《空天防務觀察》導讀:本期《高超攻防》主要包括以下內容:
——波音公司突然宣佈即刻退出DARPA“試驗性太空飛機”(XSP)項目;——美空軍取消“高超聲速常規打擊武器”(HCSW)項目;——DARPA“作戰火力”車載高超聲速滑翔導彈項目進入集成飛行演示驗證階段;——美空軍X-60A高超聲速技術飛行試驗平臺項目完成液體火箭推進系統地面集成驗證;——美導彈防禦局發佈“區域性滑翔段(攔截)武器系統”(RGPWS)項目招標書草案;——美導彈防禦局分別授予諾格和洛克達因“滑翔破壞者”項目基線研究階段合同。往期《高超攻防》請參見本文文末廖孟豪先生專欄文章清單。
一、波音公司突然宣佈即刻退出DARPA“試驗性太空飛機”(XSP)項目2020年1月22日,波音公司突然宣佈即刻退出美國防部國防高級研究計劃局(DARPA)
“試驗性太空飛機”(XSP,即原XS-1)項目。波音公司發言人傑瑞·德雷林(Jerry Drelling)表示,“波音公司完成了XSP項目詳細設計評審,並決定即刻起完全退出該項目的科研任務。我們將把在XSP項目上投入的資源投到波音公司其他海上、空中和太空等項目上。”DARPA發言人傑裡德·亞當斯(Jared Adams)表示,“波音公司已經向DARPA上報了即刻退出的決定。波音的決定事實上終結了XSP項目。但是,XSP項目追求的目標仍然是未來的發展方向,也將繼續通過其他項目安排來支撐發展。儘管項目遭到終止,但仍然取得了不少成果。XSP項目已完成的研究結果表明,達成項目最終目標不存在技術障礙。通過XSP項目,DARPA有效識別了憑藉現有技術就能支撐達成XSP項目目標的液體火箭發動機推進系統,這種推進系統仍然具有發展前景,且DAPRA還會繼續通過其他項目來支持。”2020年1月24日,DARPA也宣佈終止XSP項目。截至目前,波音和DARPA均未給出退出和終止項目的原因。波音公司在XSP項目中提出的“鬼怪快車”方案設想圖(美國波音公司圖片)【作者註釋】2013年9月,DARPA啟動了XSP項目,旨在研製試飛一型無人駕駛的完全可重複使用航天運載飛行器,它能夠將軌道發射成本降低一個數量級,同時將發射準備週期大幅降低。為達成該目標,項目將盡量採用DARPA、美國航空航天局(NASA)或美空軍之前已經研製的部件或技術。例如,XSP技術驗證機的推進系統將採用洛克達因公司研製的AR-22發動機,該發動機實際上是航天飛機主發動機RS-25的改型。
洛克達因公司研發的AR-22氫氧發動機2018年7月在美國航空航天局斯坦尼斯航天中心試驗檯進行熱試車(美國航空航天局圖片)2017年,波音打敗麥斯登和諾格兩大競爭對手,以“鬼怪快車”的方案贏得了DARPA的合同,實際上,洛克達因圍繞AR-22發動機開展了大量工作,並於2018年中期成功完成了10天內重複熱試車10次的重大里程碑。此外,通過應用在波音B787客機項目和NASA複合材料低溫油箱技術及驗證(CCTD)項目中攻克的先進鋪絲技術,波音公司也完成了“鬼怪快車”的液氧油箱的製造,整個油箱比傳統採用鋁鋰合金材料的低溫油箱減重了幾乎40%。這本來也是這種新材料油箱首次用於航天飛行。
波音公司採用先進技術製造的複合材料油箱,比鋁鋰合金材料減重40%(美國波音公司圖片)二、美空軍取消“高超聲速常規打擊武器”(HCSW)項目據美國《防務新聞》網站2020年2月10日報道,美空軍發言人安·斯特凡內克(Ann Stefanek)2月10日確認,空軍已正式取消“高超聲速常規打擊武器”(HCSW)項目,而另一個高超聲速導彈型號項目“空射快速響應武器”(ARRW,即AGM-183A)將繼續推進。斯特凡內克稱,空軍取消HCSW項目的主要原因並不是技術或性能指標的問題,而是來自2021財年預算緊縮的壓力。由於預算壓縮,美空軍必須在上述兩個高超聲速導彈型號項目中取消一個。ARRW得以保留的原因在於其與HCSW相比,擁有“獨特的滑翔體設計”,而HCSW則與陸軍和海軍在研的兩個高超聲速導彈項目(作者注:即美陸軍“遠程高超聲速武器”LRHW項目 和美海軍“常規快速打擊”CPS項目)較為相似。ARRW項目的既定目標仍是在2022財年形成早期作戰能力。負責HCSW項目研發的洛馬公司已於2月10日接到通知,該項目將在今年春季完成關鍵設計評審後終止。根據最新發布的2021財年預算申請,美空軍計劃投資3.82億美元用於“高超聲速武器原型化”項目(作者注:這筆預算主要就是投向HCSW和ARRW這兩個項目),較2020財年的5.76億美元有所下降。
美空軍在2018年授予洛馬公司總價值最高可達9.28億美元的HCSW研製合同,涵蓋“設計、開發、工程製造、系統集成、試驗、後勤規劃和保障”等內容。美空軍在2019年12月2日向洛馬公司授予了一份總額9.89億美元的確定性合同,要求在2022年12月31日前完成AGM-183A“空射快速響應武器”(ARRW)項目詳細設計、試驗與生產就緒保障等工作。
三、DARPA“作戰火力”車載高超聲速滑翔導彈項目進入集成飛行演示驗證階段 據2020年1月14日DARPA網站和洛馬公司網站報道,2020年1月14日,DARPA與美陸軍聯合主管的“作戰火力”(OpFires)項目授予洛馬公司總額3190萬美元的第三階段武器系統集成子項目合同,由洛馬導彈與火控公司牽頭深化發展前兩個階段研發的推進系統,並將其與發射車、電子系統和載荷集成為導彈系統,最終完成全系統飛行演示驗證。按照計劃,OpFires項目將在2021年下半年完成關鍵設計評審(CDR),2021年底前完成各部件和子系統的試驗,並在2022年開始進行集成飛行試驗。
DARPA給出的“作戰火力”項目車載高超聲速滑翔導彈作戰場景設想圖(美國防部國防高級研究計劃局圖片)
DARPA戰術技術辦公室OpFires項目經理安伯·沃克(Amber Walker)陸軍少校表示,項目前兩個階段非常成功,並對第三階段充滿信心。
洛馬導彈與火控公司戰術打擊導彈先進項目負責人哈迪·穆拉德(Hady Mourad)透露,洛馬公司調配了經驗豐富的團隊來負責OpFires項目原型系統的研發工作,該團隊曾負責過美陸軍“陸軍戰術導彈系統”ATACMS、制導火箭彈GMLRS和“愛國者”3導彈系統等車載武器系統的研發。
2019年12月17日,洛馬公司在官方網站發佈招聘公告,為OpFires項目招聘火箭發動機工程師。公告披露,OpFires項目推進系統由兩級火箭組成,第一級火箭為傳統的固體火箭發動機,第二級火箭則具有推力可調的能力。其中第二級火箭發動機是該項目第二階段推進系統子項目的科研重點。洛馬公司將負責對第二級火箭發動機進行設計優化,並集成為整彈。公告要求應聘工程師具有與各類供應商溝通協調的能力,包括能夠評估32英寸直徑火箭發動機的技術和設計方案。
四、美空軍X-60A高超聲速技術飛行試驗平臺項目完成液體火箭推進系統地面集成驗證X-60A飛行器液體火箭推進系統的地面集成驗證試驗現場(美空軍圖片)
美空軍網站2020年1月14日報道,美空軍研究實驗室主管的X-60A項目日前達成了一項重大里程碑成果:在佛羅里達州塞西爾航天港完成了X-60A飛行器液體火箭推進系統的地面集成驗證。 X-60A是一型採用火箭動力的空射型高超聲速技術飛行試驗平臺,是一個美空軍研究實驗室在“小企業創新研究計劃”渠道下授予給美國時代軌道發射服務公司的X系列飛行器研發項目,最終目標是實現一種低成本、常態化的高超聲速飛行試驗手段。X-60A採用的火箭發動機是由烏薩重大科技公司研製的哈德利液氧-煤油火箭發動機。本次試驗對該發動機進行了冷流和熱試車等試驗,試驗完全採用了滿足飛行要求的硬件和操作流程,內容包括全時長試車、用於實現推力矢量控制的發動機擺動和系統節流(推力可調)等。
X-60A高超聲速飛行試驗平臺概念方案想象圖(美國時代軌道發射服務公司圖片)
美空軍研究實驗室X-60A項目經理巴里·海爾曼(Barry Hellman)表示,項目組仍計劃2020年在佛羅里達州塞西爾航天港開始飛行試驗,初步計劃在3月和9月共開展2次飛行試驗,充分驗證X-60A提供高超聲速飛行試驗條件的能力,使空軍研究實驗室成為有能力為美空軍和其他軍種或部局提供創新試驗能力的重要機構。五、美導彈防禦局發佈“區域性滑翔段(攔截)武器系統”(RGPWS)項目招標書草案2020年1月29日,美國防部導彈防禦局公開發布了“區域性滑翔段(攔截)武器系統”(RGPWS)項目招標書草案,該項目將完成一型在滑翔段攔截區域級(中程)高超聲速助推滑翔導彈的攔截彈原型機的設計、發展和非攔截式飛行驗證。草案指出,RGPWS項目是導彈防禦局
“高超聲速防禦”專項的重點項目,計劃在2021年底前完成攔截武器的原型機及其飛行試驗,並完成相關高精度建模與仿真工作。導彈防禦局計劃充分利用現有反導體系為RGPWS項目研製的攔截武器提供高超聲速目標的探測和跟蹤信息。導彈防禦局將為承包商提供RGPWS攔截武器所需的輸入和模型等,包括相關傳感器和作戰管理系統的相關描述信息。RGPWS項目的核心目標是“降低攔截武器的關鍵技術風險和集成風險,將攔截武器的技術成熟度等級提升到5級。”項目最終將完成一次攔截武器的飛行試驗,驗證該攔截武器除攔截殺傷以外的關鍵性能特徵。在該項目結束後,如符合要求,後續還將安排開展攔截殺傷飛行驗證,充分驗證全部關鍵技術。RGPWS項目分為4個階段,其中第一階段為“基線研究階段”,週期18個月,將選擇兩家主承包商來開展攔截武器系統概念研究;根據方案評估結果,選擇其中一個方案進入第二階段“初始設計階段”;第三階段為“詳細設計階段”,完成最終設計評審,如順利通過,則進入第四階段,完成“飛行試驗飛行器1號”(FEV-1)攔截武器的試製並完成代號“飛行試驗1”(FE-1)的非攔截式飛行試驗。
六、DARPA分別授予諾格和洛克達因“滑翔破壞者”項目基線研究階段合同2020年1月24日和2月10日,DARPA分別授予諾格公司和洛克達因公司“滑翔破壞者”項目基線研究階段合同,合同金額分別是1300萬美元和1213萬美元,讓二者在該項目的初始階段開展競爭性研究。
2018年11月6日,DARPA戰術技術辦公室公開發布了“滑翔破壞者”項目招標預告文件,要求潛在競標商在2018年12月21日前提交競標方案書。“滑翔破壞者”項目旨在研發先進攔截器的某項支撐技術,以支撐該攔截器能夠在高層大氣攔截機動式高超聲速目標。但該項技術的詳細信息屬於機密,相關具體要求在機密附件中披露。“滑翔破壞者”項目最終將完成該技術的應用能力演示驗證試驗,試驗結果將用於支撐後續開展全系統攔截能力的分析。
DARPA“滑翔破壞者”項目攔截場景想象圖(美國防部國防高級研究計劃局圖片)【廖孟豪先生簡評】:1,關於波音退出XSP項目。現在回顧波音公司在XSP項目上的成果,最大的亮點幾乎也就是在發動機(洛克達因公司負責)上的進展,看不到波音公司自身的新成果(復材油箱也是以其他項目的技術成果為主),也許波音從一開始進入項目時就沒想真正在這個方向上使勁兒。推測潛在的可能原因包括:1)波音與DARPA對項目的真實需求產生錯位。波音公司對XSP項目的核心還是要利用該項目的支持,實現可重複使用航天運載技術的商業化,支撐波音在航天發射市場上的長期利益;而DARPA更加關注如何在短期內將技術轉化為實際的運行能力,實現快速集成創新。2)SpaceX公司近兩年在垂直起降運載火箭技術上的重大突破是壓垮該項目的最大因素。XSP項目在2013年啟動時垂直起降運載火箭前景尚不明朗,業界當時大力鼓吹吸氣式水平起降兩級入軌飛行器,DARPA想採用一條折中的技術路線——即純火箭動力的垂直起飛/水平降落航天運載飛行器技術上率先實現可重複使用的廉價快速入軌能力。
時至今日,這一路線已很難在垂直起降運載火箭的比照下取得什麼優勢了。3)波音公司因為B737MAX客機的事件正在遭遇罕見的生存危機,從自身發展上考慮也需要收縮戰線,斷臂求生。波音公司在聲明中已表達了這層意思。2,關於美空軍取消HCSW項目。儘管美空軍官方口徑把原因歸結於預算壓力,但實際上美國防部2021財年在高超聲速領域的預算是大幅增加的(預算申請額由2020財年的26億美元增加到2021財年的32億美元)。推測空軍取消HCSW項目的真正原因可能在於:1)美國防部在HCSW項目組織方式上的問題。美國防部將空軍HCSW、海軍CPS和陸軍LRHW等三個高超聲速助推滑翔導彈型號項目進行統籌安排,三型導彈採用同樣的滑翔彈頭方案,即C-HGB彈頭,並由陸軍負責主管,由桑迪亞國家實驗室負責總體設計。滑翔彈頭是高超聲速助推滑翔導彈中技術含量最高、經費投入最大的核心部件。而空軍和海軍並沒有各自HCSW和CPS導彈型號項目中滑翔彈頭的設計主導權, 只具體負責相應助推器的研製以及與發射平臺集成的工作,同時還需要不斷與陸軍C-HGB項目協調,“費時費力,食之無味”。2)HCSW項目在啟動之初就被美空軍明確定位為ARRW項目的備份項目,以確保在ARRW項目遭遇挫折的時候,還留有HCSW項目作為備份,確保空軍能夠在2022年形成高超聲速打擊能力。空軍在眼下取消HCSW項目也可能是ARRW項目的技術風險已基本化解,且ARRW項目實際上也已實現了雙流水備份,即洛馬和雷神兩大巨頭同步推進ARRW項目的相關研發工作。3)取消HCSW項目所節省出來的經費也可能用於其他高超聲速技術方向的研發工作,具體是什麼,相信很快就會有答案。3,關於美軍高超聲速科研佈局可能發生的變化。1)空軍削減,海軍增加。就在美空軍為壓縮經費而取消HCSW項目的同時,海軍大幅增加了空軍HCSW姊妹項目——CPS項目的預算,由2020財年申請的5億美元增加到2021財年的10億美元,加速發展的意圖非常明顯。 陸軍也可能是增長的。2)進攻性武器削減,但防禦在增加。美軍也大幅增加了在高超防禦端的預算投入,據美《防務內情》報道,美國《2020財年國防授權法案》最終給美國導彈防禦局批准了3.9億美元預算用於高超聲速防禦項目,比2019年2月申請的1.57億美元預算增加了2.32億美元。2021財年的預算可能還會進一步增長。廖孟豪先生已為《空天防務觀察》提供49篇專欄文章,如下表:
<table><tbody>美空軍高超聲速飛機發展進展與展望
2015年3月2日
美軍未來高超聲速導彈武器體系初露端倪
3月16日
美空軍SBIR/STTR計劃透露未來高超聲速飛機若干戰技指標
6月29日
美國防高級研究計劃局準備開展高超飛機全尺寸渦輪基組合發動機地面集成驗證
2016年4月20日
“排空馭氣奔如電,昇天入地求之遍”——深度解讀DARPA高超聲速飛機及其動力發展構想
8月16日
印度是不是第四個完成超燃衝壓發動機帶飛點火試驗的國家?
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美國防高級研究計劃局選定洛馬公司研製戰術級高超聲速助推滑翔彈演示驗證彈
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英反作用發動機公司詳細披露“佩刀”空天發動機1/4縮比驗證機研製計劃
9月23日
洛馬再下一城——美國防高級研究計劃局選定洛馬公司研製戰術級高超聲速巡航導彈演示驗證彈
9月25日
美空軍正式公佈基於“佩刀”空天發動機的水平起降兩級入軌飛行器概念方案
9月27日
“三步走”變“六步走”——美空軍高超聲速飛機發展路線預測
12月2日
洛馬還沒笑到最後,波音已經痛失好局——美軍高超聲速巡航導彈最新動向
12月5日
2016年度國外高超聲速飛行器發展動向綜述
2017年2月17日
美國家科學院:美軍應加速對等發展高超聲速武器以應對中、俄威脅
2月20日
顛覆性創新:英國新興企業推出馬赫數5級混合動力高超聲速飛機概念
2月27日
美國智庫發佈報告,呼籲美軍將高超聲速武器納入“第三次抵消戰略”並加大加快預算投入
4月21日
美空軍裝備採辦部門啟動高超聲速ISR飛機基礎科研項目,為裝備採辦奠定基礎
4月26日
需求、技術、預算正在齊備,美軍高超聲速導彈將隨時轉入裝備採辦
7月21日
“只爭朝夕”——美空軍正式啟動空射型高超聲速導彈裝備採辦
7月23日
透視美軍新型常規戰略武器——美海軍潛射型高超聲速助推滑翔導彈
11月10日
一衣帶水處,破浪又乘風——日本計劃啟動高速助推滑翔導彈關鍵技術開發及驗證項目
11月29日
美國高超聲速飛機技術在研項目佈局概況
2018年1月11日
美國波音公司公佈高超聲速飛機計劃,開啟雙雄爭霸新局面
1月15日
2017年度國外高超聲速飛行器發展綜述
1月31日
美軍2019財年高超聲速科研預算暴漲63%,總額超過10億美元
3月6日
美軍高超聲速導彈科研佈局發生重大調整,將迎來井噴式發展
3月8日
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3月23日
俄羅斯“先鋒”高超聲速助推滑翔導彈綜述及研判
4月12日
美空軍文件披露“高超聲速常規打擊武器”等項目更多信息
6月12日
高超攻防:美、俄著力發展和增強高超聲速作戰裝備與能力
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高超攻防2:波音展望高超運輸機;美軍空射高超助推滑翔導彈編號AGM-183A,助推器地面熱試車
8月15日
美空軍ARRW和HCSW高超聲速導彈項目最新動向
8月16日
美國企業公佈高超聲速飛行試驗平臺概念方案及研製計劃
9月28日
高超攻防3:美國X-60A飛行研究機;美軍打擊武器的2020年和2028年節點;日本的進擊;諾格公司的防禦構想
10月8日
高超攻防4:美國海陸空高超聲速助推滑翔導彈披露更多重要細節;DARPA順利推進高超聲速飛機TBCC發動機地面驗證;MDA授出21份高超聲速防禦系統概念研究合同
10月24日
高超攻防5:DARPA在高超聲速攻防兩端同時發力,“作戰火力”項目和“滑翔破壞者”項目取得新動向
11月20日
高超攻防6:美海軍穩步快速推進潛射型中程高超聲速助推滑翔導彈新型助推器技術驗證項目,俄媒連續披露高超聲速導彈研製進展
12月10日
高超攻防7:美授出兩型高超聲速助推滑翔導彈火箭助推器驗證合同,俄成功完成“先鋒”和“鋯石”試射
2019年1月2日
2018年度國外高超聲速飛行器發展動向盤點
2月25日
高超攻防8:美軍加速推動高超聲速助推滑翔導彈研製,俄官方首次披露“鋯石”高超聲速導彈核心戰技指標
3月19日
美軍2020財年高超聲速科研預算暴漲百分之九十四
高超攻防9:美初創公司獲投研發高超聲速飛機,普京要求加快發展高超聲速導彈防禦系統
5月17日
述評:美初創公司Hermeus披露的馬赫數5級高超聲速飛機概念方案細節
5月23日
高超攻防10:美穩步推動車載高超聲速助推滑翔導彈發展,印完成碳氫燃料超燃衝壓發動機首次試飛
6月14日
高超攻防11:美洩露HACM和HCCW高超聲速保密項目,英軍啟動高馬赫數渦輪發動機技術研究
7月23日
高超攻防12:美空軍高超聲速飛機用超燃衝壓發動機在地面試驗中達到5.9噸推力
8月14日
高超攻防13:美導彈防禦局選出5個高超聲速防禦武器系統概念方案進入第二輪研究
9月9日
高超攻防14:美導彈防禦局新啟動RGPWS中程高超導彈滑翔段攔截武器系統原型機項目
12月17日
高超攻防15:美XSP運載飛行器和HCSW導彈項目下馬,高超投資增長,防禦項目穩步推進(即本篇)
2020年2月12日
(中國航空工業發展研究中心 廖孟豪)
本篇供稿:系統工程研究所
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