形形色色的高超声速武器(二):助推滑翔飞行器

时间:2022-08-27 21:11:21 | 浏览:481

出品:科普中国作者:岳江锋策划:宋雅娟监制:光明网科普事业部高超声速助推滑翔飞行器是在一定初速下,依靠气动升力和离心力,克服自身重力,在大气层内做远距机动滑翔的飞行器。其显著特点是利用助推火箭达到高超声速或从近地轨道离轨再入大气层,在无动力

出品:科普中国

作者:岳江锋

策划:宋雅娟

监制:光明网科普事业部

高超声速助推滑翔飞行器是在一定初速下,依靠气动升力和离心力,克服自身重力,在大气层内做远距机动滑翔的飞行器。其显著特点是利用助推火箭达到高超声速或从近地轨道离轨再入大气层,在无动力条件下,仅依赖气动力进行滑翔飞行。近年来,以美俄为代表的世界先进军事国家按照既定框架,积极推进高超声速助推滑翔飞行器的研发,取得了显著的技术突破和研制进展。

从名噪一时的“猎鹰”计划说开去

在高超声速助推滑翔飞行器方面,美军开展了长期的探索。其中,美国空军和国防先期研究计划局(DARPA)推出的“猎鹰”计划曾名噪一时。在“猎鹰”计划下,美军设计了HTV-2飞行器(HTV为“高超声速滑翔飞行器”英文简称)。它使用了优化设计的乘波外形,以提高升阻比。由于它的高超声速飞行时间较长,理论射程达10000千米以上,必须进行防热、气动和控制的一体化设计,研制难度远高于一般的再入飞行器,这也注定了其“命运多舛”。2010年4月和2011年8月,两次HTV-2飞行试验均以失败告终,随后“猎鹰”计划也宣告下马。

“猎鹰”计划HTV-2飞行弹道示意图(图片来自网络)

此后,美国防部确定以陆军的“先进高超声速武器”(AHW)项目方案为主攻技术方向,继续发展高超声速助推滑翔技术。AHW是由美军联合发展的“常规快速全球打击”(CPGS)计划的关键组成部分,于2003年启动,目标是发展可在30分钟内打击地球任意目标的高超声速助推滑翔技术。这种飞行器采用了三级推进系统,第一级和第二级采用的是“北极星-A3”发动机,这两级发动机可将速度推进至10马赫,而最后一级采用的是S1A发动机,使得最大速度可达14马赫。因为不需要进行变轨,所以导弹在进入大气层后将会实现致命一击。据称,AHW可在35分钟的飞行时间内飞行6000千米,精度圆概率误差小于10米。

AHW外观与飞行效果示意图(图片来自网络)

高超声速助推滑翔技术在美三军已“遍地开花”

在AHW的基础上,美国国防部2018年10月提出发展“通用型高超声速滑翔体”(C-HGB),未来形成陆、海、空基助推滑翔高超声速导弹。在国防部层面,美国防部及军兵种高层已签署“高超声速助推滑翔技术开发及总体目标”备忘录,计划建立“常规快速打击通用高超声速滑翔体”董事会,由美陆军高层担任主席,负责协调管理通用型滑翔体的开发,并在其牵引下,统筹发展各军种常规快速打击武器项目。

近期,由美海军牵头设计通用型滑翔体,并通过系列飞行试验进一步完善设计,下一次试验预计2019年进行。在此基础上,美海军将开发包括0.76米以上大直径整装导弹、火控系统、三联装先进载荷模块、潜艇信息系统的武器系统,并负责三军通用型武器样机的开发,于2020财年全权接管“常规快速打击”(CPS)计划。

美陆军将在通用型滑翔体基础上,开发公路机动发射系统,发展“远程高超声速武器”(LRHW)。美空军将通用型滑翔体与空射助推器进行集成,发展可从B-52轰炸机发射的“高超声速常规打击武器”(HCSW)。2018年4月,美空军已授出9.28亿美元的HCSW样机研发合同。美陆军和美空军均计划2021年实现常规快速打击武器的实用化。

俄罗斯助推滑翔飞行器的“先锋”

苏联最早发展高超声速飞行器可以追溯到上世纪70年代末至80年代初,为应对美国提出的星球大战计划,其加大对高超声速飞行器发展力度。苏联最先发展的高超声速飞行器项目也就是后来的“4202项目”。

4202项目旨在研发一种高超声速助推滑翔飞行器,由UR-100N UTTKh(北约代号SS-19)洲际弹道导弹助推至80到90千米高度,与助推段分离后,采用压低弹道进行滑翔,速度超过马赫数5,射程可达洲际弹道导弹距离(8000千米以上)。按照当时的计划,该飞行器将携带核弹头,并可以进行快速横向机动,以躲避美国陆基导弹防御系统。

在4202项目的基础上,俄罗斯发展了“先锋”高超声速助推滑翔飞行器(之前代号为Yu-71)。“先锋”是一款战略级高超声速滑翔机动弹头,最大速度可达马赫数20,可以在水平和垂直方向实现机动飞行,绕过敌方反导系统。

“先锋”飞行器规避天基反导预警卫星及“宙斯盾”舰探测示意图(图片来自网络)

“先锋”采用了带有大后掠尖前缘的扁平面对称高升阻比气动布局,后体背部布置有两片外倾的大后掠垂尾,尾部配有RCS喷口,辅助飞行姿态控制。普京表示,这种新型滑翔飞行器已经在进行批量生产,后续将用来代替传统弹头装备未来的“萨尔玛特”(Sarmat)洲际导弹,此前将先装备在苏联时期的UR-100N UTTKh洲际弹道导弹上。

“先锋”飞行器再入大气层气动加热效果图(图片来自网络)

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