天下武功 唯快不破——幾乎無(wú)法攔截的高超聲速飛行器

文/顏思銘

俗話說(shuō)“天下武功，唯快不破”，意思是各種武功均有破解之道，唯有“快”是無(wú)可破解的，因?yàn)橐肫啤翱臁?，只有比它更“快”?/p>

今天的各種武器裝備也是這個(gè)道理，任何飛行類(lèi)的武器像飛機(jī)、導(dǎo)彈等等，都可能被攔截，只是被攔截時(shí)的高度和速度有所區(qū)別?？梢韵胂螅绻繕?biāo)武器飛得越快，攔截的窗口就越小，就越需要把握攔截彈發(fā)射的時(shí)機(jī)，目標(biāo)就越難被攔截。因此要想提高武器突防的效率，提高其飛行速度是有效的辦法之一。在現(xiàn)在雷達(dá)技術(shù)、制導(dǎo)技術(shù)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)的情況下，攔截彈的性能也越來(lái)越高，一般速度的飛行器都難以逃脫被擊落的命運(yùn)。

因此，在軍方對(duì)武器突防要求越來(lái)越高時(shí)，人們自然想到開(kāi)發(fā)超高速飛行器，例如以前美國(guó)空軍測(cè)試的X-51超高速飛行器。現(xiàn)在，不止是美國(guó)空軍，連美國(guó)陸軍也測(cè)試了自己的超高速飛行器。

美國(guó)東部時(shí)間2011年11月17日，美國(guó)陸軍空間和導(dǎo)彈防御司令部/美國(guó)陸軍戰(zhàn)略司令部從位于夏威夷考艾島的太平洋導(dǎo)彈靶場(chǎng)發(fā)射了一枚“先進(jìn)高超聲速武器”（Advanced Hypersonic Weapon，AHW），在飛行了大約3800多千米后，擊中了位于太平洋上夸加林環(huán)礁的美國(guó)陸軍里根測(cè)試場(chǎng)。本次試飛的AHW由一枚三級(jí)火箭發(fā)射升空，載具在按預(yù)定計(jì)劃分離后進(jìn)入了正常飛行軌跡，以非彈道滑翔軌跡、高超聲速（大概在8倍聲速）的狀態(tài)飛抵里根試驗(yàn)場(chǎng)的預(yù)定落點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，本次測(cè)試旨在搜集高超聲速助推滑翔技術(shù)數(shù)據(jù)并測(cè)試遠(yuǎn)程大氣層飛行的射程性能。任務(wù)重點(diǎn)在于空氣動(dòng)力學(xué)、導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制，以及熱防護(hù)技術(shù)。美國(guó)的各類(lèi)天基、空基、?；完懟鶇⒃嚻脚_(tái)在載具飛行的所有階段負(fù)責(zé)搜集性能數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被美國(guó)國(guó)防部用來(lái)塑造和發(fā)展未來(lái)飛行器的高超聲速助推-滑翔能力。

從這些信息中可以看出，陸軍進(jìn)行這次測(cè)試的AHW自身并沒(méi)有動(dòng)力，測(cè)試的重點(diǎn)方向也不是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，這與空軍以前測(cè)試的X-51超高速飛行器不同。X-51自身帶有設(shè)計(jì)非常先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)被稱(chēng)為“超聲速燃燒沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)”，簡(jiǎn)稱(chēng)“超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”。常規(guī)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，不論是渦噴、渦扇還是沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃料都在亞聲速氣流中進(jìn)行燃燒。即便在飛機(jī)超聲速飛行時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣道、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)等一系列減速增壓的過(guò)程，在進(jìn)入燃燒室時(shí)也已經(jīng)減速為亞聲速。這個(gè)過(guò)程在低超聲速時(shí)并沒(méi)有什么不妥，而且可以降低燃燒室設(shè)計(jì)的難度，并提高燃燒的穩(wěn)定性。但飛行器在進(jìn)行高超聲速飛行時(shí)（一般在5倍聲速以上），氣流減速為亞聲速時(shí)所帶來(lái)的高溫高壓會(huì)超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)材料承受極限，而且要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的體積不能過(guò)大，其空氣流道的設(shè)計(jì)也將非常復(fù)雜。

掛在NB-52上的X-43A

所謂“超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”，是指燃料在超聲速氣流中進(jìn)行燃燒的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)高超聲速飛行時(shí)吸入的氣體并不減速到亞聲速，而是仍然以超聲速進(jìn)入燃燒室，燃料在超聲速氣流中燃燒。這樣可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在空氣減速增壓過(guò)程中的壓強(qiáng)和溫度控制在可以接受的范圍內(nèi)。但實(shí)現(xiàn)超聲速環(huán)境下的點(diǎn)火與穩(wěn)定燃燒并非易事，其難度甚至超過(guò)在龍卷風(fēng)中點(diǎn)燃一根火柴。另外，由于高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)存在極高的熱負(fù)荷，因此耐高溫材料和先進(jìn)冷卻技術(shù)也是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的基本技術(shù)之一。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)之外，用于制造機(jī)體的耐熱材料和冷卻技術(shù)等也是非常重要的技術(shù)，因?yàn)楦叱曀亠w行器的頭部由于空氣壓縮會(huì)產(chǎn)生極高的溫度與壓力，要保證機(jī)體結(jié)構(gòu)材料在高溫下仍有足夠的強(qiáng)度也很有難度。

實(shí)際上，這兩個(gè)問(wèn)題并非無(wú)法解決，美國(guó)人早在2001年試驗(yàn)的X-43A高超聲速飛行器就是最早的成果之一，只是它出師不利，首次試飛就以爆炸告終。在2004年的第二次試驗(yàn)則獲得成功，X-43A的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)使它達(dá)到9.8倍聲速，這也是吸氣式飛行器的最高速度記錄。X-51在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，在2010年5月25日的首次動(dòng)力試驗(yàn)中，飛行速度達(dá)到5倍聲速，它的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作了140秒。相比之下，上一次X-43A的創(chuàng)記錄飛行中，它的發(fā)動(dòng)機(jī)僅在超聲速燃燒的狀態(tài)下工作了12秒。

可以想象，如果導(dǎo)彈能達(dá)到這樣的飛行速度，它將很難被攔截。與衛(wèi)星相比，雖然后者速度更快，飛行軌道更高，但其軌道相對(duì)固定，而且一般自從其發(fā)射之時(shí)起就會(huì)被監(jiān)控，因此很容易被攔截系統(tǒng)鎖定。彈道導(dǎo)彈也是這樣，它一發(fā)射就會(huì)被導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)并計(jì)算彈道，為提前攔截提供信息。但是這種高超聲速飛行器（或巡航導(dǎo)彈）則不同，它可以從飛機(jī)上發(fā)射，在發(fā)射前無(wú)從確定飛機(jī)的航線和導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)，只能在發(fā)射后飛行器進(jìn)入攔截系統(tǒng)的雷達(dá)搜索范圍時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，而這時(shí)留給攔截系統(tǒng)的時(shí)間已然很短。加上飛行器的速度極快，攔截彈發(fā)射的窗口幾乎為零，因此幾乎無(wú)法被攔截。也許以后要攔截這類(lèi)武器，只能寄希望于大功率定向能武器的應(yīng)用了。