2021年國外高超聲速技術(shù)發(fā)展回顧

韓洪濤 商翔倫 夏薇 陳祎璠（北京航天長征科技信息研究所）

1 高超聲速武器實(shí)戰(zhàn)化持續(xù)推進(jìn)且競爭加劇

美國加速高超聲速武器裝備的研制和交付進(jìn)程

瞄準(zhǔn)在2025年前實(shí)現(xiàn)部署多款高超聲速打擊武器的目標(biāo)，美國全面推動海、陸、空基高超聲速導(dǎo)彈及相關(guān)技術(shù)的驗(yàn)證工作。

飛行試驗(yàn)方面，美國空軍分別在4月、7月和12月開展了3次AGM-183A“空射快速響應(yīng)武器”（ARRW）的助推飛行試驗(yàn)。首飛試驗(yàn)和第三次飛行試驗(yàn)中，ARRW未能從B-52轟炸機(jī)上釋放。第二次飛行試驗(yàn)中，在導(dǎo)彈與B-52轟炸機(jī)分離后，火箭助推器未能點(diǎn)火。10月，美軍在位于阿拉斯加科迪亞克的發(fā)射場進(jìn)行了一次高超聲速滑翔飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)因火箭助推器發(fā)生故障而失敗。此次試驗(yàn)是美國陸軍“遠(yuǎn)程高超聲速武器”和海軍“中程常規(guī)快速打擊”武器計劃的一部分，首次對包含助推器和滑翔飛行器的高超聲速整彈原型進(jìn)行試驗(yàn)。

地面試驗(yàn)方面，針對美國海軍和陸軍高超聲速滑翔武器通用的新型助推器，海軍在5～10月開展的一、二子級發(fā)動機(jī)靜態(tài)點(diǎn)火試驗(yàn)全部獲得成功，其中一子級發(fā)動機(jī)成功驗(yàn)證推力矢量控制系統(tǒng)。7月，美國空軍第780試驗(yàn)中隊在佛羅里達(dá)州埃格林空軍基地首次成功開展AGM-183A導(dǎo)彈的高爆破片戰(zhàn)斗部試驗(yàn)。

9月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）成功進(jìn)行了高超聲速巡航導(dǎo)彈驗(yàn)證項目“吸氣式高超聲速武器概念”（HAWC）的首次樣機(jī)自由飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證了超燃沖壓動力飛行器的集成和釋放程序，與載機(jī)的安全分離，助推器點(diǎn)火和助推飛行，助推器分離和超燃沖壓發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，以及巡航飛行。

美國空軍在2022財年正式啟動“高超聲速攻擊巡航導(dǎo)彈”（HACM）項目的研制，該項目將在DARPA“吸氣式高超聲速武器概念”技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，發(fā)展一種同時適用于轟炸機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的超燃沖壓發(fā)動機(jī)動力高超聲速巡航導(dǎo)彈原型。為加快高超聲速巡航導(dǎo)彈技術(shù)的成熟，美國聯(lián)合澳大利亞啟動“南十字星綜合飛行研究實(shí)驗(yàn)”（SCIFiRE）項目，開發(fā)和演示空射的吸氣式高超聲速武器原型，作為HAWC項目和HACM項目過渡的橋梁。此外，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室發(fā)布“一次性吸氣式高超聲速多任務(wù)飛行器”（Mayhem）的項目信息征詢，推進(jìn)可攜帶較大有效載荷的吸氣式高超聲速飛行器的研究。

美國海軍通過高超聲速推進(jìn)器項目研究可在航母艦載機(jī)上裝備的HAWC改進(jìn)型。此外，美國海軍提出開發(fā)一種名為“嘯箭”（Screaming Arrow）的吸氣式高超聲速反艦導(dǎo)彈，由F/A-18E/F“超級大黃蜂”（Super Hornet）艦載機(jī)攜帶發(fā)射。

俄羅斯繼續(xù)擴(kuò)大高超聲速導(dǎo)彈的裝備能力優(yōu)勢

在取得率先裝備的優(yōu)勢后，俄羅斯穩(wěn)步推進(jìn)“鋯石”（Zircon）高超聲速導(dǎo)彈部署前的試驗(yàn)，擴(kuò)大“匕首”（Kinzhal）和 “先鋒”（Avangard）導(dǎo)彈的實(shí)戰(zhàn)部署規(guī)模，并啟動新的武器項目研究。

“鋯石”高超聲速巡航導(dǎo)彈頻繁開展試射，共完成3次水面艦發(fā)射，1次潛艇發(fā)射。7月，俄羅斯在白海從“戈爾什科夫海軍上將”（Admiral Gorshkov）護(hù)衛(wèi)艦上成功試射了一枚“鋯石”高超聲速導(dǎo)彈，導(dǎo)彈飛行350km后直接擊中了地面目標(biāo)，飛行速度馬赫數(shù)約為7。10月，俄羅斯海軍的核動力潛艇“北德文斯克”（Severodvinsk）首次從水面和水下試射了“鋯石”高超聲速導(dǎo)彈，射擊目標(biāo)是位于巴倫支海域的一個假想敵海上目標(biāo)。11月，俄羅斯北方艦隊在白海從“戈爾什科夫海軍上將”護(hù)衛(wèi)艦上成功試射了一枚“鋯石”高超聲速導(dǎo)彈，導(dǎo)彈飛行400km后擊中一海上目標(biāo)。12月，“鋯石”導(dǎo)彈成功在夜間完成齊射試驗(yàn)。

該導(dǎo)彈的國家試驗(yàn)從2021年11月開始，共計劃對海上和沿海目標(biāo)開展5次試射。俄羅斯總統(tǒng)普京表示，“鋯石”導(dǎo)彈將從2022年開始列裝俄羅斯海軍。此外，潛射型“鋯石”高超聲速導(dǎo)彈預(yù)計于2024年在亞森-M級攻擊核潛艇上進(jìn)行國家試驗(yàn)，并于2025年在海軍服役。

俄羅斯擴(kuò)大“匕首”高超聲速導(dǎo)彈（代號Kh-47M2）的部署范圍，新增部署地點(diǎn)包括與波蘭接壤的加里寧格勒州、西伯利亞的克拉斯諾亞爾斯克邊疆區(qū)等地。俄羅斯武裝部隊總參謀部還通報了在北極使用“匕首”導(dǎo)彈進(jìn)行軍事演習(xí)的情況，這些導(dǎo)彈未來將由北方艦隊使用。此前，僅俄羅斯南部軍區(qū)裝備了“匕首”導(dǎo)彈。該導(dǎo)彈后續(xù)在2022年2月爆發(fā)的俄烏沖突中被俄軍用于打擊烏克蘭軍事目標(biāo)，成為世界上首款在實(shí)戰(zhàn)中運(yùn)用的高超聲速導(dǎo)彈。

8月，首個配備“先鋒”高超聲速導(dǎo)彈的導(dǎo)彈團(tuán)在2021年年底齊裝進(jìn)入戰(zhàn)斗值班，第二個配備“先鋒”高超聲速導(dǎo)彈的導(dǎo)彈團(tuán)將于2023年進(jìn)入戰(zhàn)斗值班。

2月，俄羅斯的蘇-57隱形戰(zhàn)斗機(jī)在內(nèi)部武器艙中搭載新型高超聲速導(dǎo)彈模型進(jìn)行試飛。該模型被描述為“功能性”全尺寸實(shí)體模型，沒有發(fā)動機(jī)、火箭燃料和彈頭，但在尺寸、形狀和重量上則完全和實(shí)彈一致。

7月，俄羅斯消息報透露，俄軍正在研制“銳利”（Ostrota）小型高超聲速導(dǎo)彈，將在2022年開始試驗(yàn)。俄軍事專家指出，“銳利”導(dǎo)彈的尺寸和重量將大大小于現(xiàn)有高超聲速導(dǎo)彈，可裝備圖-22M3（Tu-22M3）和蘇-34（Su-34）戰(zhàn)機(jī)。俄羅斯《軍事思想》雜志刊文稱，俄羅斯空天軍正在研制Kh-95新型遠(yuǎn)程高超聲速導(dǎo)彈。Kh-95有可能是在“鋯石”導(dǎo)彈技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，將由圖-22M3或圖-160M等改進(jìn)型超聲速戰(zhàn)略轟炸機(jī)使用，兩者結(jié)合的打擊距離可能超過10km。

朝韓加入高超聲速武器研制行列

9月，朝鮮軍方在慈江道龍林郡都陽里成功試射了新研制的火星-18（Hwasong-18）高超聲速導(dǎo)彈。朝鮮國防科學(xué)家確認(rèn)，本次新型高超聲速的首次飛行試驗(yàn)確認(rèn)了該導(dǎo)彈在主動段的飛行控制性能和穩(wěn)定性、導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的制導(dǎo)機(jī)動性和滑翔飛行特點(diǎn)等技術(shù)指標(biāo)，并確認(rèn)了發(fā)動機(jī)及首次采用的安瓿化導(dǎo)彈燃料系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨后,朝鮮在10月11日的“自衛(wèi)-2021”國防發(fā)展展覽會上，首次近距離展示了此前試射的高超聲速導(dǎo)彈，該導(dǎo)彈采用了類乘波體高超聲速滑翔彈頭。而在2022年1月，朝鮮又對另一種高超聲速導(dǎo)彈進(jìn)行了試射，進(jìn)一步展示其高超聲速能力。

12月，韓國國防發(fā)展局（ADD）和地方主要防務(wù)機(jī)構(gòu)韓華集團(tuán)首次推出了“?？啤保℉ycore）陸基高超聲速巡航導(dǎo)彈原型概念。Hycore高超聲速巡航導(dǎo)彈長為8.7m、質(zhì)量為2.4t，將從改進(jìn)型玄武-2C（Hyunmu-2C）上發(fā)射，Hyunmu-2C是一種用于近程彈道導(dǎo)彈的公路機(jī)動式垂直發(fā)射系統(tǒng)。Hycore項目于2019年啟動，將于2022年利用兩枚Hycore試驗(yàn)導(dǎo)彈開展實(shí)彈試驗(yàn)。

2 可重復(fù)使用高超聲速飛行器加速發(fā)展

NASA資助商業(yè)公司開展高超聲速飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究

2月，NASA宣稱將兩個高超聲速技術(shù)合同分別授予了通用電氣公司（GE）和亞利安超聲速公司（Aerion Supersonic），旨在開展高速飛機(jī)設(shè)計和推進(jìn)系統(tǒng)研究，以探索高超聲速技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用。這兩個項目的研究都在NASA高超聲速技術(shù)計劃（HTP）框架下開展。其中，GE公司的研究重點(diǎn)是用于高超聲速飛機(jī)的耐高溫輕質(zhì)陶瓷復(fù)合材料和渦輪基組合循環(huán)（TBCC）發(fā)動機(jī)，其中TBCC研究將基于F101發(fā)動機(jī)。亞利安超聲速公司的研究工作將聚焦于飛行速度馬赫數(shù)為3～5的亞高超聲速范圍內(nèi)飛機(jī)的推進(jìn)和熱管理技術(shù)，評估推進(jìn)系統(tǒng)和熱管理技術(shù)的參數(shù)適用性，還將探索馬赫數(shù)大于3的速度域問題，以及綜合發(fā)電等方面的使能技術(shù)方案。

美創(chuàng)企獲得空軍高超聲速飛機(jī)研發(fā)經(jīng)費(fèi)支持

8月，美國赫梅斯公司（Hermeus）獲美空軍6000萬美元資金用于建造高超聲速飛機(jī)，其任務(wù)目標(biāo)包括建造3架“夸特馬”（Quarterhorse）飛機(jī)原型機(jī)、測試全尺寸可重復(fù)使用的渦輪基組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)，并向空軍提供可用于未來作戰(zhàn)推演的數(shù)據(jù)。赫梅斯公司希望開發(fā)出世界上第一架可重復(fù)使用的高超聲速飛機(jī)，其能夠在90min內(nèi)從紐約飛至巴黎。

11月，赫梅斯公司展出了其“夸特馬”概念機(jī)的地面原型，并在揭幕儀式現(xiàn)場進(jìn)行了發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火展示。該項目計劃于2022年年中進(jìn)行“夸特馬”樣機(jī)的兩次風(fēng)洞試驗(yàn)，并在2023年開展首次飛行試驗(yàn)。

美澳合作開發(fā)可重復(fù)使用高超聲速運(yùn)載飛行器

3月，媒體披露波音公司與澳大利亞高超聲速發(fā)射系統(tǒng)公司（Hypersonix Launch Systems）合作，進(jìn)行Delta-Velos新型可持續(xù)高超聲速航天運(yùn)載飛行器的設(shè)計研究。Hypersonix公司的計劃是使用其在昆士蘭大學(xué)研發(fā)的氫燃料高超聲速超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)，再加上可重復(fù)使用運(yùn)載火箭及小型上面級火箭。Hypersonix公司推出的“斯巴達(dá)”（SPARTAN）超燃沖壓發(fā)動機(jī)以氫為燃料，效率高且可重復(fù)使用?；谠摪l(fā)動機(jī)的Delta-Velos飛行器將是一種可重復(fù)使用的氫動力高超聲速運(yùn)載飛行器，可加速至馬赫數(shù)12，并能夠在正常的跑道上降落。

3 高超聲速飛行器關(guān)鍵技術(shù)取得重要進(jìn)展

美國國防部與挪威合作開發(fā)高速推進(jìn)技術(shù)

12月，媒體報道挪威納莫公司（Nammo）正在與美國海軍空戰(zhàn)中心武器分部（NAWCWD）和挪威國防研究機(jī)構(gòu)（FFI）合作，計劃于2022年初在挪威安島測試中心開展新型固體燃料沖壓發(fā)動機(jī)（SFRJ）的首次遠(yuǎn)程試飛，同時試飛的將還有美國海軍的“增程型戰(zhàn)術(shù)高速進(jìn)攻性沖壓發(fā)動機(jī)”（THOR-ER）導(dǎo)彈推進(jìn)技術(shù)演示器?！霸龀绦蛻?zhàn)術(shù)高速進(jìn)攻性沖壓發(fā)動機(jī)”項目于2019年啟動，是美國和挪威政府之間的一項雙邊倡議，旨在為全尺寸超聲速/高超聲速導(dǎo)彈原型機(jī)開發(fā)出造價低、速度快、航程遠(yuǎn)的固體燃料沖壓發(fā)動機(jī)。該項目計劃在2024年年底之前結(jié)束。

美國海軍開展高超聲速武器技術(shù)創(chuàng)新研究

海軍水面作戰(zhàn)中心投資400萬美元啟動22個高超聲速創(chuàng)新科學(xué)工程項目（NISE）。NISE項目包括：開發(fā)高超聲速武器使用的先進(jìn)制造材料、高超聲速武器建模與仿真、閉環(huán)火控回路殺傷效能分析、高超聲速武器試驗(yàn)評估與控制改進(jìn)，以及高超聲速武器面臨的威脅分析。飛行控制方面，海軍水面作戰(zhàn)中心對一種名為“超錐”（Hypercone）的錐形彈進(jìn)行了試射，用以收集與高超聲速飛行條件相關(guān)的氣動力和氣動熱數(shù)據(jù)。

美國大學(xué)開展高超聲速飛行器自主飛行技術(shù)研究

8月，美國國防部為賓夕法尼亞大學(xué)研究團(tuán)隊撥款150萬美元用于解決高超聲速飛行器自主飛行的難題，以創(chuàng)建靈活、準(zhǔn)確和可導(dǎo)航的飛行軌跡。這筆研究資金由高超聲速大學(xué)聯(lián)盟管理，該聯(lián)盟由國防部負(fù)責(zé)研究和工程的副部長下轄的聯(lián)合高超聲速過渡辦公室資助。研究人員表示，當(dāng)前正在構(gòu)建和測試計算效率高的自主飛行模式內(nèi)部算法，以使下一代高超聲速飛行器具備自主快速生成飛行軌跡的能力。

英國完成“佩刀”發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部件的地面試驗(yàn)

3月，英國的反作用發(fā)動機(jī)公司（REL）表示，已完成全尺寸熱交換器和氫預(yù)燃燒器子系統(tǒng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了向“佩刀”（Sabre）吸氣式發(fā)動機(jī)的核心機(jī)供應(yīng)熱能和空氣所需關(guān)鍵部件的設(shè)計。此次試驗(yàn)的3個關(guān)鍵組件是以前在航空航天環(huán)境中未使用過的關(guān)鍵子系統(tǒng)。反作用發(fā)動機(jī)公司目前正致力于將“佩刀”發(fā)動機(jī)技術(shù)用于Ma5戰(zhàn)斗機(jī)和其他飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)。

4 高超聲速地面和飛行試驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)一步提升

美軍開展高超聲速地面試驗(yàn)設(shè)施升級

4月，位于馬里蘭州白橡樹地區(qū)的美國空軍阿諾德工程研制中心（AEDC）已經(jīng)完成9號超高速風(fēng)洞性能升級工作，開始進(jìn)行馬赫數(shù)為18的高超聲速飛行器試驗(yàn)活動。在此之前，9號超高速風(fēng)洞只能產(chǎn)生最大速度馬赫數(shù)為14的氣流。

美軍推進(jìn)高超聲速飛行試驗(yàn)?zāi)芰Φ膭?chuàng)新

8月，美國空軍大?？怂够赜媱澮平粍偼艘鄣?架EQ-4B第20批次（Block 20）“全球鷹”無人機(jī)。諾格公司（Northrop Grumman）將負(fù)責(zé)對這批無人機(jī)進(jìn)行改裝，隨后將交付美國空軍用于高超聲速武器試驗(yàn)任務(wù)。

10月，美國海軍和桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)射3枚探空火箭進(jìn)行高超聲速試驗(yàn)研究，成功對高超聲速材料、傳感器和通信設(shè)備等試驗(yàn)有效載荷進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果將支持美軍高超聲速攻防武器技術(shù)項目。美國海軍稱：“在武器系統(tǒng)開發(fā)過程中，精密的探空火箭發(fā)射填補(bǔ)了地面試驗(yàn)和全系統(tǒng)飛行試驗(yàn)之間的重大空白”。

5 結(jié)束語

世界高超聲速技術(shù)遵循從一次性導(dǎo)彈武器到高超聲速飛機(jī)，再到可重復(fù)使用航天運(yùn)載器的分步走發(fā)展應(yīng)用路線。隨著世界大國間軍事競爭態(tài)勢不斷加劇，具有顯著軍事價值的一次性高超聲速導(dǎo)彈仍然是當(dāng)前的重點(diǎn)技術(shù)方向，美俄持續(xù)加快高超聲速武器的研制和實(shí)戰(zhàn)部署，朝鮮和韓國也相繼加入研制行列。另外，高超聲速飛機(jī)的研究呈加速發(fā)展態(tài)勢，并可能通過商業(yè)力量實(shí)現(xiàn)民用領(lǐng)域應(yīng)用的突破，然而，應(yīng)用于航天運(yùn)載器的高超聲速技術(shù)仍處于方案探索階段。圍繞高超聲速武器和高超聲速飛機(jī)的裝備能力需求，高超聲速關(guān)鍵技術(shù)研究和試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)不斷取得進(jìn)展。從長遠(yuǎn)來看，高超聲速技術(shù)和能力的發(fā)展也將為可重復(fù)使用運(yùn)載器上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。