2018年國外高超聲速飛行器發(fā)展動向盤點

廖孟豪/中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心

2018年，國外高超聲速飛行器發(fā)展呈現(xiàn)出“加速轉化”和“加速分化”的總體態(tài)勢。一方面，高超聲速導彈加速從預研向型號轉化；另一方面，各個國家的發(fā)展程度和高超聲速飛行器三大分支方向的發(fā)展力度出現(xiàn)分化。

在高超聲速導彈方向，全球首型高超聲速導彈“匕首”進入戰(zhàn)斗值班，美俄同步啟動了多型高超聲速助推滑翔導彈的型號研制，加速形成導彈裝備；同時各國進展程度和技術水平加速分化，美俄已經(jīng)進入型號研制階段，導彈射程可達上萬千米，而日法等國才剛開始啟動技術研究，已落后10年以上，且射程僅數(shù)百千米，而前幾年聲勢不小的印度在2018年甚至沒有任何公開進展。在高超聲速飛機方向，總體呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢，繼洛克希德·馬丁公司之后，波音公司連續(xù)公布軍用和民用高超聲速飛機概念方案及研制計劃，DARPA高超聲速飛機用TBCC發(fā)動機地面驗證取得重要進展，堅定不移推動基于TBCC動力的高超聲速飛機技術發(fā)展；歐洲等國持續(xù)推進民用高超飛機技術發(fā)展。在可重復使用航天運載飛行器方向，或許是受到了民營商用航天，特別是可重復使用運載火箭迅猛發(fā)展的影響，該方向發(fā)展力度有所減弱，美俄仍在繼續(xù)推動基于純火箭動力的可重復使用航天運載飛行器技術研發(fā)和驗證，而在基于吸氣式動力、水平起降的技術路線則進展寥寥，鮮見報道。

美國

基于兩套助推滑翔方案，快速系統(tǒng)推進高超聲速導彈演示驗證和型號研制

2018年，根據(jù)多份政府報告、項目合同、權威媒體報道等信息，美軍高超聲速導彈發(fā)展思路已基本明確：一是基于圓錐體構型滑翔飛行器方案，開展三型導彈的型號研制。2018年，在美國防部的統(tǒng)籌部署下，美陸海空三軍達成合作協(xié)議，以“先進高超聲速武器”(AHW)項目驗證的圓錐體構型高超聲速滑翔飛行器方案為基礎，依托“遠程高超聲速武器”(LRHW)項目、“常規(guī)快速打擊”(CPS)項目和“高超聲速常規(guī)打擊武器”(HCSW)項目，分別開展陸射型、潛射型和空射型高超聲速助推滑翔導彈的型號研制，并計劃在2022年前形成早期作戰(zhàn)能力。二是基于楔形構型滑翔飛行器方案，開展三型導彈的演示驗證或型號研制。以原“高超聲速技術驗證飛行器-2”(HTV-2)

圖1 AHW 項目圓錐體滑翔彈頭和HTV-2項目楔形滑翔彈頭的想象圖（圖片來源：美國桑迪亞國家實驗室和DARPA）

圖2 波音公司公布的Ma5 級高超聲速軍用（左）和民用（右）飛機概念方案（圖片來源：波音公司）

項目研發(fā)的楔形構型高超聲速滑翔飛行器方案為基礎，美軍依托“戰(zhàn)術助推滑翔”(TBG)、“空射快速響應武器”(ARRW)和“作戰(zhàn)火力”(OpFires)等項目，正在分別開展空射／艦射型助推滑翔導彈演示驗證、空射型助推滑翔導彈型號研制以及陸射型助推滑翔導彈演示驗證，并計劃在2019-2020年前后完成飛行試驗和形成早期作戰(zhàn)能力。此外，美國國防高級研究計劃局(DARPA)仍依托“高超聲速吸氣式武器概念”(HAWC)項目繼續(xù)推動空射型和艦射型高超聲速巡航導彈技術驗證，但投資強度大幅下降。

聚焦Ma5 級高超聲速飛機，公布軍/民用飛機概念方案并穩(wěn)步推動技術攻關

2018年1月和6月，在DARPA和美空軍研究實驗室的部分資助下，美國波音公司連續(xù)公布了Ma5級的軍用和民用高超聲速飛機概念方案。兩個方案均采用渦輪基沖壓組合發(fā)動機(TBCC)作為動力。以此為牽引，波音公司正在開展一型高超聲速飛機驗證機的研究工作，該驗證機可用來驗證軍用和民用高超聲速飛機相關的機體、系統(tǒng)和推進等關鍵技術，如經(jīng)費支持充分，預計最早可在2023或2024年實現(xiàn)首飛，軍機可在2030年前形成裝備，民機可在2030年代末投入運營。與此同時，瞄準完成高超聲速飛機用TBCC發(fā)動機地面集成驗證的DARPA“先進全狀態(tài)發(fā)動機”(AFRE)項目在2018年大幅增加了項目經(jīng)費，總預算由最初0.65億美元增加到1.02億美元以上。在AFRE項目的主要資助下，美國洛克達因公司成功完成了一型新型亞燃／超燃雙模態(tài)沖壓發(fā)動機的自由射流試驗，為后續(xù)開展TBCC地面集成驗證奠定了基礎。

圖3 波音公司“鬼怪快車”概念方案（垂直起飛、水平降落）想象圖（圖片來源：波音公司）

圖4 美空軍2018年10月在官方網(wǎng)站公布的X-60A構想圖（圖片來源：美國空軍）

瞄準純火箭動力的可重復使用航天運載飛行器，完成了火箭發(fā)動機熱試車

在美國政府投資最大的可重復使用航天運載飛行器在研項目——DARPA“實驗性太空飛機”（XSP）項目的支持下，波音公司“鬼怪快車”團隊在2018年完成了大型氫氧發(fā)動機AR-22的熱試車考核試驗（10天內(nèi)10次點火試車），并開始啟動大型低溫油箱等大部件的制造工作，預計該飛行器將在2021年開始進行飛行試驗，比最初計劃的2020年有所推遲。

圍繞高超聲速飛行試驗能力建設，軍地聯(lián)合推動高超聲速飛行試驗平臺研發(fā)工作

2018年10月，美空軍宣布將編號X-60A授予美國時代軌道發(fā)射服務公司“GO發(fā)射者一號”（GO1）高超聲速飛行試驗平臺，并明確X-60A將用于低成本、大規(guī)模地開展超燃沖壓發(fā)動機、高溫材料和自主控制等一系列高超聲速技術的飛行試驗，推動美軍現(xiàn)有高超聲速武器快速原型化和未來高超聲速飛機、可重復使用航天運載飛行器的發(fā)展。X-60A可提供高度15.4～37km、Ma3～8、最大動壓1.4個大氣壓范圍內(nèi)的真實飛行環(huán)境，已于2018年完成發(fā)動機全尺寸樣機的首次熱試車，計劃在2019年完成首次飛行試驗。此外，美國平流層發(fā)射系統(tǒng)公司在9月份也公布了兩型高超聲速飛行試驗平臺的概念方案與研制計劃，并明確將用于支撐軍方和政府各類高超聲速技術科研項目。

俄羅斯

突襲式公布兩型涉核的高超聲速導彈裝備，穩(wěn)步推進艦載高超聲速反艦導彈

2018年3月1日，俄羅斯總統(tǒng)普京在年度國情咨文中首次公開披露了“匕首”空射型高超聲速導彈系統(tǒng)和“先鋒”井射型高超聲速導彈系統(tǒng)，前者采用米格-31K作為專用載機，最大速度Ma10，最大射程達2000km，已于2017年底開始戰(zhàn)斗值班；后者最大速度超過Ma20，射程推測可達10000km以上，計劃2019年進入戰(zhàn)斗值班。兩者均可攜帶核或常規(guī)戰(zhàn)斗部。與此同時，俄軍繼續(xù)同步推進“鋯石”艦射型高超聲速反艦導彈的研制工作，于2018年底完成了最新一次飛行試驗，試驗中最大飛行速度再次達到了Ma8。該彈計劃2022年完成列裝。2019年2月，普京在年度國慶咨文中披露該彈最大飛行速度達Ma9，射程達1000km，并確認正按計劃如期推進。

繼續(xù)開展馬赫數(shù)4 級米格-41 飛機技術研究，持續(xù)推動項目立項

俄羅斯米高揚飛機設計局早在2016年就披露，正在開展米格-41（最大飛行速度可達Ma4.1～4.3）的設計工作，并期望在2025年前進入大批量生產(chǎn)。2018年，米高揚領導層透露，米格-41項目正在努力爭取列入俄羅斯《2018-2027年國家武器裝備計劃》，從而實現(xiàn)國家立項。截止目前，未見公開報道披露米格-41是否實現(xiàn)立項。

瞄準火箭動力的可重復使用航天運載飛行器，開展樣機研制

圖5 “匕首”空射型高超聲速導彈系統(tǒng)實景圖和“先鋒”導彈高超聲速滑翔彈頭外形示意圖（圖片來源：俄羅斯國家電視臺）

圖6 ISON設計的可重復使用航天運載飛行器概念圖（圖片來源：俄羅斯新聞社）

圖7 20t 推力量級的SABRE 發(fā)動機驗證機概念圖（圖片來源：美國《航空周刊與空間技術》）

2019年2月，俄媒透露，俄羅斯科學院管理的“國際科學光學檢測網(wǎng)”（ISON）機構研制一型采用單臺火箭發(fā)動機的可重復使用航天運載飛行器。俄航天局對該機表達了興趣，并且據(jù)稱投入科研經(jīng)費。據(jù)ISON總經(jīng)理宣稱，該機采用現(xiàn)役的火箭發(fā)動機（即“安加拉”號運載火箭上面級采用的14D30發(fā)動機），無人駕駛，由母機從空中投放后點火爬升、加速，可在160km高空達到Ma7，可將載荷發(fā)射至500km的地球軌道，發(fā)射完載荷后利用降落傘輔助完成水平著陸，每架飛行器可重復飛行50架次。該機目前尚處于技術發(fā)展研究階段，該階段獲得了84萬美元的啟動投資，預計第二階段需要430萬美元經(jīng)費，預計2023年開始可進行相關飛行試驗。

歐日等其他國家

瞄準高超聲速導彈應用，法日等分別啟動和加速相關技術研究與飛行驗證

2019年1月，法國防長宣布，將在2021年進行一型高超聲速滑翔飛行器驗證機的飛行試驗。該項目編號為V-max（意為“實驗性機動飛行器”），主管部門是法國國防采辦局，總承包商是歐洲阿里安集團。項目目標是評價鑒定滑翔飛行器概念的潛在優(yōu)勢和局限，開展相關關鍵技術研究，如探索適合的結構材料、分析研究該滑翔飛行器所能攜帶的戰(zhàn)斗部重量等。

2018年，日本加大了高超聲速助推滑翔導彈技術研究力度，在2018財年已獲批0.4億美元預算的基礎上，在2019財年預算中進一步申請了1.2億美元經(jīng)費，加快推動關鍵技術攻關，并計劃在2026年形成第一代高超聲速助推滑翔導彈（采用圓錐體滑翔彈頭），2028年形成第二代高超滑翔導彈（采用扁平滑翔彈頭），據(jù)稱導彈射程均為300～500km。同時，日本還披露，瞄準高超聲速巡航導彈應用，計劃開展超燃沖壓發(fā)動機、熱防護材料等技術研究，并計劃在2023年到2025年間進行相關試驗。

瞄準高超聲速民用飛機應用，歐洲聯(lián)合俄澳等多個國家繼續(xù)推動高超聲速飛行平臺技術研究與驗證

2018年年底，歐洲聯(lián)合俄羅斯、澳大利亞和巴西等國，通過“高超聲速飛行試驗-國際合作”（Hexafly-Int）項目，完成了一型Ma7～8級高超聲速滑翔飛行平臺概念方案的評審工作。Hexafly-Int項目計劃試飛一型速度Ma7～8、無動力的滑翔飛行平臺縮比樣機。其中，俄羅斯中央空氣流體力學研究院負責在2019年完成該樣機的研制，目前正在進行計算流體力學分析和風洞試驗。該樣機計劃在2020年進行飛行試驗，其遠景目標是發(fā)展一型能夠2～3h從歐洲飛至亞洲和澳洲的高超聲速民用飛機。歐洲長期致力于高超聲速民用飛機技術研究，曾依托LAPCAT、ATLLAS、Hexafly等一系列科研項目開展了Ma5級和Ma8級高超聲速民用飛機概念方案研究，在氣動、動力、結構和材料等方面取得了一系列研究成果。

英反作用發(fā)動機公司再獲波音和羅羅的戰(zhàn)略投資，穩(wěn)步推進“佩刀”發(fā)動機驗證機地面試驗臺建設

2018年，英國反作用發(fā)動機公司（REL）成功完成新一輪融資，獲投資金達3750萬美元。更重要的是，在本輪融資中，繼BAE系統(tǒng)公司之后，波音和羅羅成為新的戰(zhàn)略投資方，極大增強了公司“佩刀”發(fā)動機驗證機的發(fā)展前景。2018年，REL公司在美國新建的TF2號試驗站完成了首臺預冷卻器樣機（HTX）與相關輔助設備的裝配，選定了美國通用電氣公司J79渦噴發(fā)動機作為熱源來開展HTX高溫考核地面試驗驗證，并完成了J79的安裝試車等工作。同時，REL公司穩(wěn)步推進英國TF1試驗站的建設工作，預計2019年具備試驗運行條件。根據(jù)目前進度，公司計劃在2020年進行20t推力量級的“佩刀”發(fā)動機驗證機核心機試驗，2021年進行整機試驗。

結束語

隨著需求不斷細化和技術不斷進展，高超聲速飛行器的發(fā)展重心已從技術研究逐步向型號裝備轉進，總體技術路線和裝備技術方案正在發(fā)生調整和細化，這些小變化的逐漸積累可能最終會引起一些方向性的大變化，值得密切關注和高度重視?！?/p>