未來戰(zhàn)場的“倚天劍”：高超聲速飛行器

易小遠(yuǎn)

自古以來，人類始終有一個(gè)夢想：可以像小鳥一樣在天空自由翱翔，甚至是飛向遙遠(yuǎn)的太空。近年來，隨著高超聲速飛行器的快速發(fā)展，人類向自由來往太空的夢想又邁進(jìn)了一大步。

在美國公布的2017財(cái)年預(yù)算中，高超聲速武器投入大幅增長，目的是實(shí)現(xiàn)在一小時(shí)內(nèi)打擊地球上的任何目標(biāo)。俄羅斯更是早在2016年3月便透露，“鋯石”高超聲速巡航導(dǎo)彈成功完成了一次試射，并計(jì)劃于2020年完成研制工作。

什么是高超聲速飛行器

那么，什么是高超聲速飛行器呢？它是指飛行速度超過5倍聲速的飛機(jī)、導(dǎo)彈之類的有翼或無翼飛行器。簡單來說，這種飛行器從美國紐約飛到北京，用時(shí)不超過2個(gè)小時(shí)。毋庸諱言，這么快的飛行器當(dāng)然蘊(yùn)涵著巨大的軍事價(jià)值，可以說是戰(zhàn)場上的“倚天劍”。有了這種速度優(yōu)勢，無論是突防、偵察還是擴(kuò)展戰(zhàn)場空間，都能輕松搞定。

早在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國科學(xué)家為滿足希特勒“跨過大西洋轟炸美國”的設(shè)想，就曾設(shè)計(jì)出一種名為“銀鳥”的飛行器。這種飛行器采用火箭發(fā)射升空，直接沖向大氣層外，在達(dá)到極高的速度后，以特定角度撞向大氣層并在大氣層中滑翔，猶如在大氣上沖浪，一旦速度、角度合適，飛機(jī)會被幾次反彈后再拋出大氣層。當(dāng)時(shí)的設(shè)想是，“銀鳥”飛到美國上空投擲炸彈轟炸目標(biāo)后繼續(xù)飛行，最后著陸在日本控制的太平洋島嶼上?？梢哉f，“銀鳥”飛行器是現(xiàn)代高超聲速飛行器的雛形。

二戰(zhàn)后，當(dāng)時(shí)還在美國的著名科學(xué)家錢學(xué)森，在研究從德國繳獲的技術(shù)資料后提出，只要有足夠先進(jìn)的熱防護(hù)技術(shù)，就能讓飛行器在特定的高度層以高超聲速持續(xù)滑翔飛行。根據(jù)這個(gè)理論，錢學(xué)森后來設(shè)計(jì)了高超聲速滑翔飛行彈道，也被稱為“錢學(xué)森彈道”。

高超聲速飛行器具有飛行高度高、速度快、探測和攔截難等優(yōu)點(diǎn)。美國的“全球快速打擊系統(tǒng)”就是設(shè)想利用高超聲速飛行器在一小時(shí)內(nèi)攻擊全球任何目標(biāo)。要發(fā)展高超聲速飛行器，必須解決好高性能動力推進(jìn)系統(tǒng)和熱防護(hù)等核心關(guān)鍵技術(shù)問題。目前，各國發(fā)展高超聲速飛行器，主要是運(yùn)用超燃沖壓發(fā)動機(jī)和脈沖爆震發(fā)動機(jī)這兩種動力系統(tǒng)。超燃沖壓發(fā)動機(jī)被認(rèn)為是繼螺旋槳和噴氣機(jī)推進(jìn)之后的“第三次動力革命”，適應(yīng)范圍為5～16馬赫（1馬赫即1倍聲速，相當(dāng)于1225 千米/小時(shí)），由進(jìn)氣道、燃燒室、推進(jìn)噴管三部分組成，直接從大氣中吸收氧氣作為助燃劑。所謂沖壓，就是迎面吸進(jìn)的高速氣流在進(jìn)氣道內(nèi)被迅速擴(kuò)張、減速、增壓的過程，當(dāng)氣壓和溫度升高后，氣體進(jìn)入燃燒室與燃料混合燃燒并膨脹加速，由噴口高速排出，產(chǎn)生推力。這種發(fā)動機(jī)質(zhì)量輕、飛行成本低、可控能力強(qiáng)、安全性能好，可長時(shí)間使用，是實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的理想動力裝置。脈沖爆震發(fā)動機(jī)適用于所有尺寸和所有速度，盡管在50千米以上時(shí)需要使用氧化劑，但由于應(yīng)用范圍更廣泛、更具革命性，已成為當(dāng)前世界各國發(fā)展高超聲速飛行器的熱點(diǎn)技術(shù)。

發(fā)展高超聲速飛行器過程中的另一個(gè)難題，就是氣動加熱問題，即所謂熱障。由于飛行器飛行時(shí)周圍空氣溫度急劇升高，形成劇烈的氣動加熱環(huán)境，使一般飛行器結(jié)構(gòu)無法承受。為克服熱障，必須精心設(shè)計(jì)飛行器的飛行軌道和氣動外形，以在不影響或較少影響飛行器性能的情況下，盡可能降低進(jìn)入飛行器的熱流。目前，克服熱障的技術(shù)手段，主要有熱沉防熱、輻射防熱、發(fā)汗冷卻防熱和燒蝕防熱等方法。

隨著科技的不斷發(fā)展，高超聲速技術(shù)已從概念和原理探索階段進(jìn)入了以高超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速飛機(jī)和空天飛機(jī)等應(yīng)用的技術(shù)開發(fā)階段，世界各國都在高超聲速技術(shù)的軍事應(yīng)用上展開了激烈角逐。2016年，時(shí)任美國國防部長的阿什·卡特在給國會質(zhì)詢聽證的書面答復(fù)中明確表示，美國將在2018～2022年率先為歐洲司令部和太平洋司令部提供高超聲速全球快速打擊裝備，其他戰(zhàn)區(qū)則在“2022年以后再列裝”。

高超聲速巡航導(dǎo)彈

高超聲速巡航導(dǎo)彈已成為實(shí)施現(xiàn)代戰(zhàn)爭遠(yuǎn)程精確打擊的重要武器，目前正在向高速度、高精度、隱形化的方向發(fā)展。美國正在研究發(fā)展的X-51高超聲速巡航導(dǎo)彈長約3.5米，速度5馬赫，經(jīng)B-52轟炸機(jī)帶到10668米的高空發(fā)射，由助推火箭加速到超聲速，再利用沖壓發(fā)動機(jī)使其達(dá)到高超聲速。X-51高超聲速巡航導(dǎo)彈肩負(fù)著實(shí)現(xiàn)“全球快速打擊系統(tǒng)”的重任，美國的最終目標(biāo)就是要將它發(fā)展成為可以在一小時(shí)內(nèi)攻擊地球任意位置目標(biāo)的新武器。除此之外，2016年，美國國防部高級研究計(jì)劃局和美空軍聯(lián)合主管的“高超聲速吸氣式武器概念”和“戰(zhàn)術(shù)助推滑翔”兩個(gè)戰(zhàn)術(shù)級高超聲速導(dǎo)彈演示驗(yàn)證項(xiàng)目授予了洛馬和雷神公司，預(yù)計(jì)將在2019年實(shí)現(xiàn)首次試飛。

法國的航空航天研究院和宇航-馬特拉公司正在開展“普羅米修斯”計(jì)劃，目的是研究一款空射型高超聲速空地導(dǎo)彈，該型導(dǎo)彈彈長6米，總發(fā)射質(zhì)量為1700千克，航程大于1000千米，最大速度可達(dá)8馬赫。德國正在研制的高超聲速導(dǎo)彈的飛行速度約為6.5馬赫，采用高能、高密度的吸熱型碳?xì)淙剂铣紱_壓發(fā)動機(jī)，慣性加全球定位系統(tǒng)復(fù)合制導(dǎo)，射程為1000千米左右，命中精度在15米以內(nèi)。

2016年，俄羅斯完成了“鋯石”高超聲速巡航導(dǎo)彈首次試射活動，該型導(dǎo)彈射程約400千米，速度5～6馬赫。不過，這次試射是在陸地進(jìn)行的，俄方估計(jì)將于今年完成全部測試，2022年進(jìn)入服役。2016年4月和10月，俄羅斯“4202項(xiàng)目”成功完成了兩次戰(zhàn)略級高超聲速助推滑翔飛行器試飛，首批20枚彈頭有望在2020～2025年列裝。

印度以引進(jìn)和自主兩線并行方式推進(jìn)戰(zhàn)術(shù)級高超巡航導(dǎo)彈研制，但進(jìn)展較為緩慢。與俄羅斯合作研制的6～7馬赫級的“布拉莫斯”Ⅱ高超聲速巡航導(dǎo)彈目前正在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)工作，前景不明朗。同時(shí)，印度國防研究與發(fā)展組織自主開展的“高超聲速試驗(yàn)驗(yàn)證飛行器”項(xiàng)目正在推進(jìn)，該飛行器計(jì)劃飛行高度為30～40千米，巡航速度為7馬赫。endprint

高超聲速飛機(jī)

高超聲速偵察機(jī)是一種新式偵察機(jī)，速度可達(dá)5～9馬赫，航程超過2000千米，有人或無人駕駛。相比傳統(tǒng)意義的偵察機(jī)，它的偵察變得更容易、更安全。美國正在研發(fā)的“曙光女神”高超聲速偵察機(jī)，是SR-71“黑鳥”戰(zhàn)略偵察機(jī)之后新一代戰(zhàn)略偵察機(jī)。該型機(jī)涵蓋完整的偵察系統(tǒng)并可攜帶在超高至臨界空域的新型武器，集情報(bào)收集、偵察、監(jiān)控、打擊等諸多功能為一體，最高飛行速度將達(dá)到6馬赫，是SR-71高速高空偵察機(jī)最大飛行速度的兩倍，也是目前第四代戰(zhàn)斗機(jī)最大飛行速度的三倍，甚至比一些常見的導(dǎo)彈還要快，堪稱當(dāng)前人類制造的“最快飛機(jī)”。因?yàn)樗俣葍?yōu)勢，高超音速飛行器對當(dāng)前的世界各國的防空系統(tǒng)帶來極大挑戰(zhàn)，一些著名的地空導(dǎo)彈，如美國的“愛國者”、俄羅斯的S-400甚至無法追上這種飛機(jī)，也無法攔截和擊落它。

另一類高超聲飛機(jī)是高超聲速轟炸機(jī)，它具有攻擊范圍大、作戰(zhàn)靈活等特征。據(jù)報(bào)道，美國正在研制的高超聲速隱形戰(zhàn)略轟炸機(jī)B-3，飛行高度大于30千米，速度達(dá)到5～6馬赫，航程大于11100千米，載彈量或超過B-52，能把炸彈投到地球上任何地點(diǎn)并能返回原起飛點(diǎn)，不需中途加油或在國外設(shè)置前進(jìn)基地，具有跟蹤地形及抗核能力的機(jī)載雷達(dá)，可在高超聲速情況下使用遠(yuǎn)程導(dǎo)彈或激光波束武器。由于飛行高度高、速度快、側(cè)向機(jī)動性好，目前的防空武器很難發(fā)現(xiàn)和擊落它。美國計(jì)劃于2030年左右替代目前使用的B-2隱形轟炸機(jī)。

高超聲速無人機(jī)現(xiàn)在也在異軍突起，它將一改過去無人機(jī)速度較慢的特點(diǎn)，飛行速度能達(dá)到12～15馬赫，飛行高度26～38千米。這種無人機(jī)可以快速到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)，向后方傳出最新的戰(zhàn)場態(tài)勢，還能裝載偵察設(shè)備和精確制導(dǎo)武器，以用于偵察和攻擊重要目標(biāo)、執(zhí)行戰(zhàn)場毀傷評估與偵察等任務(wù)。

高超聲速空天飛機(jī)

空天飛機(jī)能像普通飛機(jī)一樣水平起飛，在30～100千米高空的飛行速度為12～25馬赫，可以直接加速進(jìn)入地球軌道，成為航天飛行器。返回大氣層后，可像飛機(jī)一樣在機(jī)場著陸，成為自由地往返天地之間的運(yùn)輸工具。在有空天飛機(jī)這個(gè)概念之前，航空和航天是兩個(gè)不同的技術(shù)領(lǐng)域，飛機(jī)和航天飛行器分別在大氣層內(nèi)、外活動；航空運(yùn)輸系統(tǒng)是重復(fù)使用的，航天運(yùn)載系統(tǒng)一般是不能重復(fù)使用的?？仗祜w機(jī)一旦成功，能夠達(dá)到完全重復(fù)使用和大幅度降低航天運(yùn)輸費(fèi)用的目的。

目前，空天飛機(jī)在動力、武器系統(tǒng)、具體作戰(zhàn)領(lǐng)域等方面仍處于研究探索階段，技術(shù)還不是很成熟，也尚未投入使用。美國、俄羅斯、日本和德國等國都在加緊研制空天飛機(jī)。美國的“獵鷹”計(jì)劃、X-37B、X-43，正在進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證和工程機(jī)理研究，距離實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用還有一段曲折的路要走。X-37B已進(jìn)行了4個(gè)架次的飛行。其中，第一架X-37B“軌道試驗(yàn)飛行器”，于2010年4月23日從美國佛羅里達(dá)州的卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空，同年11月3日在范登堡安全著陸。第二架X-37B于2011年3月5日被送入低地球軌道，在空間運(yùn)行469天。第三架X-37B于2012年12月升空，現(xiàn)在已經(jīng)完成了軌道任務(wù)。第四架X-37B“軌道試驗(yàn)飛行器”于2015年5月21日執(zhí)行在軌飛行任務(wù)，任務(wù)的重點(diǎn)已轉(zhuǎn)為對試驗(yàn)性載荷的測試。

X-43系列高超聲速飛機(jī)是美國國家航空航天局（NASA）秘密研制的無人駕駛空天飛機(jī)。2001年，首次試飛失敗，2004年進(jìn)行的兩次試飛均獲得了成功。2014年4月，美國國家航空航天局在加利福尼亞州的愛德華空軍基地對外展示了X-43模型。該型空天飛機(jī)小巧玲瓏，看上去很像一塊漂亮的沖浪板。近兩年美國國防部高級研究計(jì)劃局又提出一項(xiàng)名為“XS-1”項(xiàng)目，計(jì)劃于2018年首次發(fā)射這款新型空天飛機(jī)。

總的來看，高超聲速飛行器將使未來戰(zhàn)場的作戰(zhàn)方式發(fā)生重大改變，以高新技術(shù)為支撐的高超聲速武器的發(fā)展和運(yùn)用，必將對現(xiàn)有的作戰(zhàn)理論、作戰(zhàn)方式和武器裝備發(fā)展產(chǎn)生革命性影響，從而使戰(zhàn)爭進(jìn)入快速打擊時(shí)代。

【責(zé)任編輯】張小萌endprint