“大国标配”高超武器研制有多难

2019-12-02 04:12:38 环球时报 2019-12-02

本报特约记者 李强 柳玉鹏 本报记者 刘煊尊 刘扬

编者按:高超音速飞行器一直是大国持续关注和研发的尖端技术。俄媒11月30日报道称,俄罗斯11月首次在北极条件下使用米格-31K战斗机测试“匕首”高超音速导弹。中国官方媒体11月30日则盘点了中国高超音速飞行器研制的最新进展。那么,号称能“一小时打遍全球”的高超音速飞行器都有什么特点?设计难点又在哪里呢?

俄美加速推进高超武器化

据俄罗斯“今日经济”网11月30日报道,俄国防工业消息人士称,日前,俄军首次在俄北极地区进行了“匕首”高超音速导弹发射试验工作。报道称,11月中旬,俄军米格-31K战机首次从摩尔曼斯克地区的奥列涅戈尔斯克机场起飞,向位于俄中部科米共和国境内的片博伊靶场的地面目标发射“匕首”高超音速导弹。导弹飞行速度达到10马赫。

据报道,这种导弹实际上是“伊斯坎德尔”导弹的空基版,射程可达近2000公里。目前,携带这一导弹的米格-31战机在俄南部军区投入试验性作战值班。文章称,其他国家还没有装备类似的高超音速系统。

除了“匕首”,近段时间以来,俄媒体不断报道俄各类高超音速武器的消息。俄塔斯社11月22日称,俄军将于年底之前在北方舰队的一处靶场再次试射“锆石”高超音速反舰巡航导弹。俄总统普京此前在俄罗斯西北部城市加里宁格勒登上“轰鸣”号导弹护卫舰。该舰将装备“锆石”高超音速导弹(如图)。塔斯社的文章称,“锆石”高超音速反舰巡航导弹射程可达1000公里,其最大飞行速度可达9马赫。目前,“锆石”高超音速反舰导弹已进行了10多次试射。

而据俄罗斯卫星网11月25日报道,11月8日,俄副防长阿列克谢·克里沃鲁奇科宣布,为太平洋舰队改装的大型反潜舰“沙波什尼科夫元帅”号和多用途核潜艇“伊尔库茨克”号将成为最新式“锆石”高超音速导弹的首批载舰。此外,据俄《观点报》11月26日报道,俄罗斯国防部表示,俄方在《新削减战略武器条约》框架内向美国检查员展示“先锋”导弹系统。今年12月该导弹系统将正式投入作战值班。该系统战斗部能以20马赫以上速度在大气层中飞行。

以美国为首的西方国家持续投入巨资研制高超音速武器,其中包括美澳联合开发的“高超音速国际飞行研究试验计划”HiFIRE项目、美国的“猎鹰”HTV-2、美陆军的AHW导弹项目以及X-51A项目等。▲

官媒盘点我高超飞行器进展

央视一档军事节目11月30日盘点了美俄在高超音速武器研制方面的相关情况,并对中国高超音速飞行器的研制进行了盘点。

央视报道称,“星空-2”乘波体高超音速飞行器于2018年8月进行试验,在西北某靶场由火箭发射升空,经过近10分钟飞行后完成了主动段程序转弯、抛整流罩、级间分离、试飞器释放自主飞行、弹道大机动转弯等动作,最终按预定弹道进入落区。这次试验全程光测、雷测、遥测正常,试飞器飞行可控、科学数据有效,验证了高超音速飞行器特殊外形的升力特性和横向机动能力,飞行试验圆满成功。央视援引军事专家的分析称,目前来看“星空-2”还在试验阶段,而投入到公开报道意味着前期的一些基础性试验已经完成,有了一定的技术积累,再进行下一步的工程试验。

一位匿名军事专家对《环球时报》记者表示,所谓高超音速飞行器,广义上是指速度达到或超过5马赫的飞行器。而近年来受到广泛关注的高超音速飞行器除了具备上述速度特点以外,通常是指主要飞行段在大气层内或大气层边缘的飞行器。

目前,按照飞行器本身是否带有动力装置,可以大致分为两个类型,第一种是助推滑翔型高超音速飞行器。这种飞行器的特点是使用火箭发动机将滑翔器加速到一定速度和高度后,将滑翔器释放,滑翔器通常不携带用于巡航的动力装置,滑翔器本身在大气层内或边缘依靠滑翔体产生的升力飞行,并能实施机动。

专家称,按滑翔器的气动外形,目前研制的助推滑翔型高超音速飞行器的滑翔器部分大致分为三类,一类是对称的旋成体,第二类是扁平椭圆形截面的升力体,第三类是乘波体。其中旋成体最为常规,弹道导弹的锥形弹头就属于旋成体。近些年,美澳联合开发的“高超音速国际飞行研究试验计划”HiFIRE项目,在重点研究乘波体,特别是HiFIRE-4就采用了乘波体设计。但目前乘波体的体积利用率较低,所以主要处于飞行验证阶段。得以工程化的型号中,比较先进的仍然是非对称的升力体方案。上述俄高超音速飞行器中,“匕首”和“先锋”都属于助推滑翔型高超音速导弹。美国方面近些年试验的高超音速飞行器也多是助推滑翔型,比如“猎鹰”HTV-2、美陆军的AHW导弹,美国空军正在开发的“空射快速反应武器”(ARRW)也属于这一类型。助推滑翔型高超音速武器的速度并不比传统的同级别弹道导弹更快,但弹道低、弹头机动性好,具有很强的不可预测性,中段拦截比较困难。

专家表示,助推滑翔型高超音速飞行器的难点在于滑翔器的气动设计和飞行控制以及防热材料与结构的研制。特别是气动布局和飞行控制,这除了需要大量理论计算以外,还需要更多的风动吹风试验和飞行试验。▲

吸气式发动机是主攻方向

专家称,另一种高超音速飞行器携带有用于巡航的吸气式动力装置。所谓吸气式动力装置,简单理解就是指从大气层内吸取氧气的动力装置,如超燃冲压发动机、吸气式火箭发动机等。由于动力系统可以利用大气层内的氧气,不用像火箭发动机那样携带氧化剂,所以可大幅度减小体积和重量。由于具有吸气式动力系统,它可以保持比较高速度的巡航飞行。这也意味着在飞行末段,它会有足够的速度以便实施机动。

由于飞行器的动力装置要适合从亚音速到超音速再到高超音速等多个速度段,所以使用这类发动机的高超音速飞行器通常需要采用组合动力装置,或把多种动力装置组合起来使用,以发挥不同动力装置的优点。例如,美国的X-51A就采用固体火箭发动机作为助推器,然后使用超燃冲压发动机作为巡航段发动机。前者将X-51A加速到5马赫左右,这时超燃冲压发动机启动。而计划中的美国SR-72侦察机则计划使用包含涡轮发动机超燃冲压发动机功能的组合循环发动机。“云霄塔”空天飞机则使用了“佩刀”吸气式火箭发动机。

采用吸气式发动机的高超音速飞行器可以是巡航导弹,按照俄方的描述,“锆石”反舰巡航导弹似乎属于这一类,美国在研的“吸气式高超音速武器方案”(HAWC)也属此类型。也可以是飞机,例如美国正在设计的SR-72高超音速飞行器,或是可以执行跨大气层入轨任务的空天飞机。

专家称,采用吸气式发动机的高超音速飞行器除了需要解决气动布局、控制系统等难题外,还要解决发动机问题,无论是超燃冲压发动机还是吸气式火箭发动机或组合循环发动机,目前技术都不是很成熟,这也使得这类飞行器的武器化会来得更晚些。▲

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