)彈。印度很可能走與俄羅斯近似的陸基火箭助推的吸氣式巡航導(dǎo)彈路線，爾后再發(fā)展空射或海射高超聲速導(dǎo)彈，而不像美國一開始就優(yōu)先發(fā)展空射高超聲速導(dǎo)彈。

終止項目。由“布拉莫斯”代替從印度高超聲速武器發(fā)展來看，與HSTDV項目并列的還有一項同為吸氣式高超聲速導(dǎo)彈的“布拉莫斯”2（K）項目。雖然該項目還需至少10年，但其基礎(chǔ)技術(shù)和投入都要比HSTDV項目成熟。而印度同時發(fā)展兩項風(fēng)險較大的高超聲速項目除了技術(shù)探索外，很可能是互為備份，降低發(fā)展風(fēng)險。由于“布拉莫斯”2導(dǎo)彈與俄羅斯“鋯石”導(dǎo)彈使用同樣的發(fā)動機和推進技術(shù)，而且也可能進一步發(fā)展為空射和海射型，因此其武器化的可能都要比HSTDV項目大。一旦HSTDV項目遭遇障礙，印度很可能會用“布拉莫斯”2項目最終取代HSTDV的武器化項目。

更新項目。采用新技術(shù)路線HSTDV項目是技術(shù)驗證項目，還存在諸多基礎(chǔ)技術(shù)不成熟和總體技術(shù)不完善的地方，因此在HSTDV項目一再挫折或完成驗證后，印度也有可能再次啟動建立在新技術(shù)框架內(nèi)的吸氣式高超聲速平臺項目。從印度發(fā)展同類武器的作風(fēng)來看，新的項目很可能采用更加先進的技術(shù)思路，建立全新的技術(shù)框架。但如果采用新路線，印度高超聲速武器項目的研發(fā)時間將再次推遲10余年，這可能是印度不得已的路線選擇。

【編輯/山水】