高超聲速時代的戰(zhàn)場革命

彥銘

人類對速度的追求是無止境的，這可能是人類的天性。在太空時代，我們目前已知的人造飛行記錄，是剛剛號稱“已飛出太陽系”的美國“旅行者”1號探測器（該說法并不嚴謹，美國宇航局確認“旅行者”1號已飛入恒星際空間，但仍屬于太陽系），其目前的飛行速度為45千米/秒，如果仍用聲速這一傳統(tǒng)大氣層內(nèi)飛行器的速度來衡量的話，大概約合132馬赫。這是一項驚人的記錄，雖然對于星際旅行動輒“光年”級的距離來說，“旅行者”1號還是不夠快。

很遺憾，人類諸多天性中除了追求速度外，還有另外一個永恒主題——戰(zhàn)爭。純粹依靠宇宙引力加速的“旅行者”1號不是件殺人利器，它帶著人類美好向往的一面向太陽系邊緣飛馳，既無法減速，也不能規(guī)避隨時襲來的太空塵?！皇且活w無法控制的超高速子彈。

戰(zhàn)爭必須是可控的！武器必須擊中鎖定的目標，當然——越快越好。

到目前為止，戰(zhàn)爭中的交火和死傷記錄仍然只存在于地球大氣層內(nèi)，它的速度極限是多少？ M1A2“艾布拉姆斯”主戰(zhàn)坦克的120毫米滑膛炮初速能達到1 700米/秒，約合5倍聲速，但這種速度仍然不可控。埃及空軍的蘇制米格-25在1971年第四次中東戰(zhàn)爭中，曾以3.2馬赫甩開了試圖攔截的以軍戰(zhàn)機，當時另外一款能飛到這一速度的飛機是美國的SR-71。

3馬赫，這就是人類截止目前在戰(zhàn)爭中的最高可控速度。

速度對戰(zhàn)爭的意義顯而易見，比對手更快意味著擁有戰(zhàn)爭主動權(quán)，意味著可以打擊時間敏感目標，意味著更高的突防概率，意味著不給對手反擊機會……或者說——意味著戰(zhàn)爭的勝利。因此，戰(zhàn)爭中的速度競賽只會永遠持續(xù)下去。速度的基礎是技術，在21世紀的今天，人類已經(jīng)有了更先進的速度科技，未來戰(zhàn)爭機器的目標不是4馬赫、5馬赫，6至30馬赫的可控速度將不再科幻；它們還擁有8 000千米以上的打擊范圍——戰(zhàn)爭將因此徹底改變。

人類把這樣的武器定義為——高超聲速飛行器。

厘清高超聲速飛行器

高超聲速飛行器被視為下一代飛行技術，根據(jù)美國俄亥俄州空軍研究實驗室高速系統(tǒng)分部的負責人羅伯特·梅謝爾介紹：“我們?nèi)〉脤Ω叱曀亠w行技術的掌握，就如同從螺旋槳式飛行時代過渡到噴氣時代，自萊特兄弟以來，我們一直在研究如何使飛行變得更好、更快。目前，高超聲速飛行技術就是航空界潛在的前沿領域之一，我相信我們即將進入這個舞臺?！?/p>

從上世紀90年代末美國為應對全球反恐威脅而啟動“1小時打遍全球”計劃以來，圍繞如何進一步提高武器系統(tǒng)的精確打擊速度，美俄中等航空航天大國陸續(xù)研發(fā)并試驗了多種型號的革命性武器系統(tǒng)。歸納起來，主要包括常規(guī)洲際彈道導彈、亞軌道滑翔飛行器、高超聲速飛機/巡航導彈，以及空天飛機四大類。其中速度最快的當屬空天飛機，其太空中的在軌運行速度最快可以達到20至30馬赫；相對最慢的是高超聲速飛機/巡航導彈，由于該類飛行器的飛行空域仍在傳統(tǒng)大氣層范圍內(nèi)（20 000至35 000米），因此最大飛行速度多在6馬赫左右。

洲際彈道導彈是一種誕生于60多年前的傳統(tǒng)全球打擊武器，其攻擊模式不具有革命性，且使用上仍面臨一些難以解決的問題。因此，亞軌道滑翔飛行器、高超聲速飛機/巡航導彈，以及空天飛機才是未來更有希望改變游戲規(guī)則的高超聲速飛行器。

在飛行軌跡上，亞軌道滑翔飛行器堪稱最具革命性的高超聲速平臺。顧名思義，亞軌道滑翔飛行器的主要工作空域位于35到300千米高的亞軌道空間，其工作方式是先用火箭（或彈道導彈）將飛行器帶至亞軌道，隨后飛行器與火箭脫離，并在高空做無動力滑翔。當飛行高度逐漸降低到亞軌道與大氣層邊界時，發(fā)動機點火，推動飛行器爬升，此時發(fā)動機關閉，飛行器再次進入無動力滑翔，如此反復循環(huán)，其飛行軌跡類似于“打水漂”游戲。由于亞軌道空間的空氣阻力極小，且發(fā)動機只需要間歇性工作，因此亞軌道滑翔飛行器可以輕松達到高超聲速和1萬千米以上的航程。

以美國做過飛行試驗的HTV-2“獵鷹”為例，其最高速度高達近20馬赫，亞軌道滑翔時的波峰高度為60 000米，波谷高度為35 000米。“獵鷹”兩分多鐘進行一次“跳躍”，每次跳躍的距離約為450千米。在攜帶5噸武器載荷的情況下，“獵鷹”分別能夠在45分鐘內(nèi)、52分鐘內(nèi)精確打擊13 000千米、16 700千米的目標，且飛行器與火箭均可重復使用，性價比極高。

高超聲速飛機/巡航導彈可以被認為是現(xiàn)有高速飛行器的技術延伸。在大氣層內(nèi)如果想飛到5馬赫以上的速度，依靠傳統(tǒng)噴氣式發(fā)動機基本是不可能的。因此，美俄等國計劃在下一代高超聲速飛行器上安裝被稱為“第三次飛行動力革命”的超燃沖壓發(fā)動機。由于超燃沖壓發(fā)動機必須在吸入高速氣流的情況下才能啟動，因此，無論是X-43試驗無人機還是X-51高超聲速巡航導彈，均必須由大型載機帶入空中后放飛，再由火箭發(fā)動機將飛行器加速到5馬赫左右，此時超燃沖壓發(fā)動機才能介入工作。這一點對于高超聲速巡航導彈來說尚不算問題，但對于需要獨立起降的飛機來說就很難接受了。

洛克希德·馬丁公司在其6倍聲速的SR-72戰(zhàn)略偵察機計劃中采用了一種組合式動力方案，即先用一臺渦噴發(fā)動機將飛機加速到一定速度，然后由超燃沖壓發(fā)動機接力工作，將飛機最終推至6馬赫高速。此方案雖然理論上可行，但整套動力系統(tǒng)的技術復雜度是可想而知的，而且兩臺發(fā)動機（或者一臺發(fā)動機的兩個模塊）在交接工作時的穩(wěn)定性也有待實際飛行考驗。

最后一類高超聲速飛行器其實是一種新型航天飛機。雖然美國與蘇聯(lián)的航天飛機早已具備大氣層內(nèi)滑翔飛行及自主整機返航能力，不過第一代航天飛機仍然是一種單純的航天器，其不能在大氣層內(nèi)自由飛行。類似X-37B這樣的空天飛機雛形希望探討的是一種更具革命性與實用性的飛行方式，即在太空、亞軌道及大氣層內(nèi)自由跨界飛行。當然，目前的X-37B尚做不到這一點。

X-37B通過運載火箭進入低軌道，其在太空中的飛行速度可達到25倍馬赫以上，在軌持續(xù)飛行時間長達270天。X-37B可以在太空執(zhí)行任務，也可以從太空返回大氣層飛行，但這種跨界是單向的，即X-37B只能返回大氣層一次，任務執(zhí)行完畢后必須在機場降落，并不能重復往返于太空與大氣層之間。因此，作為一個武器平臺，X-37B目前的使用前景仍被聚焦于所謂“太空戰(zhàn)”，本質(zhì)上來說與已經(jīng)停飛的航天飛機沒有大的區(qū)別。

最關鍵門檻：超燃沖壓發(fā)動機

無論什么類型的高超聲速飛行器，其最關鍵的技術核心都是動力系統(tǒng)。為了回避空氣阻力，高超聲速必然與“高高度”相伴，洲際彈道導彈與空天飛機的主要高速飛行段都在接近真空的太空，亞軌道滑翔飛行器運行在空氣密度極低的亞軌道空間，而高超聲速飛機/巡航導彈雖然仍在大氣層內(nèi)，但也只能在2萬米以上的超低氣壓環(huán)境中飛行。

沒有空氣，意味著傳統(tǒng)噴氣式發(fā)動機無法使用，速度的奧秘只能是動力系統(tǒng)的革命。以目前的科技水平，真空環(huán)境下飛行器可供使用的只有火箭發(fā)動機，但火箭發(fā)動機需要帶龐大的氧化劑儲運箱，占用了有效負載噸位，在大氣層內(nèi)飛行時效率很差。真正的空天飛機要想自由往返于大氣層內(nèi)外，就必須至少準備兩套動力系統(tǒng)，即大氣層內(nèi)的噴氣發(fā)動機或超燃沖壓發(fā)動機，以及大氣層外的火箭發(fā)動機，這意味著無法避免的單空域龐大死重。而當空天飛機返回大氣層后，沒有了外置火箭助推，僅憑空天飛機自身發(fā)動機的推力，再次脫離第一宇宙速度的難度極大。因此，可供作戰(zhàn)使用的真正空天飛機距離我們實際上還很遠。

對于亞軌道滑翔飛行器來說，其如果在亞軌道近真空環(huán)境中使用火箭發(fā)動機，氧化劑死重仍然是個問題。所幸發(fā)動機的點火高度正好在大氣層邊緣，超燃沖壓發(fā)動機在3 5000米高度仍可以工作。但這對發(fā)動機的技術性能提出了更高要求，由于可工作時間很短，其必須能夠在點火瞬間即提供足以將飛行器送上波峰的強大推力，而此時空氣已非常稀薄，發(fā)動機工況極其惡劣。

因此，目前最有實用前景，技術相對更成熟的高超聲速飛行器為高超聲速飛機/巡航導彈，美俄等國目前的研發(fā)重點也正是該類武器。要想在10年后將其投入實戰(zhàn)，關鍵就要看超燃沖壓發(fā)動機能否在技術及可靠性上取得重大突破。

超燃沖壓發(fā)動機是指燃料在超聲速氣流中進行燃燒的沖壓發(fā)動機。超聲速或高超聲速氣流在進氣道擴壓到較低超聲速，然后燃料從燃燒室壁面的突出物噴入與空氣混合并燃燒，最后，燃燒后的氣體經(jīng)擴張型噴管排出。目前，國外發(fā)展較多的超燃沖壓發(fā)動機包括亞燃/超燃雙模態(tài)沖壓發(fā)動機，以及亞燃/超燃雙燃燒室沖壓發(fā)動機。亞燃/超燃雙模態(tài)沖壓發(fā)動機是指發(fā)動機可以亞燃和超燃沖壓兩種模式工作的發(fā)動機。當發(fā)動機飛行馬赫數(shù)大于6時，實現(xiàn)超聲速燃燒；當馬赫數(shù)低于6時，實現(xiàn)亞聲速燃燒。亞燃/超燃雙燃燒室沖壓發(fā)動機的進氣道分為兩部分：一部分引導部分來流進入亞聲速燃燒室，另一部分引導其余來流進入超聲速燃燒室。這種發(fā)動機更適用于巡航導彈這樣的一次性使用飛行器。

超燃沖壓發(fā)動機的工作窗口極其狹窄，錯過一點點，超聲速燃燒就不能維持。另一方面，溫度升高使聲速升高，不及時補償?shù)脑挘矔茐某曀偃紵臈l件。使用超燃沖壓發(fā)動機的美國X-51A巡航導彈的多次試飛都不是很成功，發(fā)動機最長一次持續(xù)工作時間也只有300秒，離實用化還差的很遠，其他國家的同類機型更是連飛行測試都沒有做過。

20馬赫陷阱

高超聲速飛行器需要解決的技術問題絕非僅有發(fā)動機一個，速度與機動悖論也讓人頭疼。物理學基本常識告訴我們，物體速度越塊，其運動慣性就越大，改變速度矢量的難度也越大。此外，隨著飛行高度上升，空氣密度越來越低，飛行器的氣動面舵效越來越弱。在此情況下，為了保證飛行器的方向可控，就必須采用發(fā)動機推力矢量系統(tǒng)來強行改變飛行軌跡。在高超聲速飛行中賦予飛行器強大的外力過載，將讓飛行器的結(jié)構(gòu)與材料強度面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

對于亞軌道滑翔飛行器來說，其還面臨另外一個技術問題。該類飛行器的飛行高度正好與35 000到80 000米的“黑障”高度重合，此時飛行器最大速度可達20馬赫左右，雖然空氣稀薄，但劇烈的氣動加熱仍可能導致飛行器被電離層包裹，電磁波信號將被電離層阻隔，飛行器雷達無法搜索目標，自身也很難接收導航或目標坐標信息，外界更無法對飛行器做遙控操作。

高超聲速是人類過去很少進入的速度區(qū)間，對飛行器在高超聲速條件下的工作狀態(tài)，人類還知之甚少。除發(fā)動機、飛行控制與“黑障”等難題外，高超聲速飛行器還需跨越低成本耐高溫材料、低阻外形設計等各種技術障礙。

因此，雖然相關科技進步很快，但人類目前在技術上可供實戰(zhàn)的高超聲速武器仍然只有彈道導彈一種。

彈道導彈悖論

美國空軍與海軍均曾認真研究過洲際彈道導彈的常規(guī)改裝方案。洲際彈道導彈可能算是世界上最早符合“1小時打遍全球”理念的高超聲速武器，從東亞發(fā)射的洲際彈道導彈理論上僅需30分鐘就能擊中北美目標。其再入段突防速度可達10馬赫左右，且擁有8 000至14 000千米的射程。在傳統(tǒng)攜帶核彈頭的洲際彈道導彈上改裝常規(guī)戰(zhàn)斗部不存在任何技術門檻。其所面臨的最大技術問題是命中精度，由于主要采用慣性制導，該類導彈在不加任何修正措施的情況下，圓概率誤差可以高達數(shù)千米，對于常規(guī)精確打擊來說，此命中精度已經(jīng)沒有任何意義。

然而現(xiàn)代洲際導彈的打擊精度已今非昔比。美國空軍的陸基“民兵”-3洲際導彈圓概率誤差已能控制在130米內(nèi)，?；鶟撋涞摹叭骊?2D5更是達到90米驚人水平。美國與俄羅斯的現(xiàn)代洲際導彈均采用了星光輔助制導等措施，再入段雖為無動力飛行，但可以通過氣動控制面在進入大氣層后做小幅度彈道調(diào)整。采取上述措施的現(xiàn)代洲際導彈命中精度已經(jīng)可以滿足打擊固定點目標的要求。

雖然技術已非常成熟，但常規(guī)洲際彈道導彈仍然不太可能成為未來全球高超聲速打擊武器的主流，其主要面臨四個方面的問題：一是性價比太低。彈道導彈只能一次性使用，一枚“三叉戟”-2D5的價格約為6 600萬美元，如果只用來做一次即時定點清除，成本恐怕是高的離譜了。二是使用靈活性較差。彈道導彈無法長時間高速巡航，發(fā)射后即不能再重新鎖定其他目標，如果算上系統(tǒng)反應時間，整個彈道導彈的攻擊流程耗時約在1小時左右，只能勉強達到“1小時打遍全球”標準，對于那些攻擊窗口更窄的目標則無能為力。三是更易于攔截。由于常規(guī)洲際導彈仍采用傳統(tǒng)彈道式突防模式，使得對手可以在現(xiàn)有技術體制下對其進行反制，如俄羅斯的“橡皮套鞋”反導系統(tǒng)及中國正在研制的太空中段反導系統(tǒng)均具備一定攔截能力，如果攔截方能夠就近部署，則彈道導彈速度較慢的上升段被攔截概率更大。

常規(guī)洲際彈道導彈最難以走出的困境恐怕還不是技術性的。該類武器其實只能用于對非核國家的打擊，如對核國家使用，因?qū)Ψ綗o法判明彈頭性質(zhì)將必然招致核反擊，即便目標是無核國家，在打擊前也必須與其他核大國建立及時有效的溝通管道，以避免出現(xiàn)誤判。

不過，如果僅從“高超聲速飛行器”，而非“1小時打遍全球”的概念來觀察，則中短程彈道導彈仍不失為一種非常有效的超高速常規(guī)打擊武器。美國在上世紀80年代部署于中歐的“潘興”-2中程彈道導彈依靠先進的雷達地形匹配末制導技術，已經(jīng)將命中精度提高到25米級。西方更是認為，中國已經(jīng)研制出能夠打擊航母等海上移動目標的“東風”-21D彈道導彈。此外，中短程彈道導彈只是一種戰(zhàn)術武器，傳統(tǒng)上多采用常規(guī)戰(zhàn)斗部，因此使用中引起戰(zhàn)略誤判的可能性較低。

革命：高超聲速戰(zhàn)場

1998年8月20日，位于阿拉伯海上的美國“林肯”號航母戰(zhàn)斗群發(fā)射了數(shù)枚“戰(zhàn)斧”巡航導彈，攻擊阿富汗東部塔利班訓練營地，目標——本·拉登。

“戰(zhàn)斧”以885千米/小時的速度飛行了1 770千米，耗時長達2個小時。拉登在導彈飛抵前一個小時就已離開訓練營地。這次行動的失敗給五角大樓留下了巨大的遺憾，高超聲速武器的研制工作開始加速，繼原子彈之后的又一個潘多拉魔盒被打開。

可以毫不夸張的說，高超聲速武器對未來戰(zhàn)爭形態(tài)的改變將是顛覆性的。無論是美俄中等軍事大國，還是以色列、伊朗這樣的地區(qū)強國，當高超聲速打擊時代來臨時，所有牌桌上的玩家都必須重新洗牌。高超聲速武器的意義絕不僅僅是“1小時打遍全球”，所有那些已經(jīng)過二戰(zhàn)、朝鮮戰(zhàn)爭、越南戰(zhàn)爭、中東戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、海灣戰(zhàn)爭、車臣戰(zhàn)爭淬煉的裝備技術、裝備體系、作戰(zhàn)理論、戰(zhàn)略戰(zhàn)術、指揮藝術等等都必須改變，以適應這個繼騎兵、城堡、大炮、火槍、坦克、飛機與核武器破殼后的又一次戰(zhàn)場革命。

這絕非危言聳聽。在高超聲速武器時代，攻擊與防御的技術平衡被打破，戰(zhàn)爭中被動防御的一方幾乎沒有勝利的可能。在戰(zhàn)場主動權(quán)巨大紅利的誘惑下，可能爆發(fā)戰(zhàn)爭的國家之間將受到“黑暗森林”理論的影響，更傾向于主動打響戰(zhàn)爭第一槍。在各國均缺乏有效反制技術的情況下，熱點國家的軍備競賽將全面轉(zhuǎn)向進攻型武器的研制與裝備。而由于打擊速度的幾何級提高，高超聲速時代的戰(zhàn)爭時間也可能被極度壓縮，一場大國間的戰(zhàn)爭也許在幾天數(shù)個攻擊波結(jié)束后就勝負已分，像二戰(zhàn)這樣持續(xù)數(shù)年的大國間戰(zhàn)爭幾乎不可能出現(xiàn)。戰(zhàn)爭將更加依賴詳細完備的戰(zhàn)前預案，那種寄希望于天才指揮官的直覺與應變能力取勝的想法是天真的。

全球性高超聲速打擊系統(tǒng)，將使遠離本土的前沿部署變成缺乏實際意義的資源浪費與武力炫耀，一個地區(qū)軍事強國不用建立海外基地網(wǎng)，也能具備即時的全球武力投送能力。

在具體戰(zhàn)術上，高超聲速時代的優(yōu)先打擊目標將不再鎖定于軍政首腦、指揮系統(tǒng)、雷達站、防空導彈陣地等傳統(tǒng)第一波踹門對象。為了避免敵方高超聲速武器的致命反擊，第一波攻擊必須先摧毀敵方空軍基地、高超聲速武器發(fā)射平臺、通信與偵查衛(wèi)星、無人偵查機、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)等敵方高超聲速殺傷鏈上的關鍵節(jié)點。

在裝備體系上，可覆蓋全球的高超聲速武器具有接近100%的突防能力?，F(xiàn)有隱身技術的價值和意義將大打折扣。同時，大型低速戰(zhàn)場目標也將成為高超聲速武器最好的標靶——超級核動力航母是否還存在價值？同樣值得懷疑的還有重型固定翼轟炸機，它的常規(guī)打擊靈活性已經(jīng)可以被彈性更大的亞軌道轟炸機，或者高超聲速巡航導彈所取代。

高超聲速飛行器的作戰(zhàn)空域（空間）決定了在未來的大國戰(zhàn)爭中，一場太空戰(zhàn)幾乎不可能避免。太空、亞軌道、大氣層的界限越發(fā)模糊，飛行平臺即便仍有自己相對固定的飛行空域（空間），但其發(fā)射的精確打擊彈藥卻很可能跨域攻擊，反制方在面對攻擊時，必然會全力摧毀武器發(fā)射或偵察、通信平臺，而不會顧慮敵方是在太空還是大氣層內(nèi)。

當然，上述終極形態(tài)的高超聲速戰(zhàn)爭離我們還有一段距離，技術與相關作戰(zhàn)理論還很不成熟。而且從戰(zhàn)略上來講，美國指望用高超聲速常規(guī)打擊手段來打破核平衡的想法是可笑的，即便未來高超聲速武器成為主流，采用高超聲速運載工具的核武器威脅仍然存在，而且有核國家在面對敵方優(yōu)勢常規(guī)高超聲速武器時，必然會考慮核反擊來確保自身安全，俄羅斯已經(jīng)明確宣布了這一點。

然而，即便人類的高超聲速飛行才剛剛起步，那些一直站在戰(zhàn)爭技術與理論前沿的國家卻已經(jīng)看到了未來戰(zhàn)場的無限可能。對于后發(fā)國家來說，如果不果斷予以回應，失去的很可能不僅僅是戰(zhàn)爭的權(quán)利；而如果奮起直追，在新的技術領域也最有可能實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

責任編輯：王宏亮