高超聲速技術(shù)的軍事價(jià)值

□ 黃志澄

高超聲速技術(shù)的軍事價(jià)值

□ 黃志澄

美國(guó)空軍正在研制的HSSW導(dǎo)彈

顛覆性技術(shù)，是一種另辟蹊徑、會(huì)對(duì)已有傳統(tǒng)或主流技術(shù)途徑產(chǎn)生顛覆性效果的技術(shù)。近年來，顛覆性技術(shù)所展示出的強(qiáng)勁勢(shì)頭，越來越引起全球的廣泛關(guān)注。顛覆性技術(shù)的發(fā)展，也必將引發(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)面貌的徹底改變。從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)到伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的形態(tài)已經(jīng)發(fā)生了根本性變化。顛覆性技術(shù)的發(fā)展，正在不斷推動(dòng)武器裝備體系的更新?lián)Q代；打擊方式基本已不再是過去所追求的大規(guī)模毀傷，而是更加突出打擊的精確性和有效性；整個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)的的協(xié)同性和時(shí)間性空前突出。

高超聲速技術(shù)是影響未來戰(zhàn)爭(zhēng)的顛覆性技術(shù)之一。什么是高超聲速技術(shù)？它有怎樣的軍事價(jià)值？它對(duì)未來戰(zhàn)爭(zhēng)有何影響？高超聲速技術(shù)的發(fā)展對(duì)我們有何啟示？本文將對(duì)此進(jìn)行介紹和分析。

什么是高超聲速技術(shù)

高超聲速飛行是指馬赫數(shù)大于5的飛行。高超聲速技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的技術(shù)。實(shí)際上，上世紀(jì)40年代，力學(xué)家就建立了高超聲速飛行的基本理論，如錢學(xué)森在1946年提出了著名的《高超聲速相似率》。60年代初，美國(guó)X-15用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了首次高超音速飛行(飛行M數(shù)大于5.3)。在這以后，開始致力于利用空氣中的氧氣的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的高超音速飛行。美蘇等國(guó)開展了超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（Scramjet,簡(jiǎn)稱超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)）等關(guān)鍵技術(shù)的研究，但由于其技術(shù)難度太大，研究工作進(jìn)展不大，在美國(guó)設(shè)計(jì)航天飛機(jī)時(shí)，仍決定采用較成熟的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

1986年，美國(guó)航宇局（NASA）決定上馬單級(jí)入軌的空天飛機(jī)（NASP）計(jì)劃, 人們視之為“高超聲速的復(fù)蘇”。這個(gè)計(jì)劃在花出30億美元資金后，在1995年下馬。失敗的主要原因是方案過于先進(jìn)；超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)未成熟；所需資金過大而無法承擔(dān)；過分依賴于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的計(jì)算，對(duì)地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)重視不夠等。在這之后，NASA認(rèn)真吸取了教訓(xùn)，繼續(xù)執(zhí)行了一項(xiàng)規(guī)模較小的飛行演示驗(yàn)證的Hyper-X計(jì)劃，其目的是擴(kuò)展將來可以軍民兩用的高超聲速技術(shù)基礎(chǔ)。它的第一個(gè)無人高超聲速驗(yàn)證機(jī)就是X-43A。

使用氫燃料的X-43A的飛行試驗(yàn)雖然成功，但其飛行馬赫數(shù)是固定不變的（7或10）。由于其技術(shù)水平仍與實(shí)現(xiàn)空天飛機(jī)有很大差距，NASA果斷放棄了后續(xù)的以空天飛機(jī)為目標(biāo)的X-43B和X-43C計(jì)劃，轉(zhuǎn)入了基礎(chǔ)研究。

2001年，NASA和美國(guó)國(guó)防部聯(lián)合提出了“國(guó)家航空航天倡議”（NAI）。在這個(gè)倡議中，重點(diǎn)討論了采用吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在大氣層中進(jìn)行高超聲速巡航飛行的技術(shù)。該倡議建議美國(guó)發(fā)展吸氣式高超聲速飛行器分三步走：近期致力于高超聲速巡航導(dǎo)彈，中期集中于發(fā)展高超聲速轟炸機(jī)，遠(yuǎn)期瞄準(zhǔn)重復(fù)使用的航天運(yùn)載器。在這之后，由美國(guó)軍方主導(dǎo)了碳?xì)淙剂铣紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)。

各種空天飛機(jī)方案

美國(guó)空軍設(shè)想的高超聲速戰(zhàn)爭(zhēng)

未來戰(zhàn)爭(zhēng)的力量應(yīng)用

2008年2月，美國(guó)國(guó)防部向國(guó)會(huì)遞交了《國(guó)防部高超聲速計(jì)劃路線圖》。在這個(gè)文件中，美軍擴(kuò)大了高超聲速技術(shù)的定義。新的定義是：使大氣層高超聲速機(jī)動(dòng)飛行成為可能的技術(shù)。由此計(jì)劃發(fā)生了重大轉(zhuǎn)折，不僅包括吸氣式高超聲速巡航飛行的技術(shù)，而且擴(kuò)展到包括采用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和組合發(fā)動(dòng)機(jī)在大氣層中進(jìn)行高超聲速機(jī)動(dòng)飛行的技術(shù)，從而采取了“兩邊下注”的策略。

“路線圖”進(jìn)一步明確了美軍的高超聲速計(jì)劃的目的是為美軍提供三項(xiàng)未來的作戰(zhàn)能力：打擊/持久作戰(zhàn)能力；空中優(yōu)勢(shì)/防御能力；快速進(jìn)入太空能力。對(duì)上述的三個(gè)方面，都提出了由一系列技術(shù)產(chǎn)品支撐的路線圖。這些技術(shù)產(chǎn)品包括：吸氣式高超速飛行器如美國(guó)空軍的X-51A，海軍的HyFly 等；高超聲速助推滑翔飛行器如HTV-2，陸軍的AHW等，以及小型無人航天飛機(jī)X-37B等。

由上述高超聲速技術(shù)發(fā)展的歷史可見，學(xué)術(shù)界關(guān)于高超聲速技術(shù)存在兩種定義，一種是廣義的，就是指實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的技術(shù)；另一種狹義的，專指利用吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的技術(shù)。

左上圖：美國(guó)陸軍正在發(fā)展的AHW

左下圖：美國(guó)空軍設(shè)想的高超聲速對(duì)地打擊

右圖：高超聲速滑翔飛行器

高超聲速技術(shù)的軍事價(jià)值

高超聲速技術(shù)是近年來最重要的軍民兩用的顛覆性技術(shù)之一。高超聲速技術(shù)的發(fā)展將對(duì)未來戰(zhàn)爭(zhēng)產(chǎn)生深刻的影響。高超聲速技術(shù)如何影響未來的戰(zhàn)爭(zhēng)，美國(guó)空軍在2015年9月15日發(fā)表的《美國(guó)空軍2035年的核心使命》的《空軍未來作戰(zhàn)概念》報(bào)告中進(jìn)行了討論。

報(bào)告由美國(guó)空軍部長(zhǎng)黛博拉·李·詹姆斯和美國(guó)空軍參謀長(zhǎng)韋爾什上將聯(lián)合簽發(fā)，是美國(guó)空軍用來指導(dǎo)未來20年空軍組織、訓(xùn)練與裝備的文件，旨在回答“美空軍未來將走向何處”這一問題。文件主要是向美空軍部隊(duì)，解釋如何將“敏捷性”適用于美空軍作戰(zhàn)人員。文件提出的美國(guó)空軍2035年的核心使命是，為美國(guó)提供快速響應(yīng)及有效的全球警戒、全球到達(dá)和全球打擊力量。

在上述文件中，美國(guó)空軍提出了2035年的高超聲速攻擊作戰(zhàn)設(shè)想。它假想了2035年9月17日，美國(guó)空軍利用高超聲速打擊武器對(duì)敵方的一體化防空系統(tǒng)中的激光武器實(shí)施打擊。在該設(shè)想中，由4艘母艦投放200架飛行馬赫數(shù)為0.9的高亞聲速小型無人飛行器。這些分布式無人機(jī)，通過快速組合形成不斷變換的誘餌和干擾機(jī)陣列，同時(shí)其所搭載的網(wǎng)絡(luò)化傳感器為美軍構(gòu)建起對(duì)敵方一體化防空系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)感知。由于敵方的防空系統(tǒng)的探測(cè)和火力通道，被這些目標(biāo)飽和，敵方未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)美軍發(fā)射的高超聲速導(dǎo)彈。這些導(dǎo)彈首先摧毀了防空系統(tǒng)中的高能激光武器（它威脅到美軍的低軌道衛(wèi)星）；其他高超聲速武器，則摧毀了岸艦導(dǎo)彈系列和攻擊艇的駐泊地。

上述有關(guān)高超聲速武器攻擊的設(shè)想和美國(guó)空軍在2014年發(fā)布的《美國(guó)空軍：召喚未來》報(bào)告是一脈相承的。后一份報(bào)告指出：美國(guó)空軍有能力比其潛在對(duì)手更快地持續(xù)適應(yīng)和響應(yīng)環(huán)境的變化，是空軍面對(duì)未來30年的最大挑戰(zhàn)。這份報(bào)告將高超聲速和納米技術(shù)、無人系統(tǒng)、自主和定向能并列為“改變游戲規(guī)則”的五大顛覆性技術(shù)。

2016年3月，美國(guó)空軍聯(lián)合會(huì)的米切爾空天研究所，發(fā)表了報(bào)告《高超聲速武器與美國(guó)國(guó)家利益:21世紀(jì)的突破》。報(bào)告認(rèn)為，高超聲速武器可在以下4個(gè)方面為美國(guó)及其全球盟友部隊(duì)提供作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)：（1）提供前所未有的快速到達(dá)，可縮短“從發(fā)射器到目標(biāo)”的時(shí)間，并能更有效地利用情報(bào)來打擊目標(biāo)。（2）提供全球目標(biāo)區(qū)域的進(jìn)入。戰(zhàn)區(qū)高超聲速導(dǎo)彈可在不到17分鐘內(nèi)，到達(dá)1609千米以外的目標(biāo)；高超聲速的情報(bào)偵察（ISR）系統(tǒng),可以比衛(wèi)星更快的速度，在一天內(nèi)抵達(dá)目標(biāo)區(qū)，并具有更高生存能力。（3）提供“第四維”作戰(zhàn)效應(yīng)，壓縮敵方的決策時(shí)間，使高超聲速攻擊方有效地干預(yù)敵方的指揮、控制與作戰(zhàn)管理周期，進(jìn)而增強(qiáng)美國(guó)的指揮與控制優(yōu)勢(shì)。（4）突破敵方防空系統(tǒng)，高超聲速武器可使老舊的第四代戰(zhàn)機(jī)，攻擊嚴(yán)密防守地區(qū)的目標(biāo)，并使武器在搜尋目標(biāo)時(shí)確保自身的存活。

美軍發(fā)展高超聲速技術(shù)的近況

美國(guó)是最重視發(fā)展高超聲速技術(shù)的國(guó)家。高超聲速技術(shù)已被美國(guó)國(guó)防部列為2017財(cái)年美軍武器裝備現(xiàn)代化投資重點(diǎn)的七大領(lǐng)域之一，也是美國(guó)第三次抵消戰(zhàn)略下支撐其常規(guī)威懾能力的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域之一。美國(guó)當(dāng)前正在發(fā)展的高超聲速武器，包括空軍的“高超聲速打擊武器（HSSW）”，美國(guó)空軍和DAPRA合作的“高超聲速吸氣式武器概念(HAWC)”和“戰(zhàn)術(shù)助推滑翔(TBG)”項(xiàng)目。這三個(gè)項(xiàng)目，波音、洛馬、雷神等美國(guó)重要的軍工企業(yè)都有參與。后兩個(gè)項(xiàng)目都將在2020年前開展演示驗(yàn)證試飛。其中，HAWC項(xiàng)目瞄準(zhǔn)的目標(biāo)型號(hào)，是巡航速度約馬赫數(shù)5～6、射程約1000千米、能夠適應(yīng)B-2A轟炸機(jī)等內(nèi)埋和F-35戰(zhàn)斗機(jī)外掛的巡航導(dǎo)彈；TBG項(xiàng)目瞄準(zhǔn)的目標(biāo)型號(hào)，則是最大速度約馬赫數(shù)9～10、射程1000千米～2000千米的助推滑翔彈。另外美國(guó)陸軍的“先進(jìn)高超聲速武器（AHW）”項(xiàng)目，正在準(zhǔn)備進(jìn)行第三次飛行試驗(yàn)。除此之外，美國(guó)洛馬公司正在積極研發(fā)高超聲速ISR飛機(jī)SR-72。由此可見，美軍在2035年可能裝備的高超聲速武器主要是兩類：使用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的高超聲速和高超聲速助推滑翔飛行器。美國(guó)空軍也十分贊賞英國(guó)反作用發(fā)動(dòng)機(jī)公司的“佩刀”發(fā)動(dòng)機(jī)，正在和這家公司合作，研究采用這種發(fā)動(dòng)機(jī)來發(fā)展兩級(jí)入軌的空天飛機(jī)。

美國(guó)一方面穩(wěn)步推進(jìn)高超聲速武器的研制工作，另一方面繼續(xù)全面系統(tǒng)地強(qiáng)化高超聲速技術(shù)的基礎(chǔ)。為了提高技術(shù)的成熟度，2016年8月，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）發(fā)布了“高速作戰(zhàn)系統(tǒng)使能實(shí)現(xiàn)技術(shù)（ETHOS）”的調(diào)研公告，對(duì)美國(guó)工業(yè)界在高速作戰(zhàn)平臺(tái)領(lǐng)域的工業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)水平和人才隊(duì)伍等情況進(jìn)行了調(diào)研。2017年1月正式公布了廣泛機(jī)構(gòu)通告，明確了高速實(shí)驗(yàn)科學(xué)、高速推進(jìn)系統(tǒng)、氣動(dòng)結(jié)構(gòu)、建模和仿真、飛行器設(shè)計(jì)和集成五大技術(shù)領(lǐng)域的詳細(xì)目標(biāo)。2016年5月，美國(guó)空軍還發(fā)布了計(jì)劃發(fā)展可重復(fù)使用200次的高超聲速試驗(yàn)平臺(tái)（HyRAX）項(xiàng)目的詳細(xì)需求，以推動(dòng)更廣泛的高超聲速技術(shù)的成熟，并積累高超聲速飛行試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)。

在美國(guó)AFRL和澳大利亞國(guó)防科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合管理之下，正在開展一項(xiàng)高超聲速國(guó)際飛行研究試驗(yàn)計(jì)劃。計(jì)劃的目的是，提供一個(gè)低成本的高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)高超聲速飛行的現(xiàn)象進(jìn)行研究，以增強(qiáng)對(duì)高超聲速飛行的基礎(chǔ)問題和物理現(xiàn)象的理解。通過這個(gè)計(jì)劃，提高模擬高超聲速飛行的建模能力,提高模擬方法的精度，驗(yàn)證高超聲速飛行的飛行環(huán)境及其關(guān)鍵技術(shù), 拓展高超聲速飛行數(shù)據(jù)庫。

美軍正在發(fā)展的高超速計(jì)劃

高超聲速技術(shù)發(fā)展的啟示

世界高超聲技術(shù)的發(fā)展已超過60多年，雖屢經(jīng)波折，但大國(guó)從未放棄。從高超聲技術(shù)的發(fā)展歷程中，可以得到如下幾點(diǎn)啟示;

首先，高超聲技術(shù)是一項(xiàng)軍民融合的技術(shù)。在民用上，高超聲客機(jī)和空天飛機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前，推動(dòng)高超聲技術(shù)發(fā)展的主動(dòng)力來自它的軍事應(yīng)用。由于高超聲速武器在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中的速度優(yōu)勢(shì)和巨大的打擊能力，它已成為大國(guó)準(zhǔn)備未來戰(zhàn)爭(zhēng)而競(jìng)相發(fā)展的一種顛覆性技術(shù)。另一方面，在大國(guó)發(fā)展高超聲速技術(shù)的進(jìn)程中，通過試驗(yàn)飛行器的試驗(yàn)，將給潛在對(duì)手造成一定心理壓力；而在其一旦研制成功后，又將成為一種重要的軍事威懾，即“高超聲速威懾”。

其次，高超聲技術(shù)既包括諸如推進(jìn)、氣動(dòng)、控制、材料等單項(xiàng)技術(shù)，也包括將這些單項(xiàng)技術(shù)根據(jù)目標(biāo)而集成起來的集成技術(shù)。因此，發(fā)展高超聲速技術(shù)既要重視基礎(chǔ)，又要重視系統(tǒng)集成。為了能夠?qū)崿F(xiàn)有效的高超聲速打擊，必須讓高超聲速武器的可靠性達(dá)到現(xiàn)有導(dǎo)彈的可靠性水平。顯然，這對(duì)于承受嚴(yán)重氣動(dòng)加熱環(huán)境的高超聲速武器來說，必將對(duì)其結(jié)構(gòu)、材料和電子系統(tǒng)，都提出苛刻的要求。

目前高超聲速技術(shù)的系統(tǒng)成熟度還稍低于試驗(yàn)飛行器成熟的第6級(jí)（TRL-6），與技術(shù)的完全成熟（TRL-9）還有相當(dāng)距離。為此，必須重視提高地面試驗(yàn)?zāi)芰湍M仿真能力，并通過關(guān)鍵的飛行試驗(yàn)考核，為今后設(shè)計(jì)實(shí)用的高超聲速飛行器，提供技術(shù)基礎(chǔ)。

再次，未來的戰(zhàn)爭(zhēng)仍然是體系和體系的對(duì)抗，單獨(dú)的一種武器的性能雖然重要，但只有與體系中其它武器配合，才能發(fā)揮出它的優(yōu)勢(shì)。何況任何武器既有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，也有致命的弱點(diǎn)。在上述美國(guó)空軍的2035年的設(shè)想中，若沒有美軍戰(zhàn)場(chǎng)信息系統(tǒng)的支持和分布式無人機(jī)對(duì)敵方的飽和攻擊，紅外特征明顯的高超聲速武器，就無法發(fā)揮其速度優(yōu)勢(shì)。

最后，在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中，實(shí)現(xiàn)高超聲速作戰(zhàn)必需裝備具有一定數(shù)量的高超聲速武器，必需讓這些武器的成本，不要大大高于現(xiàn)有的超聲速武器的成本。未來的戰(zhàn)爭(zhēng)，不僅是武器性能的較量，也是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的較量?！?/p>