解析美國空軍高超聲速武器發(fā)展路線圖

50年前，美國空軍開始研究空氣助燃的高超聲速飛行器和武器平臺，經過半個多世紀的發(fā)展，美軍在航天飛行領域已經取得了諸多成果。目前，美軍更加強調高超聲速飛行對于未來作戰(zhàn)的意義，進一步加大了科研力度，根據作戰(zhàn)需求制訂了長期發(fā)展規(guī)劃，形成了“高超聲速發(fā)展10年路線圖”。美軍的這份“高超聲速發(fā)展10年路線圖”全面總結了50年來高超聲速研發(fā)的經驗教訓，科學分析了未來空天武器研發(fā)面臨的技術難題，立足美國國防科技發(fā)展現狀，適應目前軍費預算連年下調的現實背景，具有較強的現實針對性和可操作性。

在失敗中獲取經驗

“路線圖”全面回顧了美軍高超聲速平臺的發(fā)展歷史。上世紀70年代，瑪麗埃塔公司啟動了先進戰(zhàn)略空射導彈（ASALM）研發(fā)計劃，命名為“阿薩姆”，滿足美軍對于新型空射導彈作戰(zhàn)需求，替換AGM-69“斯哈姆”?！鞍⑺_姆”采用固沖一體發(fā)動機系統(tǒng)，固體火箭發(fā)動機將導彈加速到超聲速，此時燒空的推進燃料室便轉而作為沖壓發(fā)動機的燃燒室。1980年，“阿薩姆”推進技術認證（PTV）型進行了7次成功的飛行試驗，實用型“阿薩姆”長4.3米，采用馬夸特固沖一體發(fā)動機，最大速度4.5馬赫，并在試驗中達到了5.5馬赫（12200米高度）。“阿薩姆”導彈研發(fā)的基礎目標是對地攻擊，也可執(zhí)行攻擊敵方空中預警指揮機（AWACS）的空對空任務，導彈在巡航段采用慣性制導，安裝的雙模式導引頭則用于在末端制導階段攻擊地面或空中目標。在完成了推進技術認證試驗后，“阿薩姆”的發(fā)展計劃由于種種原因被擱置，不久后被取消。雖然“阿薩姆”中途夭折，但是為AGM-86空射巡航導彈（ALCM）的研發(fā)奠定的堅實基礎，馬丁·瑪麗埃塔公司采用“阿薩姆”的技術原型贏得美國海軍的YAQM-127A“斯拉特”（SLAT，超聲速低空靶機）的競標。

近年來，采用高壓噴氣動力驅動裝置的波音X-51A“波行者”（Waverider）等高超聲速飛行器不斷進行試飛，雖然也經歷了多次失敗，但是同樣累積了成功的經驗。2010年5月X-51A的第一次試飛中，采用碳氫燃料的沖壓引擎只工作了300秒，引擎和噴嘴之間的密封圈破裂造成了試飛失敗，但是引擎加速試驗取得了成功，從而實現了“80%～90%”的試飛目的。2011年6月的第二次試飛中，超聲速沖壓噴氣發(fā)動機點火后未能達到滿功率，但是仍產生了比預期更大的推動力。8月的第三次試飛由于控制翼故障使其無法啟動超聲速燃燒沖壓發(fā)動機，并導致飛行器最終墜毀。雖然經歷了3次失敗，又面臨緊縮的預算環(huán)境，但是美軍研發(fā)高超聲速飛行器的決心非常之大，仍在雄心勃勃地計劃第四次試飛。

美國空軍研究實驗室X-51A項目主管兼高速打擊武器（HSSW）項目副主管查利·布林克表示，盡管X-51A樣機目前進行的3次試飛經歷了2次失敗，但是其中一次取得了局部“成功”，空軍領導層仍對超聲速沖壓噴射裝置研發(fā)充滿信心。2013年中期，美軍將進行第4次試驗，表明了美國空軍力求在空天武器平臺領域保持絕對優(yōu)勢的決心。

承前啟后的研發(fā)計劃

美國空軍的國防科技（S&T）分支正在全力扶持高超聲速項目，要求在2020年前研發(fā)成功空天打擊兵器，達到4級技術就緒水平（TRL），并從2018財年開始發(fā)展全尺寸樣機，最終實現達到6級技術就緒水平的研發(fā)目標。此外，美國空軍還計劃在2030年前研發(fā)成功情報、偵察、監(jiān)視（ISR）高超聲速航天器。美國空軍科技局（STD）副局長兼主管科學、技術與工程的空軍部長助理克里斯多弗·克萊表示，雖然目前的作戰(zhàn)需求還不緊迫，但是美國空軍仍將加速研發(fā)高超聲速項目，發(fā)展的底線是“使高超聲速作戰(zhàn)能力有一天成為美國的特權”。

規(guī)劃要求廣泛吸引美國空軍研究實驗室（AFRL）、國防部高級研究計劃署（DARPA）等科研單位，借鑒國內外其他已建、在建甚至是取消的項目成果，從正在試飛的X-51A到已經取消的HTV-3X“黑燕”計劃，以及相關的Facet變循環(huán)火箭沖壓發(fā)動機、高速渦輪發(fā)動機演示（HiSTED）項目、高超聲速飛行器演示計劃（HyFly）、自由飛行大氣層超燃沖壓發(fā)動機試驗技術（FASTT）計劃、美國與澳大利亞DSTO聯合研發(fā)的HIFiRE高超聲速國際飛行研究試驗等計劃中吸引經驗。

2003年初，國防部高級研究計劃署召集了航空航天承包商和政府研究人員，著手啟動了全新的“從美國本土發(fā)射和實施武力”的研究計劃，HTV-3X“黑燕”高超聲速飛機應運而生。HTV-3X驗證機比一架戰(zhàn)斗機略小，與D-21無人偵察機的尺寸大體相當，外形采用更加細長的構型，以改善在跨音速飛行時的性能。“黑燕”并不具備全球航程，只能在接近戰(zhàn)區(qū)或者在戰(zhàn)區(qū)內的基地起飛，執(zhí)行任務過程中還需要空中加油。2009財年，美軍由國防部大幅削減了HTV-3X驗證機的經費預算，迫不得已決定取消了“黑燕”項目。

明確兩項研發(fā)重點

美國空軍研究實驗室目前重點關注兩大類研發(fā)項目，最優(yōu)先發(fā)展的是空天快速打擊平臺，第二是研發(fā)渦輪變循環(huán)引擎（TBCC）航天器。“路線圖”在研發(fā)高速打擊武器問題上強調國際合作，最可能的合作領域是高速武器發(fā)展的關系環(huán)節(jié)——推進系統(tǒng)，其他諸如多模導引頭、GPS拒止作戰(zhàn)環(huán)境下的高速制導系統(tǒng)、空氣動力設計、結構、材料、熱防護系統(tǒng)等也存在廣闊合作空間。高速打擊武器應當與當前或未來的戰(zhàn)斗機和轟炸機實現最佳兼容特性，比如國防部高級研究計劃署最近研發(fā)的“弧光”（ArcLight）常規(guī)敏捷性全球打擊（CPGS）演示項目將與美國海軍的Mk.41導彈垂直發(fā)射系統(tǒng)實現兼容。

2010年7月，DARPA推出了性能更先進的“弧光”遠程高超聲速導彈。這種新型遠程打擊系統(tǒng)主要由導彈助推器和高超聲速滑翔飛行器兩部分組成，導彈助推器采用現役“標準-3”（SM-3）型導彈的助推器，而高超聲速滑翔器則可攜帶500～1000千克的有效載荷，能在30分鐘之內對3800千米以外的時間敏感目標實施打擊，具備隱身性能好、打擊距離遠、飛行速度快、有效載荷大、自我保護性強等一系列優(yōu)點。

高速打擊武器計劃由美國空軍研究實驗室主管，在俄亥俄州萊特·帕特森空軍基地和佛羅里達州埃格林空軍基地實施。2013年1月，美軍將組織生產廠商召開協(xié)調會，商討高速打擊武器從“技術模型”到“產品模型”的具體細節(jié)。目前，美國空軍已經描繪出高速打擊/iSR武器平臺的發(fā)展前景，在沒有空間通信和導航衛(wèi)星保障的情況下也可正常穿透敵方拒止區(qū)域，渦輪變循環(huán)推進系統(tǒng)達到5馬赫以上（2010年12月制訂的目標為4馬赫）的巡航速度，可在常規(guī)跑道上起飛和降落。

為實現高速武器的研發(fā)目標，美軍同時啟動了多項技術研發(fā)計劃，“及時響應精確空地海打擊技術”（TRESPALS2）就是其中最重要的一個，尋求解答“對于高超聲速武器來說，多快才足夠快”的問題。2013年3月，美軍將開始TRESPALS2的演示試驗，預計在2017年進行實際點火試驗，通過7～8次試驗，力爭2018～2019年試驗成功。飛行試驗的關鍵是制導和推進系統(tǒng)，達到精確命中幾百千米之外目標的設計目標。

在實現精確打擊目標之外，高速打擊武器還要通過研發(fā)多種型號產品，與目前裝備的作戰(zhàn)飛機兼容，未來的高速打擊武器可以裝備到轟炸機內部或掛載到戰(zhàn)斗機掛點之上。為此，美軍計劃研發(fā)先進制導系統(tǒng)、可選的彈藥包和高效的高速推進系統(tǒng)，減低荷載重量，控制每種系統(tǒng)的制造成本（不能超過亞聲速武器造價的2倍），提高武器系統(tǒng)效費比。