基本信息
高超音速,指物体的速度超过5倍音速(约合每小时移动6000公裏)以上。 高超音速飞行器主要包括3类:高超音速巡航飞弹、高超音速飞机以及太空梭。它们採用的超音速沖压发动机被认为是继螺旋桨和喷气推进之后的"第三次动力革命"。除了美军,俄罗斯、法国、澳大利亚等国也不断展开类似的试验。他们看重的正是其诱人前景。
几乎所有现代军事武器都可以在已经尘埃落定70年的第二次世界大战中找到其始祖,高超声速武器也不例外--高超声速滑翔概念的最初源头甚至还要更早一些。
在两次世界大战期间,纳粹德国在佩内明德测试新型大炮,这其中就包括一系列大口径远程列车炮。当时德国对用次口径炮弹提高射程很感兴趣,于是就用列车炮进行试验,结果有了意外的发现。当从海拔较高的地点发射这种长桿炮弹时,一样的炮弹和装葯,它的射程会比在低海拔地点发射远得多。在排除高海拔地区空气稀薄、阻力小等因素影响后,发现射程仍要远出不少。于是,德国科学家们大胆推测,长桿炮弹在飞行中段具备一定的"迎角"即炮弹几何中心线和炮弹飞行方向的角度,使其在高速飞行时具备较高的升阻比,因此在特定密度的大气中可以滑翔很远的距离。
这个原理激发了火箭专家桑格尔的灵感,他在1940年为了满足希特勒"跨过大西洋轰炸美国"的构想,设计了一种惊世骇俗的先进飞行器。这就是"银鸟"空天轰炸机,这架轰炸机採用火箭发射升空,在达到极高的速度后,以特定角度撞向大气层,在大气层中滑翔,就像巨炮所发射的那些炮弹一样。这就有如在大气上沖浪,如果速度、角度合适,那麽飞机会被几次反弹抛出大气层,然后再重新落入大气层。在飞到美国上空后就投掷炸弹轰炸目标,然后继续飞行,着陆在日本控製的太平洋岛屿上。
1948年,有一个人在研究了缴获的德国技术资料后,提出了一个新构想。他就是当时还是美国陆军上校的钱学森。他的方案与桑格尔不同,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。除了热防护,这种飞行方式也需要飞行器具有更好的高速升阻比特徵。他所提出的弹道,被人们称为"钱学森弹道"(也叫"助推-滑翔"弹道),按照他的理论计算,採用这种方式可以将弹道飞弹的射程提高一倍。
高超音速飞行器被视为下一代飞行技术,根据俄亥俄州空军研究实验室高速系统分部的负责人罗伯特·梅谢尔(Robert Mercier)介绍:"我们取得对高超音速飞行技术的掌握,就如同从螺旋桨式的飞行时代过渡到喷气式飞行时代,自莱特兄弟(Wright brothers)以来,我们一直在研究如何使飞行变得更好、更快。目前,高超音速飞行技术就是航空界潜在的前沿领域之一,我相信我们正在等待着进入这个舞台。"
高技术条件下,空战已成为决定战争胜负的主要样式。而在所有空战飞机中,战略轰炸机作战威力最大。美军欲在未来战争中独霸天空,对号称"空战之神"的战略轰炸机的发展构想,就是能够随时实现全球隐形化打击。
其中,高超音速轰炸机能在1小时之内横越大西洋,数小时之内轰炸世界任何地点,随时实现全球隐形化打击。随着美国X-51A"乘波者"高超音速无人机试验成功,美国加快了组建一体化防御系统的脚步,这种将"快速全球打击"与航天和反导技术相结合的防御,可瓦解别国核武器,使其失去威慑效能。
高超音速飞行器X-43
X-43系列高超音速飞机是美国航空航天总署秘密研製的无人驾驶飞机,看上去很像一块漂亮的沖浪板。1996年开始研製。2004年第二次试飞成功,并突破7倍音速。
高超音速飞行器X-51
X-51A是美国空军研究实验室(AFRL)与国防高级研究计画局(DARPA)联合主持研製的超燃沖压发动机验证机--乘波飞行器(SED-WR,Scramjet Engine Demonstrator-Waverider)。它由波音公司与普拉特·惠特尼(简称普惠)公司共同开发,由一台JP-7碳氢燃料超燃沖压发动机推动,设计飞行马赫数在6~6.5之间。这个计画的终极目标就是要发展一种比美国原武器库中任何一种飞弹的速度都要快5倍以上,可以在1小时内攻击地球任意位置目标的新武器。
X-51省钱是主要需求
"1小时打遍全球"是美国空军的梦想,现有技术已经赋予这种梦想走进现实的可能。不过,美国人作为天生的经济动物,干什麽都要先核算成本。当前,虽然洲际飞弹能够实现这方面的目标(编注:美国陆基洲际飞弹由空军管辖),可成本太高,用来对付常规目标完全不划算;租用海外基地同样价格不菲,并且受外交因素限製,终归不如从本土发动进攻来得方便。因此,一种成本低廉、速度够快的运载工具就有了存在的理由。
同样希望"花小钱办大事"的还有美国宇航局(NASA)。从人类摆脱地球引力的那天起,美国人就开始构想如何利用太空挣钱。1967年,休闲业大亨巴伦·希尔顿感慨:"如果(飞船)运送每吨货物的成本降低到1000美元以下,我索性把希尔顿饭店搬上月球!"为了压缩航天发射的成本,NASA于1969年啓动了"可重复使用航天器"计画,成果就是众所周知的太空梭。可事与愿违,太空梭每次出动的实际成本竟高于3亿美元,比起先前的一次性飞船来更不划算。2001年,美国富翁丹尼斯·蒂托在支付了2000万美元后,选择乘坐俄罗斯"联盟"飞船进行史上第一次太空旅游;美国太空梭却意外频发,不得不提前"退隐江湖"。这麽一来,摆在NASA面前的除了尴尬,便只有另寻出路。
美军的挚爱
屡试屡败的X-51高超音速飞行器,究竟是省钱利器还是吞金猛兽?包括其东家美国空军在内,人们至今找不到明确的答案。
被美国空军寄予厚望的X-51高超音速飞行器再度亮相,由B-52轰炸机在太平洋上空投放后进行测试。然而,由于一片尾舵突发故障,通体细长的X-51仅坚持了16秒便失控坠海,不知所蹤,它的第三次飞行试验只得草草收场。
按照美军的官方说法,X-51是为验证超燃沖压发动机技术而生。后者能让飞行器以5倍以上音速飞行,甚至有可能达到25倍音速并突破大气层。虽然X-51目前尚未武器化,五角大楼的兴趣不单缘于其罕有敌手的速度,还在于对廉价全球打击方案的向往。
三大优势无以伦比
由于需求高度一致,美国空军和NASA,就发展理论上具备极高经济效益的超燃沖压发动机技术一拍即合。2004年,NASA率先推出X-43试验飞行器,第二次试飞即突破7倍音速,一举重新整理大气层内飞行速度的记录。此后不久,满怀希望的美国空军全面接手研製工作,以NASA的成果为基础,啓动了更复杂的X-51项目。按照美国空军的描述,以X-51为代表的高超音速飞行器,至少具备三大"省钱秘笈"--
节约作战兵力。以往,美军发动空袭总要兴师动众:战斗机护航、电子干扰机开路、预警机指挥、加油机保障……才能顺利地把炸弹扔下去。反观高超音速飞行器,凭借无与伦比的速度和高度优势,它能单枪匹马越过敌方防线,无须夺取製空权也可摧毁地面目标。仅装备少量就足够维持全球打击能力,如此诱惑,怎能不让人心动?
资源消耗少。以往的高超音速飞行器多以火箭为动力,但火箭的"肚量"实在吓人,以美国"大力神"火箭为例,向近地轨道运送13吨载荷,竟要消耗燃料600吨以上,氧化剂佔了其中大头。X-51使用的超燃沖压发动机和普通飞机类似,吸入空气充当氧化剂,飞行器本身仅携带航空燃料,称得上"勤俭持家"。同时,由于X-51飞行高度达6万米,这个高度的空气密度低,飞行阻力只有传统飞行器的几十分之一,加之该飞行器本身採用低阻力系数外形,用不着多麽夸张的动力就能维持高速飞行,自然不会耗费太多燃料。
简单可靠。超燃沖压发动机的工艺相对简单,整体结构类似一个带扰流板的腔体,甚至不需要多少活动部件。相对于传统喷气发动机动辄几十上百个涡轮叶片的复杂结构,超燃沖压发动机便于大规模製造,也不爱闹毛病,显然更容易压缩成本,让五角大楼省钱。
又一头吞金猛兽
尽管上述优势十分诱人,X-51项目从2010年至今的3次试验却无一完全成功,预示着其前景或许不似原先想象得美妙。有分析称,由于没有任何设施能够"人造"高超音速气流,X-51无法进行地面模拟试验,导致未知因素过多,只能通过实践摸索;其次,高超音速飞行器对材料工艺和加工精度实际要求极高;另外,超燃沖压发动机的工作条件相当苛刻,只能採取由轰炸机挂载到高空再投放的试飞方式,短时间内尚无法开发出自主起降能力。
用于挂载高超音速飞行器的B-52轰炸机以上缺陷极大地限製了X-51的进一步发展,迅速投入实战更是无从谈起。尽管美国空军发言人信誓旦旦地宣称"沖击更高飞行速度的脚步不会停下",泼冷水者亦不在少数。曾任俄罗斯航天司令部战役局局长的维克托·斯塔鲁欣少将就此评论:"美国的高超声速飞行器,从技术观点看是不大可信的,从军事经济观点看则是不适宜的。"
即便X-51摆脱了屡试屡败的魔咒,其现实效益也很难在短期内得到体现。和其他许多成本控製失灵的尖端武器项目类似,美国空军从NASA手中接过的,或许是又一头吞金猛兽。
高超音速飞行器x-51a
X-51A(又名:"乘波者"),为美国军方最新研发的实验型高超音速飞行器。美国X-51A型高超音速飞行器成功完成最后一次试飞。此前,"乘波者"共进行过三次试飞,均未能实现以6倍音速飞行300秒的初始计画。X-51A超燃沖压发动机技术将套用到其他领域,比如研发可一小时内攻击全球任一目标的武器。
高超音速飞行器HTV
除了研发X-51A外,美国防部高级研究计画局(DARPA)还有HTV计画,是高超音速轰炸机的原型,但是其在2011年8月的测试中坠毁,工程师希望其能达到20马赫的飞行速度。2011年进行的HTV任务历时9分锺,但是飞行器只进行了大约3分锺的可控飞行,它与X-51A相比,HTV并没有配备吸气式的超燃沖压发动机。
高超音速飞行器B-3
美国飞机研製专家正精心设计一种能以5倍音速飞行的高超音速隐形战略轰炸机B-3,在2030年左右替代时下的B-2隐形轰炸机,独霸新世纪的天空。设计中的B-3隐形战略轰炸机的作战能力将不同凡响,主要表现在三个方面:惊人的高超音速远程飞行能力,可在1小时之内轰炸世界任何地点;力求最佳的隐形效果;强大的攻击能力,其载弹量将达到或超过B-52的水準,因此它将成为轰炸机中的"大哥大"。
高超音速飞行器SR-91
"曙光女神"高超音速战略侦察机
国别:美国
类型:侦察机
型号:"极光"/"曙光女神
研製单位: 保密未公开 造价:研发费用大约为44亿到80亿美元,购买24架大约还要100亿到240亿美元
现状: 保密未公开
"曙光女神"高超音速侦察机(Aurora),又名"极光",据称其正式编号为CP-140或SR-91 ,是美国续SR-71"黑鸟"战略侦察机之后新一代战略侦察机。尽管美国官方一再否认该机的存在,但有越来越多的证据表明该机已存在多年,只是美国军方的保密工作做得极好,如同当年的B-2。
高超音速飞行器SR-72
SR-72侦察机临界鹰战略隐身多用途飞机(ENGLISH:Lockheed Martin SR-72)是由美国洛克希德·马丁公司于2007年提出的新型战略隐身多用途飞机概念,该型机本身涵盖完整的侦察系统并可携带在超高至临界空域的新型武器,集情报收集、侦察、监控、打击等诸多功能为一体[1]。
SR-72高超音速无人侦察机主要用于取代上世纪70年代研製的SR-71"黑鸟"高速高空侦察机,其最高飞行速度将达到惊人的马赫数6(也就是声音速度的6倍),是SR-71高速高空侦察机最大飞行速度的两倍,是目前第四代战斗机最大飞行速度的三倍,甚至其飞行速度比一些常见的飞弹还要快,堪称人类製造的"最快飞机"。因为其速度优势,高超音速飞行器对21世纪防空系统的压力极大,一些着名的地空飞弹,如美国的"爱国者"、俄罗斯的S-400和中国的红旗-9甚至无法追上这种飞机,从而无法拦截和击落它[2]。
高超音速飞行器XS-1
英国《简氏防务周刊》网站7月31日发表题为《五角大楼用于发射卫星的无人机进入研发新阶段》的报道称,根据7月28日的一份声明,美国国防部高级研究项目局日前根据契约变更条款,向波音公司追加了660万美元,以继续研发XS-1试验型太空飞机。
该项目旨在研发一种可重复使用的无人发射器,其成本、操作方式和可靠性与现代飞机类似,能将3000至5000磅(1磅约合0.454千克)的小型载荷卫星送入低地球轨道。
可重复使用的第一级能够在亚轨道高度作高超音速飞行。当达到适当的速度和高度后,一个或多个一次性的其他级将与第一级分离,并将小型卫星送入低地球轨道。之后,可重复使用的第一级将返回地球,为下次飞行做準备。
美国国防部高级研究项目局在声明中称,在1B阶段,波音公司负责研发XS-1的展示概念和核心技术。加上1B阶段的投入,迄今波音公司研发团队获得的经费总额已经从1000万美元增加到1660万美元。其中波音公司提供了600万美元,其余部分由美国国防部高级研究项目局提供。预计1B阶段的工作将于2016年8月之前完成。
高级研究项目局计画明年举行第二阶段竞赛,以决定哪支团队获得製造XS-1的契约并进行展示飞行。
高超音速飞行器X-37B
X-37B空天战斗机是由美国波音公司研製的无人且可重复使用的太空飞机,由火箭发射进入太空,是第一架既能在地球卫星轨道上飞行、又能进入大气层的航空器,同时结束任务后还能自动返回地面,被认为是未来太空战斗机的雏形。其最高速度能达到音速的25倍以上,常规军用雷达技术无法捕捉。
高超音速飞行器Yu-71
俄罗斯战术飞弹系统公司的总经理鲍裏斯·奥布诺索夫曾经在2014年11月指出,配备Yu-71高超音速飞行器的第1枚飞弹将在2020年以前出现。按照鲍裏斯·奥布诺索夫的估计,即将装备的高超音速飞弹飞行速度将达到6~8马赫。如果研发顺利,新飞弹的飞行速度远远超过这个速度。
但也有专家认为,这个时间表过于乐观,俄罗斯根本不可能在2025年以前生产出24枚"萨尔玛特"重型洲际飞弹及其搭载的Yu-71高超音速飞行器。那麽其原因究竟是什麽呢?本文将予以分析。
实际上,早在20世纪80年代,在裏根政府啓动"星球大战"飞弹防御计画之时,俄罗斯就已经在研製高超音速飞行器。但由于多方面的原因,俄罗斯的高超音速飞弹屡次失败。即便是在今年的高超音速飞弹试射中,由SS-19飞弹携带的Yu-71高超音速飞行器的试验再次败北。因此有专家认为,Yu-71高超音速飞行器要取得成功,尚需一定的时日,而这将导致其过于乐观的时间表被打破。
高超音速飞行器伊尔-76高超音速飞行器
俄罗斯正在改装伊尔-76作为高超音速飞行器的发射平台。
高超音速飞行器锆石新型高超音速巡航飞弹
据国防科技信息网3月18日报道,来自俄罗斯国防工业部门高级官员的讯息称,俄罗斯已经完成了俄罗斯海军"锆石"新型高超音速巡航飞弹的首次试射。据国防科技信息网3月18日报道,来自俄罗斯国防工业部门高级官员的讯息称,俄罗斯已经完成了俄罗斯海军"锆石"新型高超音速巡航飞弹的首次试射。
系统特点
2014年1月16日文章称,美国担心中国具有"一小时打遍全球"的高超音速飞弹,担心可突破其反导系统。国防部15日就高超音速飞行器试验回响媒体询问时表示,"我们在境内按计画进行的科研试验是正常的,这些试验不针对任何国家和特定目标。"
专家称美先打破战略平衡
香港《大公报》16日文章援引北京航空航天大学高级研究员刘江平观点表示,高超音速飞行器除了速度优势外,还具有轨迹复杂的特点,令拦截更加困难。弹道飞弹轨迹相对固定,虽然可以变轨,但在末段和中段还是有可能实施拦截;高超音速飞行器又被称为"驭波武器",是多段轨道,现阶段中段侦听技术还没法拦截。若只有美国掌握这项技术将对别国构成安全威胁,打破战略平衡,因此中国有必要发展这类武器加以反製,与威胁抗衡。
刘江平认为高超音速飞行器沖压发动机技术复杂,同时对气动外形的要求非常高,若中国首次试验就达到十倍音速,参考美国此前取得过的成果,还有进一步提高的空间。
高超音速是指物体移动的速度超过5倍音速(马赫),按照这个速度计算,如果从乌鲁木齐飞到上海,只需30分锺甚至更短时间。
美忌惮中国高超音速飞弹
文章指,美国对中国进行高超音速飞行器试验表现出高度敏感,此前美国曾进行过两次同类试验均告失败,如果中国试验成功,无疑将走在世界前列。因此,美国担心中国具有"一小时打遍全球"的高超音速飞弹,担心可突破其反导系统。
一位内地军事专家直言:"美国一贯是于己有利就大肆宣扬,于己不利便抹黑对手。"20倍音速的高超音速武器美军都试验过,战略平衡早被打破,只是美国不情愿别国也加入"全球快速打击俱乐部"而已。
据美国专家透露,高超音速巡航飞弹技术先进,开发研製一直面临许多难题,如推进技术、一体化设计、材料工艺等,美国的研究成果可圈可点,而许多国家研製多年却一直未有成果。
动力系统可移植巡航飞弹
《大公报》文章称,如果高超音速飞弹研製成功,可以将此动力系统移植到巡航飞弹上,大大提高它的机动速度,使飞弹的战斗力显着提高。
高超音速巡航飞弹较现有的巡航飞弹主要有以下优势:
一、反应速度快,亚音速巡航飞弹打击1000公裏外的目标需要1个多小时,高超声速巡航飞弹不需要10分锺。
二、突防能力强,现有巡航飞弹主要依靠超低空飞行与隐身技术突破防御,由于速度相对较慢,暴露后很容易被拦截,对于在高空飞行的高超音速巡航飞弹来说,现有的防空武器基本无计可施。
三、破坏能力大,高超音速武器具有惊人的动能,对钢筋混凝土的侵袭深度可达十几米,特别适合打击深埋地下的指挥中心等坚固目标。













