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5倍声速的攻防战 高超战争时代来临

航空知识 2019-10-28 15:51:20
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从定义上讲,飞行速度大于5倍声速的武器就可以归为高超声速武器。自上世纪八十年代以来,由于美国大力发展导弹防御系统,为了突破美国的导弹防御系统,前苏联开始发展高超声速武器。步入21世纪,美中俄都在高超声速武器领域取得了巨大的进展。

5倍声速的攻防战 高超战争时代来临

美国同时开展了多个高超声速武器项目,包括美国陆军主导的“先进高超声速武器”(AHW)、美国国防部高级研究计划局(DARPA)主导的HTV-2“猎鹰”高超声速滑翔飞行器、NASA主导的Hyper-X高超声速试验项目以及波音公司的X-51高超声速飞行器。美国陆军太空与导弹防御司令部还计划成立一个项目办公室,与美国空军、海军和导弹防御局合作研制一型通用高超声速滑翔体,该滑翔体将构成美国空军“高超声速常规打击武器”(HCSW)和美国陆军“远程高超声速武器”(LRHW)的基础。

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在美国的诸多高超声速武器项目中,进展最好的是X-51。2010年5月26日,X-51完成了首次动力试飞,其在21000米高度达到了5马赫的最大飞行速度,全部飞行时间超过200秒,其中超燃冲压发动机燃烧时间达到了140秒。虽然没有达到计划中的300秒,但已经打破了此前X-43创下的12秒持续燃烧时间的世界纪录。X-51的第二、三次动力试飞均以失败告终。但2013年5月26日进行的第四次试飞取得了成功。在该次试飞中,X-51在15200米的高度被B-52H载机发射后,由助推火箭加速至4.8马赫的飞行速度。之后超燃冲压发动机点火,将飞行器加速至5.1马赫,持续工作了210秒,直至燃料耗尽。在此次试验中,X-51飞行时间达到了6分钟,飞行距离达到了426千米。这次飞行也创下了吸气式高超声速持续飞行时间的世界纪录。X-51的成功试验对美国高超声速武器的研发具有重大意义。因为此前的X-43使用氢气作为燃料,而且发动机持续燃烧时间太短,不具备实用性。而X-51的SJY61-2超燃冲压发动机使用的就是美军普通的JP-7航空燃料,降低了成本,提升了实用性,且持续燃烧时间达到了210秒,远远超过X-43,为打造实用的吸气式高超声速武器奠定了基础。

相比吸气式高超声速武器领域的巨大进展,美国在助推滑翔式高超声速武器领域就不是那么成功了。DARPA 的HTV-2“猎鹰”高超声速滑翔飞行器在2010年4月22日的首次飞行中虽然达到了20马赫的速度,但却很快失控解体。其在2011年8月11日进行的第二次试验也失败而告终。在这一领域,显然中俄的进展更大。

根据外媒报道,中国的WU-14高超声速滑翔飞行器已经进行了多次试验,接近成熟。而中国的陶瓷基耐高温复合材料的研究也不时传出重大进展,这种材料对于高超声速滑翔飞行器来说至关重要。

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俄罗斯对高超声速武器的研究可以追溯到上世纪50年代。当时,图波列夫设计局就研制了图-130高超声速飞机,但由于种种原因,最终未能实现。20世纪80年代,苏联的Kh-90高超声速巡航导弹项目和“冷-2”超燃冲压发动机飞行试验平台以及“4202”项目(该项目正是“先锋”的前身)都取得了相当多的成果,只是由于苏联解体,这些项目都被迫终止。2001年,美国退出反导条约,开始大力发展导弹防御系统。为了对抗反导系统,提升导弹的突防能力,保证核威慑的可靠性,俄罗斯开始重拾高超声速武器的研发。

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近年来,俄罗斯比较典型的高超声速武器主要有“先锋”高超声速导弹系统,“匕首”空射高超声速导弹,“锆石”高超声速反舰导弹。“先锋”导弹以UR-100N UTTH液体洲际弹道导弹作为其助推器,其高超声速滑翔弹头的具体性能数据尚未公开。据推测,高超声速滑翔弹头长约5.4米,最大飞行速度可达20马赫以上,射程在5500千米以上,可以进行横向机动。其弹头由复合材料制成,可以抵御几千度的高温,并且无惧激光照射。目前,“先锋”高超声速滑翔弹头暂时只装备了UR-100N UTTH导弹,但未来不排除其成熟后装备“萨尔马特”和“边界”洲际导弹。“先锋”高超声速滑翔弹头的突防能力极强,对美国的反导系统是个重大挑战。

总体来看,各国在高超声速武器的发展上各有千秋。美国比较重吸气式常规高超声速导弹的发展,因为这种导弹的飞行弹道低平,不易引起误判,使用门槛也低。虽然美国目前在常规吸气式高超声速导弹发展上已经取得了相当的进展,但毕竟这一技术路线难度巨大。导弹要想充分发挥战斗力,其攻击目标的精度至关重要,而控制一枚速度高于5马赫的吸气式高超声速导弹精准地击中目标绝非易事。作为动力的超燃冲压发动机的实用化更是巨大的挑战。因此,近几年来,美国也开始注重助推滑翔式高超声速武器的研发,希望利用难度相对较低的助推滑翔技术让高超声速武器尽快实用化,在高超声速武器的竞赛中领先。

俄罗斯则更重视助推滑翔式高超声速武器的发展,要用携带核战斗部的高超声速滑翔弹头对抗美国的导弹防御系统,重新实现某种程度上的核武库平衡。俄罗斯把发展高超声速滑翔弹头视作对美国发展反导系统的“非对称”反应,而且这条技术路线的难度相对较低,易于实用化。事实上,传统的弹道导弹弹头载入也需要经过高超声速阶段,只是其在高超声速再入阶段的弹道相对固定,不会进行过多机动而已。因此,高超声速滑翔弹头的发展可以更大程度上利用已有的技术基础,其技术难度更多集中在弹道设计和制动、弹头强度和耐高温能力等方面,研制起来相对容易。高超声速滑翔弹头速度一般远远高于吸气式高超声速巡航导弹,突防能力更强。助推滑翔式高超声速武器虽然有上述优点,但也有自身的局限。由于需要弹道导弹作为助推器,这种导弹一经发射,很可能被敌方判断为核导弹攻击,容易引发误判。因此其使用门槛还是比较高的,在常规战争条件下的使用空间有限。

之前由于中导条约的限制,美俄对于高超声速武器的研究更多集中在战略领域。随着美国退出中导条约,高超声速领域的军备竞争势必加剧,一个高超声速战争时代即将到来。

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高超声速武器的研制,在很大程度上就是为了反制反导系统。俄罗斯部署“先锋”高超声速导弹后,就可以绕过导弹防御系统密集部署的区域,从导弹防御系统部署稀疏甚至没有部署的地区突防,再沿着低空弹道飞行,最终击中目标。这种弹道机动能力,特别是横向机动能力大大加强了其突防能力。即使高超声速滑翔弹头恰好位于导弹防御系统作战半径内,拦截弹也很难拦截速度高达20马赫,弹道飘忽不定的滑翔弹头。当然,“先锋”高超声速导弹的突防能力主要体现在末段和中段,在其助推段,仍然遵循传统弹道导弹的轨道,这是其薄弱环节。这也是高超声速滑翔导弹的普遍薄弱点所在。作为反制,美军相应地可以加大反导系统的前沿部署,提升对高超声速滑翔导弹在助推段拦截能力,将其扼杀在助推段。另外一种拦截高超声速滑翔导弹的可行方法就是用激光,激光拦截比动能拦截弹精度更高,对高超声速滑翔弹头具备一定的拦截能力。所以,高超声速滑翔弹头除了耐气动加热外,还要耐激光照射,才能有效对抗激光反导系统。

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高超声速反舰导弹也给舰艇的防空带来了巨大的挑战。俄罗斯的“锆石”高超声速反舰导弹就是另一个很好的例子。该导弹最大飞行速度可达8马赫。英国“伊丽莎白女王”号航母装备的“海上拦截者”防空导弹只能拦截速度在3马赫以内的目标,“密集阵”近防炮则更是只能对付速度在2马赫以内的目标,对于速度高达8马赫的“锆石”都应对乏力。宙斯盾舰上的“标准”3拦截弹从速度上讲可以追上“锆石”,但它是拦截弹道相对固定的弹道导弹的,对于弹道低平,具备极强末段机动能力的“锆石”拦截效果恐怕也不见得有多好。拦截像“锆石”这样的高超声速反舰导弹,最佳的方式可能还是海基激光拦截系统。海基激光拦截系统既可以拦截低速目标,也可以拦截高超声速目标,能大大提升舰艇的综合防空能力。对此,可能传统的“饱和攻击”战术依然是个很好的对策。高超声速反舰导弹的“饱和攻击”很难全部拦截,即便海基激光拦截系统成功拦截了部分导弹,剩下高超声速反舰导弹仍将命中目标。

无疑,高超声速武器的发展将给现有的防空反导体系带来巨大的挑战。同时,为了有效应对高超声速武器的挑战,防空反导体系自身也必将迎来新一轮变革,先进的传感系统和激光拦截系统的发展势在必行。这场矛与盾的较量将一直进行下去……

责任编辑:李德全 CM034
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