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高超音速飞行器有多厉害

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在刚刚由特朗普总统签署通过的“2019财年国防授权法案”中,美国一如既往强调新兴技术的作用,为了应对人工智能、空间和反空间技术、网络以及高超音速技术方面进步带来的影响,“2019财年国防授权法案”在美国国防部提出申请经费的基础上,增加1.5亿美元支持发展高超音速武器;并向导弹防御局增加1.4亿美元,用于提升对高超音速武器的防御能力。因为在这些领域的军费增加,使得“2019财年国防授权法案”的军费总额,比美国国防部的申请经费7160亿美元还高出10亿美元。

新闻背景
前不久,美国总统特朗普签署总额达7160亿美元的2019年度国防授权法案。预算申请文件显示,高超音速飞行器领域累计申请研发方面预算为10.25亿美元,比2018财年增加了63%,创下10年来新高。巧合的是,俄罗斯公布的2030年规划也显示,近800种军事技术研究项目中,高超音速打击技术和武器将居于首位。为什么军事大国纷纷将高超音速飞行器列入发展重点?这种战略武器到底有多厉害?

  参考消息网8月11日报道据印度《德干纪事报》网站8月6日报道,中国于8月6日宣布,已成功试飞了首款可携带核弹头并能穿透任何新一代反导防御系统的尖端高超音速飞行器。中国官媒称,该飞行器在试飞中成功在3万米高度实现了5.5至6马赫的高超音速飞行,这是中国官方首次正式公开并确认相关研发计划。军事专家称,这次飞行试验表明中国正在该领域与美国和俄罗斯并肩前进。那么高超音速飞行器究竟有何独特优势?中美俄三国在相关领域的进展又如何?本文就此为您简析。

美俄都研发了哪些高超音速武器

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图片 2搭载有中国国产高超音速飞行器的“星空”-2火箭(美国雅虎新闻网站)

高超音速武器是指以高超音速飞行技术为基础、飞行速度超过5倍音速(即5马赫)的武器,包括高超音速制导炮弹、巡航导弹、钻地弹,以及高超音速无人侦察机、轰炸机等,其以航程远、速度快、性能卓越,能够快速打击远程目标,被称为继螺旋桨、喷气推进器之后的第三次空中革命。

只有少数国家在研制
高超音速飞行器主要包括高超音速巡航导弹、高超音速无人飞行器、高超音速轰炸机、高超音速侦察机等,具备5倍音速以上稳定飞行能力。其飞行轨迹复杂,飘浮不定,难以预测,比弹道导弹更难以让敌方反导系统拦截,可在本土对世界任何地区实施瞬间和高精确打击。美国战略司令部高级军官曾这样形容:“高超音速武器可以在60分钟内打到地球上任何一个地方,先发制人。”
目前,高超音速飞行器主要有三种形式:
一是旋成体。这是指三维空间中,由旋转曲面与底截面围成的物体,圆锥体等均属于旋成体。俄罗斯的“匕首”高超音速导弹、弹道导弹、飞船的返回舱等,都属于旋成体,也是当前高超音速飞行器最常见的形体。
二是翼身融合体。其布局类似飞机,带有机翼。比如,美国研发中的SR-72高超音速无人侦察机就属于这一类型。这类布局适合采用吸气式发动机或组合式发动机,通常适合7马赫以下速度飞行。
三是乘波体。乘波体是一种适宜高超音速飞行的气动外形,飞行时飞行器的前缘平面与激波的上表面重合,好比骑在激波波面上。从外形上看,乘波体高超音速飞行器比较扁平,具有楔形机身,更适合使用超燃冲压发动机。美国研发的X-51A、HTV-2等高超音速飞行器,采用的就是乘波体设计。
从用途来看,高超音速武器可以打击受到亚音速或超音速导弹防御系统保护的目标;也可以用作首波攻击,解除敌方武装;还可以携带核弹头。在军事上,高超音速飞行器具有重要意义,它采用的超燃冲压发动机是继螺旋桨和喷气推进之后的第三次动力革命,对未来战争将产生深远影响。
据悉,这种最新的战略武器,目前只有美国、俄罗斯等少数国家在研制,而且,长期以来,这些国家一直处于严格保密状态。

  高超音速飞行器难以防御 美国最早取得成果

3月1日,俄罗斯总统普京在发表“2018年国情咨文”时曝光了两款俄罗斯高超音速武器,分别是“匕首”空射高超音速导弹和“前锋”高超音速滑翔弹头。其中“匕首”速度高达10马赫,以米格-31战斗机采取腹下挂载的方式,起飞升空后投放,导弹下落到一定高度发动机点火,推动导弹前飞并爬升,接着采用高抛弹道飞行,末段进行大角度俯冲攻击,既能攻击海上目标,也能攻击地面固定目标。

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  据印度《德干纪事报》网站报道称,中国航天空气动力技术研究院在一份声明中说,搭载有国产高超音速飞行器的“星空”-2火箭8月3日从位于中国西北部的一座靶场发射升空,在飞行近10分钟后,火箭完成主动段转弯、抛罩/级间分离、飞行器释放自主飞行、弹道大机动转弯等动作,按预定弹道进入落区。国产高超音速飞行器则达到3万米高度,飞行速度达到5.5至6马赫。高超音速飞行器本身具有突防性强(现役防空系统配备的计算机难以追踪时速超过5000千米的超高速飞行物,而且无法预估不断变化的飞行弹道)、飞行高度高、航程远等多种优势,美军曾设想使用飞行速度5马赫以上,在一小时内打击地球上任意目标的高超音速飞行器。军事专家称,这款高超音速飞行器采用了“乘波体”(Waverider)设计。

“前锋”高超音速滑翔弹头由洲际弹道导弹携带投放,而洲际弹道导弹在末段的飞行速度超过20倍音速。“前锋”最大的特点是在与洲际弹道导弹的投放母舱分离之后,能够以高超音速进行滑翔飞行,并可进行任意机动,这就使得反导系统很难推算其飞行轨迹,比如“萨德”反导系统就很难对其实施拦截。

研发并非一帆风顺
高超音速飞行器的研发始于上世纪60年代。不过,当时受制于发动机和飞行器机身材料的局限性,美国和俄罗斯研制多年也没有取得实质性突破。
2002年,美国首次提出“全球打击计划”,即在不诉诸核武器的前提下,力求具备一小时内用常规高超音速武器对全球任何目标实施打击的能力。
冷战时期,苏联海军总司令提出使用高超音速反舰导弹向美军航母战斗群实施饱和攻击,以便一举摧毁航母编队。
进入21世纪,美国研发进入高潮,试验了速度超过5马赫的高超音速飞行器。之后,由于试验频频失利,加上资金和技术方面的限制,又跌入低谷。
近年来,俄罗斯加大投入,获得了系列成果。今年,俄罗斯总统普京发布年度国情咨文时曝光了几款高超音速武器,引发美国恐慌,促使其重新加快研发步伐。

  “乘波体”由英国学者诺威勒于1959年提出,是指一种流线外形、所有前缘都具有附体激波的超音速或高超音速飞行器。乘波体飞行器不用机翼产生升力,而是靠压缩升力和激波升力飞行,就像水面由快艇拖带的滑水板一样产生压缩升力。其飞行时,前缘平面与激波上表面重合,就像“骑”在激波的波面上,从而依靠激波压力产生升力,所以叫“乘波体”。如果把大气层边缘看作水面,乘波体飞行时就像是在水面上打水漂。“乘波体”设计提出后,美国、英国、苏联等各大国均于20世纪50年代开展过相关技术研究,但受技术所限一直没有显著进展。直到1989年,由美国国家航空航天局(NASA)资助,在美国马里兰大学举行的“乘波体国际会议”上提出的用相切锥生成乘波体的方法,即通过使用多个来设计激波模式,才使得人们可以根据飞行器的需要来设计复杂构型,从而令乘波体飞行器具备了向实用化发展的可能性。

俄国防部表示,“匕首”高超音速巡航导弹和“先锋”高超音速弹头,已分别进入战斗值班状态和量产阶段。其中,搭载“匕首”的米格-31战机自去年12月在南部军区投入值班后,完成了包括70次空中加油和超过300次飞行任务;“先锋”高超音速弹头将于2019年列装俄军第31导弹集团军第13导弹师。

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图片 5资料图片:美空军X-51A“乘波者”高超音速测试飞行器飞行效果CG图。(图片来源于网络)

美国对高超音速武器的研究比俄罗斯更早。1959年,英国学者诺威勒提出“乘波体”的概念,指一种流线外形、所有前缘都具有附体激波的超音速或高超音速飞行器。1989年,美国国家航空航天局资助马里兰大学举行的“乘波体国际会议”,会上提出用相切锥生成乘波体的方法,使这一概念具备了向实用化发展的可能。20世纪90年代,美国空军研究实验室、国防部高级研究计划局与波音公司、普惠公司开始联合研发可搭载“超燃冲压发动机”飞行的乘波体试验飞行器,X-51A“乘波者”随即问世。

美俄比拼“龙争虎斗”
近年来,美国和俄罗斯在研发高超音速飞行器方面比拼激烈,可谓你追我赶、“龙争虎斗”。
美国研发的高超音速飞行器主要有“猎鹰”HTV-2高超音速飞行器、X-51A高超音速巡航导弹、AHW先进高超音速导弹等。
“猎鹰”HTV-2高超音速飞行器2005年开始研发,采用“人牛怪IV”型火箭发动机技术,机体长3.6米,重1吨,最大飞行速度为20马赫,打击范围超过1万公里,造价3.08亿美元。2010年7月22日第二次试飞时,“猎鹰”HTV-2高超音速飞行器从加利福尼亚范登堡空军基地升空起飞,与火箭分离后在大气层飞行时超过音速20倍,可惜,飞行9分钟后便失去了控制。2011年8月11日,该型号高超音速飞行器再次成功发射升空,但在返回地球时失去联系。
X-51A高超音速无人飞行器又名“乘波者”,长7.62米,空重1814公斤,最大速度5.1马赫以上,航程740千米,实用升限21300米。这种高超音速飞行器使用JP-7碳氢燃料超燃冲压发动机,外形借鉴巡航导弹特点,弹头扁平,弹体由镍合金制成。2013年5月1日第四次试飞时,它以5.1倍音速飞行了210秒,全部飞行时间持续6分多钟。美国航空航天协会授予“乘波者”研发团队“国家奖章”,称“乘波者”试飞成功对美航空界有划时代意义。
AHW先进高超音速导弹2011年11月18日首次试射成功,速度达到6马赫。2017年11月2日,美海军战略系统项目主任本尼迪特海军中将宣布,海军进行了“常规全球快速打击”导弹试射,测试了一种最先进的高超音速助推滑翔技术,试飞取得成功。
此外,美军还对X-43A高超音速飞行器、SR-72高超音速无人远程高空战略侦察机等高超音速飞行器进行了测试。
俄罗斯在高超音速武器实战化方面处于领先地位,武器平台现已呈现陆海空“三位一体”发展趋势。
海基高超音速“锆石”反舰巡航导弹2016年3月完成首次试射,使用超燃冲压发动机,时速6.6马赫,末端冲刺速度达到8马赫,射程400公里,计划今年装备在“彼得大帝”号和“纳希莫夫海军上将”号核动力导弹巡洋舰上。它将是对付西方航母及其它水面舰只的“杀手锏”。
陆基YU-71高超音速滑翔弹头2009年开始研发,2011年首次发射,由SS-19洲际导弹射入近地轨道,时速超过每小时11000公里,高空阶段实现时速15马赫。2016年4月,成功搭载于“萨尔马特”洲际导弹完成第五次测试。陆基YU-71高超音速滑翔弹头除用作“萨尔马特”导弹弹头外,还可装备在未来的远程战略轰炸机上。
陆基“先锋”高超音速滑翔式导弹由RS-26“边界”洲际导弹搭载投放,使用核动力,超过20马赫速度,在大气层内可实行洲际突防,并可在打击方向和飞行高度上进行多轨机动,敌方难以预测和拦截。
空基“匕首”机载高超音速反舰导弹全球第一种实用型机载高超音速反舰导弹,由米格-31挂载,长10米,重3吨左右,射程2000公里,目前已装备部队。曾在米格-31上进行了12次试射,最后一次击中了800公里以外目标,是对付太平洋地区美军航母的杀手。

  20世纪90年代,美国空军研究实验室(AFRL)、国防高级研究计划局(DARPA)与波音公司、普惠公司开始联合研发可搭载“超燃冲压发动机”(即超音速燃烧冲压式发动机,能在飞行过程中直接从大气中获取氧气,无需携带氧化剂,在消耗相同质量推进剂的条件下,超燃冲压发动机能够产生4倍于火箭的推力)飞行的乘波体试验飞行器,X-51A“乘波者”(另译“驭波者”)随即问世。

除了X-51A“乘波者”,美军研发的高超音速武器还有X-37B“黑燕”空天飞机、HTV“猎鹰”高超音速飞行器等。

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  X-51A全长7.62米,净重1.8吨,搭载一台SJX61超燃冲压发动机,使用碳氢燃料推进,于2010年5月开始共开展了4次试飞,但只有第4次取得成功。2013年5月1日,在由B-52H轰炸机挂载,爬升至1.5万米高空投放后,X-51A借助固体火箭助推器达到4.8马赫,随即启动超燃冲压发动机以5.1马赫成功飞行了210秒,美空军称其飞行距离超过426千米,这是目前已知的、世界上持续时间最长的高超音速飞行器试验。

2010年,X-51A高超音速巡航导弹首次试飞。它全长7.62米,净重1.8吨,搭载一台SJX61超燃冲压发动机,使用碳氢燃料推进,迄今共有4次试飞,但只有第四次取得成功。

新一轮竞赛拉开帷幕
高超音速飞行器是陆海空三军未来的“杀手锏”,其高速性和机动性具有重大军事价值。2017年以来,美国、俄罗斯等国均加快了研发这一技术的步伐。
2017年,美国组建了“国家队”,由五角大楼采购与后勤办公室负责牵头,带领国防部长办公室、国防高级研究计划局、陆海空三军及多个国家实验室、大学和研究中心开展研发,力争突破“高超音速滑翔导弹”技术。同年10月30日,美国海军牵头组织了首次“中远程常规快速打击飞行测试”,成功使用了高超音速助推滑翔技术,美海军高级将领称“这是一个里程碑式的成功”。
今年7月25日,美国陆海空三军决定联合研发时速高达5至7倍音速的高超音速武器。空军军官称,拟采用陆军研发的高超音速弹头,与空军助推器相结合,同时满足B-52轰炸机和相关军舰需要,2020年或2021年前对原型武器进行测试。
目前,洛克希德·马丁公司已获得价值9.28亿美元的合同,将开发一种能达到5倍音速以上的导弹——“高超音速常规攻击武器”。此前,该公司还得到了一份研发高超音速飞行器合同。
俄罗斯在《2018至2027年国家武器装备发展纲要》中明确提出,要把发展高超音速武器作为非核遏制重要手段,视其为保持和扩大军事战略优势的新概念武器。
2017年12月1日起,俄罗斯南部军区第四空防集团军的10架米格-31BM多用途战斗机已开始携带“匕首”机载高超音速反舰导弹投入常态化带弹战斗值班。今年7月起,俄罗斯最新版图-22M3M远程战略轰炸机也具备了携带“匕首”机载高超音速反舰导弹的能力,每架可载弹4枚,只要4架编队就能摧毁一个航母编队。
新闻延伸 美军明年要干什么
本月初,美国国会参议院以压倒性多数通过了2019财年国防授权法案。
国防授权法是事关美国国防政策最重要的一部法律,除了规定每财年的国防开支外,还包括大量具体的国防政策,反映了未来一个时期美国国防和军事战略的总体走向,简单来说,就是规定了美军下一财年要干什么。那么,美军明年要干什么呢?答案很简单:瞄准“大国竞争”,加强军备。
在美国人眼中,大国竞争首当其冲的就是老对手俄罗斯。美国常驻联合国代表黑莉在一次接受采访时表示:“华盛顿不相信莫斯科,俄罗斯永远不会成为我们的朋友。”这一观点在此次通过的2019财年国防授权法案中得到了完全体现,意味着美国未来会加强在军事领域全面对抗俄罗斯。
在政策指导上,法案强调禁止与俄罗斯的军事合作、禁止美国政府承认克里米亚入俄,特别指出要确保战略伙伴和盟友由俄式武器灵活换用美式武器。据报道,美国官员特别关注近年来与美国关系越来越密切、但也保留了大量俄罗斯军事装备的国家,如印度、越南和印尼,新法案对此可谓恩威并施。一方面,对于购买俄制新装备将会面临美国的制裁,另一方面,如果只是维护现役俄制装备则可以通过豁免程序。
美国国防部长马蒂斯曾表示:“俄罗斯还在继续推进现代化,投资新型飞机、潜艇、装甲、太空对抗和防空系统等各种军事能力,同时也在进行常规和核打击能力现代化。这些投资和活动专门用来限制我们的兵力投送能力,削弱美国联盟尤其是北约的信誉。”为此,法案明确表示为提振美军备战能力,将拨款186亿美元用于维护和替换老旧陆军装备、拨款395亿美元用于空军部队升级、拨款233亿美元用于修复和重建军用建筑和设施。同时,将为海军拨款360亿美元,授权建造13艘战舰,其中包括1艘“福特”级核动力航空母舰和两艘濒海战斗舰;批准国防部从洛克希德·马丁公司购买77架F-35战斗机;增加导弹防御能力建设投入,拨款650亿美元以支持研发新型潜射低当量核弹头等。同时,将向乌克兰提供2.5亿美元的防御性援助,并且为欧洲提供63亿美元军事支持。
此外,法案还强调“印太战略”对于维护地区海上安全以及确保美国主导地位的必要性,声称支持强化与日本、澳大利亚、印度以及其他地区国家军事合作。
总体来看,美国2019财年国防授权法案秉持了美国国防战略一贯以来的导向,即加强军备维护霸权。但上述几个主要的变化也反映了近年来美国国防战略的重大调整——从反恐转向大国竞争,这也是去年发布的《国家安全战略报告》主要观点的体现。

  中俄“后来者居上” 美忧或被两者超越

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