美國高超聲速武器研制進展及評析

廖孟豪/中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心

高超聲速武器是美國裝備研制的重點，也是美國全球打擊戰(zhàn)略的重要依托。美國積極推進該領(lǐng)域的研發(fā)，在攻防兩端取得了重要進展。

近年來，美國積極推進高超聲速武器的研制，并取得了積極成果。美國海陸空三軍正同時基于SWERVE項目成果研制潛射/陸射/空射型高超聲速助推滑翔導彈，并總結(jié)了美軍高超聲速導彈發(fā)展的三條路線；美國陸軍披露“遠程高超聲速武器”（LRHW）項目并透露MDA加入三軍通用滑翔飛行器研制項目；美國海軍發(fā)布“常規(guī)快速打擊”（CPS）武器系統(tǒng)工業(yè)能力調(diào)研公告，將研制彈徑0.76m的潛射型高超聲速助推滑翔導彈；高超聲速飛機TBCC發(fā)動機地面驗證項目最新進展，已完成雙模態(tài)沖壓發(fā)動機低馬赫數(shù)模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗；美國導彈防御局同時授出21份“高超聲速防御武器系統(tǒng)概念定義”合同。

美國海陸空三軍高超聲導彈研制進展

2018年10月11日，據(jù)美國《航空周刊》報道，根據(jù)兩名熟悉相關(guān)項目情況的消息人士透露，在美國國防部直管的某個項目（該項目計劃2021年列裝高超聲速導彈，編者注：應指2008年啟動的“常規(guī)快速全球打擊CPGS”項目）框架下，美國三軍正在各自實施自己的高超聲速導彈項目，即美國陸軍的“先進高超聲速武器”（AHW）、美國空軍的“高超聲速常規(guī)打擊武器”（HCSW）和美國海軍的“常規(guī)快速打擊”項目。其中，美國海軍正基于陸軍AHW項目成果，開展“通用滑翔飛行器”的設(shè)計工作。隨后，美國陸軍太空與導彈防御司令部將研制飛行試驗用的原型機。然后，桑迪亞國家重點實驗室將制造該型“通用滑翔飛行器”。三軍同時正在分別研制各自高超聲速助推滑翔導彈所用的助推器。

設(shè)計“通用滑翔飛行器”反映了美軍為應對中俄迅猛發(fā)展高超聲速導彈的急迫需求。美軍花了數(shù)十年時間試圖研制理論上性能更好的半錐型升力體滑翔飛行器設(shè)計，但三軍目前正在研制的滑翔飛行器是更成熟的圓錐型旋成體布局方案，該方案由桑迪亞國家重點實驗室在1979～1985年依托“有翼高能再入飛行器實驗”（SWERVE）項目完成了飛行驗證。雖然目前還不知道“通用滑翔飛行器”的最終方案，但其總體設(shè)計應該仍會沿用AHW方案。

美國陸軍AHW和海軍CPS項目的方案早就明確是基于SWERVE成果，但空軍HCSW項目滑翔飛行器的方案直到2018年9月中旬才最終明確下來，即HCSW就是空軍版的AHW。根據(jù)國會服務處的資料，從2006財年開始，陸軍在AHW項目上累計投入了10.1億美元。美國陸軍和空軍的“通用滑翔飛行器”目前計劃在2021年形成能力，美軍官員認為即便是一型性能有限的高超聲速武器，在沒有更高性能的同類武器出現(xiàn)前，也能夠提供有效的威懾效果。

美國卡耐基國際和平基金會核政策項目主席詹姆斯·阿克頓（James Acton）表示，高超聲速助推滑翔導彈按照彈道軌跡發(fā)射，然后再入大氣層并在高速狀態(tài)下實施一個拉起機動，然后開始進行滑翔飛行器，直至擊中目標。SWERVE飛行器在飛行試驗中完成了Ma12、10°攻角的拉起機動，然后以Ma8的速度、0°攻角滑翔飛行了約60s，有效驗證了帶有小型三角翼和舵面的球形鈍頭體圓錐布局方案能夠成功在再入過程中完成機動。這種飛行器也能夠在滑翔過程進行滾轉(zhuǎn)機動，以緩解氣動加熱問題。不過，SWERVE方案也有缺陷，該飛行器在末段的敏捷性非常有限，也無法接收中段導航信息更新，導致該方案被束之高閣長達二十多年。

但隨著潛在對手們帶來的高超聲速威脅越來越緊迫，五角大樓已經(jīng)沒有時間慢慢研發(fā)更高性能的設(shè)計方案了，比如具有更大橫向機動能力的助推滑翔導彈或者吸氣式的巡航導彈。因此，五角大樓要求各軍種必須接受一個適合三軍使用、不太完美但是能夠快速形成裝備的武器系統(tǒng)。

美陸軍太空與導彈防御司令部AHW項目采用的雙錐體布局滑翔飛行器構(gòu)想圖（圖片來源：美國陸軍太空與導彈防御司令部）

美國空軍負責采辦、技術(shù)和后勤的助理部長威爾·羅珀（Will Roper）在9月份與記者們的一次會議上表示，“這需要抱著一種借鑒吸收的心態(tài)，用成熟的技術(shù)以最快的途徑達成目標?！?/p>

這一方式也使得桑迪亞國家重點實驗室可能轉(zhuǎn)身變成世界上最大的高超聲速武器工廠。如果導彈能夠按計劃在2020年進入生產(chǎn)，桑迪亞必須滿足每年數(shù)10枚的生產(chǎn)要求，而且這種導彈因為熱防護要求都具有非常獨特的外形和材料。

“通用滑翔飛行器”的披露也使外界意識到五角大樓目前至少按照3條路線同時在實施至少7個不同的高超聲速導彈項目。在近期，第一條路線是圓錐體構(gòu)型的“通用滑翔飛行器”，支撐陸軍AHW、海軍CPS和空軍HCSW共3個項目。在中期，第二條主線是美國空軍聯(lián)合DARPA仍在推進楔形構(gòu)型的助推滑翔導彈?；凇皯?zhàn)術(shù)助推滑翔”（TBG）項目，美國空軍8月份將“空射快速響應武器”（ARRW）項目4.8億美元研制合同授予了洛克希德●馬丁公司。同時，雷神在DAPRA的主管下也在研發(fā)海軍用的艦射型TBG導彈。作為DARPA“作戰(zhàn)火力”（OpFires）項目的后繼項目，美國陸軍也在論證立項一種更加先進的武器系統(tǒng)。同時，第三條線是DAPRA依托“高超聲速吸氣式武器概念”（HAWC）仍在繼續(xù)研發(fā)高超聲速巡航導彈技術(shù)，洛克希德●馬丁公司和雷神正在展開競爭。目前，還沒有公開信息顯示該技術(shù)驗證項目將會有后續(xù)型號研制項目。

美國陸軍高超聲速武器研制項目進展

2018年10月22日，美國《航空周刊》報道，美國陸軍太空與導彈防御司令部（SMDC）2018年10月22日在接受《航宇日報》記者采訪時披露，SMDC計劃設(shè)立一個新的項目辦公室，專門管理通用滑翔飛行器的研制和生產(chǎn)；并進一步透露，該辦公室將“與美國空軍、海軍和導彈防御局（MDA）一起合作研制一型高超聲速滑翔飛行器。美國海空軍和MDA都可以派人進入該辦公室?！盨MDC計劃2019年初建立該項目辦公室，由一位少將領(lǐng)導，但目前人選還未確定。

美國陸軍AHW項目滑翔飛行器外形想象圖（圖片來源：美國桑迪亞國家實驗室）

MDA在這個通用型高超聲速滑翔飛行器項目中的定位主要是獲取相關(guān)導彈數(shù)據(jù)以作為其正在發(fā)展的高超聲速防御系統(tǒng)的目標。

2016年，美國國會指示MDA設(shè)立一個新的在冊項目，聚焦于建設(shè)專門應對高超聲速武器威脅的新型防御能力。MDA目前已經(jīng)開始設(shè)計天基傳感器網(wǎng)絡，用于探測和跟蹤在大氣層內(nèi)機動的高超聲速導彈。

該通用型高超聲速滑翔飛行器是美軍建設(shè)高超聲速作戰(zhàn)能力邁出的第一步。其中，美國空軍計劃在2022年前列裝“高超聲速常規(guī)打擊武器”（HCSW）導彈，美國陸軍計劃在同樣的節(jié)點列裝“遠程高超聲速武器”（LRHW）導彈，美國海軍的高超聲速導彈則面臨最多的技術(shù)挑戰(zhàn)，因為它要求滿足潛射要求。

SMDC表示，SMDC在今年10月初為LRHW采辦項目召開了工業(yè)日活動，目前尚未敲定最終的采辦策略，但工業(yè)日活動主要聚焦于LRHW形成有限作戰(zhàn)能力（LOC）。

美國海軍發(fā)布“常規(guī)快速打擊”武器系統(tǒng)工業(yè)能力調(diào)研公告

2018年9月28日，為貫徹《2018財年國防授權(quán)法案》要求快速研制和原型化一型海軍“常規(guī)快速打擊”（CPS）武器系統(tǒng)，并集成和戰(zhàn)術(shù)部署到?；l(fā)射平臺的目標，美國海軍戰(zhàn)略系統(tǒng)項目（SSP）辦公室發(fā)布了“常規(guī)快速打擊”（CPS）武器系統(tǒng)工業(yè)能力調(diào)研公告，旨在摸底潛在承包商的研發(fā)能力，幫助其后續(xù)制定相關(guān)招標文件。

美國海軍CPS武器系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)包括：

（1）全彈直徑不小于約0.76m，帶有高超聲速滑翔彈頭；

（2）集成有用于火控的武器控制系統(tǒng)；

（3）每具載荷模塊裝載3枚導彈，并包含支撐結(jié)構(gòu)、防護、壓縮空氣彈射裝置以及環(huán)境控制裝置等；

（4）艦/艇載信息系統(tǒng)，提供技術(shù)文檔、訓練、數(shù)據(jù)維護以及其他艦上技術(shù)信息，和潛在艦下保障系統(tǒng)。

美國海軍要求潛在承包商應具有大型武器系統(tǒng)集成項目管理經(jīng)驗和覆蓋系統(tǒng)工程、設(shè)計、研發(fā)、集成、測試、驗證與確認、后勤、原型機/產(chǎn)品生產(chǎn)與總裝等全面的技術(shù)和工程能力。美海軍SSP辦公室需要工業(yè)部門針對以下具體能力要求提供反饋，以確保后續(xù)開展招標等工作時工業(yè)界有能力完成海軍對該項目的要求，這些能力包括：

（1）有能力承擔海軍CPS武器系統(tǒng)項目全要素科研工作的牽頭單位和系統(tǒng)集成商，在管理上具有足夠的創(chuàng)新性和靈活性，能夠適當?shù)貎A斜和調(diào)整人力及科研資源以滿足可能會視情變化的工程量和進度要求；在復雜的合同制定環(huán)境下協(xié)調(diào)組織子合同商管理性能、風險和數(shù)據(jù)，組織團隊完成CPS武器系統(tǒng)的研制、集成和生產(chǎn)。

弗吉尼亞級攻擊核潛艇即將新增的VPM載荷模塊（圖片來源：美國海軍）

AFRE組合發(fā)動機組成結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來源：DARPA）

（2）在《2018財年國防授權(quán)法案》要求的進度內(nèi)，在最小化對?；l(fā)射平臺影響的前提下，安全地完成CPS武器系統(tǒng)的設(shè)計、制造、集成和安裝等工作。

（3）快速設(shè)計、研發(fā)、制造、交付和集成CPS武器系統(tǒng)預生產(chǎn)階段原型機的軟硬件和生產(chǎn)階段型號產(chǎn)品的軟硬件，具體應涵蓋前文所述全部子系統(tǒng)及其他要求。

（4）識別可用于CPS武器系統(tǒng)項目的現(xiàn)有設(shè)施；

（5）發(fā)展和主導驗證工作；部組件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)的認證及集成測試；陸基和潛基APM（先進載荷模塊）的試驗；以及陸射和潛射飛行試驗，以鑒定CPS武器系統(tǒng)滿足作戰(zhàn)部署對功能、操作界面、環(huán)境、性能和安全性的要求。

（6）出具全套技術(shù)、訓練和生產(chǎn)等文檔。

這份調(diào)研公告清晰地表明了美國海軍對快速研制和部署CPS潛射型高超聲速助推滑翔導彈的急迫需求和決心。美國《2018財年國防授權(quán)法案》要求美國防部在2020年前完成裝備發(fā)展決策（MDD），在2022財年具備一定的高超聲速打擊能力。因此，該公告提到的《2018財年國防授權(quán)法案》進度要求應該就是這一進度。從做出裝備發(fā)展決策到形成作戰(zhàn)能力只有2年時間，這是常規(guī)采辦程序無法辦到的，因此美國海軍肯定要走快速采辦程序，可能會采用快速原型化的策略，在形成原型樣彈的基礎(chǔ)上快速投入實戰(zhàn)部署，邊用邊試。這一點也可以從該公告特別要求承包商具有高度靈活的項目管理能力上得到印證。此外，該公告披露了導彈的一些細節(jié)，蘊含著非常有價值的信息，主要推論包括：

（1）CPS導彈射程可能只有1000km左右，實際上是一型戰(zhàn)術(shù)導彈。公告提到該彈彈徑不小于0.76m，且采用一筒三彈式裝填，結(jié)合美海軍潛艇上VPT發(fā)射筒2.2m直徑和9.1m長度，推測該彈全長約8.5m、彈徑約0.8m。此前美海軍披露CPS導彈將采用兩級固體火箭助推器。因此，可以大致推測，該彈是一型戰(zhàn)術(shù)級導彈，射程可能只有1000km左右。該數(shù)值遠小于美海軍SSP辦公室在2017年10月FE-1飛行試驗時實際飛行的3700km射程。這一差異已經(jīng)足以使人懷疑，兩者或許瞄準的是兩個不同的裝備型號，即CPS是中近程導彈（射程1000km左右），F(xiàn)E-1瞄準的是中遠程導彈（射程4000～5000km）。這意味著美海軍可能后續(xù)將設(shè)立CPS之外的另一個型號項目，用來研制一型中遠程的潛射型高超聲速助推滑翔導彈。

（2）采用小型化、高精度彈頭設(shè)計。公告明確要求該彈具有接近于零的打擊精度（near-zero CEP impact accuracy）。美國陸軍曾宣稱AHW項目背景型號的精度為5mCEP（射程6000km），美國海軍要求的近零精度可能就是這個量級甚至更低些。分析認為，該彈因為尺寸較小，導致戰(zhàn)斗部的尺寸和載荷也很有限，必須依靠高精度來達到有效殺傷的效果。這也從側(cè)面印證了該彈是一型戰(zhàn)術(shù)級中近程潛射導彈的推論。

總之，美海軍CPS項目從戰(zhàn)技指標上看已經(jīng)完全背離了2003年設(shè)立“快速全球打擊”項目時建設(shè)非核戰(zhàn)略打擊手段的初衷，令人大跌眼鏡。這從另一個側(cè)面也反映了美軍對于快速形成全方位高超聲速打擊能力的決心和力度。

DARPA的高超聲速飛機TBCC發(fā)動機已完成雙模態(tài)沖壓發(fā)動機低馬赫數(shù)模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗

2018年10月11日，美國《航空周刊》報道，DARPA戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室項目經(jīng)理克里斯托弗·克萊（Christopher Clay）在今年9月份舉辦的AIAA國際航天飛機與高超聲速系統(tǒng)及技術(shù)會議上表示，“目前我們正在進行‘先進全狀態(tài)發(fā)動機’（AFRE）項目的第一階段工作，聚焦于驗證可靠地完成模態(tài)轉(zhuǎn)換。AFRE項目的關(guān)鍵是提高渦輪發(fā)動機的工作速度。渦輪發(fā)動機大多工作在Ma2.2～2.5，而沖壓發(fā)動機的工作下限通常在Ma3.5以上。我們要將重點提高渦輪的速度上限，同時也會將沖壓發(fā)動機的下限再降低一些?！?/p>

DARPA在2016年8月發(fā)布招標預告時初步擬定的AFRE項目任務分解及進度安排

表1 美國導彈防御局授出的21份高超聲速防御武器系統(tǒng)概念定義合同

在AFRE項目下，美國洛克達因公司已經(jīng)在NASA蘭利研究中心的2.4m高溫風洞中開展雙模態(tài)沖壓發(fā)動機的低馬赫數(shù)模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗。這輪試驗主要聚焦于驗證不同發(fā)動機工作模態(tài)在使用同一型號碳氫燃料時的點火、火焰穩(wěn)定、燃燒穩(wěn)定性等技術(shù)。該風洞用于鑒定渦輪與沖壓發(fā)動機在變壓力變馬赫數(shù)環(huán)境下相互轉(zhuǎn)換的過程。

在第二階段，科研工作的重點將是研制TBCC的共用進氣道和尾噴管。目前，波音和諾斯羅普·格魯門公司創(chuàng)新系統(tǒng)公司正在同步開展飛機概念方案設(shè)計相關(guān)的試驗工作?？巳R透露，“我們通過兩家不同的承研團隊已經(jīng)完成了不同途徑下的多種高超聲速飛機概念方案設(shè)計?！?/p>

盡管克萊沒有明說，但另一家承研團隊顯然是洛克希德·馬丁公司和洛克達因公司，該團隊此前聯(lián)合推出了SR-72高超聲速飛機概念?？巳R表示，“飛機概念方案設(shè)計研究工作能夠幫助我們更好地從全機層面了解各種不同的問題，其中就包括對不同推進系統(tǒng)的需求問題。我們希望能夠得出部件級需求，明確推進系統(tǒng)的詳細需求。我們目前進展得很順利?！?/p>

美國導彈防御局授出21份“高超聲速防御武器系統(tǒng)概念定義”合同

2018年9月26日，美國導彈防御局（MDA）同時授出了21份合同，用于開展“高超聲速防御武器系統(tǒng)概念定義”研究，每份合同經(jīng)費為100萬美元，合同周期均為2018年9月28日到2019年2月28日，共5個月。統(tǒng)計顯示，這21份合同一共授予給了8家承包商（或團隊），分別是洛克希德·馬丁公司、雷神、諾斯羅普·格魯門公司、波音、通用原子航空系統(tǒng)、德雷珀實驗室、BAE系統(tǒng)和L3科技公司，涉及的攔截方案包括動能/非動能（包括激光、電磁等武器）、陸基/空基/天基、改進/新研、助推段/末段攔截等各種概念。

這一舉動表明：（1）MDA對攔截方案目前仍處于發(fā)散探索的早期階段；（2）MDA對發(fā)展高超聲速防御能力非常重視和急迫；（3）這些方案不一定是多選一，而很可能會選出多個方案，針對高超聲速導彈構(gòu)建多重攔截的防御體系。