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日前,据俄罗斯媒体报道,俄罗斯海军已经完成了“锆石”新型高超音速巡航导弹的首次试射.该型导弹的飞行速度马赫数被普遍认为在5～6左右,射程约为400千米,并将配装到“彼得大帝”号核动力巡洋舰,预计于2022年完成改装工作.为什么一种新型导弹的研制能在世界范围内引起广泛关注?笔者认为,答案或许就在高超音速上.
高超音速,指物体的速度达到5倍音速（即5马赫）以上.高超音速飞行器主要包括三类：高超音速巡航导弹、高超音速飞机以及航天飞机.与主流喷气式飞行器相比,它们的设计飞行高度处于距离地面20～100千米的临近空间,通过超燃冲压发动机实现了从超音速到高超音速的跨越.作为当前军事领域前沿科技的热点项目,高超音速飞行器在美、俄等主要军事国家的发展方兴未艾,并被全力打造为空天对地打击背景下的“杀手锏”武器.美军HTV-2再入大气层示意图
美国—完整构建高超音速装备体系
“1小时攻击世界任何地点”—围绕“常规快速全球打击”和“作战快速响应空间”这两大战略,美国积极开展高超声速飞行领域的技术研究,并取得了一系列成果.而事实上,作为该领域的先行者,数十年来美国始终致力于高超声速飞行器的研发.早在20世纪60年代,美国航空航天总署研发的X-15飞行器就突破了5倍声速;近几年,美国更是接连验证了高超声速气体动力学、飞行器设计、热防护、材料及动力系统等关键技术,力图构建完整的高超声速装备体系.
以美国X-43系列高超声速飞机为例,这种看上去很像一块冲浪板的无人驾驶飞机,从1996年开始研制,到2004年第二次试飞成功,前后共用了9年时间,最终突破7倍声速;“乘波飞行器”X-51系列是由美国空军研究实验室与国防高级研究计划局联合主持研制,这一验证机的终极目标是要发展一种比美国原武器库中任何导弹的速度都要快5倍以上的快速反应武器.
尽管X-51系列的研发进程略显曲折,但美国仍通过对高超声速飞行领域研究成果的转化吸收,接连提出了HTV高超声速轰炸机、SR-91“曙光女神”高超声速战略侦察机以及SR-72高超声速无人侦察机等一整套研制计划.其中,最为人所熟知的莫过于X-37B空天战斗机.
作为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,X-37B被研发方美国波音公司定位为无人且可重复使用的太空飞机.它由火箭发射进入太空,最高速度能达到声速的25倍以上,常规军用雷达技术都无法对其进行捕捉.此外,X-37B在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.
就在美国2017财年军事预算预览出炉之际,军火巨头洛克希德·马丁公司最近率先宣布：公司已在高超声速飞行器领域取得重大突破,可有效突破潜在对手的防空系统,解决对抗“区域拒止/反介入”战略的距离问题.对此,不少美方分析人士表示,速度为马赫数5的飞行器不仅可以在对手现代化的防空导弹和战斗机作战半径外发射,还能够及时击中目标,充分确保空天打击的现实效能.
俄罗斯—全力打造核常兼备武器平台
与美国旨在构建完整装备体系的设计理念截然不同,俄罗斯的高超声速飞行器研究更具有战略层面的现实需求.特别是在2001年之后,随着美国正式退出《反弹道导弹条约》,高超声速飞行器的研制再一次引起俄的关注,并开始了新一轮的研试工作.
早在20世纪80年代美国里根政府启动“星球大战”导弹防御计划之时,俄罗斯就已经在研制高超声速飞行器.苏联著名导弹设计局—机械制造科研生产联合体提出发展一种可以携带“滑翔有翼再入飞行器”的洲际弹道导弹项目,被称作“信天翁”项目,其滑翔飞行器被称为Yu-70.Yu-70采用SS-19导弹作为助推系统,滑翔高度为250～300千米,并具备一定的机动性,可有效避开美国弹道导弹防御系统的拦截.但由于受到苏联解体等多方面的原因,该项目最终以失败告终.
2010年,美俄两国签订新版《削减战略武器条约》,但奥巴马政府认为高超声速助推滑翔飞行器由于和传统弹道导弹飞行轨迹不同,不应被列入该条约.这意味着即使俄罗斯高超声速飞行器项目使用头,也可不受该条约的限制.现如今,作为可有效突破美国反导系统的潜在手段之一,俄罗斯发展高超声速系统一方面可携带常规弹头用于常规快速打击,另一方面也可携带头作为俄罗斯战略核打击力量的一部分.
俄罗斯战术导弹系统公司的总经理鲍里斯·奥布诺索夫曾指出,配备Yu-71高超声速飞行器的第一枚导弹将在2020年以前出现,其飞行速度的马赫数将达到6～8马赫.但在随后开展的试验中,由SS-19导弹携带的Yu-71高超声速飞行器再次败北,俄罗斯转而改装伊尔-76作为高超声速飞行器的发射平台.
现如今,俄罗斯公开新一代3M22“锆石”巡航导弹的试射消息,也从侧面反映出其在高超声速飞行器研究领域取得了阶段性进展.值得注意的是,随着美国“宙斯盾”系统的升级、E-2D预警机和协同作战系统的装备以及-6/-3等新型导弹的上舰,其海军航母编队的防御体系得到空前的增强,而俄罗斯现役主力反舰武器P-700/SS-N-19在此消彼涨之下的攻击能力也相对下降.所以,作为全新的武器平台,“锆石”新型高超声速巡航导弹的威慑意义更加突出.
其他国家—应对空天挑战的“必然选择”
除美俄致力于实现高超声速飞行技术的武器化外,各主要航天大国为应对潜在的空天领域军事威胁,近年来也纷纷投身于高超声速飞行技术的研发和演示验证.
其中,欧洲太空局重点围绕“过渡性试验飞行器”（IXV）项目,验证用于可重复使用运载器的高速再入技术.2013年,欧空局IXV成功完成下降着陆试验,全尺寸的IXV样机在一架直升机的搭载下从3000米的高空释放,最终通过降落伞以7米/秒的速度安全降落在海上.2014年,IXV开展首次亚轨道再入飞行试验,进一步验证大气再入所需的各项关键技术性能.后续,欧盟可能通过“可重复使用在轨验证机”项目,真正实现高超声速飞行器的完整入轨与返回着陆.
在此基础上,英国政府加紧了“云霄塔”空天飞机项目的进展步伐,并为“佩刀”高超声速发动机投资,主要用于轻型换热器技术和制造能力的改进以及发动机的地面验证.“佩刀”发动机将安装于长84米的“云霄塔”无人空天飞机上,既具备火箭发动机的工作性能,也具备航空发动机的操作特点.目前,“云霄塔”空天飞机项目已通过英国航天局的技术评估,其发射成本将仅为传统运载火箭的1/50.俄罗斯马卡耶夫设计局公布的高超音速滑翔器模型
与此同时,澳大利亚则充分发挥自身的区位优势,与美国合作开展了“高速射击”“高超声速国际飞行研究试验”项目等计划,积极致力于高超声速基础技术研究.在此之前,澳大利亚昆士兰大学“基于超燃冲压发动机的进入空间系统”项目在挪威安多亚航天发射中心开展飞行试验,尽管因助推火箭未将验证机送达预定高度导致试验失败,但总的来说还是获得了最重要的第一手资料.
毋庸置疑,高超声速飞行器技术作为21世纪航空航天技术的制高点,是极为重要的军民两用技术.虽然目前仍存在不少技术难题,而且耗费巨大,但其作为众多国家应对空天挑战的必然选择,必将在军事、政治和经济等领域产生重大影响,值得我们持续关注！
责任编辑：彭振忠
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