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高超聲速飛行器
送交者: 嵐少爺 2017年05月17日00:03:18 於 [軍事天地] 發送悄悄話

“天下武功,唯快不破。”從本土發射,可以突破敵方攔截系統、在一小時內打擊全球任何目標;從機場起飛,不到兩小時就能降落在世界任何一個機場。隨着近年來高超聲速飛行器關鍵技術的不斷突破,這些科幻小說中的場景將在不遠的將來成為現實。

  先進的技術支撐——

  高超聲速技術驗證穩步推進

  高超聲速技術是21世紀航空航天技術發展一個新的制高點,高超聲速飛行器是指飛行速度超過5倍聲速(5馬赫)的飛行器,大家熟知的洲際彈道導彈、載人飛船、航天飛機等的最大速度可達20餘倍聲速,都屬於高超聲速飛行器。除了洲際彈道導彈等傳統的高超聲速飛行器之外,近年來在國際上有三類高超聲速飛行器備受關注。

  臨近空間吸氣式巡航飛行器。以超燃衝壓發動機為動力、可在臨近空間高超聲速巡航的一類飛行器。超燃衝壓發動機全稱為超聲速燃燒衝壓發動機,被認為是繼螺旋槳和噴氣推進之後的飛行器“第三次動力革命”。與採用渦輪增壓的航空發動機不同,超燃衝壓發動機利用進氣道激波實現高速氣流減速與增壓,因此沒有轉動部件、構造相對簡單。與火箭發動機相比不需攜帶氧化劑,重量輕,推重比大,適合高空高速飛行。美國研發的X-43X-51系列已經實現5倍聲速以上短時飛行。

  臨近空間助推滑翔飛行器。用火箭助推,然後在大氣層內高超聲速遠距離滑翔的飛行器,可用於遠程快速打擊。為了實現高超聲速遠距離滑翔,至今人們共提出過兩種方案,分別是滑翔-跳躍“桑格爾彈道”和助推-再入“錢學森彈道”。由美國研發的HTV系列是這一類飛行器的典型代表。HTV-2設計最大射程16668千米,橫向機動距離5556千米,最大飛行速度達到20馬赫,可一小時內實現全球到達。

  小型跨大氣層空間機動飛行器。能快速發射到地球近地軌道、可以長期駐留軌道並執行指定任務、結束任務後自動返回地面的小型無人高超聲速飛行器,其在軌和返回地球的速度超過20馬赫,被認為是未來太空戰鬥機的雛形。這種飛行器類似迷你版的航天飛機。採用小型、無人、可重複使用的設計方案,力圖解決航天飛機的高成本和高風險問題。美國研製的X-37B是第一架此類飛行器,其最近一次在軌試驗長達718天,在軌時間總長達2085天。

  積極的武器規劃——

  高超聲速項目研發群雄逐鹿

  近些年來,世界主要軍事強國根據本國技術實力和研發特點制定出各自的發展計劃,力圖在未來高超聲速戰爭中搶占先機。

  美國已經開展多個高超聲速項目研究。目前正在實施的三類新型高超聲速飛行器研製計劃包括:吸氣式高超聲速巡航飛行器——高超聲速吸氣式武器概念(HAWC),助推滑翔式飛行器——戰術助推滑翔導彈(TBG)和先進高超聲速武器(AHW),以及小型跨大氣層空間機動飛行器——X-37B。在X-51AHTV-2技術基礎上,美國空軍於2014年啟動了對應的高超聲速吸氣式武器概念(HAWC)和戰術助推滑翔導彈(TBG)兩個後續項目。與此同時,美國陸軍繼續積極推進始於2006年的先進高超聲速武器(AHW)計劃。這些後續項目的目標是研製高超聲速打擊武器樣機,並在相關的戰術環境中完成演示驗證飛行試驗。X-37B則可作為通用的武器平台,可從空間對陸海空目標實施實時監視或精確打擊,可對衛星、宇宙飛船甚至太空站實施破壞和捕獲,能夠衍生出多種作戰能力。

  俄羅斯的高超聲速技術是在原蘇聯技術基礎上發展起來的。蘇聯時期就已經研製出3.5馬赫以上的遠程超聲速反艦導彈。1996年後,俄羅斯重啟第二代超燃衝壓發動機計劃,先後推出了GLL-8GLL-VK等高超聲速飛行器項目。一種為助推滑翔高超聲速試驗飛行器。俄羅斯於2014520日進行了一次SS-25“白楊-M”洲際彈道導彈的試射,內容就包括一型先進彈頭的測試。一種為機載方式發射高超聲速試驗飛行器。今年418日,俄羅斯成功試驗了飛行速度8馬赫的“鋯石”高超聲速反艦導彈。

  法國、德國、印度、日本等國也不甘示弱,相繼推出不同的高超聲速飛行器項目。如印度正致力於研發馬赫數57的“布拉莫斯-2”高超聲速巡航導彈和“AVATAR”跨大氣層高超聲速飛行器。

  獨特的技戰優勢——

  高超聲速作戰顛覆傳統規則

  高超聲速武器集超高速、高毀傷、高突防能力等諸多優點於一身,將大幅拓展戰場空間、提升突防與打擊能力,已成為大國之間空天軍事競爭的又一戰略制高點,具備改變“戰爭遊戲規則”的潛力,對傳統的防禦手段、作戰模式、抗擊方法都有着顛覆性的影響。

  速度快,能夠快速打擊。與現役武器裝備相比,高超聲速武器最明顯的優勢就是快。高超聲速飛行器具有5馬赫至25馬赫的飛行速度,作為打擊平台,可在約一小時內攻擊全球任何角落的目標;作為運輸平台,可在短時間內將有效載荷運送至全球各地,甚至近地軌道。高超聲速飛行器基本具備發現即摧毀的實時攻擊能力,能夠實施瞬時空天打擊,有效打擊全球範圍內現有武器難以對付的“時間敏感”目標,把戰爭帶到“讀秒”時代。

  突防強,能夠顛覆防空。隨着高超聲速武器的開發應用,傳統的防空作戰將被空天防禦作戰所代替。由於高超聲速飛行器彈道低、速度高,現有的雷達預警和防空系統很難對這樣的目標進行實時捕捉跟蹤和瞄準摧毀。根據理論計算,以目前傳統防空武器系統為參考坐標,空中目標的突防概率隨自身飛行速度增加而提高,當飛行速度從3馬赫提高到7馬赫時,其被攔截的概率可成倍下降,這將使傳統防空體系面臨“清零”危險,對抗優勢的天平將向具備高超聲速突防能力的一方傾斜。

  機理新,能夠強力毀傷。物理學動能定理告訴我們,一個物體的動能與質量成正比,與速度的平方也成正比。當飛行器或者導彈達到高超聲速,帶來的一個結果就是武器的動能將成指數級倍增,從而極大提高戰鬥部的毀傷效能。一枚1.5千克的高超聲速導彈動能戰鬥部撞擊動能就足以使一座橋梁坍塌。如果攜帶侵徹彈頭,高超聲速武器對鋼筋混凝土的侵徹深度可達十幾米,能夠打擊深埋於地下的指揮中心等堅固目標。

  載荷多,能夠承擔多元任務。高超聲速飛行器具有傳統飛機和導彈無可比擬的優勢,至少可擔負兩類作戰任務:一是戰區直至全球範圍的遠程快速精確打擊以及戰略戰術偵察與投送。二是空間優勢作戰,包括快速往返空間、駐留空間、控制空間等。

  效用佳,能夠懾戰並用。以高超聲速飛行器為核心的空天突襲武器,具有先發制人的戰略優勢,將極有可能構成新的戰略威懾能力。宏觀上將影響戰略力量對比,進而影響其戰略意圖和決心;微觀上將影響作戰對手的力量布局,導致作戰力量部署的被迫調整。而且作為常規快速打擊系統,還可避免核武使用的政治風險和高門檻,提高了威懾的可信度,又具有實戰價值。

  多元的技術難題——

  高超聲速武器發展任重道遠

  自人類成功突破聲速以來,70餘年間科學家成功解決了3馬赫以下的大氣層內長時間飛行技術問題。但當航速大於5馬赫後,飛行器將面臨複雜的氣動力、氣動加熱、材料結構與熱防護、氣動物理、推進、控制等諸多科學問題和工程難關。所以,儘管“1小時全球打擊”的構想十分誘人,但要實現這一目標還必須攻克這些難題。

  一是高超聲速吸氣式推進技術。要實現超燃衝壓發動機的推阻平衡、獲得淨推力,必須讓火焰在高速氣流中持續穩定高效燃燒,其難度如同在龍捲風中點燃一根火柴。

  二是高超聲速飛行器氣動外形布局設計。為保證遠程、快速和大範圍機動能力,高超聲速飛行器必須在具備高升阻比的同時,兼顧飛行穩定性和操縱性,其外形布局設計難度極大。

  三是高超聲速飛行器的防熱技術。高超聲速飛行條件下,氣流被壓縮並與飛行器表面劇烈摩擦,導致氣流溫度超過數千攝氏度,飛行器表面被嚴重加熱,例如HTV-2飛行過程中表面最高溫度接近2000℃,需研製輕質、耐高溫的防熱材料和結構才能實現長時間飛行。

  四是高超聲速飛行器導航與控制。高溫還將導致空氣離解和電離,在飛行器外部形成等離子體鞘套,干擾甚至阻斷無線電信號的傳輸,進而嚴重影響飛行器的導航與控制。

  只有徹底解決了這些技術問題,高超聲速飛行器才能真正成為“殺手鐧”武器。

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