2017年國外高超聲速技術(shù)發(fā)展回顧

王璐 韓洪濤 王友利 （北京航天長征科技信息研究所）

1 引言

2017年，世界各國繼續(xù)按照既定框架穩(wěn)步推進(jìn)高超聲速滑翔/巡航技術(shù)、可重復(fù)使用空天飛行器等方面發(fā)展，仍是美、俄兩國取得的成果較為突出。美國大幅提升2018財(cái)年高超聲速領(lǐng)域的預(yù)算，成功開展?jié)撋湫椭苹鑼?dǎo)彈的飛行驗(yàn)證試驗(yàn)，啟動可重復(fù)使用亞軌道飛行器樣機(jī)研制工作，推動組合動力技術(shù)的地面試驗(yàn)。俄羅斯成功試射高超聲速反艦導(dǎo)彈，并披露最新的吸氣式空射型高超聲速導(dǎo)彈項(xiàng)目。美國和澳大利亞成功開展“高超聲速國際飛行研究試驗(yàn)”（HIFiRE）項(xiàng)目的最新一次飛行試驗(yàn)。

2 美國

CPGS項(xiàng)目更名，潛射型AHW成功開展飛行驗(yàn)證試驗(yàn)

2017年5月，美國國防部表示已正式將“常規(guī)快速全球打擊”（CPGS）項(xiàng)目更名為“常規(guī)快速打擊”（CPS）項(xiàng)目，刪除了原名字中“全球”（Global）一詞。新名稱重新定義了該項(xiàng)目的目標(biāo)，建立了一個更為廣泛的能力需求框架，可涵蓋美軍“時敏目標(biāo)打擊武器”（TSTEW）的能力需求。

2017年10月30日，在“常規(guī)快速打擊”項(xiàng)目的支持下，美國海軍成功開展了潛射型助推滑翔導(dǎo)彈的飛行驗(yàn)證試驗(yàn)。此次試驗(yàn)的滑翔飛行器為縮比型的“先進(jìn)高超聲速武器”，采用與2011年“先進(jìn)高超聲速武器”首飛試驗(yàn)相同的飛行路線，飛行時間不到30min。此次試驗(yàn)的目標(biāo)是驗(yàn)證飛行控制、航電設(shè)備、分系統(tǒng)小型化、制導(dǎo)算法等技術(shù)，并且可能集成了真正的戰(zhàn)斗部。美國“常規(guī)快速打擊”項(xiàng)目后續(xù)還計(jì)劃開展兩次試驗(yàn)，一次在2020年，另一次大概在2022年。

2017年國外臨近空間高超聲速典型計(jì)劃的最新進(jìn)展及動向

DARPA授出“先進(jìn)全速域發(fā)動機(jī)”項(xiàng)目設(shè)計(jì)與試驗(yàn)合同

2017年9月，美國國防高級研究計(jì)劃局授予美國軌道-ATK公司一份價值2144萬美元的研究合同，用于開展DARPA新啟動的“先進(jìn)全速域發(fā)動機(jī)”項(xiàng)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、部件研發(fā)以及地面演示驗(yàn)證。

該項(xiàng)目可將驗(yàn)證“渦輪基組合循環(huán)（TBCC）推進(jìn)系統(tǒng)”從渦輪發(fā)動機(jī)向雙模態(tài)沖壓發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)將使用商業(yè)現(xiàn)貨的渦輪發(fā)動機(jī)。這種推進(jìn)系統(tǒng)的各種大尺寸部件將獨(dú)立研發(fā)和驗(yàn)證，最后進(jìn)行“渦輪基組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)”模態(tài)轉(zhuǎn)換的全尺寸自由射流地面試驗(yàn)。

先進(jìn)全速域發(fā)動機(jī)是未來高超聲速情報(bào)、監(jiān)視與偵察（ISR）飛機(jī)的關(guān)鍵使能技術(shù)之一。該項(xiàng)目的基本目標(biāo)是開發(fā)一種可重復(fù)使用的全尺寸碳?xì)淙剂贤七M(jìn)系統(tǒng)并對其進(jìn)行地面演示驗(yàn)證，該推進(jìn)系統(tǒng)可在Ma0到Ma5+之間的全速域范圍實(shí)現(xiàn)連續(xù)無縫運(yùn)行，以確?？焖夙憫?yīng)的高超聲速飛機(jī)在拒止環(huán)境下完成情報(bào)、監(jiān)視與偵察任務(wù)。

“先進(jìn)全速域發(fā)動機(jī)”項(xiàng)目總預(yù)算約6500萬美元，總周期約4年，預(yù)計(jì)在2020財(cái)年結(jié)束前完成先進(jìn)全速域發(fā)動機(jī)整機(jī)地面自由射流試驗(yàn)。

先進(jìn)全速域發(fā)動機(jī)工作示意圖

美空軍發(fā)布空射型“高超聲速常規(guī)打擊武器”研制合同招標(biāo)預(yù)告

2017年7月，美空軍裝備司令部壽命周期管理中心發(fā)布了空射型“高超聲速常規(guī)打擊武器”的工程研制合同招標(biāo)預(yù)告。

預(yù)告文件明確說明空射型“高超聲速常規(guī)打擊武器”主要用于在“反介入/區(qū)域拒止”（A2/AD）環(huán)境下針對高價值時敏固定或可移動部署的目標(biāo)提供快速（即高超聲速）精確打擊能力，并明確該型武器將采用GPS/慣導(dǎo)復(fù)合的導(dǎo)航與末制導(dǎo)方式，并配裝現(xiàn)貨戰(zhàn)斗部。根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果，美空軍將定向在波音、洛馬、諾格、雷神和軌道-ATK等五家公司中選出唯一一家承包商。

DARPA授出試驗(yàn)型太空飛機(jī)-1項(xiàng)目第二和第三階段研制合同

2017年5月，美國國防高級研究計(jì)劃局宣布波音公司將承擔(dān)試驗(yàn)型太空飛機(jī)－1項(xiàng)目第二和第三階段的研制工作，以研制一種有望降低發(fā)射成本的可重復(fù)使用一子級。DARPA將為波音公司提供1.46億美元的研制經(jīng)費(fèi)，而且波音公司也會為該項(xiàng)目投入一部分資金，但沒有透露具體金額。

波音的試驗(yàn)型太空飛機(jī)－1方案稱為“鬼怪快車”，由波音鬼怪工程公司研制，將采用以航天飛機(jī)主發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)研制的發(fā)動機(jī)。采用水平起降方案，一次性上面級將馱載在試驗(yàn)型太空飛機(jī)－1機(jī)體上方。投放上面級后，試驗(yàn)型太空飛機(jī)－1將會滑行返回并在跑道上著陸。

試驗(yàn)型太空飛機(jī)－1項(xiàng)目第二階段的目標(biāo)是在2019年前完成技術(shù)驗(yàn)證飛行器，目標(biāo)是在10天內(nèi)完成10次地面點(diǎn)火試車，為飛行試驗(yàn)做好準(zhǔn)備。第三階段將從2020年開始，目標(biāo)是進(jìn)行12～15次飛行試驗(yàn)。

美國海軍啟動高超聲速滑翔導(dǎo)彈專用助推器的研發(fā)

2017年10月，海軍戰(zhàn)略系統(tǒng)項(xiàng)目（SSP）辦公室發(fā)布了一項(xiàng)關(guān)于高超聲速助推器技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目的招標(biāo)公告。本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一種用于中程助推滑翔系統(tǒng)的兩級固體火箭助推器。該項(xiàng)目將通過助推器的設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)證測試來驗(yàn)證與中程高超聲速打擊能力相關(guān)的技術(shù)。選定承包商后，將開展助推器子級的制造和靜態(tài)電火試驗(yàn)。

3 俄羅斯

俄羅斯試射“鋯石”高超聲速反艦導(dǎo)彈

安裝在艦艇上的3S14垂直發(fā)射系統(tǒng)

2017年4月，俄羅斯國防部門的消息人士稱，“鋯石”高超聲速反艦導(dǎo)彈在近期完成一次試射，并且在試驗(yàn)過程中達(dá)到Ma8的飛行速度。該消息人士沒有透露具體測試時間和導(dǎo)彈發(fā)射平臺，但指出“鋯石”導(dǎo)彈能夠使用“縞瑪瑙”和“口徑”等導(dǎo)彈采用的3S14艦載通用垂直發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射。有推測認(rèn)為本次試射采用的發(fā)射平臺可能為?；脚_。

“鋯石”導(dǎo)彈是一種多用途反艦導(dǎo)彈，導(dǎo)彈代號3M22，系統(tǒng)代號為3K－22，由機(jī)械制造科研生產(chǎn)聯(lián)合體研制。3K22系統(tǒng)計(jì)劃在2020年前完成試驗(yàn)，預(yù)計(jì)將有空射和海射兩種型號。目前，俄羅斯并未公布“鋯石”導(dǎo)彈的詳細(xì)技術(shù)信息。據(jù)“俄羅斯軍事”網(wǎng)站報(bào)道，“鋯石”導(dǎo)彈射程為300～400km，飛行速度超過Ma4.5。未來，“鋯石”導(dǎo)彈可能會替代俄羅斯現(xiàn)役的超聲速反艦導(dǎo)彈，裝備在基洛夫級巡洋艦和第五代哈斯基級多用途核潛艇上，構(gòu)成俄羅斯海軍新一代對海打擊體系的主力。

俄羅斯首次披露吸氣式空射型高超聲速導(dǎo)彈項(xiàng)目

2017年12月，《簡氏導(dǎo)彈與火箭》報(bào)道俄羅斯正在發(fā)展一種可穿透嚴(yán)密防空系統(tǒng)的新型戰(zhàn)區(qū)級“高超聲速導(dǎo)彈”。該導(dǎo)彈由戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈集團(tuán)和“彩虹”設(shè)計(jì)局旗下的研發(fā)團(tuán)隊(duì)共同研制，隸屬于仍處于保密階段的“高超聲速制導(dǎo)導(dǎo)彈”（GZUR，俄語名稱縮寫）項(xiàng)目。

該導(dǎo)彈基本型為反艦型，飛行速度可達(dá)Ma6，以高空軌跡飛行時射程達(dá)1500km，由圖拉耶夫聯(lián)盟設(shè)計(jì)局研制的70型沖壓發(fā)動機(jī)提供動力，采用由Kh-35U戰(zhàn)術(shù)反艦導(dǎo)彈的Gran-K導(dǎo)引頭改進(jìn)而來的Gran-75主被動雷達(dá)導(dǎo)引頭。據(jù)俄羅斯工業(yè)界披露，到2020年，高超聲速制導(dǎo)導(dǎo)彈的生產(chǎn)能力可達(dá)每年50枚。

4 其他國家

美、澳成功開展高超聲速國際飛行研究實(shí)驗(yàn)－4飛行試驗(yàn)

2017年7月，澳大利亞國防部國防科學(xué)技術(shù)集團(tuán)（DST）與美空軍研究實(shí)驗(yàn)室在澳大利亞的伍默拉試驗(yàn)靶場成功開展“高超聲速國際飛行研究實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目的最新一次飛行試驗(yàn)。

此次飛行試驗(yàn)為高超聲速國際飛行研究試驗(yàn)－4導(dǎo)航與控制試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康氖谦@得先進(jìn)乘波體高超聲速氣動構(gòu)型的氣動特性、飛行穩(wěn)定性、控制能力等飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)。高超聲速國際飛行研究試驗(yàn)－4釋放兩個高超聲速自由滑翔試飛器，并進(jìn)行系列機(jī)動，其中一個的制導(dǎo)與控制系統(tǒng)由波音公司和澳大利亞國防部國防科學(xué)技術(shù)集團(tuán)研制，另外一個由英國航空航天系統(tǒng)公司（BAE）澳大利亞分公司與澳大利亞國防部國防科學(xué)技術(shù)集團(tuán)聯(lián)合研制。兩架滑翔體對稱安置在探空火箭的整流罩內(nèi)。

雖然本次試驗(yàn)總體上取得成功，但助推火箭攜帶的兩架滑翔試飛器中有一架在分離后很快與地面失去聯(lián)系，未能按計(jì)劃完成其預(yù)定飛行任務(wù)。關(guān)于本次飛行試驗(yàn)的飛行速度、飛行距離等信息則未對外透露。本次試驗(yàn)結(jié)果將為2018年開展的有動力高超聲速國際飛行研究實(shí)驗(yàn)－8高超聲速飛行試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)，屆時將實(shí)現(xiàn)持續(xù)10s水平飛行。

噴氣發(fā)動機(jī)公司在美、英建設(shè)“佩刀”發(fā)動機(jī)試驗(yàn)設(shè)施

2017年5月，英國噴氣發(fā)動機(jī)公司（REL）宣稱正在搭建一座試驗(yàn)設(shè)施，將用于“佩刀”發(fā)動機(jī)1/4縮比驗(yàn)證機(jī)的第一次地面試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)施選址為英國牛津附近的白金漢郡韋斯科特，計(jì)劃在2020年佩刀發(fā)動機(jī)核心部件運(yùn)行前，對其子系統(tǒng)進(jìn)行測試。該試驗(yàn)設(shè)施將包括一個多用途推進(jìn)試驗(yàn)臺、組裝建筑樓、車間、辦公室和控制室。其中，多用途推進(jìn)試驗(yàn)臺用于測試多種發(fā)動機(jī)配置，而車間和其他支撐設(shè)施可使發(fā)動機(jī)直接在現(xiàn)場更改配置，減少測試階段之間的停頓時間，從而加速發(fā)動機(jī)的開發(fā)計(jì)劃。

2017年9月，噴氣發(fā)動機(jī)公司的子公司—美國噴氣發(fā)動機(jī)公司（REI）獲得DARPA授予的一份科研合同，要求開展“佩刀”發(fā)動機(jī)預(yù)冷器樣機(jī)（HTX）的高溫氣流試驗(yàn)，用于考核預(yù)冷器在Ma5的高溫高速氣流條件下的性能。預(yù)冷器是“佩刀”發(fā)動機(jī)的核心部件，此前在英國已經(jīng)成功完成地面驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證了預(yù)冷器的設(shè)計(jì)方法、制造技術(shù)和試驗(yàn)操作計(jì)劃。美國噴氣發(fā)動機(jī)公司設(shè)計(jì)的預(yù)冷器能夠?qū)?000℃的來流在1/20s的時間內(nèi)冷卻到零下150℃。為配套支撐此次HTX試驗(yàn)，REI公司正在美國科羅拉多州新建一套高溫氣流試驗(yàn)設(shè)施，該設(shè)施可提供超過1000℃的氣流條件，即相當(dāng)于速度超過Ma5的吸氣式飛行環(huán)境。樣機(jī)試驗(yàn)預(yù)計(jì)將在2018年春季啟動。

5 啟示與展望

總結(jié)2017年各國高超聲速技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，可以看出：

1）面對中俄高超聲速飛行試驗(yàn)的壓力，美國正在全面加速推進(jìn)高超聲速打擊武器實(shí)用化發(fā)展進(jìn)程，加快關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。目前，在“常規(guī)快速打擊”體系需求框架下，已經(jīng)完成潛射型助推滑翔導(dǎo)彈的飛行試驗(yàn)，高超聲速飛機(jī)方面加強(qiáng)組合動力技術(shù)儲備。此外，針對未來可重復(fù)運(yùn)載器也開展了樣機(jī)研制。

“佩刀”發(fā)動機(jī)預(yù)冷器外形圖及工作示意圖

2）俄羅斯成功開展高超聲速導(dǎo)彈試射，逐步構(gòu)建高超聲速打擊體系。根據(jù)發(fā)展計(jì)劃，俄羅斯明確表示制造高超聲速導(dǎo)彈系統(tǒng)是2018－2025年國家武器裝備計(jì)劃中重點(diǎn)方向之一。此外，新型吸氣式空射型高超聲速導(dǎo)彈項(xiàng)目消息的披露，也展示其在高超聲速武器領(lǐng)域的優(yōu)勢。

3）澳大利亞“高超聲速國際飛行研究實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”在進(jìn)行了多次飛行試驗(yàn)之后，建立起了較為完善的基礎(chǔ)設(shè)施，具備了一套穩(wěn)定的飛行試驗(yàn)系統(tǒng)。澳、美兩國現(xiàn)在正在為下一階段的飛行試驗(yàn)制定規(guī)劃，將繼續(xù)利用“高超聲速國際飛行研究試驗(yàn)”項(xiàng)目開展高超聲速基礎(chǔ)技術(shù)研究和驗(yàn)證。

展望2018年，各國繼續(xù)推動高超聲速典型項(xiàng)目的技術(shù)攻關(guān)，美國將繼續(xù)推動戰(zhàn)術(shù)助推滑翔和吸氣式高超聲速武器概念項(xiàng)目，為高超聲速飛機(jī)做關(guān)鍵技術(shù)儲備；俄羅斯將繼續(xù)推進(jìn)高超聲速滑翔彈頭和巡航導(dǎo)彈的驗(yàn)證；澳大利亞與美國合作穩(wěn)步推進(jìn)“高超聲速國際飛行研究試驗(yàn)”計(jì)劃，將再次將開展超燃沖壓發(fā)動機(jī)的水平飛行試驗(yàn)。