高超音速飛躍九天之上

當太空戰(zhàn)機、激光武器、電磁炮和戰(zhàn)斗機器人等以往只出現(xiàn)在科幻作品中的“大玩具”離現(xiàn)實越來越近時，高級超高音速武器項目在全球的開發(fā)愈演愈烈，以美國為首的軍事強國更是對其情有獨鐘。高級超高音速武器項目是陸軍用于開發(fā)全球即時打擊能力的武器項目。全球即時打擊能力指的是利用洲際彈道導彈、超高速巡航載具等運送精確制導的常規(guī)彈頭，對位于全球任何地點、只有很窄攻擊窗口的高價值目標實施精確打擊，從發(fā)起攻擊至攻擊結(jié)束，所用時間不超過1小時。美國政府認為，全球即時打擊武器是在削減核武器的同時維持成懾能力和快速打擊能力的一種辦法。美國陸軍已成功試射了一枚能以5倍音速飛行、一兩個小時內(nèi)打擊全球任何地點的高超音速導彈。

九天之上的乘波者

新穎的氣動外彤

為實現(xiàn)高速度、高升限、遠巡航距離、強突防能力等目標，高超音速飛行器需要采用高升阻比和強機動性的氣動外形?？晒┻x擇的方案有升力體、翼身融合體、軸對稱旋成體、乘波體等，美軍X-51和“獵鷹”驗證飛行器采用了乘波體。

乘波體(Waverider)是指外形為流線形、所有前緣都具有附體激波的高速飛行器。通俗地講，乘波體飛行時其前緣平面與激波的上表面重合，就像騎在激波的波面上，依靠激波的壓力產(chǎn)生升力。如果把大氣層邊緣看作水面，乘波體飛行時就像是在水面上打水漂。

外形為乘波體的高超音速飛行器，具備三個顯著的氣動特性：低阻、高升力和大的升阻比。與常規(guī)外形的飛機、導彈相比，乘波體飛行時下表面受到的壓力遠高于上表面，從而形成非常大的升力。

也就是說，乘波體飛行器不用機翼產(chǎn)生升力，而是靠壓縮升力和激波升力飛行，像水面由快艇拖帶的滑水板一樣產(chǎn)生壓縮升力。超音速飛行形成的激波不僅是阻力的源泉，也是飛行器“踩”在激波鋒面的背后“沖浪”的載體。

獨特的飛行方式

美軍的高超音速飛行器設(shè)計方案，使用火箭組合循環(huán)發(fā)動機推進。從普通跑道起飛，發(fā)動機加速到10馬赫飛行，當爬升到40公里高度時關(guān)閉發(fā)動機，飛機依靠慣性滑行到60公里的高度開始機動飛行。在這個高度區(qū)間，地球大氣層的壓力、密度隨高度增加而迅速衰減：在距地球表面15公里高度，大氣壓力與密度分別約為地面的12.3％和16.2％；在30公里高度，分別約為地面的1.2％和1.6％；在60公里高度，分別僅為地面的0.031％和O 028，已接近真空狀態(tài)。

因此，30～60公里的高空“走廊”是高超音速飛行器長時間遠距離飛行的理想空間，在這個“走廊”短暫啟動發(fā)動機，推動飛行器再次爬升、回落、再爬升，如此周而復始，每兩分多鐘進行一次“跳躍”，每一跳約450公里，這樣在兩小時內(nèi)可以到達全球任何地點。

這種在稠密大氣層上方如“打水漂”般跳躍飛行的方式，不僅節(jié)省燃料，而且大大減輕高超音速飛行的氣動加熱。飛行器可利用其高升阻比氣動外形進行大范圍滑翔機動，規(guī)避攔截火力，并在適合位置釋放出攜帶的彈藥，對目標進行精確打擊。

改變未來作戰(zhàn)模式

高速靈活精確集于一身

與彈道導彈相比，高超音速飛行器武器系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是飛行彈道、落點難以預(yù)測，攔截武器系統(tǒng)的傳感器即使探測到發(fā)射也難以連續(xù)跟蹤，導致難以獲得精確數(shù)據(jù)。同時，導彈防御系統(tǒng)的攔截能力恰恰對這種飛行器大部分飛行時間和軌道顯得無能為力，因而高超音速武器系統(tǒng)對于彈道導彈防御系統(tǒng)有非常高的突防概率。其飛行末段高達10～20馬赫的高超音速攻擊，讓距離遠隔洲際的堅固建筑和深埋地下百米的目標也變得弱不禁風。

美空軍航天司令部發(fā)布的評估報告認為，如果使用“獵鷹”這樣的武器系統(tǒng)，在接到作戰(zhàn)命令后，兩小時內(nèi)只需從美國本土發(fā)射4架攜帶小直徑炸彈或自主搜尋攻擊彈藥的高超音速飛行器，即可達到1986年動用?？哲姲儆嗉軕?zhàn)機突襲利比亞“黃金峽谷”作戰(zhàn)行動的效果。

威懾力不遜核武器

冷戰(zhàn)結(jié)束后，美國將“三位一體”的戰(zhàn)略打擊體系調(diào)整為“新三位一體”，把核與非核戰(zhàn)略武器、主動與被動的防御系統(tǒng)和靈活反應(yīng)的國防基礎(chǔ)設(shè)施作為新的戰(zhàn)略支柱。

英國空戰(zhàn)專家湯姆·庫柏曾說過，核彈頭是人類追求武器威力的極限，而高超音速飛行器則是人類追求武器速度的極限。軍事專家相信，高超音速武器一旦成熟，它帶給軍事世界的沖擊絕不會亞于當年的核武器。

甚至可以說，如果美國憑借高超音速武器一家獨大，世界將會變得更加危險，因為有核的情況下世界或許還可處在“危險的均衡”中。但無核時代，“常規(guī)武器”由于技術(shù)的活躍而變得更加容易失控，這可能比核武器更危險。

“高超一族”浮出水面

自從高超音速技術(shù)在上世紀90年代取得重大技術(shù)突破，軍用高超音速飛行器正在得到全方位發(fā)展，主要研制目標是高超音速巡航導彈、高超音速飛機、空天飛機和高超音速彈藥。

高超音速巡航導彈可在短時間內(nèi)打擊彈道導彈陣地等難以快速移動的目標，25～40千米之間的飛行高度也使現(xiàn)有防空系統(tǒng)難以攔截。

高超音速飛機則可在短時間內(nèi)到達全球任何地點執(zhí)行攻擊、偵察和運輸?shù)热蝿?wù)。它具備的快速反應(yīng)能力和打擊能力有強大的威懾力，并對未來戰(zhàn)略平衡和戰(zhàn)爭形態(tài)產(chǎn)生巨大影響。

空天飛機是能在大氣層內(nèi)和太空中均可飛行的航空／航天器，由于需要進入太空軌道，其飛行速度必然要高于20倍音速，也屬于高超音速飛行器。

實際部署尚待開發(fā)

技術(shù)大跨越三大難點

支撐高超聲速武器巨大作戰(zhàn)效能的是不可思議的速度，飛行要跨越亞音速、跨音速、超音速階段，才能進入高超音速。當飛行器從稠密大氣層沖向稀薄大氣層時，空氣密度的巨大變化給飛行器的研制帶來巨大困難。超音速技術(shù)必須突破多個難題才能釋放威力。

首先是動力難題。高超音速技術(shù)主要選用超燃；中壓發(fā)動機作為推進系統(tǒng)，高超音速空氣在燃燒室中的滯留時間通常只有1.5毫秒左右，每次工作窗口極其狹窄，要在這樣短的時間內(nèi)將其壓縮、增壓，并與燃料在超音速流動狀態(tài)下均勻、穩(wěn)定地混合和燃燒十分困難。目前，即便對美軍而言超燃沖壓發(fā)動機也離實用化有一定距離。

其次是氣動加熱難題。以速度可達20馬赫的“獵鷹”為例，其飛行時與大氣層的摩擦就會使外殼要承受近2000℃的高溫，超過鋼的熔點，其他部位的溫度也將在600℃以上，必須綜合利用多學科的計算、試驗等手段解決真實飛行環(huán)境下的氣動加熱問題。

結(jié)構(gòu)材料也是個難題。高超音速飛行器要在盡可能地減輕結(jié)構(gòu)重量情況下克服氣動加熱問題。耐高溫、抗腐蝕、高強度、低密度的結(jié)構(gòu)材料對于研制高超音速飛行器是必須突破的關(guān)口，甚至會使用航天器的結(jié)構(gòu)與材料。

“獵鷹”兩度折趣重生希望猶存

2011年4月和8月，美國空軍兩次試飛“獵鷹”高超音速無人飛機(HTV)，但HTV-1與HTV-2均在返回地球期間與地面失去聯(lián)絡(luò)，宣告失蹤。這意味著五角大樓國防高級研究計劃局(DARPA)制造的僅有的兩架“獵鷹”都化為烏有。

此前有報道指出，在第一次試飛失敗后，承包商洛克希德一馬丁公司曾計劃修改HTV-2，

位工程師強調(diào)：“令大家頭疼的是，如果改變這種飛行器的外形，可能就意味著取消整個計劃……為了第二次試飛，我們已調(diào)整飛行器的重心，減少它的攻角，同時便用氮氣噴射反作用力技術(shù)增強控制能力，以確保飛行的穩(wěn)定性。”但隨后發(fā)生的事實顯示，雖然發(fā)射、分離和再入成功，第二次試飛同樣是在發(fā)射后9分鐘這個關(guān)鍵時間點出現(xiàn)故障，有觀察人士據(jù)此判斷，HTV-2其實并未進行多少實質(zhì)改進。

盡管DARPA曾表示并無制造第三架“獵鷹”的打算，項目主管、空軍少校克里斯‘舒爾茨仍顯得很有信心：“盡管測試結(jié)果不算完美，我相信終歸會有解決方案，必須從中汲取教訓。初步評估表明，這兩次飛行的故障并無直接關(guān)聯(lián)?！狈治稣J為，類似的超高音速飛行器之所以難產(chǎn)，最根本的癥結(jié)在“心臟”與“皮膚”(動力系統(tǒng)與防熱外殼)上；只要該項目不因經(jīng)費削減而被凍結(jié)，問題完全有希望隨著時間的推移得到逐一解決。

空天一體是矛也是盾乎沒有交集。因此建立獨立的“天軍”，還是在空軍基礎(chǔ)上建設(shè)空天一體力量，成了應(yīng)對太空軍事威脅的兩種思路。

然而隨著高超音速飛行器的軍事潛能逐步顯露，高度在25千米到

在早些的軍事理論中，從地面往上25千米之內(nèi)屬于航空空間，100千米以上屬于航天空間，兩者100千米、此前很少被開發(fā)利用的“臨近空間”也將成為新的作戰(zhàn)舞臺。這不僅模糊了現(xiàn)行國際法中“領(lǐng)空”的概念，同時也使航空與航天在未來戰(zhàn)爭中將不再是相互割裂、互不穿插的兩個部分。航空力量和航天力量的使用，將隨著高超音速飛行器的應(yīng)用而走向一體化。

如果空軍和天軍兩個軍種并存，各自為戰(zhàn)，那么隨著敵方高超音速飛行器在航空空間、臨近空間和航天空間來回穿梭，情報傳遞和指揮權(quán)限也將來回切換，易造成扯皮、延誤甚至混亂，降低作戰(zhàn)效率，幾乎無法實現(xiàn)及時預(yù)警和攔截。此外，獨立的“天軍”還需要一套獨立的指揮、裝備、行政、人員培養(yǎng)等體系，對資源是極大浪費。

進入新世紀新階段，中國人民空軍按照經(jīng)略空天的戰(zhàn)略定位，突出空天制衡，增強戰(zhàn)略積極性、靈活性和有效性，加速實現(xiàn)向空天一體型空軍的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。

未來，中國空軍將以“天基信息進座艙”為重點，著力形成天基信息支援下的航空空間攻防作戰(zhàn)能力；以高超音速飛行器為重點，以臨近空間作戰(zhàn)能力建設(shè)為突破口，初步建設(shè)空天一體化武器裝備體系；發(fā)展現(xiàn)代防空反導體系和國家空天防御體系，提高塑造并保持空天戰(zhàn)略態(tài)勢，遏制空天現(xiàn)實威脅，促進地區(qū)乃至全球空天局勢穩(wěn)定的能力。

突破音速會怎樣?

音障是指飛行器速度接近音速時，會追上自己發(fā)出的聲波造成震波，進而對加速產(chǎn)生障礙的現(xiàn)象。進入超音速后，航空器前端會產(chǎn)生一股圓錐形的音錐，在旁觀者聽來有如爆炸一般，稱為音爆或聲爆。

音障是一種物理現(xiàn)象，當物體(通常是航空器)的速度接近音速時，將會逐漸追上自己發(fā)出的聲波。聲波疊合累積的結(jié)果，會造成震波(Shock wave)的產(chǎn)生，進而對飛行器的加速產(chǎn)生障礙，而這種因為音速造成提升速度的障礙稱為音障。突破音障進入超音速后，從航空器最前端起會產(chǎn)生一股圓錐形的音錐，在旁觀者聽來這股震波有如爆炸一般，故稱為音爆或聲爆《Sonic Boom》。強烈的音爆不僅會對地面建筑物產(chǎn)生損害，對于飛行器本身伸出；中擊面之外部分也會產(chǎn)生破壞。除此之外，由于在物體的速度快要接近音速日寸，周邊的空氣受到聲波疊合而呈現(xiàn)非常高壓的狀態(tài)，因此一旦物體穿越音障后，周圍壓力將會陡降。

在比較潮濕的天氣，有時陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會讓氣溫低于它的露點(Dew Point)溫度，使得水汽凝結(jié)變成微小的水珠，肉眼看來就像是云霧般的狀態(tài)。但由于這個低壓帶會隨著空氣離機身的距離增加而恢復到常壓，因此整體看來形狀像是一個以物體為中心軸、向四周均勻擴散的圓錐狀云團。

當全球的軍事競爭中心，由破壞力最強的核武器轉(zhuǎn)為速度最快的高超音速飛行器時，“高超音速”成為全世界人們眼中的熱點詞匯。然而，軍事畢竟離普通民眾有些距離，如果“高超音速’’應(yīng)。用于商用航天飛機，是不是更能被接受?不過，高超音速飛機很大程度上仍然是個概念性交通工具，它在人們的能力范圍之內(nèi)，相關(guān)技術(shù)是具備的。真正的困難在于將繪圖板上的設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)榭罩械娘w機需要巨資。