高超聲速飛機(jī)：一場(chǎng)技術(shù)革命

王艷，梁軼，宋巍，王潔心

（1.空間物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

高超聲速飛機(jī)：一場(chǎng)技術(shù)革命

王艷1,2，梁軼1,2，宋巍1,2，王潔心1,2

（1.空間物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

本文原載于俄羅斯《通俗力學(xué)》雜志 2016年第 7期，作者為俄羅斯軍事專家?jiàn)W列格 ? 吉特鋯夫。原文標(biāo)題：《Гиперзвуковые самолёты: техническая революция?》文章簡(jiǎn)要介紹了高超聲速飛機(jī)從軌道上撞擊的技術(shù)，并研究了美俄的重點(diǎn)項(xiàng)目。

高超聲速；技術(shù)成熟

在不久的未來(lái)，高超聲速飛機(jī)（如圖1）技術(shù)即將成熟，有可能帶來(lái)導(dǎo)彈裝備領(lǐng)域的徹底改變。要知道，這涉及的恰好就是一場(chǎng)科學(xué)技術(shù)革命。

圖1 高超聲速飛機(jī)想象圖

在該領(lǐng)域談軍備競(jìng)賽為時(shí)尚早——目前這還只是一場(chǎng)技術(shù)競(jìng)賽。高超聲速項(xiàng)目也還處于試制研發(fā)階段：目前所進(jìn)行的實(shí)際飛行基本上都是飛行驗(yàn)證。根據(jù)美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）的十級(jí)等級(jí)表，該項(xiàng)目的技術(shù)成熟度大體在4～6級(jí)。

不過(guò)，將高超聲速項(xiàng)目看成是某種技術(shù)創(chuàng)新是沒(méi)有必要的。洲際彈道導(dǎo)彈的彈頭就是以高超聲速進(jìn)入大氣層的；載人回收艙和航天飛機(jī)也都是高超聲速的。但是，航天器在脫離軌道時(shí)必須要以高超聲速飛行，并且飛行所持續(xù)的時(shí)間不長(zhǎng)。在這里我們要談的是飛行器，對(duì)于它們來(lái)說(shuō)采用高超聲速是標(biāo)配，沒(méi)有高超聲速就不能顯露出優(yōu)越性，也無(wú)法展現(xiàn)自己的能力和力量。

1 從軌道上進(jìn)行打擊

這里談的是高超聲速、強(qiáng)機(jī)動(dòng)性、可操縱的對(duì)象——洲際彈道導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)彈頭、高超聲速巡航導(dǎo)彈和高超聲速無(wú)人駕駛飛行器。實(shí)際上，我們所說(shuō)的高超聲速飛行器究竟指什么呢？首先，這樣的飛行器具備以下性能：飛行速度 5～ 10馬赫（6150～ 12300km/h）及以上，設(shè)計(jì)飛行高度 25～ 140km。高超聲速飛行器最吸引人的特點(diǎn)之一，就是空防御系統(tǒng)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效追蹤，因?yàn)樵擄w行器飛行在等離子云層中，而雷達(dá)電波無(wú)法穿透這樣的云層。

值得一提的還有其較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)能力和短時(shí)間快速打擊反應(yīng)能力。例如，高超聲速飛行器能在一小時(shí)內(nèi)完成從等候的軌道起飛到打擊既定目標(biāo)的任務(wù)。

俄羅斯也不止一次地研發(fā)過(guò)并正在研發(fā)高超聲速飛行器，130遠(yuǎn)程無(wú)人攻擊機(jī) (6馬赫 )，“Ajax”高超聲速飛機(jī)（8～ 10馬赫），米高揚(yáng)設(shè)計(jì)局研發(fā)的以碳?xì)浠衔餅槿剂系亩喙δ芨叱曀亠w機(jī)項(xiàng)目，以及使用雙燃料（高速飛行使用氫，低速飛行使用煤油）的高超聲速飛機(jī)的項(xiàng)目。

米高揚(yáng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)局的“螺旋”計(jì)劃（如圖2）在工程學(xué)思想史上留下了自己的足跡。在該項(xiàng)目中，可回收的高超聲速空天飛機(jī)由高超聲速運(yùn)載器送入衛(wèi)星軌道，并在完成軍事任務(wù)后從軌道返回大氣層，在大氣層中同樣以高超聲速完成機(jī)動(dòng)飛行?！奥菪庇?jì)劃的產(chǎn)品已在無(wú)人軌道火箭飛機(jī)項(xiàng)目和“暴風(fēng)雪”太空梭項(xiàng)目中投入使用。有未經(jīng)官方證實(shí)的消息稱，美研制了高超聲速飛行器“弧光”。該消息眾人均有所耳聞，但從未有人親眼目睹過(guò)。

圖2 空間計(jì)劃“螺旋”

2 為海軍而建造的“鋯石”

2016年 3月 17日， 俄 羅 斯 正 式 著 手 試 射“ 鋯石”高超聲速反艦巡航導(dǎo)彈的消息公布。第五代核潛艇（哈斯基）將配備最新的彈頭，并且水面艦艇也會(huì)配備，當(dāng)然也包括俄羅斯海軍艦旗“彼得大帝”號(hào)?！颁喪钡乃俣葹?5～ 6馬赫，射程不少于 400 km（它能在四分鐘內(nèi)飛過(guò)這個(gè)距離），這極大增加了對(duì)抗這種導(dǎo)彈的難度。眾所周知的是，該導(dǎo)彈將采用新型燃料 T-10（C10H16），這種燃料能夠?qū)w行距離增加300 km。

反艦導(dǎo)彈“鋯石”的設(shè)計(jì)方是機(jī)器制造科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合公司，它屬于“戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈裝備股份有限公司”。該導(dǎo)彈的批量生產(chǎn)有望在 2020年之前實(shí)現(xiàn)。值得注意的是，俄羅斯在建造高速反艦巡航導(dǎo)彈方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，例如反艦導(dǎo)彈 П-700“花崗巖”系列（2.5馬赫），反艦巡航導(dǎo)彈 П-270“白蛉子”系列（2.8馬赫），接替它們的就是新型反艦導(dǎo)彈“鋯石”。

3 靈巧的彈頭

關(guān)于飛行器 Ю-71（在西方它是被這樣標(biāo)識(shí)的）的消息最早出現(xiàn)于 2015年 2月，當(dāng)時(shí)它由“三棱匕首”P(pán)C-18火箭發(fā)射到近地軌道上，后來(lái)又返回到大氣層中。它是從戰(zhàn)略導(dǎo)彈兵第十三導(dǎo)彈師東布羅夫斯基兵團(tuán)的部署地區(qū)（奧倫堡州）發(fā)射的。據(jù)悉，至 2025年該師將收到 24架 Ю-71，用來(lái)搭載“薩爾馬特”新型導(dǎo)彈。飛行器 Ю-71屬于 4202項(xiàng)目，也是從 2009年開(kāi)始由機(jī)器制造科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合公司進(jìn)行生產(chǎn)。

該飛行器是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的超機(jī)動(dòng)彈頭，能以11000km/h的速度滑行。它可以進(jìn)入近太空，從那里打擊目標(biāo)，還可以攜帶核彈并且配備電子對(duì)抗系統(tǒng)。當(dāng) Ю-71“潛入”大氣層時(shí)，它的速度可以達(dá)到5000m/s（18000km/h）， 因 此 Ю-71配 備 有 力 /熱的保護(hù)裝置，并且可以輕松轉(zhuǎn)變飛行方向，且在此過(guò)程中不會(huì)損壞。圖3 為高超聲速飛行器組件的設(shè)計(jì)圖。

圖3 高超聲速飛行器組件的設(shè)計(jì)圖（長(zhǎng)度原定為 8米，翼展 2.8米）

Ю-71能夠按照預(yù)定高度和航線以高超聲速和高制動(dòng)性飛行，并且可以以非彈道模式飛行，任何對(duì)空防御系統(tǒng)都對(duì)其束手無(wú)策。并且彈頭是可控的，因此具有非常高的打擊準(zhǔn)確性：這使得它也可以用于非核武器的高精度打擊作戰(zhàn)中。眾所周知，在 2011～2015年間進(jìn)行了幾次發(fā)射，Ю-71將在 2025年投入使用，屆時(shí)它將被裝備在洲際彈道導(dǎo)彈“薩爾馬特”上。

4 飛向高處

以往的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中值得一提的是 X-90導(dǎo)彈，它是由“彩虹”機(jī)器制造設(shè)計(jì)局研發(fā)的。該項(xiàng)目始于 1971年，止于國(guó)家困難時(shí)期的 1992年，盡管進(jìn)行過(guò)的試驗(yàn)已經(jīng)展現(xiàn)了良好的結(jié)果。該型號(hào)導(dǎo)彈不止一次地在莫斯科航空航天展覽會(huì)的航空航天大廳上展出。幾年后該項(xiàng)目重新開(kāi)始，研制出的導(dǎo)彈具有4～ 5馬赫的速度，從圖 -160飛機(jī)上發(fā)射的飛行距離達(dá) 3500 km。2004年，該導(dǎo)彈進(jìn)行了飛行驗(yàn)證。原本人們打算給導(dǎo)彈在殼體兩側(cè)裝備兩個(gè)可分離的彈頭，但最終沒(méi)有實(shí)現(xiàn)該計(jì)劃。

БД空空高超聲速導(dǎo)彈是由伊·伊·托羅波夫“信號(hào)旗”試驗(yàn)設(shè)計(jì)局研發(fā)的飛彈，是對(duì)米格 -31及米格 -31БМ 飛機(jī)裝備的 K-37和 K-37M 導(dǎo)彈系列的發(fā)展延續(xù)。БД空空高超聲速導(dǎo)彈還將用于裝備ПАК ДП 項(xiàng)目的高超聲速攔截機(jī)。2015年莫斯科航空航天展覽會(huì)上，“戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈裝備”股份有限公司領(lǐng)導(dǎo)鮑里斯·維克多羅維奇·奧勃諾索夫宣稱，該導(dǎo)彈已經(jīng)開(kāi)始批量生產(chǎn)，第一批產(chǎn)品將在 2016年完成。導(dǎo)彈重 510千克，裝有殺爆式戰(zhàn)斗部，飛行高度范圍寬，打擊距離 200千米的目標(biāo)。雙重工作狀態(tài)的固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使得它可達(dá)到6馬赫高超聲速飛行。

5 美國(guó)的項(xiàng)目

現(xiàn)如今美國(guó)的工作計(jì)劃中包含了各式的高超聲速飛行器，它們已經(jīng)過(guò)飛行試驗(yàn)并且都獲得了某種程度的成功。這些項(xiàng)目早在 21世紀(jì)頭幾年就已經(jīng)開(kāi)始，如今已具備不同程度的技術(shù)成熟度。不久前“波音”公司X-51A（圖4）高超聲速飛行器的設(shè)計(jì)人員稱，X-51A將在 2017年投入裝備。

美國(guó)正在進(jìn)行的項(xiàng)目包括：高超聲速機(jī)動(dòng)彈頭AHW (Advanced Hypersonic Weapon)；第二代“獵鷹”高 超 聲 速 飛 行 器 (Hyper-Sonic Technology Vehicle)，它是通過(guò)洲際彈道導(dǎo)彈發(fā)射的；X-43 Hyper-X高超聲速飛行器，是“波音”公司生產(chǎn)的 X-51A“乘波者”高超聲速巡航導(dǎo)彈的原型，它配備了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。此外還獲悉，美國(guó)洛克希德·馬丁公司正進(jìn)行 SR-72（如圖5）高超聲速無(wú)人機(jī)的研發(fā)工作，該公司已于 2016年3月正式宣布該型號(hào)無(wú)人機(jī)的研發(fā)工作。

圖4 美國(guó)研發(fā)的高超聲速飛行器——波音 X-51A，代號(hào)乘波者

圖5 高超聲速偵察機(jī) SR-72

美國(guó)研制的極具發(fā)展前景的飛行器，它與傳奇的超聲速超機(jī)動(dòng)的 SR-71偵察機(jī)具有類似的功能，但與SR-71相比，其最大的不同在于無(wú)人駕駛且具有高超聲速。

2013年，洛·馬稱，將會(huì)研發(fā)高超聲速無(wú)人飛行器 SR-72來(lái)接替?zhèn)刹鞕C(jī) SR-71（圖6），這是 SR-72無(wú)人機(jī)的消息的首次公布。它能夠在 50～ 80千米的工作高度以每小時(shí) 6400千米的速度飛行至亞軌道，它將配備具有共用進(jìn)氣道的并聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣裝置以渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，能加速至3馬赫以上，還有一個(gè)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，供速度3馬赫以上的飛行之用。SR-72將負(fù)責(zé)執(zhí)行偵察任務(wù)，同時(shí)利用高精度“空-地”武器完成打擊任務(wù)，該武器是無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)的輕型導(dǎo)彈，這種導(dǎo)彈不需要發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)具有高超聲速的發(fā)射速度。

圖6 黑鳥(niǎo)偵察機(jī) SR-71

專家們認(rèn)為給 SR-72選擇外殼材料是一個(gè)大問(wèn)題，這種材料要經(jīng)受由于氣動(dòng)加熱產(chǎn)生的 2000℃及以上的熱量負(fù)荷。同時(shí)還要解決在5～6馬赫高超聲速飛行時(shí)武器從內(nèi)埋艙中分離的問(wèn)題，以及如何避免失去通信的情況，這種情況在試驗(yàn)HTV-2項(xiàng)目時(shí)就多次出現(xiàn)。洛·馬公司稱，SR-72的大小與 SR-71的大小相仿，比如 SR-72的長(zhǎng)度為 30米。SR-72預(yù)計(jì)將于 2030年投入裝備。

6 其他國(guó)家項(xiàng)目

有著亞洲巨人之稱的印度，2013年 2月 8日，互聯(lián)網(wǎng)上首次公開(kāi)了布拉莫斯-2高超聲速飛行器在印度航展上的模型照片。根據(jù)展位和模型上的文字判斷，該模型為高超聲速技術(shù)探索飛行器縮比模型，但并未透露出其它相關(guān)的信息。但根據(jù)印度此前公開(kāi)的信息可知，布拉莫斯 -2應(yīng)為一種高超聲速導(dǎo)彈，設(shè)計(jì)射程約為300 km，具備較高的突防能力，將有陸射、空射、水面和水下四種發(fā)射方式。印度將在現(xiàn)有布拉莫斯超聲速導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上研發(fā)這種高超聲速巡航導(dǎo)彈，并將接受俄羅斯方面的技術(shù)支持。

與此同時(shí)，澳大利亞則充分發(fā)揮自身的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，與美國(guó)合作開(kāi)展了“高速射擊”“高超聲速國(guó)際飛行研究試驗(yàn)”項(xiàng)目等計(jì)劃，積極致力于高超聲速基礎(chǔ)技術(shù)研究。在此之前，澳大利亞昆士蘭大學(xué)“基于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)入空間系統(tǒng)”項(xiàng)目在挪威安多亞航天發(fā)射中心開(kāi)展飛行試驗(yàn)，盡管因助推火箭未將驗(yàn)證機(jī)送達(dá)預(yù)定高度導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，但總的來(lái)說(shuō)還是獲得了最重要的第一手資料。

2015年 10月中旬，為了研制 ASMP-A戰(zhàn)略超聲速空地巡航導(dǎo)彈的替代型號(hào)（代號(hào)為 ASN4G），法國(guó)國(guó)家航空航天研究院（Onera）正在開(kāi)發(fā)能使導(dǎo)彈以 8馬赫或更高速度飛行的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，并正在升級(jí)相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)。1993年，在 Preha項(xiàng)目下 Onera建造了用于試驗(yàn)可重復(fù)使用航天發(fā)射裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)。為了開(kāi)發(fā) ASN4G導(dǎo)彈所需超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，Onera正在進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)工作。該發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)模擬裝置，可以對(duì)導(dǎo)彈的隱身性、機(jī)動(dòng)性、飛行速度和高度等進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)作戰(zhàn)效果。未來(lái) ASN4G導(dǎo)彈部署后不僅可以8馬赫或以上速度飛行，而且具備強(qiáng)大的隱身能力。

目前，公開(kāi)資料顯示，世界上并沒(méi)有某個(gè)國(guó)家真正具有了高超聲速作戰(zhàn)、運(yùn)輸或空天飛行能力。因此隨著時(shí)間的推移和科技的進(jìn)展，高超聲速技術(shù)將對(duì)作戰(zhàn)、運(yùn)輸和太空探索等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響。

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1671-0711（2017）07（下）-0220-03