高超声速导弹发展梳理

日本防卫省2019财年防务预算文件中表明,其将通过不同项目并行发展高速助推滑翔导弹与高超声速巡航导弹技术。如果日本将高速/高超声速导弹装备自卫队,将在实质上对我国及东北亚地区构成显著威胁。本文从项目规划、研究内容等方面对日本近期披露的高速/高超声速导弹项目进行了梳理,并从其发展路线、预期威胁等方面进行了分析评述。

1、研究背景

安倍政府任职期间,日本在军备领域表现活跃,积极谋求发展适应未来战争需求的高新武器。2016年日本防卫装备厅出台了《中长期技术规划》,对未来20-30年中武器装备与关键技术发展进行了规划。文件中高度关注离岛作战,认为假想敌会对离岛进行迅速入侵,需要日本具备快速快速反应与灵活机动能力。而日本当前精确打击主要依靠亚声速巡航导弹,其打击速度慢,易于拦截,战场生存能力差,难以对敌方进行有效慑止,因此需要发展全新的高速/高超声速打击武器,满足离岛作战需求。此后两年中,日本迅速披露了多个高速/高超声速导弹的研究项目,体现出高速助推滑翔导弹与高超声速巡航导弹两条路线并行发展的规划思路。

2、项目概况

01、高速助推滑翔导弹

项目规划

高速助推滑翔导弹项目于2017年首次披露,规划了为期7年(2018财年-2024财年)的关键技术开发及验证工作,作为型号研制基础。2017年,防卫装备厅在2018财年防务预算文件中提出了“岛屿防卫用高速滑翔导弹技术的研究”项目,单年拨付46亿日元(约2.8亿元人民币)。次年,该项目在2019财年预算文件中更名为“岛屿防卫用高速滑翔导弹的研究”,不仅单年预算大幅增长到138亿日元(约8.4亿元人民币),而且提出了更为详细的发展规划,即采取分阶段方式发展助推滑翔弹头,第1阶段(早期装备型)采用圆锥形或双锥形弹头,计划在2026财年投入使用,第2阶段(性能改进型)则改用升阻比更高的弹头,计划在2028财年或更晚投入使用。

这种导弹定位于岛屿间攻击,射程300-500公里,作战概念图显示该导弹采用陆基发射,以此推算若将其部署在冲绳主岛,则火力范围可覆盖钓鱼岛(约420公里距离)。

解析|日本近期高速/高超声速导弹发展梳理

图1 高速滑翔导弹作战概念图(2018财年预算文件)


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图2 高速助推滑翔导弹两步走规划(2019财年预算文件)


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表1 高速助推滑翔导弹项目进度安排(事前项目评价书)


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表2 高速助推滑翔导弹项目预算(2018、2019财年预算文件)

研究内容

高速助推滑翔导弹项目旨在研发使用惯导/GPS导航的高速助推滑翔导弹,为确保高速助推滑翔弹能够实现超声速滑翔,在极短时间内与登陆离岛进行作战的敌方机动部队进行对抗,并难以为敌方拦截,保证战场生存能力,预计对以下三个关键技术进行重点研发:

(1)滑翔弹头外形设计技术

以敌方地空拦截弹难以拦截的高空以超声速滑翔,在最短时间内对目标进行攻击,要求高速助推滑翔器在空气稀薄的高空进行滑翔。与普通飞机飞行的空域不同,这种高度下不能将大气作为连续流考虑,需要引入自由分子流运动等处理方法,结合计算与试验得到弹头外形方案。这与再入式轨道飞行器的设计状态类似,日本已具备一定基础。此外,需要研发适应超声速飞行状态的耐热结构/材料,以及发展降低RCS以加强隐身性能的技术。

(2)滑翔飞行控制技术

在空气稀薄的高空,滑翔弹头的舵面气动效率低,需要采用喷气原理的姿态控制系统(ACS)进行飞行控制;而在高低空过渡区域则需要采取翼舵与ACS组合的控制方式。因此需要开发相应的控制技术。

(3)高性能火箭发动机助推技术

为保证任务包线内滑翔弹头能在最佳轨迹点释放,达到预期射程,要求助推器(火箭)具备灵活的推力调节能力,为此预计采用多级推力可变的脉冲式火箭助推器,并需要助推器具备多次点火能力。在材料与结构上,脉冲式火箭助推器预计采用金属壳体与纤维增强复合材料(FRP)隔板的结构,并采用轻量化的推力中断系统。上述技术均有待发展。

02、高超声速巡航导弹

项目规划

高超声速巡航导弹项目于2018年首次披露,同样规划了为期7年(2019财年-2025财年)的关键技术开发及验证工作。2018年,防卫装备厅在2019财年防务预算文件中提出了“关于高超声速导弹的要素技术的研究”项目,单年拨付64亿日元(约3.9亿元人民币)发展Ma5以上巡航导弹技术。

需要指出,进度表显示该项目自2013年便开始谋划,历经6年准备性工作(原文称为“相关先期业务”,包括通过其他类型飞行器设计对该项目提供基础技术与设计借鉴等)后才启动研制阶段,说明日本对发展高超声速巡航导弹可行性进行了细致的评估,并可能已制定了合理的研制规划。


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图3 高超声速巡航导弹概念图(2019财年预算文件)

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表3 高超声速巡航导弹项目进度安排(事前项目评价书)

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表4 高超声速巡航导弹项目预算(2019财年预算文件)

研究内容

高超声速巡航导弹技术项目旨在研发集成先进部件技术、可以长时间运行的弹用超燃冲压发动机;并兼顾包含发动机进气道在内的飞发外形设计技术,以及长时巡航所需弹体局部耐热材料结构技术等。预计对以下四个关键技术进行重点研发:

(1)超燃冲压发动机技术

预计通过超燃冲压发动机对导弹进行加速及高超声速巡航,该发动机采用主动冷却系统,使用燃料对发动机高温部件进行冷却。研究工作需要保证燃料在高超声速长距离飞行中提供足够的冷却效果,并避免冷却系统过于复杂。

(2)耐热材料与结构技术

对于机身前缘、进气道前缘与翼舵前缘等在飞行过程中长时间承受严酷气动热环境的部位,需要材料与结构兼具耐热性、耐压性和耐冲刷性。基于前期成果对材料体系与结构进行了筛选,以期满足载荷环境使用要求,并进一步实现弹体尺寸与重量的缩减。

(3)导弹外形设计技术

为增加导弹射程,需要优化进气部位外形以大幅降低全弹空气阻力。计划基于前期成果发展先进的进气部位外形设计技术,从而使弹体外形更优化,增加飞行过程中导弹的加速性能与巡航效率。

(4)通用技术(研究合作等)

在相关先期业务中,基于航空装备研究所与JAXA之间的研究合作开展了耐热材料技术和飞机外形设计技术,引入民用领域资源与技术,对航空航天领域的研究提供了良好助力,探索出一种跨行业融合的发展模式。

3、分析评述

01、日本采取递进式高速/高超声速导弹发展策略,与美国当前思路基本一致

可以看出,日本高速/高超声速导弹的思路大致为,先发展早期装备型助推滑翔导弹、同步攻关巡航导弹关键技术,再发展性能改进型助推滑翔导弹以及巡航导弹。进一步可分为三个阶段,近期发展携带锥形/双锥形弹头的助推滑翔导弹,中期发展高携带升阻比弹头的助推滑翔导弹,远期发展巡航导弹。

为尽快装备高超声速导弹,保持与俄罗斯等军事强国的力量平衡,美国制定了三步走式高超声速导弹发展路线:①在现有弹道导弹技术基础上,发展锥形弹头高超声速助推滑翔导弹;②发展楔形弹头高超声速助推滑翔导弹;③发展高超声速巡航导弹。

日本采用与美国相似的发展思路,有利于降低研发进度与经费方面的压力。具体来说,日本前期拥有再入飞行器设计与飞行实践经验,其高速助推滑翔导弹研制难度相对较低,更适合优先发展以满足军备要求。相比之下日本不具备短期内发展高超巡航验证飞行器的能力,因此目前仅安排有限投入,将主要精力用于超燃冲压发动机等关键技术上,视研究进展情况决定后续(该项目后期或后续项目)投入力度。

02、日本积极发展防区外攻击性导弹,应引起我国足够重视

近年来,日本在军事战略与装备发展上向主动进攻显著倾斜,对发展攻击性导弹态度坚决。中短期内致力于装备传统亚/超声速巡航导弹,采用引进国外成熟型号与自主研发新型号并行的策略,试图构建空海一体化防区外打击能力。远期内谋求自主研发高速/高超声速导弹,一方面并行发展助推滑翔与吸气式巡航技术,以形成完备的未来导弹体系;另一方面先行发展助推滑翔导弹,以加快高速导弹武器化进程。

由以上可初步看出日本攻击性导弹的发展规划,拥有防区外打击能力的攻击性导弹,将使日本对包括我国在内的整个东北亚地区构成实质性威胁。

中短期看,以现有巡航导弹典型的1300公里射程计算,从日本海及东海方向发射时可覆盖我国哈尔滨、长春、沈阳、上海、南京、杭州等城市,对东北主要重工业区域及东部沿海经济实施打击,对我国北海舰队和东海舰队基地、东海岛礁、海上航线等也将构成巨大威胁。这将迫使我国投入大量资源用于加强东向导弹防御力量,造成国防经费分流,影响国防体系建设。

远期看,高速/高超声速导弹的装备将使日本攻击能力产生质的提升。掌握运载火箭技术与飞行器再入技术的日本已具备助推滑翔导弹的重要基础,在滑翔弹头技术基本成熟后,结合多级固体火箭技术,不难发展出具备更高飞行速度、射程超过现有巡航导弹的高超声速助推滑翔导弹。中国大陆与日本仅一海之隔,应对高超声速导弹的防御时间极为有限,现有导弹防御体系也无法用于高超声速导弹拦截,或将使我国面临空前国防压力。此外,日本本土发射的防区外攻击性导弹打击范围即可覆盖整个朝鲜半岛,将成为东北亚地区新的不稳定因素。对于以上问题,我国应予以足够重视。(来源:海鹰资讯)


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