确保未来霸权,打破矛与盾的平衡,浅议美国高超音速飞行器的发展

时间:2022-08-27 21:11:29 | 浏览:510

前言自从飞艇/飞机出现并应用到战场中,战争的形式从平面二维发展到空间三维。在被来自空中的打击弄得猝不及防之后,防空便应运而生!自此,防空和空袭互为矛盾,成为一对相克相生的双生子,如DNA的双螺旋链般交替上升,永世纠缠。二战后期,以V1,V2

前言

自从飞艇/飞机出现并应用到战场中,战争的形式从平面二维发展到空间三维。在被来自空中的打击弄得猝不及防之后,防空便应运而生!自此,防空和空袭互为矛盾,成为一对相克相生的双生子,如DNA的双螺旋链般交替上升,永世纠缠。二战后期,以V1,V2为代表的导弹出现后,便以其独特的高精度,远射程和传统防空方式难以拦截的高速度等特点,成为了暨飞艇和飞机之后的第二种来自空中的致命打击,矛与盾的平衡短暂偏向了矛。

V2导弹

矛的锋利刺激了盾的发展。二战后,传统的防空火炮已经退居末端防御,而防空导弹得到了极大的发展,以拉姆,S350,爱国者,S400,TMD等为代表的现代防空导弹覆盖了从超低空到近太空的几乎所有空域,能拦截从无人机到洲际导弹甚至是低轨卫星等几乎一切飞行物!矛与盾的平衡再次来到了盾的一边,导弹面临着自诞生以来最大的危机。正式在这种背景下,高超音速飞行器便应运而生。

防空导弹让传统导弹遇到了危机

高超音速飞行器简析

高超音速飞行器又称“近空间高超音速飞行器”,是指在离地面20~100km的大气层内(近空间)飞行,且速度大于5马赫的飞行器。高超音速飞行器代表了未来作战的重要方向。也正因此,高超音速飞行器的动力系统“超燃冲压发动机”虽然是喷气式发动机的一种,但仍然被外界认为是继“螺旋桨发动机”“喷气式发动机”之后的“第三次动力革命”

高超音速飞行重要的“滑翔概念”最早在二战期间被德国科学家发现,火箭专家桑格尔将这项技术运用到军事领域,并于1940年开始秘密研制银鸟空天轰炸机。不过该项目由于二战的结束而告终,仅停留在图纸上。

银鸟空天轰炸机示意图

1948年,在美国工作的我国著名科学家钱学森在研究了相应的资料之后,提出了自己的独特见解:“认为只要有足够先进的热防护技术,就能让飞行器在特定的高度层以高超音速持续滑翔飞行”。这就是著名的“钱学森弹道”(也叫“助推-滑翔”弹道)。按照他的理论计算,采用这种方式可以将当时的弹道导弹的射程提高一倍,而且更加难以拦截。

钱学森是公认的超高音速领域的权威

高超声速飞行器分类这块,根据分类依据不一样,有很多种分类,非常繁杂。目前各国通行的分类有方式是根据“使用功能的不同”来划分,分为三种:

一:“快速打击时间敏感性目标”的高超音速飞行器

二:“全球快速到达”的高超音速飞行器

三:“快速进出空间”的高超音速飞行器—空天飞行器

其中,“快速打击时间敏感性目标”的临近空间高超音速飞行器技术难度相对较低,也是目前各国重点研究的对象,后两类飞行器还处于探索阶段。

PS:这是一级划分,然后在一级划分的基础上,再进行二次划分甚至多少划分。比如,根据“动力形式的不同”再次细分为火箭发动机式吸气式

俄罗斯Kh90型高超音速飞行器

高超音速飞行器的优势

相对于主流的武器,高超音速飞行器有三个优势:

一:飞行速度快,打击范围广。高超音速飞行器速度一般在5~10马赫之间,最短只要2小时便可以打击全球任何目标。

二:探测难度大、突防能力强。高超音速飞行器主要在高度较低的近空间内飞行,受地球曲率的影响,远程预警雷达对高超音速飞行器的探测距离会受到一定的限制,而且高超音速飞行器的楔形“乘波体”构型具有减小电磁波后向散射的作用远程预警雷达的探测距离被进一步压缩;此外,高超音速飞行器速度极快,在雷达覆盖范围内的“通过时间”极短,这会导致雷达探测回波数量极少极大概率会被雷达自动忽略,不易被雷达发现;即使被雷达发现,由于高超音速飞行器复杂多样的外观特性,要在短时间内实现“可靠识别,目标的高精度分辨和诱饵的排除”也基本不可能。雷达都抓瞎了,地面防空武器系统就更不要说进行有效拦截了;因此,高超音速飞行器的突防概率是极高的。

高超音速飞行器对现有雷达构成了严重挑战

三:相同体积重量,射程更远,威力更大。高超音速导弹主要在空气稀薄的近空间飞行,飞行阻力很低,还能利用大气层的乘波和滑翔效应,因此射程比普通导弹远很多,基本都在几百甚至数千公里;此外,根据动能公式可知:在质量不变的前提下,速度越快,动能越大。高超音速飞行器由于其巨大的飞行速度,其动能相当可观,与传统的导弹相比,在同样质量的情况下,威力也将增大很多。

美国高超音速飞行器发展

作为一种方兴未艾的新技术,高超音速飞行器目前处于高速发展的阶段。以美国为例,作为世界唯一的超级军事大国,美国对于能保持其军事领先的技术都非常上心,三种高超音速飞行器都有涉猎,研制了多款高超音速飞行器。比如:

X-51A,AHW(快速打击时间敏感性目标的高超音速飞行器,属于超燃冲压动力系统);

HTV-2(全球快速到达的高超音速飞行器,属于无动力滑翔系统);

NASP,X-33(快速进出空间的高超音速飞行器,属于空天飞机)”

横跨了高超音速飞行器几乎所有的领域。

不过美国似乎进展并不是很顺利,X-51A仅进行了四次飞行,并没有正式投入生产,仅作为后续其他项目的技术储备;HTV-2仅建造两架,在两次试验都失败后,整个项目面临取消的危险。

X-51A

AHW属于HTV-2的后续项目,应用了HTV-2的实验数据,在吸取了HTV-2项目性能指标过高的教训后,AHW项目大幅度调低了指标,于2011年成功进行了首次试验,AHW项目是美国“常规快速全球打击”(CPGS项目的重要组成部分。

AHW项目发射试验

AHW的滑翔体部分

不过随着“常规快速全球打击”(CPGS被更改为“常规快速打击”(CPS),删除了原名中的“全球”(Global)一词,这似乎显示了美国在高超音速飞行器研究上遇到了巨大的困难,至少短时间内无望实现“全球快速打击”!而作为“常规快速全球打击”(CPGS)组成部分的AHW项目也存在被取消的风险。

目前美国还在进行的高超音速飞行器项目有:“常规快速打击”(CPS)项目,高超音速常规打击武器(HCSW)项目和空射快速响应武器(ARRW)项目

CPS项目是美国“常规快速全球打击”(CPGS项目的降级产物,目前隶属于美国海军,但是据悉会成为三军通用的武器,以便于快速形成战斗力和省钱。CPS导弹将是一款标准的中程导弹,由于三军通用化的要求,该型导弹的弹径不超过0.76米,长度不超过8米。使用高超音速滑翔弹头,最大速度12马赫,最大射程可达2500公里。不过目前CPS项目进展一般,项目预算已经安排到了2024年,2020~2024年预计累计投资超过9.7亿美元,计划是在2025年完成研制,不过按照美国目前的进度,能在2030年用上CPS导弹就该谢天谢地了。

CPS项目的滑翔体弹头

高超音速常规打击武器(HCSW)项目仅隶属于美空军,同样是高超音速中程导弹,不过采用的是外观更加传统的双锥体高超音速滑翔弹头,技术来源于AHW项目。重量高达9吨的HCSW仅能由B52H和B1B战略轰炸机携带,射程超过4000公里。是未来美国远程打击的主力。不过高昂的价格和使用平台的限制,该型导弹更适合攻击高价值的目标。研发进度上比照CPS,计划在2025年完成研制,不过同样能在2030年用上就该谢天谢地了。

HCSW?

空射快速响应武器(ARRW)项目就是大家熟知的AGM-183A导弹,是目前进行的这三个项目里最先进的一个项目,弹头使用了更加先进的乘波体结构(美国还是不死心啊)。

所谓的乘波体,是一种外形是流线形, 所有的前缘都具有附体激波的结构设计。这种结构在飞行时其前缘线与激波面重合,就象骑在激波的波面上,依靠激波的压力产生升力,所以叫乘波体。

携带AGM-183A导弹的B-52H战略轰炸机

AGM-183A导弹也是三个项目里射程最短的一款,最大射程在900公里,定位是一款普通战斗机也能使用的高超音速武器。美国空军对于其非常重视,在2019年~2022年这4年里至少安排了7.4亿美金的预算。作为三个项目里原本计划第一个交付使用的项目(原计划2021年9月底交付),目前却进展非常不顺利,据说是AGM-183A导弹的乘波体弹头遇到了问题。虽然美国空军在6月份公开了一组携带有AGM-183A导弹的B-52H战略轰炸机的飞行照片。但是具体什么时候能交付显然还是个未知数。

结语

目前各国在高超音速飞行器领域的竞争几乎趋于白热化。俄罗斯更是先于美国在去年便高调披露了匕首和先锋两型高超音速导弹,其中匕首导弹已于2017年12月列装部队。同时进行三个如此庞大的高超音速飞行器项目显示了美国在战略上的不自信和焦躁心情。

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