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美军明确高超声速导弹三步走路线

时间:10-18 00:00 阅读:5488次 转载来源:战略前沿技术

远望智库:与智者同行,为创新加速

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来源:海鹰资讯

作者:北京海鹰科技情报研究所 张灿 林旭

2018年10月11日,美国《航空周刊》发表专栏报道,对美国高超声速武器发展现状及路线进行了长篇分析,披露了大量美军高超声速导弹发展方案和研制计划信息。本文对该报道核心要点进行了详细梳理,并结合最新发展动向,对美军高超声速导弹发展路线进行分析研判。

此次报道披露的要点

1. 美国陆/海/空军第一代高超声速导弹将基于桑迪亚国家实验室40年前的SWERVE飞行器

报道披露,美国将基于桑迪亚国家实验室(SNL)40年前的实验性机动再入飞行器概念方案发展第一代陆/海/空基高超声速通用助推滑翔武器。美国陆军的先进高超声速武器(AHW)、海军的常规快速打击(CPS,即海基版AHW)、空军的高超声速常规打击武器(HCSW)这三个项目在美国国防部的统一计划下,将SNL的“桑迪亚有翼能量再入飞行器实验”(SWERVE)飞行器改进为三军通用高超声速滑翔飞行器,再配上不同类型的助推器,以实现在2021年部署Ma6高超声速导弹。该高超声速导弹将采用SWERVE的双锥回转体外形设计,沿弹道轨迹发射,再入大气层并执行高速拉起机动,然后在大气层内以高超声速滑翔至打击目标。

其中,海军潜艇发射环境最为严苛,目前正在负责设计通用滑翔飞行器;陆军太空和导弹防御司令部(SMDC)将负责研制演示验证飞行器。报道披露,桑迪亚国家实验室作为SWERVE飞行器设计方,将负责后面的通用滑翔飞行器生产。

图1:《航空周刊》刊出的SWERVE飞行器示意图,但实际上是公布过的AHW飞行器概念图。值得一提的是,AHW本身就是基于SWERVE项目成果启动的延续项目

2. 美国高超声速导弹分三步发展

在美国军方欲快速研制并部署高超声速导弹的迫切需求背景下,报道披露,美国当前高超声速导弹发展将分三步走:

①基于SWERVE飞行器的陆/海/空三军通用锥形高超声速助推滑翔武器,预计在2021年形成早期作战能力

美国军方官员认为,即使是性能有限的高超声速武器,也可以提供有价值的威慑效果,直至研制出性能优异的武器系统。因此,美军高超声速导弹近期发展的第一步是以SWERVE双锥形通用滑翔飞行器为基础的陆军AHW、海军CPS和空军HCSW武器。空军HCSW和陆军AHW预计在2021年实现早期作战能力。其中,HCSW是空军两个高超声速导弹原型样机项目之一,旨在研制一型由现役战斗机和轰炸机挂载的空射型高超声速导弹,采用GPS/INS复合导航制导方式,并配装现货战斗部。空军在2018年4月已授予洛马航天公司价值高达9.28亿美元的HCSW研制合同。

关于美军第一代高超声速导弹,陆军远程精确火力跨职能小组负责人约翰·拉弗蒂(John Rafferty)上校表示,“制造我们近期寻求的威慑效果”;空军负责采办、技术和后勤的助理部长威尔·罗珀(Will Roper)表示,“空军正在接受一种非原创的心态”,“采用现有技术以最快途径实现目标”。

②以战术助推滑翔(TBG)为代表的楔形高超声速助推滑翔武器

美国高超声速导弹发展的第二步是空军与DARPA仍在致力发展的楔形助推滑翔飞行器的武器版。DARPA和空军联合启动的TBG项目当前处于第二阶段,在2018年早些时候通过了关键设计评审(CDR)。洛马公司预计在2018年12月开始研制第一架演示验证飞行器。与X-51A一样,TBG将使用陆军战术导弹系统(ATACMS)作为助推器。

在采用TBG项目成果的基础上,空军在2018年8月授予了洛马公司一份价值不超过4.8亿美元的初步合同,用于开发空射型快速响应武器(ARRW),即AGM-183A。此外,《航空周刊》披露,雷声公司与DARPA开展合作,为美国海军研发和测试舰射型TBG。2018年7月,美国海军授予洛马公司价值4050万美元的高超声速助推技术开发合同,该合同被认为与舰射型TBG有关。与此同时,DARPA在2018年启动的作战火力(OpFires)项目也是基于TBG项目成果,演示验证陆射型高超声速武器系统。陆军根据OpFires项目将会制定后续武器系统计划。

③以高超声速吸气式武器方案(HAWC)为代表的高超声速巡航导弹

美国高超声速导弹发展的第三步是高超声速巡航导弹,代表项目是DARPA和空军联合启动的高超声速吸气式武器概念(HAWC)项目。DARPA在2016年各授予洛马臭鼬工厂和雷声公司一份HAWC第二阶段合同,形成两家竞争局面。雷声公司与诺格创新系统公司(轨道ATK前身,目前是诺格的第四个业务部门)正在合作开发HAWC导弹的超燃冲压发动机。根据美国2019财年国防预算文件,HWAC计划在2019年开始进行第一次飞行试验。

情报评述

1. 美军第一代高超声速导弹弹头延续了SWERVE的基本方案设计,更接近弹道导弹弹头而非典型意义上的滑翔式高超声速武器

在国防部常规快速全球打击(CPGS)需求框架下,美国助推-滑翔高超声速飞行器发展形成了空军、海军和陆军3条路线。其中美国陆军结合SWERVE项目成果牵头开展了AHW项目;空军在猎鹰(Falcon)计划下提出了HTV-2;海军则提出了改进潜射三叉戟导弹携带常规弹头(但因洲际弹道将导致严重的核误判风险而被国会否决)。美国空军主打的HTV-2项目以两次飞行试验失败而告终结。此后CPGS变更为CPS,不再强求全球范围内的打击能力,相应的导弹射程指标也进行了削减,在此基础上三军最终选择了基于SWERVE的通用弹头。

SWERVE是桑迪亚国家实验室于1979年启动的实验性高度机动再入飞行器项目,在1979~1985年间进行过三次试飞。SWERVE三次试验飞行器均采用双锥体外形,锥体半角均为5.25°,其中第三次试飞器长度略长于100英寸(约2.54米),飞行器端头与底部半径比约为0.07。飞行验证了-10°攻角、最大飞行速度Ma12、高空拉起、然后在0攻角下以Ma8速度持续飞行60秒等机动性能。但SWERVE飞行器的缺点也很明显,其飞行末端机动性有限,且无法在飞行中途接收导航路径更新。这导致该项目被搁置二十多年,直至2006财年获得DARPA的资助对飞行器系统进行重新设计,但也很快下马。随后在国防部常规快速全球打击(CPGS)需求框架下,美国陆军结合SWERVE项目成果牵头开展了AHW项目。从美军在不同渠道公布的AHW图片资料中可见,AHW与SWERVE的外形高度相似。结合本次报道披露的消息,美第一代高超声速导弹弹头将延续SWERVE的基本方案,包括概念气动外形、弹道形式等。

图2:SWERVE衍生型(左)与AHW(右)

SWERVE弹身采用锥形回转体外形,与传统弹道导弹弹头一致,而与采用高升阻比外形(如楔形)的典型高超声速滑翔式弹头存在显著差异,这决定了SWERVE无法进行长距离滑翔飞行。但由于增加了翼舵结构,SWERVE再入大气层阶段的机动性能得到了提升,能够实现一定程度的高速拉起机动,完成有别于传统抛物线弹道的飞行轨迹。可见,SWERVE是以弹道导弹弹头为基础研制的一种具备更强机动能力的飞行器。

与SWERVE相比,典型高超声速滑翔式弹头的技术难度要高得多。HTV-2项目在2010年和2011的两次飞行试验均以失败告终。这也促成了美军高超声速武器三步走的路线。

图3:典型弹道导弹弹头(左)与HTV-2滑翔式弹头(右)

2. 美国高超声速导弹发展思路与俄罗斯类似,第一步均是基于已有成熟技术以快速形成装备

美国高超声速导弹一直以来主要分吸气式巡航和助推滑翔两条路线并行发展。随着中俄高超声速技术的快速发展,尤其俄罗斯在2018年高调公布完成“匕首”、“先锋”高超声速导弹研制并准备部署,美国继启动两个高超声速导弹快速原型化项目HCSW和ARRW之后,此次更是直接基于40年前的SWERVE机动再入飞行器进行改进,以实现最快部署高超声速导弹。这种基于现有成熟技术进行改进创新、采用最直接的加速手段以优先装备的发展思路,反映出了美国发展高超声速导弹的紧迫和急切。与之相对,俄罗斯入役不久的“匕首”高超声速导弹也被普遍认为是基于成熟的“伊斯坎德尔-M”弹道导弹发展而来。可以看出,美俄在抢夺高超声速打击武器实战化上,采取了相似的路线:在当前技术成熟度水平无法满足军备竞赛紧迫要求的情况下,首先基于成熟的导弹技术改进,尽快填补打击体系内的空白,以在竞赛中抢占先机与保持平衡;而远期内仍将持续重点发展性能更为优异的高超声速导弹技术。

3. 高超声速飞行器概念的边界愈发模糊,美俄借高超声速之名发展中/短程弹道导弹

美俄首代高超声速导弹均是基于已有(弹道)导弹发展,从相关项目设计指标和实际试飞射程不难看出美俄竞逐首代高超声速导弹的实质是中/短程弹道导弹军备竞赛。高超声速飞行器最初指采用冲压动力形式巡航飞行、速度超过Ma5的飞行器,近年来其领域有了大范围扩展,涵盖了采用组合动力形式(含冲压形式在内)的飞机/航天器、主要飞行阶段采用弱动力/无动力飞行的助推滑翔飞行器等多种形式,这导致了高超声速飞行器概念的模糊化。由于传统的航天飞机、弹道导弹等飞行速度也超过Ma5,因此这些飞行器与高超声速飞行器已经没有明确的界定,这就为借高超声速之名发展弹道导弹提供了条件。

另一方面,回顾美国高超声速导弹路线发展历程可见,从多军种多方案并行到整合的通用化方案,从多技术类型并行探索到技术难度逐步增加的三步走策略,其发展策略愈发聚焦、方案愈发切实可行。虽然俄罗斯释放的消息相对有限,但从目前的发展情况来看,俄罗斯也选择了一种递进式发展路线,一定程度上与美国是异曲同工的。

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