無法阻擋的國之重器:高超音速武器

天下武功,唯快不破,高超聲速技術在未來的軍事、政治和經濟中無疑將發揮重要的戰略作用。

近20年來,世界航空航天大國紛紛以高超聲速天地往返系統、高超聲速導彈和高超聲速飛機為目標,開展了一系列的研究,形成了熱潮,成為各國搶佔空中和空間戰略優勢的利器。


源起納粹“奇蹟武器”(Wunderwaffe)


無法阻擋的國之重器:高超音速武器

納粹的K5列車炮

高超音速飛行器的飛行速度是高於5倍音速,即5馬赫(MH),或超過6000千米/小時。遠程彈道導彈包括洲際彈道導彈單論速度的話也可以成為是高超音速武器,但現階段各國研發的高超音速武器最大的特點是部署的靈活性,並且能夠改變其飛行路徑。

幾乎所有現代軍事武器都可以在已經塵埃落定70年的第二次世界大戰中找到其始祖,高超聲速武器也不例外——高超聲速滑翔概念的最初源頭甚至還要更早一些。

無法阻擋的國之重器:高超音速武器

在第二次次世界大戰期間,納粹德國在佩內明德測試新型大炮,這其中就包括一系列大口徑遠程列車炮,比如K5系列。

當時德國對用次口徑炮彈提高射程很感興趣,於是就用列車炮進行試驗,結果有了意外的發現。當從海拔較高的地點發射這種長杆炮彈時,一樣的炮彈和裝藥,它的射程會比在低海拔地點發射遠得多。在排除高海拔地區空氣稀薄、阻力小等因素影響後,發現射程仍要遠出不少。

於是,德國科學家們大膽推測,長杆炮彈在飛行中段具備一定的“迎角”即炮彈幾何中心線和炮彈飛行方向的角度,使其在高速飛行時具備較高的升阻比,因此在特定密度的大氣中可以滑翔很遠的距離。

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Eugen Sänger

這個原理激發了火箭專家桑格爾(Sänger)的靈感,他在1940年為了滿足希特勒“跨過大西洋轟炸美國”的設想,設計了一種驚世駭俗的先進飛行器。這就是“銀鳥”空天轟炸機(Silbervogel)。

這架轟炸機採用火箭發射升空,在達到極高的速度後,以特定角度撞向大氣層,在大氣層中滑翔,就像巨炮所發射的那些炮彈一樣。這就有如在大氣上衝浪,如果速度、角度合適,那麼飛機會被幾次反彈拋出大氣層,然後再重新落入大氣層。在飛到美國上空後就投擲炸彈轟炸目標,然後繼續飛行,著陸在日本控制的太平洋島嶼上。

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銀鳥轟炸機

1948年,有一個人在研究了繳獲的德國技術資料後,提出了一個新設想。他就是當時還是美國陸軍上校的錢學森。他的方案與桑格爾不同,認為只要有足夠先進的熱防護技術,就能讓飛行器在特定的高度層以高超音速持續滑翔飛行。

除了熱防護,這種飛行方式也需要飛行器具有更好的高速升阻比特性。他所提出的彈道,被人們稱為“錢學森彈道”(也叫“助推-滑翔”彈道),按照他的理論計算,採用這種方式可以將彈道導彈的射程提高一倍。高超音速飛行器將成為常規戰略武器。

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凱爾迪什轟炸機

戰後,桑格爾為法國政府工作,在此期間,蘇聯對他的“銀鳥”轟炸機非常感興趣,甚至計劃綁架桑格爾已得到這項技術。不過這項計劃失敗了,1946年,蘇聯科學家凱爾迪什(Mstislav Keldysh)成立了一個新的設計局來研究銀鳥轟炸機。

於是,由衝壓發動機而不是火箭提供動力的空天轟炸機宣告研製成功,它被稱為“凱爾迪什轟炸機”(Keldysh bomber)。雖然這種空天轟炸機並未投入生產,但它是20世紀60年代的很多巡航導彈設計理念的基礎,儘管這些巡航導彈也最終未能面世。


高超音速飛行的實現

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Bumper5

實現真正意義上的高超音速飛行即飛行速度高於5馬赫(MH)的是美國的Bumper5二級火箭。這枚火箭於1949年2月24日在白沙導彈靶場發射升空,達到海拔399公里高度,速度達到6.7馬赫。

1961年4月,進入太空的第一人尤里·加加林成為世界上第一個以高超音速飛行的人類。不久之後,在1961年5月,艾倫·謝潑德成為第一個實現高超音速飛行的美國人,也是第二個實現高超音速飛行的人類,當時他的太空艙在大西洋上空的亞軌道飛行結束時以5馬赫以上的速度重新進入大氣層。

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北美X-15

1961年10月,美國試飛“北美X-15”飛機,最高速度高達每小時7274公里,接近7馬赫,X-15也成為第一架高超音速飛機。


什麼是高超音速武器?


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目前高超音速武器主要分為兩種:高超音速巡航導彈(HCM)和高超音速滑翔機(HGV)。

高超音速巡航導彈由超音速燃燒衝壓發動機(Scramjet)提供動力,而高超音速滑翔機大多采用技術上可行的火箭助推獲得速度完成進入太空,達到最高點後下降進入大氣層,進入大氣層後通過氣動升力效果在靠近大氣層的邊緣進行滑翔,最終抵達目標上空。


高超音速武器恐怖在哪?


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高超音速武器的飛行速度設計指標都在5馬赫以上,因此能在很短的時間內抵達地球上的任何一點,迅速打擊數千或上萬公里外的各類軍事目標。

同時這類武器可在瞬間跨越遙遠的距離,使對方攔截兵器沒有足夠的反應時間和實施攔截的飛行速度,有利於突破對方防空火力攔截,達到出其不意的攻擊效果。

另外高超聲速武器不但擁有精度,而且藉助高速飛行獲取巨大動能,通過直接碰撞殺傷目標,其產生的巨大破壞力適合打擊加固和深埋目標。

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即使是高超音速武器研發的先驅-美國,也沒有有效防禦高超音速武器的方法,因為高超音速武器具有極大的機動性,而目前的防禦系統都只能攔截導彈,因為導彈有著可預測的彈道。

高超音速武器的破壞力也讓它足以成為改變未來軍事世界遊戲規則的國之利器,因為高超音速導彈可以荷載核武器,這意味著掌握了這項技術的國家將擁有可以輕鬆繞過防禦系統的核武系統。即使高超音速導彈沒有有效載荷,其撞擊時釋放的動能也會使高超音速武器極具破壞性。


高超音速武器的發展歷程


無法阻擋的國之重器:高超音速武器

由於該技術的高度機密性,目前關於高超音速武器的許多細節還有些模糊,但可以確定的是,中國、俄羅斯和美國在開發高超音速武器方面領先於其他國家,印度和澳大利亞也正在開發高超音速技術的軍事用途,日本和一些歐洲國家正在研究這種技術的民用應用,例如太空運載火箭或民用飛機,但民用應用也可以用於軍事目的。

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X-20 Dyna-Soar

美國毫無疑問是此項技術的先驅者,早在1957年,美國就啟動X-20 Dyna-Soar (“動力翱翔者”)航天飛機的研發,可用於多種軍事任務,包括高空偵察,轟炸,太空救援,衛星維護,破壞敵方衛星等,其設計速度上限超22馬赫,不過1963年該計劃變告終結。X-20是雖然並未最終實現,但其超前的概念卻成為後來航天飛機的“先行者”。

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X-43A

由B-52發射的X-43是第一種以超燃衝壓發動機維持高超音速的飛行器,2004年11月,美國NASA的X-43A Hyper-X實驗載具以液氫燃料達到驚人的9.6馬赫。

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X-51

2006年,X-43被X-51“乘波者”取代,X-51在2010年首次試射就維持了200秒的超燃衝壓飛行,極速達到5馬赫。X-51A已被美軍列入了“一小時打遍全球”的武器庫當中。

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FALCON項目

X-43和X-51都是美國的“X-plane”計劃的一部分,該計劃旨在測試和評估新技術和新的空氣動力學概念。而美國還有一項龐大的計劃在專注於高超音速技術的研究,那就是美國國防部高級研究計劃局(DARPA)的“獵鷹”(FALCON,“從美國大陸投送和部署兵力”的英語縮寫)項目。

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HCV

該計劃的一部分旨在開發一種可重複使用的快速打擊高超音速武器系統(HWS),現在重新命名為Hypersonic Cruise Vehicle(HCV)。

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X-41

獵鷹計劃的主要研究成果包括X-41通用航空飛行器(CAV),這是一種用於高超音速洲際彈道導彈和巡航導彈以及民用RLV和ELV的通用高空作業平臺。

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HTV-1

Hypersonic Technology Vehicle 1(HTV-1),最初計劃於2007年9月進行飛行測試,現已取消。

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HTV-2

Hypersonic Technology Vehicle 2(HTV-2),於2010年4月22日首次試飛,但在助推器分離後很快失去聯繫。

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HTV-3X

HTV-3X:黑燕超音速偵察機(Blackswift),現已取消。

由於美國軍費削減等原因,目前整個HTV系列可能只剩下HTV-2在繼續推進。根據預想,HTV-2可攜帶5噸重的物資,以超過音速20倍的速度在1小時內可抵達全球的任何地點。作為目前世界上飛得最快的戰機,這種黑色的楔型戰機在2小時內可以飛行近1.7萬公里,相當於地球周長的一半,無論是速度上還是飛行距離上,都將超越現在的洲際導彈。不過HTV-2的兩次試飛都以失敗告終。

獵鷹計劃的遠期目標是研製用於全球快速打擊的可複用高超音速巡航飛行器(HCV),攜帶CAV進行打擊。

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AHW

2011年11月18日,美國陸軍空間與導彈防禦司令部成功測試一種先進高超音速武器(Advanced Hypersonic Weapon;AHW),該武器是美國軍方即時全球打擊系統(Prompt Global Strike )(PGS)的重要一環。

該AHW測試飛行期間內切大氣(地球大氣層內,在低於100公里高度)非彈道。這是一個至關重要的設計特徵,因為沿著一個低於正常的ICBM的低落和平坦的軌跡可以防止其他核武器國家將AHW誤判為核尖端導彈。

第二次AHW試飛發生於2014年8月從科迪亞克島發射複合的阿拉斯加。由於運載火箭的異常,任務在起飛後不久被終止。

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今年8月,美國空軍全壽命週期管理中心授予洛馬公司“快速響應武器”(ARRW)項目高超聲速導彈研製合同,並正式賦予該導彈編號AGM-183A。合同金額為7.8億美元,合同週期截止到2023年。在“戰術助推滑翔”(TBG)項目成果基礎上,ARRW項目正在研製一型空射型高超聲速助推滑翔導彈,該項目計劃在2021年形成早期作戰能力。

與此同時,美國空軍還在同步開展“高超聲速常規打擊武器”(HCSW)項目,並在2018年4月授予了洛馬公司總額9.28億美元的研製合同。HCSW項目旨在研製一型固體火箭助推、GPS制導的高超聲速導彈,計劃在2022財年配裝現役作戰飛機形成早期作戰能力。

2017年10月,美國海軍進行了CPS FE-1實驗,該試驗使用三叉戟D-5的發射架發射了一種名為“海龍”的高超音速武器,CPS FE-1是典型的高拋彈道,助推滑翔方式。

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“先鋒”(Avangard)高超音速導彈模擬圖

俄羅斯同樣是高超音速武器的領跑者,至少在時間上是。10月18日,俄羅斯總統弗拉基米爾·普京表示,俄羅斯將在“未來幾個月”部署高超音速武器。

這種高超音速武器就是大名鼎鼎的“先鋒”(Avangard)高超音速助推滑翔導彈。作為先進的“撒手鐧”武器,其速度高達20多馬赫,並且在未來幾年內其他國家也不太可能研發出這樣的武器。

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Kinzhal

事實上,俄羅斯此前已經研發了一款名為“匕首”(Kinzhal)的高超音速導彈,並裝備俄軍部隊使用。據報道其射程超過2,000公里,速度可達10馬赫,並且能夠在飛行的每個階段執行規避動作。這款武器被認為是打擊航母戰鬥群的重要手段,而航母戰鬥群是美國在全球範圍內投放軍事力量的支柱。

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3M22鋯石(Zircon)

2012年,俄羅斯開始測試3M22鋯石(Zircon)高超音速反艦導彈,該彈主要採取高空彈道,最大射程高達400公里。在2017年4月的測試中,該彈實現了8馬赫的驚人速度。

無法阻擋的國之重器:高超音速武器

俄羅斯媒體報道稱,“鋯石”導彈的潛射型號,將配裝到俄羅斯正在研製的第五代核潛艇“哈斯基”級上;其艦載版本,將於2020年前後,配備到“彼得大帝”號核動力巡洋艦上。

我國在高超音速武器方面的研究相對較晚,但進步的速度卻是十分驚人。隨著我國14年開始的高超音速試驗變得日趨頻繁,美國也開始關注中國的高超音速武器,並開始加大在高超音速武器進行試驗和投入。

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近期我國華北地區的異常光芒據稱或是高超音速武器試驗所致

根據美國媒體報道,美國五角大樓的數據統計顯示,我國此前已經進行了8次相關的高超音速試驗。目前世界上進行高超音速武器飛行試驗最多的國家可能就是中國,最成功的也是中國。

中國最受關注的高超音速武器是“東風-征服”(DF-ZF),美國先前稱之為WU-14,這是一種高超音速導彈運載工具,速度可達5-10馬赫。


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東風征服

美國情報部門對DF-ZF進行過評估,認為它是能夠攜帶核武器的飛行器,其機動性和速度使這款武器可以突破美國導彈防禦系統。軍事專家稱,中國也可以使用DF-ZF進行常規武器全球快速打擊。

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中國的“凌雲”高超聲速飛行器同樣令人矚目,它採用了彈頭進氣佈局,據推測應該是採用的超燃衝壓發動機。

無法阻擋的國之重器:高超音速武器

最近引起國內外關注的中國高超音速飛行器是“星空2號”,據報道,該飛行器在測試中進行了“大角度轉彎動作”並實現了6馬赫的飛行速度。

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布拉莫斯-2模型

不容忽視的高超音速武器還有印度的布拉莫斯-2超音速巡航導彈,該彈由印度與俄羅斯聯合研發,射程290公里,能攜帶重達300公斤的常規彈頭以2.8倍音速飛行,2010年9月5日試射成功。該型號導彈飛行高度很低,可躲避雷達和反導彈系統跟蹤,被認為是用來對目標進行精確打擊的有效工具。

儘管2.8馬赫的速度並不能被稱為高超音速武器,但是其設計速度可達7馬赫,這將使得它成為不可小覷的力量。


真的無法抵擋嗎?

無法阻擋的國之重器:高超音速武器

美國導彈防禦局正在提議開發一種能夠在全球範圍內跟蹤高超聲速武器的天基微型傳感器系統,這將是防禦高超音速武器的第一步,不過顯然還有著很長的路要走。

還有一種武器理論上可以對抗高超音速武器,那就是定向能武器。定向能武器能在大氣或真空中以很小的立體角(半錐角10-5~10-7弧度)傳輸能量,其傳輸速度等於光速(激光束)或接近光速(高能粒子束)。所以,它能在瞬間打中遠至幾千千米外快速運動的目標。

不過目前定向能武器大多仍處於試驗階段,所以至少目前,高超音速武器仍稱得上所向披靡的殺手鐧級武器。


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