美軍“全球快速打擊”系統(tǒng)技術(shù)缺陷分析

方有培，汪立萍，蔡亞梅，陳利玲

（中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京210007）

0 引言

為了威懾對(duì)手，美國(guó)提出“全球快速打擊”系統(tǒng)構(gòu)想以適應(yīng)新時(shí)期軍事轉(zhuǎn)型。“全球快速打擊”系統(tǒng)構(gòu)想可實(shí)現(xiàn)全球快速、精確、洲際、決定性打擊，采用進(jìn)入空間、利用空間、控制空間搶占太空戰(zhàn)略制高點(diǎn)，是美國(guó)為控制全球而大力發(fā)展的一種新型作戰(zhàn)手段。根據(jù)常規(guī)武器在1h內(nèi)對(duì)全球范圍目標(biāo)實(shí)施“快、準(zhǔn)、穩(wěn)、狠”打擊想定，美軍提出了助推-滑翔式導(dǎo)彈、高超聲速巡航導(dǎo)彈、戰(zhàn)略核導(dǎo)彈等改裝成常規(guī)導(dǎo)彈技術(shù)方案，以提高遠(yuǎn)程、超遠(yuǎn)程、洲際、精確打擊能力。

助推-滑翔式導(dǎo)彈方案主要包括研制射程覆蓋全球的“高超聲速飛行器”（HTV-2）、“常規(guī)打擊導(dǎo)彈”（CSM）、射程超過(guò)6000km 的用于前沿部署的“陸軍先進(jìn)高超聲速武器”（AHW）；高超聲速巡航導(dǎo)彈方案主要包括發(fā)展機(jī)載高超聲速巡航導(dǎo)彈的X-51A 計(jì)劃，艦載高超聲速巡航導(dǎo)彈的“高超聲速飛行演示計(jì)劃”（HyFly）；“常規(guī)改裝計(jì)劃”（CTM）等。根據(jù)發(fā)展計(jì)劃，高超聲速武器應(yīng)具備以下能力：在接到命令數(shù)小時(shí)乃至幾十分鐘內(nèi)就能對(duì)全球上的任一目標(biāo)實(shí)施瞬間快速打擊；按照軍方的要求，這一打擊武器的作戰(zhàn)距離至少在10000km 以上，具有遠(yuǎn)程作戰(zhàn)能力。

快速打擊武器系統(tǒng)預(yù)計(jì)數(shù)年之后才能投入使用，因此該武器在設(shè)計(jì)階段就必須充分考慮其隱蔽突防能力，以滿足若干年后的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境要求；由于這一新型武器系統(tǒng)將裝備常規(guī)彈頭，因此武器的打擊精度將非常重要，務(wù)求做到一擊即中。本文簡(jiǎn)要介紹了“全球快速打擊”系統(tǒng)的進(jìn)展情況，對(duì)其技術(shù)缺陷進(jìn)行了分析。

1 美軍“全球快速打擊”系統(tǒng)進(jìn)展概況

美軍的“全球快速打擊”系統(tǒng)計(jì)劃目前正處于技術(shù)演示驗(yàn)證階段。截至2013年5月，共完成了4 次X-51A、2次HTV-2和1次AHW 的飛行試驗(yàn)，在高超聲速動(dòng)力技術(shù)和助推-滑翔關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一定進(jìn)展，這是美國(guó)長(zhǎng)期致力于發(fā)展太空技術(shù)的結(jié)果，雖然試驗(yàn)中有成功也有失敗，但距離美軍預(yù)期的2015年左右形成實(shí)戰(zhàn)能力還有較大差距。

1）X-51A 的飛行試驗(yàn)

X-51A 項(xiàng)目是一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)，繼承于早期的X-43A 項(xiàng)目，以驗(yàn)證高超聲速飛行能力，其終極目標(biāo)是研制出高超聲速武器。它由波音公司與普拉特·惠特尼公司共同開(kāi)發(fā)。X-51A 機(jī)體外形有一個(gè)扁平的頭部、彈體中部設(shè)有4片可以偏轉(zhuǎn)的小翼（襟翼），進(jìn)氣道在腹部。X-51A 吊掛在B-52H 轟炸機(jī)翼下如圖1所示。由一臺(tái)JP-7碳?xì)淙剂铣紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)，設(shè)計(jì)飛行馬赫數(shù)在4.5～6.5之間。

圖1 X-51A 吊掛在B-52H 轟炸機(jī)翼下

①第一次試飛

2010年3月26日，X-51A 飛行器進(jìn)行了第一次飛行試驗(yàn)。B-52H 轟炸機(jī)攜載X-51A 升空，在15.24km 高空進(jìn)入太平洋測(cè)試靶場(chǎng)將其釋放，在超燃沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作以前，由一枚陸軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)推進(jìn)器（固體火箭）將它推進(jìn)到速度大約馬赫數(shù)4.5，然后超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，原計(jì)劃工作170s，實(shí)際僅工作了143s，飛行器加速到馬赫數(shù)4.88，應(yīng)該說(shuō)取得了突破性的進(jìn)展。由于密封圈失效，造成發(fā)動(dòng)機(jī)推力減小，然后失去加速度和推力，空軍地面控制人員不得不遙控將其摧毀。

②第二次試飛

第一次試飛失敗后，技術(shù)人員修改了密封噴氣管口的接口，還改變了相鄰壓力密封和發(fā)動(dòng)機(jī)的后座端，一切都看似正常。2011年6月13日，美國(guó)空軍和X-5lA 的各公司開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)才在太平洋上空進(jìn)行了第二次超聲速飛行研究試驗(yàn)。飛行器第二次飛行試驗(yàn)設(shè)定飛行速度馬赫數(shù)為6，飛行時(shí)間為240s。據(jù)報(bào)道，試驗(yàn)中當(dāng)X-5lA 從B-52H 飛機(jī)上釋放出后，它的飛行速度成功地被固體火箭推升至超過(guò)5個(gè)馬赫數(shù)，并且超燃沖壓噴射發(fā)動(dòng)機(jī)首先靠乙烯實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火，但是，轉(zhuǎn)換成JP-7的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)燃料（碳?xì)浠衔铮┖?，卻沒(méi)有成功點(diǎn)燃，無(wú)法加速到滿推力。此后地面人員多次試圖重新啟動(dòng)，但均未成功，第二次試飛以失敗告終。事后調(diào)查原因?yàn)檫M(jìn)氣道不啟動(dòng)，認(rèn)為進(jìn)氣道前緣激波移動(dòng)太遠(yuǎn)，引起氣流偏移，最終導(dǎo)致超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失敗。

③第三次試飛

2012年8月進(jìn)行的第三次試飛仍以失敗告終。據(jù)宣稱失敗原因可能是振動(dòng)導(dǎo)致一個(gè)作動(dòng)器鎖故障，作動(dòng)器突然開(kāi)啟導(dǎo)致飛行器出現(xiàn)螺旋下降并最終墜落太平洋。目前，美空軍正在進(jìn)行振顫試驗(yàn)。

④第四次試飛

美軍在2013年5月1日實(shí)施第四次（也是最后一次）試飛終于成功。盡管空軍沒(méi)有提及飛行細(xì)節(jié)，X-51A 被認(rèn)為是產(chǎn)生了正向加速度并加速至馬赫數(shù)5以上，而且持續(xù)完成了試驗(yàn)計(jì)劃的有動(dòng)力飛行階段。本次飛行可能持續(xù)了300s，隨后在500s左右飛行器開(kāi)始無(wú)動(dòng)力滑行下降，墜落在加州西部太平洋試驗(yàn)場(chǎng)的海域中。如果這些時(shí)間和速度數(shù)據(jù)被確認(rèn)，這將是持續(xù)吸氣式高超聲速飛行的新記錄。

2）HTV-2飛行器熱防護(hù)試驗(yàn)

HTV-2在第一次飛行試驗(yàn)中，飛行器表面燒蝕產(chǎn)生的縫隙造成強(qiáng)脈沖振動(dòng)波，致使飛行器突然滾轉(zhuǎn)。說(shuō)明HTV-2飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)雖然經(jīng)過(guò)改進(jìn)，但還是難以承受大角度再入大氣層時(shí)的高溫。第二次試驗(yàn)也因多重振動(dòng)波的嚴(yán)重干擾導(dǎo)致飛行器外殼氣動(dòng)性能意外下降，使飛行提前終止。目前，美國(guó)正在開(kāi)展1649℃以下前緣材料、1649℃以上纖維增強(qiáng)難熔復(fù)合材料、高溫多層隔熱、大面積防護(hù)系統(tǒng)和高溫密封件的研制工作。

2 美軍“全球快打”的技術(shù)缺陷分析

1）高超聲速飛行的控制技術(shù)不過(guò)關(guān)

在大氣層內(nèi)飛行時(shí)，由于高超聲速飛行中氣動(dòng)加熱問(wèn)題嚴(yán)重，飛行器中段與末段制導(dǎo)會(huì)受到嚴(yán)重影響而產(chǎn)生誤差，并因超高速飛行被進(jìn)一步放大，致使命中精度大幅度下降。這類問(wèn)題將長(zhǎng)期困擾“全球快速打擊”武器的進(jìn)一步發(fā)展。

為實(shí)現(xiàn)10m 的打擊精度，美海軍為“三叉戟-2”／D5導(dǎo)彈研制了E2 再入裝置（“增強(qiáng)效應(yīng)計(jì)劃”）和LETB-2再入裝置（“延壽試驗(yàn)臺(tái)”），在慣性測(cè)量裝置（IMU）制導(dǎo)系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上嵌入GPS技術(shù)進(jìn)行復(fù)合制導(dǎo)，并加裝具有滾動(dòng)、偏航、傾斜三軸飛行控制功能的輔助翼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)。

在IMU／GPS復(fù)合制導(dǎo)時(shí)，要求載荷必須承受40g的重力加速度，并保證性能可靠。但是，由于高速飛行將導(dǎo)致如下問(wèn)題：

①在機(jī)動(dòng)性能加大、再入裝置體積加大、再入速度加快的情況下，就會(huì)出現(xiàn)載波回路失鎖。

②在再入裝置釋放彈頭、布撒子母彈時(shí)，對(duì)于能量損耗式機(jī)動(dòng)，類似問(wèn)題同樣會(huì)出現(xiàn)。此類問(wèn)題將致使IMU 誤差加速偏移（漂移），對(duì)精度控制產(chǎn)生影響。

③由于高超聲速飛行時(shí)氣動(dòng)參數(shù)耦合嚴(yán)重，變化劇烈，飛行速度高，對(duì)軌跡控制精度產(chǎn)生較大影響。

HTV-2兩次飛行失利的主要原因之一就是傾斜氣動(dòng)襟翼的控制技術(shù)不過(guò)關(guān)。后經(jīng)HTV-2項(xiàng)目主管證實(shí)，目前還沒(méi)有完全掌握對(duì)飛行器的有效控制。X-51A 第三次飛行試驗(yàn)失敗的誘因也是控制翼故障。

2）沒(méi)有形成C4ISR 配套能力

“全球快速打擊”系統(tǒng)是一種非核戰(zhàn)略打擊系統(tǒng)，是在掌握目標(biāo)獲取、精確定位、超遠(yuǎn)程、洲際打擊等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的快速反應(yīng)與攻擊手段。若要確認(rèn)1h內(nèi)跨越全球?qū)嵤┠繕?biāo)打擊，對(duì)目標(biāo)偵察、指揮、控制、情報(bào)能力提出了很高的要求：首先，需要具備能夠使導(dǎo)彈快速、準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)的情報(bào)、監(jiān)視與偵察能力；次之，用以在短時(shí)間內(nèi)目標(biāo)判定、制訂攻擊計(jì)劃、使運(yùn)載裝置定位，以及下達(dá)發(fā)射指令的指揮控制能力；最后，還需用以驗(yàn)證目標(biāo)動(dòng)態(tài)狀況以及摧毀目標(biāo)的持續(xù)偵察能力。通過(guò)天基和地（海）基系統(tǒng)，美國(guó)可對(duì)目標(biāo)和事件實(shí)施監(jiān)視、探測(cè)、識(shí)別、追蹤、評(píng)估、核實(shí)、編目以及表征等任務(wù)操作，獲取敵方行動(dòng)情報(bào)，進(jìn)行指揮、控制、通信、處理、分析、分發(fā)和存儲(chǔ)等相關(guān)操作。目前，這些實(shí)戰(zhàn)所需的C4ISR 能力還不完全具備。

3）沒(méi)有抗電磁干擾的能力

由于沒(méi)有形成C4ISR 配套能力，所以“全球快速打擊”系統(tǒng)是一個(gè)沒(méi)有任何抗干擾能力的系統(tǒng)，而這個(gè)系統(tǒng)將有可能受到各種電磁干擾。

4）耐高溫防護(hù)技術(shù)不過(guò)關(guān)

為解決彈頭再入后燒蝕問(wèn)題，必須完成復(fù)合材料的研制，要求研發(fā)可耐受4600℃高溫的碳纖維材料（多向柵格“碳-碳”材料）用于導(dǎo)彈防熱頭錐，以解決彈頭再入后數(shù)千度高溫?zé)g問(wèn)題。HTV-1飛行器正是由于表層前緣曲線分層問(wèn)題未能解決而被取消。

美國(guó)現(xiàn)役戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈再入體目前采用抗燒蝕特性好、熱傳導(dǎo)低的碳-苯酚材料，對(duì)于“三叉戟”常規(guī)改裝導(dǎo)彈，應(yīng)用這種熱防護(hù)技術(shù)具有比較大把握。但助推-滑翔導(dǎo)彈再入體末段機(jī)動(dòng)范圍大，高速滑行時(shí)間長(zhǎng)（據(jù)稱CSM 后續(xù)型號(hào)長(zhǎng)達(dá)50min），暴露在高熱環(huán)境下的時(shí)間比彈道導(dǎo)彈長(zhǎng)，強(qiáng)烈的氣動(dòng)加熱會(huì)增加再入體外形材料的不穩(wěn)定性。為獲得外形更為穩(wěn)定的鼻錐、適當(dāng)?shù)娘w行燒蝕率和盡可能小的熱傳導(dǎo)率，美考慮采用新型碳-碳材料。但要精確預(yù)測(cè)氣動(dòng)熱力負(fù)載和燒蝕率、成規(guī)模制造大型碳-碳材料飛行器，也將面臨許多技術(shù)難題。

5）高超推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)不成熟

高超聲速導(dǎo)彈采用超燃沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)，需要使導(dǎo)彈的飛行速度達(dá)到馬赫數(shù)為5以上。從X-5lA 第二次試飛失敗的結(jié)果來(lái)看，致使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道不啟動(dòng)的原因有：進(jìn)氣道激波控制能力不足，導(dǎo)致進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流瞬時(shí)減少，發(fā)動(dòng)機(jī)推力過(guò)剩，致使飛行速度等超出進(jìn)氣道啟動(dòng)的邊界條件；進(jìn)氣道設(shè)計(jì)沒(méi)有充分考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒要求以及與機(jī)體的匹配問(wèn)題，且容易對(duì)外界刺激如氣流變化等產(chǎn)生反應(yīng)，從而影響穩(wěn)定性。類似現(xiàn)象在地面試驗(yàn)和第一次飛行試驗(yàn)中也曾出現(xiàn)。在HyFly項(xiàng)目的三次飛行試驗(yàn)中：一次是因燃油系統(tǒng)問(wèn)題導(dǎo)致飛行器僅加速到馬赫數(shù)為3.5；第二次試驗(yàn)因燃油泵問(wèn)題發(fā)動(dòng)機(jī)末啟動(dòng)；第三次試驗(yàn)因機(jī)載飛行軟件異常中斷，發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有點(diǎn)火。這說(shuō)明美國(guó)在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火與持續(xù)燃燒等關(guān)鍵技術(shù)上進(jìn)展極其緩慢，遠(yuǎn)不如法國(guó)和俄羅斯。

3 威脅分析

種種跡象表明，美軍“全球快速打擊”力量已呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。未來(lái)，這些武器一旦裝備，將對(duì)各國(guó)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

1）采用“手腳”并用的多元化戰(zhàn)略

美國(guó)現(xiàn)政府提出降低核武器在國(guó)家安全戰(zhàn)略中的作用，主要依賴于區(qū)域彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)與非核打擊力量的組合，加強(qiáng)非核戰(zhàn)略威懾能力?！叭蚩焖俅驌粲?jì)劃”的提出，將使美國(guó)減少對(duì)于核威懾的過(guò)度依賴，填補(bǔ)戰(zhàn)略態(tài)勢(shì)中的“能力差距”，彌補(bǔ)其他非核打擊手段的局限性，采用“手腳”并用的多元化戰(zhàn)略，有效滿足快速打擊時(shí)敏高價(jià)值目標(biāo)的要求，為美國(guó)提供更多的非核威懾選擇和危機(jī)應(yīng)對(duì)手段，保持熱點(diǎn)地區(qū)的前沿存在。

2）對(duì)反介入戰(zhàn)略構(gòu)成嚴(yán)重威脅

美國(guó)國(guó)防部認(rèn)為，“全球常規(guī)快速打擊武器對(duì)于擊敗時(shí)間緊迫的地區(qū)性威脅具有特殊價(jià)值，是應(yīng)對(duì)反介入戰(zhàn)略的重要手段”。美國(guó)家研究委員會(huì)報(bào)告認(rèn)為，在美國(guó)與區(qū)域性大國(guó)和對(duì)手的沖突和戰(zhàn)爭(zhēng)中，全球常規(guī)快速打擊武器可憑借速度和介入能力優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)美軍常規(guī)軍事行動(dòng)能力。報(bào)告中還指出，常規(guī)快速全球打擊力量具有“對(duì)俄羅斯核力量進(jìn)行先發(fā)制人常規(guī)打擊的能力”，“對(duì)中國(guó)先進(jìn)的核力量構(gòu)成可信的常規(guī)威脅”。AHW 再入速度超過(guò)馬赫數(shù)為20，末段撞擊速度達(dá)4個(gè)馬赫數(shù)，具有超強(qiáng)的突防能力，研制成功后將部署在關(guān)島、迪戈加西亞島和波多黎各，對(duì)中國(guó)的反介入戰(zhàn)略構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

3）拓展美軍“外科手術(shù)式”打擊能力

美軍在總結(jié)近幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上形成了“全球快速打擊”力量構(gòu)想。根據(jù)美軍的評(píng)估報(bào)告，與其他現(xiàn)有打擊力量相比，“全球快速打擊”系統(tǒng)從受領(lǐng)任務(wù)到完成僅需1～2h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于戰(zhàn)略轟炸機(jī)的48h和航母打擊大隊(duì)的96h，不僅可以大幅提升反應(yīng)速度，還可以最小代價(jià)達(dá)成戰(zhàn)略突襲的效果。從實(shí)戰(zhàn)角度看，“全球快速打擊”是美軍“外科手術(shù)式”打擊的進(jìn)一步拓展和延伸，可貫穿作戰(zhàn)的各個(gè)階段。

4 結(jié)束語(yǔ)

美軍“全球快速打擊”計(jì)劃的近期目標(biāo)是研制一次性使用的高超聲速巡航導(dǎo)彈，中期目標(biāo)是研制高超聲速飛機(jī)，遠(yuǎn)期目標(biāo)是發(fā)展可重復(fù)使用的天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)。高超聲速武器應(yīng)具備以下4種能力：一是瞬間打擊能力；二是遠(yuǎn)程作戰(zhàn)能力；三是隱蔽突防能力；四是精確打擊能力。美軍“全球快速打擊”計(jì)劃及其試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)引起高度關(guān)注，從中看到值得深思的問(wèn)題，高度重視技術(shù)基礎(chǔ)研究，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提出相關(guān)應(yīng)對(duì)對(duì)抗措施。■

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