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高超声速武器中美俄哪家强?

时间:2019-10-19 14:41:07来源:IT技术作者:seo实验室小编阅读:74次「手机版」
 

高超音速武器

高超声速武器是能以5倍以上声速可控机动飞行的武器,具有快速打击和突防能力,21世纪以来成为世界大国竞相发展的热点领域。近年来,由于美国频频声称中国和俄罗斯在高超声速武器研发方面已对美国构成威胁,更是吸引了人们对高超声速武器的关注,也进一步引发了高超声速武器谁更强的争论。

实际上,由于研发技术难度高,目前只有中美俄三个国家在高超声速武器上取得进展,不过却有各自的不同特点。美国追求技术先进性,上马的试验项目最多;俄罗斯注重战略威慑性,最早投入部队使用;中国则是突出可靠实用性,试验成功的次数最多。

超高声速武器目前主要有三类:一是高超声速滑翔飞行器。这类飞行器可以作为常规打击平台,也可以作为新一代弹道导弹的机动弹头,在研项目包括美国的HTV-2、AHW,俄罗斯的YU-71(又称“先锋”),中国的DF-ZF(国外称WU-14);二是高超声速巡航飞行器。这类飞行器配备有超燃冲压或火箭发动机,可实现自主动力飞行,包括美国的X-51和HIFIRE项目,俄罗斯的“匕首”、“锆石”导弹和中国最新公布的星空2号。三是高超声速飞机,包括常规飞机和空天飞机,目前只有美国有公开的研究项目。常规高超声速飞机有SR-72,大名鼎鼎的SR-71“黑鸟”的后继机型,设计飞行速度6马赫,目前仍停留在概念阶段;空天飞机即美国的X-37B,部署在太空轨道运行,应该算作太空武器,这方面美国是遥遥领先。至于弹道导弹,虽然在轨迹末端也能达到高超音速,但由于弹道固定,没有机动性,因此也就不算真正意义上的高超声速武器。因此,美国人声称的中俄领先的项目指的便是高超声速滑翔飞行器和巡航飞行器。事实是否如此呢?我们来看看各国发展的具体情况:

美国:摊子太大、效果欠佳

美国高超声速武器发展计划最初源于20世纪90年代“全球快速打击计划”。该计划的目的是让美军能在1小时内用常规武器打击地球上的任何目标。基于该计划,美国提出了众多的高超声速武器发展项目,包括国防高级研究计划局主导的X-51、陆军主导的AHW“先进高超音速武器”(目前已改由海军负责)、HTV-2“猎鹰”、美空军主导、国际合作的HIFIRE计划等等,可谓是项目庞杂、构想超前、心态乐观。

正是由于这种大跃进式的大干快上,导致美国高超声速项目资源分散、试验时间间隔长,迟迟没有进入到工程化、实战化阶段。AHW项目是有小翼的机动变轨的弹头,2011年第一次试验取得成功,2015年的第二次试验因火箭爆炸未能完成,后来项目移交海军,一直没有进行第三次试验。HTV-2项目采用的是乘波体设计,但由于飞行控制技术不成熟,2次试验都告失败,导致项目被搁置。X-51项目主要是为了验证超燃冲压发动机。这种发动机能突破涡喷发动机的速度极限,又比火箭发动机更为经济。2010年至2013年,X-51项目进行了4次试验,仅2次成功,不过试验速度仍低于设计预期的6马赫。试验后,美国防部评估认为相关技术成熟需要到2023年,加上2014年后尚未进行后续试验,不排除该计划遇到了技术难关的可能。HIFIRE项目包括8个子项目,目的是探索不同类型乘波体的飞行数据,找出最佳外形方案。该项目目前已进行了不少于7次试验,最近的试验是2017年的HIFiRE 4项目,试验飞行器通过火箭助推后俯冲,最高速度达到8马赫。

美国通过众多项目积累了大量技术经验,比如在X-51上实现了超燃冲压发动机持续工作200多秒,通过HIFIRE项目验证了不同大小和气动外形的参数特点,很多方面领先于中俄。但在实战化方面,与中俄相比美国却显得慢了。背后原因除了资源分散外,还因为中俄都没有导弹防御系统需要美国去突防,决策层也就没有太多动力去推动项目发展,因此美国说中俄高超声速武器居于领先地位不无道理。这不,等到中国和俄罗斯取得突破性进展后,美国又受到刺激,有了紧迫感,才又积极增加投入,试图重获优势扳回一局。从2017财年开始,美国加大对高超声速试验设施升级改进和建设的支持力度,并效仿俄罗斯“匕首”导弹,增加了GO1空射型高超声速火箭项目,2018年7月已进行发动机试车。未来,以美国的雄厚实力,发展出一些领先中俄的实战化项目应该不是问题。

俄罗斯:另辟蹊径、不计成本

与美国发展高超声速武器是为了打遍全球不同,俄罗斯发展高超声速武器的目的是为了追求武器的先发性、威慑性,维持与美国的战略平衡。因此,俄罗斯采取低技术风险、高维护成本的方式率先装备高超声速武器,即对常规导弹进行改装,使用火箭发动机而非新研发超燃冲压发动机作为动力,同时通过新技术增强导弹的机动性,实现性能突破,达到快速打击和突防的目的。但这类导弹没有采用乘波体气动外形,本质上仍是弹道导弹,因此其机动性、精确性值得怀疑,能否算真正意义上的高超声速武器仍待观察。实际上,空射弹道导弹维护成本较高,上世纪70年代美国曾多次进行此类试验,但因实用性不高、维护不便而最终放弃。不过俄罗斯向来在战略武器方面不考虑成本,通过改良弹道导弹增强突防能力并宣布率先装备高超声速武器,可谓典型的俄式武器发展思路。

2017年,俄成功试射“锆石”高超声速反舰导弹,射程600公里,飞行速度达8马赫,2018年至2020年将装备部队。从参数上看,“锆石”导弹攻击航母最合适不过,一时引发媒体惊呼,特别是英国媒体,不禁担心起自家仅有的一艘航母的安危。由于俄罗斯几乎没有对外公布详细资料,外界对该导弹的外形、动力、制导等情况知之甚少。但从该导弹测试时间很短,且用于替换“花岗岩”反舰导弹看,该导弹没有采用超燃冲压发动机,十分有可能基于“花岗岩”导弹改进。与“锆石”导弹类似的是,俄罗斯将赫赫有名的“伊斯坎德尔”地地战术导弹改装成“匕首”导弹,据披露射程可达1000公里,飞行速度10马赫,搭载在米格-31和图-22轰炸机上,目前已成功进行多次试射,俄军预计下一步能很快将其装备部队。俄罗斯陆军也不甘落后,计划效仿中国,通过提升“伊斯坎德尔”地地战术导弹精确打击能力,打造俄罗斯版的陆基反航母导弹。看来俄罗斯不仅追求首先装备高超声速导弹,还铁了心要实现陆海空三位一体。

2018年,俄又正式披露了“先锋”飞行器发展计划,设计速度20马赫,可作为俄新一代战略重器“萨马尔特”洲际弹道导弹的弹头。俄方这一参数爆表的计划再次使外界对俄高看一眼,不少媒体惊呼俄已经在高超声速武器方面大幅领先,毕竟,中国的WU-14和和美国的AHW等同类武器项目都在10马赫左右。不过高超声速武器的核心竞争力在于机动性而非单纯的速度,“先锋”飞行器属于滑翔飞行器,仅强调马赫数实际上没有太大意义,只能证明火箭技术强而已。所以说,得益于一贯领先的火箭发动机技术和导弹控制技术,俄罗斯在高超声速武器实战化方面暂时赢得先机,只是这算不算真正意义上的高超声速武器仍有争议。

当然,俄罗斯也在积极研发主流的高超声速武器。俄罗斯在《2018-2027国家武器装备计划》中将射程1500公里的新型吸气式空射型高超声速导弹作为发展重点之一。所谓新型吸气式发动机也即超燃冲压发动机。事实上,苏联曾在超燃冲压发动机领域取得领先地位,但随着苏联解体,俄罗斯后来没有任何新的进展见诸报道,难以想象俄罗斯能很快在超燃冲压发动机方面取得突破。

中国:稳步发展、快速赶超

中国在高超声速武器上的起步比较晚,但得益于路线明确、资源集中,加上超强的体制整合力,能调度起诸多科研力量,很快便取得了成效,而且在某些方面具有独创性。中国发展高超声速武器的目的简单明了,那就是突破美国导弹防御系统,保持“杀手锏”式的非对称威慑。

由于发展路径明确,中国的相关基础研究一开始便做得很扎实,而且找准了自己的发展方向。2008年中国立项高超声速风洞建设,2016年建成世界首座实用的5-9马赫的JF-12超高声速风洞,超过了美国上世纪90年代HYPLUSE超高声速风洞,达到了美国LENS II风洞的水平。值得一提的是,中科院利用独创的爆轰驱动技术,克服了自由活塞驱动技术的弱点,使得JF-12风洞成本更低、实用性更强。通常,高超音速发动机需要的风洞实验时间在60到70毫秒,国外的相关风洞大约为30毫秒,而JF-12风洞能做到100毫秒。因此中国可在实验室完成大量实验,无须像美国一样必须飞到天上去实际验证。实际上,中国还在建造FD21、M6、M4-7等更大更先进以及最高风速20马赫的JP-10爆轰风洞。

基于领先的风洞设备,2018年8月3日,中国的首个乘波体飞行器——星空2号成功试飞,气动外形技术达到国际领先水平。一般来讲,适合高超声速飞行的外形结构主要有旋成体(如“匕首”导弹)、升力体(包括普通升力体和乘波体)、翼身融合体(如SR-72)等。其中乘波体最为先进,美国也仍在探索实验,目前发展出的类型主要有像梭镖一样的“三角体”(如HTV-2)、像改锥一样的“扁头体”(如X-51)和中国独创的“装配体”——星空2号。星空2号的外形虽然没有公布(官方仅公布了搭载星空2号的火箭),但据分析是基于激波装配法研制,具有充分利用激波升力、内部容积大的特点,实用性更强。这也是中国目前在高超声速武器方面领先的领域之一。

在滑翔飞行器方面,中国自2014年开始试验WU-14飞行器以来,目前已进行8次。虽然官方没有公布试验结果,但美国一直持续跟踪监视中国相关试验并侧面透露了结果。美国人评估认为,中国的试验飞行器具有很高的机动性,反映中国在高超声速飞行控制技术上取得了突破。这一点,从网络上流出的各种奇形怪状的白色飞行轨迹似乎也可以证明。由于官方宣称星空2号是中国首个乘波体,WU-14飞行器可能采用的是普通升力体。

超燃冲压发动机同样也是后发先至。美国从上世纪50年代开始研制,直到2013年才得以突破关键技术。而中国在上世纪90年代末才立项,2015年国防科技大学王振国教授团队即研制成功世界首台航空煤油再生冷却超燃冲压发动机。该型发动机的研制成功,标志着我国具备了独立自主研发超燃冲压发动机的能力。而且,与美国X-51超燃冲压发动机使用JP-7特殊吸热型碳氢燃料相比,国产超燃冲压发动机使用航空煤油作为燃料,成本更低、应用范围更广。也就是说,中国的高超声速发动机技术虽然略晚于美国,但也有比美国先进的地方。不过,中国目前还没有进行类似X-51那种超燃冲压发动机和乘波体飞行器结合的试验,下一步极有可能在星空3号上实现。值得一提的是,中国的涡轮-火箭-冲压组合循环发动机也正在加速研制中,倘若这种发动机先于美英研制出来,中国将得以引领未来世界航空业的发展。

其他国家:有心跟进、无力突破

除了中美俄,有能力开展相关研发的只有欧洲、印度与日本了。英国、加拿大和澳大利亚等国家也参加了美国主导的HIFIRE计划,但钱都是美国出,这些国家所起的作用十分有限。澳大利亚昆士兰大学在高超声速气动外形方面有理论积淀,英国在协同吸气式火箭发动机(又称“佩刀”)方面有持续跟踪研究,造出了验证实验样品,这两个国家算是跟在美国后面露个脸。德国和日本上世纪八九十年代也曾上马过超燃冲压发动机项目,但都无果而终。不过可能是眼红中国的进展,2018年日本重新启动了高超音速武器元件的相关研究。印度太空研究组织2016年7月在小型火箭外侧安装了一台自制的超燃冲压发动机试验品,将试验发动机发射到70公里高空,在速度6马赫时尝试点火。但试验结果可能不尽如人意,因为印度事后并未公布任何消息。2017年,印度又开始研制高超声速风洞。印度还一直希望与俄罗斯联合研发“布拉莫斯II”型高超声速巡航导弹,希望以印度出钱、俄罗斯出技术的方式获得印度版“锆石”导弹,但以目前各国对高超声速武器的重视程度看,俄罗斯的技术肯定是不会转让给印度的。所以应该说,短期之内,除了中美俄之外,看不到其他国家能在高超声速武器方面取得真正的进展。

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