美國(guó)高超聲速飛行器研制進(jìn)展

廖孟豪

近期，美國(guó)高超聲速飛機(jī)和武器有新的發(fā)展動(dòng)向，持續(xù)顯示出美國(guó)正在全力以赴發(fā)展高超聲速作戰(zhàn)能力或技術(shù)儲(chǔ)備，值得關(guān)注。

美國(guó)波音公司認(rèn)為：Ma5級(jí)高超聲速客機(jī)將在2040年前后具備技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性

2018年8月10日，英國(guó)《飛行國(guó)際》網(wǎng)站報(bào)道稱(chēng)：盡管高超聲速客運(yùn)飛機(jī)雖然聽(tīng)起來(lái)比較科幻，但事實(shí)卻是美國(guó)波音公司已經(jīng)將其列為一個(gè)重大項(xiàng)目，正在開(kāi)展相關(guān)科研工作。

波音公司2018年6月26日在一次航空技術(shù)會(huì)議上首次公布了高超聲速客機(jī)概念，并在7月份的范保羅航展上展出了相關(guān)模型。波音公司堅(jiān)信已經(jīng)找到了能夠綜合權(quán)衡速度、材料和推進(jìn)等瓶頸的方案，不但使得Ma5飛行在技術(shù)上可行，而且2040年前后在財(cái)務(wù)上也可以實(shí)現(xiàn)盈利。該公司首席技術(shù)官格雷格·希斯羅普（ Greg Hyslop）表示，“它并不像人們想象的那么難。當(dāng)然確實(shí)也比較難。”

波音公司的高超聲速客機(jī)概念方案最大速度為Ma5，剛好達(dá)到高超聲速的門(mén)檻。該公司分析認(rèn)為，Ma5.0是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、推進(jìn)和燃料技術(shù)能夠達(dá)到的極限。該公司高超聲速首席科學(xué)家凱文·鮑卡特（ Kevin Bowcutt）表示，“我們完全可以依靠現(xiàn)有的技術(shù)和手段來(lái)研制該飛機(jī)，而不需要去發(fā)明什么新技術(shù)?！币詣?dòng)力為例，要達(dá)到Ma6.0就必須要采用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，而該技術(shù)目前尚不成熟;但Ma5.0的飛機(jī)就完全不需要超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，而是采用類(lèi)似J58那樣的渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)即可。J58發(fā)動(dòng)機(jī)在Ma2以下時(shí)采用渦輪模式工作，而速度達(dá)到Ma2以上后便將來(lái)流空氣從壓氣機(jī)直接送入加力燃燒室，以沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的模式工作。波音公司Ma5.0的高超聲速客機(jī)也將采用這種渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，只不過(guò)工作模式的轉(zhuǎn)換速度會(huì)比Ma2要更高一些。凱文·鮑卡特對(duì)高超聲速飛行器非常熟悉，是X-51A的設(shè)計(jì)師，被譽(yù)為“×-51A之父”。X-51A采用JP-7作為燃料和冷卻劑。但由于高超聲速客機(jī)的速度不用超過(guò)Ma5.0，因此不需使用JP-7。高超聲速客機(jī)的燃料選項(xiàng)包括標(biāo)準(zhǔn)化的Je卜A燃料、液體甲烷或兩者的組合。

波音公司選擇Ma5.0作為飛機(jī)的最大速度，還有結(jié)構(gòu)材料方面的考慮。如今，大量應(yīng)用在飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)化鈦合金材料已經(jīng)有足夠的強(qiáng)度能夠在6000C的溫度下正常使用，而不必采用難以制造的陶瓷基復(fù)合材料。但一旦速度達(dá)到Ma6.0，飛機(jī)就必須采用鎳基合金而不是鈦合金，必須采用不夠成熟的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)而不是渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

格雷格·希斯羅普把高超聲速客機(jī)與超聲速客機(jī)進(jìn)行了對(duì)比，Ma2的“協(xié)和”超聲速客機(jī)理論上能夠使用同一班機(jī)組在一天內(nèi)跨大西洋飛行2次，但高超聲速客機(jī)理論上能夠適應(yīng)同一班機(jī)組在一天內(nèi)跨大西洋飛行4-5次。運(yùn)營(yíng)效率的優(yōu)勢(shì)將使得高超聲速客機(jī)比超聲速客機(jī)更具吸引力。

AGM-183A——美空軍正式賦予“空射快速響應(yīng)武器”項(xiàng)目發(fā)展的高超聲速導(dǎo)彈編號(hào)

2018年8月7日，美國(guó)《航空周刊與空間技術(shù)》網(wǎng)站報(bào)道稱(chēng)，美空軍全壽命周期管理中心授予洛克希德·馬丁公司“空射快速響應(yīng)武器”（ ARRW）項(xiàng)目高超聲速導(dǎo)彈研制合同，并正式賦予該導(dǎo)彈編號(hào)AGM-183A。

該合同金額為7.8億美元，合同周期截止到2023年。在“戰(zhàn)術(shù)助推滑翔”（ TBG）項(xiàng)目成果基礎(chǔ)上，ARRW項(xiàng)目正在研制一型空射型高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈。與此同時(shí)，美空軍還在同步開(kāi)展“高超聲速常規(guī)打擊武器”（ HCSW）項(xiàng)目，并在2018年4月授予了洛克希德·馬丁公司總額9.28億美元的研制合同。其中，具體承擔(dān)ARRW項(xiàng)目的是洛克希德·馬丁導(dǎo)彈與火控分公司，承擔(dān)HCSW項(xiàng)目的是洛克希德·馬丁公司航天分公司。HCSW項(xiàng)目旨在研制一型固體火箭助推、GPS制導(dǎo)的高超聲速導(dǎo)彈，計(jì)劃在2022財(cái)年配裝現(xiàn)役作戰(zhàn)飛機(jī)形成早期作戰(zhàn)能力。而ARRW項(xiàng)目進(jìn)度更加激進(jìn)，計(jì)劃在2021年形成早期作戰(zhàn)能力。洛克希德·馬丁公司同時(shí)也是TBG項(xiàng)目的總承包商，目前正在開(kāi)展該項(xiàng)目關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審（ CDR）階段的科研工作，計(jì)劃在2019年開(kāi)始進(jìn)行飛行演示驗(yàn)證。TBG項(xiàng)目飛行試驗(yàn)瞄準(zhǔn)的射程為500nm（約926km）o根據(jù)美空軍公布的文件，ARRW項(xiàng)目共收到了來(lái)自波音、雷神和洛克希德·馬丁三家公司的競(jìng)標(biāo)方案，并最終選擇了洛克希德·馬丁公司作為唯一總承包商。

美空軍評(píng)估認(rèn)為雷神公司方案的助推器尺寸和性能無(wú)法滿(mǎn)足射程要求，生存力和毀傷性能因?qū)б^方案而偏離基線(xiàn)要求，且導(dǎo)引頭方案無(wú)法滿(mǎn)足進(jìn)度要求?？傊?，雷神方案無(wú)法滿(mǎn)足進(jìn)度要求。對(duì)波音方案的評(píng)估結(jié)果也是進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)過(guò)高。即便波音方案提出的是在合同授予后96個(gè)月內(nèi)（這已經(jīng)比要求晚了60個(gè)月）交付導(dǎo)彈，但美空軍仍然認(rèn)為波音的進(jìn)度計(jì)劃過(guò)于“樂(lè)觀”。而且更重要的是，波音提交的方案實(shí)質(zhì)上是一種彈道再入式導(dǎo)彈，而不是美空軍要求的助推滑翔導(dǎo)彈。

美空軍認(rèn)為洛克希德-馬丁公司的方案是唯一能夠滿(mǎn)足進(jìn)度要求的方案，由于充分吸收了TBG項(xiàng)目的成果，且在一些重大部件上實(shí)現(xiàn)了通用，因此節(jié)省了大約24個(gè)月的周期。但美空軍也評(píng)估認(rèn)為，氣動(dòng)外形、前緣結(jié)構(gòu)、雷達(dá)罩等技術(shù)在向產(chǎn)品轉(zhuǎn)化時(shí)仍然具有較高風(fēng)險(xiǎn)，不過(guò)由于TBG項(xiàng)目已經(jīng)完成了大量設(shè)計(jì)分析和風(fēng)洞試驗(yàn)，且TBG項(xiàng)目仍在不斷取得進(jìn)展，相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)持續(xù)得到減弱和降低。

美國(guó)洛克達(dá)因公司成功完成了ARRW項(xiàng)目助推火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在極端環(huán)境下的熱試車(chē)試驗(yàn)

2018年8月7日，英國(guó)《飛行國(guó)際》網(wǎng)站報(bào)道稱(chēng)，美國(guó)航空噴氣集團(tuán)洛克達(dá)因公司成功完成了美空軍“空射快速響應(yīng)武器”（ARRW）項(xiàng)目高超聲速助推滑翔導(dǎo)彈用助推火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的兩次熱試車(chē)。

該型助推火箭將用于支撐完成ARRW項(xiàng)目的初步飛行試驗(yàn)。洛克達(dá)因公司稱(chēng)，利用美空軍研究實(shí)驗(yàn)室位于愛(ài)德華茲空軍基地的試驗(yàn)設(shè)施，公司日前（具體日期未公布）分別完成了在模擬極低和極高環(huán)境溫度下的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱試車(chē)，驗(yàn)證了該型發(fā)動(dòng)機(jī)在各種作戰(zhàn)環(huán)境下的性能。目前，洛克希德·馬丁公司是ARRW項(xiàng)目的主承包商，洛克達(dá)因公司則是該項(xiàng)目負(fù)責(zé)助推火箭的子承包商。洛克達(dá)因公司CEO兼總裁艾琳·德雷克表示，“本輪地面熱試車(chē)驗(yàn)證了我們火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的魯棒性能夠滿(mǎn)足下一代空射導(dǎo)彈助推器的要求。目前正在進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析工作，數(shù)據(jù)分析結(jié)果將幫助我們確認(rèn)該型發(fā)動(dòng)機(jī)的彈道、熱、結(jié)構(gòu)和點(diǎn)火模式等關(guān)鍵性能?！?/p>