形形色色的高超聲速武器（四）：高超聲速空間進(jìn)入武器

以空天飛機(jī)為代表的高超聲速空間進(jìn)入武器是一種自由地往返天地之間的運(yùn)輸工具。它可以像普通飛機(jī)一樣水平起飛，也可借助火箭動(dòng)力發(fā)射入軌。這種武器既能在大氣層內(nèi)（包括臨近空間）以20倍以上的高超聲速飛行，又能直接加速進(jìn)入地球軌道，成為航天飛行器，返回大氣層后，像飛機(jī)一樣在機(jī)場著陸。凡是航天飛機(jī)能干的事，它幾乎樣樣能干，如：將衛(wèi)星送入地球軌道，甚至一次投放多顆衛(wèi)星；對(duì)軌道上的衛(wèi)星進(jìn)行維修或回收，對(duì)敵國的衛(wèi)星實(shí)施破壞，甚至據(jù)為己有；向空間站運(yùn)送或接回宇航員和各種物資；尤其重要的是，它還可以執(zhí)行各種對(duì)地打擊、攔截、偵察等軍事任務(wù)，成為頗具威力的空天兵器。但與航天飛機(jī)相比，這類高超聲速速飛行器地面設(shè)施更簡單，可使用運(yùn)載火箭發(fā)射入軌，亦可靠自身動(dòng)力發(fā)射入軌；維護(hù)使用方便，操作費(fèi)用低，更便于重復(fù)使用。

以小型空天飛機(jī)為代表的高超聲速空間進(jìn)入武器是高超聲速武器的又一重要分支，具有可重復(fù)使用、發(fā)射成本低、功能角色多樣等顯著優(yōu)勢。近年來，以美國為“領(lǐng)頭羊”，一些先進(jìn)軍事國家積極探索高超聲速空間進(jìn)入武器的發(fā)展和應(yīng)用，并已取得顯著進(jìn)展。

X-37B飛行器：未來多用途太空戰(zhàn)斗機(jī)的雛形

X-37B飛行器是美國波音公司研制的無人駕駛且可重復(fù)使用的太空飛機(jī)。該機(jī)由火箭發(fā)射進(jìn)入太空，既能作為航天器，在地球衛(wèi)星軌道上飛行；又能作為航空器，進(jìn)入大氣層進(jìn)行臨近空間飛行；同時(shí)結(jié)束任務(wù)后還能自動(dòng)返回地面，被認(rèn)為是未來“太空戰(zhàn)斗機(jī)”的雛形。X-37B外形酷似美退役航天飛機(jī)軌道器的迷你版，共制造了兩架。每架X-37B長約8.9米，高約2.9米，翼展約4.5米，質(zhì)量約5噸，設(shè)有皮卡車廂大小的有效載荷艙，要裝在火箭整流罩內(nèi)垂直發(fā)射，在軌飛行期間由砷化鎵太陽能電池和鋰離子蓄電池供電，完成任務(wù)后可像航天飛機(jī)一樣滑翔返回并在跑道上水平著陸。它的運(yùn)行軌道高度通常在320～400千米之間。

X-37B飛行器具有適應(yīng)在稀薄大氣層飛行的高升阻比氣動(dòng)布局，可長時(shí)間在軌飛行，并以很高的再入速度在臨近空間作高超聲速遠(yuǎn)距離滑翔甚至跳躍式的機(jī)動(dòng)飛行，最大飛行速度可達(dá)20馬赫以上，飛行高度在30～100千米之間，這種飛機(jī)最終可演變?yōu)椤皬奶於怠钡膶?duì)地打擊武器。X-37B在軌道上飛行的時(shí)間長，可以攜帶核武器。由于游弋在空天，可將導(dǎo)彈的飛行時(shí)間壓縮至幾分鐘，從而使現(xiàn)役和未來的反導(dǎo)系統(tǒng)猝不及防。此外，目前的導(dǎo)彈早期預(yù)警系統(tǒng)也無法鎖定從空天飛行器上發(fā)射的導(dǎo)彈。

自2010年以來，美國已經(jīng)開展了5次X-37B飛行器的在軌飛行試驗(yàn)任務(wù)（OTV）。前四次OTV飛行試驗(yàn)連續(xù)打破任務(wù)記錄，其中第四次飛行試驗(yàn)（OTV-4）在軌時(shí)間長達(dá)718天。截止到OTV-4返回，OTV任務(wù)在軌時(shí)間總計(jì)長達(dá)2085天。第五次飛行試驗(yàn)（OTV-5）任務(wù)于2017年9月7日啟動(dòng)，目前已經(jīng)在軌飛行600多天，尚不知何時(shí)返回地面。雖然外界對(duì)該計(jì)劃的任務(wù)細(xì)節(jié)知之甚少，但據(jù)美國航天網(wǎng)稱，由于其與施里弗空軍基地聯(lián)系密切，該基地以天基演示實(shí)驗(yàn)和收集太空情報(bào)聞名，因此X-37B飛行器可能會(huì)被用于情報(bào)收集目的。

試驗(yàn)太空飛機(jī)未來低成本太空運(yùn)輸機(jī)的雛形

2013年11月12日，美國國防部先期研究計(jì)劃局（DARPA）發(fā)布“試驗(yàn)太空飛機(jī)”（XS-1）項(xiàng)目方案征詢公告。XS-1項(xiàng)目旨在研制試飛一型無人駕駛的完全可重復(fù)使用空天運(yùn)載飛行器：其尺寸與公務(wù)機(jī)相當(dāng)，能夠完全依靠自身動(dòng)力像運(yùn)載火箭一樣垂直起飛，而無需附加任何外部助推器；飛行器起飛后可持續(xù)加速至高超聲速，并爬升至亞軌道高度，然后釋放一個(gè)一次性使用的上面級(jí)，由該上面級(jí)最終將3000磅（約1.35噸）載荷送入地球軌道；與此同時(shí)飛行器再入返回，像飛機(jī)一樣水平降落，并能夠在數(shù)小時(shí)內(nèi)做好執(zhí)行下一次飛行任務(wù)的準(zhǔn)備。

根據(jù)方案設(shè)想，未來的太空飛機(jī)最終能夠在10天內(nèi)進(jìn)行10次飛行，并以低于500萬美元的價(jià)格，將有效載荷送入近地軌道，其中包含了一次性使用的上面級(jí)的成本。為達(dá)成該目標(biāo)，科研團(tuán)隊(duì)計(jì)劃廣泛吸納軍用飛機(jī)在追求可靠性和快速周轉(zhuǎn)時(shí)間上的常用技術(shù)。例如盡量采用可更換的子系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)，以便可以快速維護(hù)和修復(fù)。XS-1技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)將采用洛克達(dá)因公司研制的AR-22發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上是航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)SSME的改型。

其他國家發(fā)展空天飛行器的嘗試

近年來，其他一些先進(jìn)軍事國家與美國密切合作，積極開展空天高超聲速發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的研發(fā)，為研制未來型空天飛行器做準(zhǔn)備。2006年11月，由美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室和澳大利亞國防科學(xué)技術(shù)部（DSTO）聯(lián)合管理，美國航空航天局、德國航空航天中心、英國BAE系統(tǒng)公司等參加，并由美國波音公司和澳大利亞昆士蘭大學(xué)（UniversityofQueensland）為主要承擔(dān)單位，發(fā)起了一項(xiàng)大名鼎鼎的國際高超聲速飛行研究試驗(yàn)計(jì)劃——“高超聲速國際飛行研究試驗(yàn)”（Hypers onicInternationalFlightResearchExperim entation，簡稱HIFiRE）計(jì)劃。

HIFiRE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，以增加對(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，將拓展高超聲速飛行數(shù)據(jù)庫，提高模擬高超聲速飛行的建模能力和提高其模擬方法的精度，驗(yàn)證高超聲速飛行的飛行環(huán)境及其關(guān)鍵技術(shù)。這個(gè)計(jì)劃通過循序漸進(jìn)的項(xiàng)目安排，逐步增加高超聲速飛行試驗(yàn)的復(fù)雜程度，最后期望實(shí)現(xiàn)超燃發(fā)動(dòng)機(jī)（Scramjet）的持續(xù)自主飛行，為研制下一代空天飛行器奠定技術(shù)基礎(chǔ)。（編輯/高緯時(shí)）