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快速打击:世界主要国家地面发射高超声速武器研发进展

时间:07-19 00:00 阅读:4553次 转载来源:战略前沿技术

摘要:远望智库:与智者同行,为创新加速专家库 | 人才库 | 企业库 | 项目库 | 投资机构库 | 招商信息库快速打击:世界主要国家地面发射高超声速武器研发进展作者:远望智库技术预警中心 王璐菲美国、俄罗斯、中国、印度等世界主要国家正在研发地面发射的高超声速武器,应对快速出现的新兴威胁和弹道导弹防御系统。一、背

远望智库:与智者同行,为创新加速

专家库 | 人才库 | 企业库 | 项目库 | 投资机构库 | 招商信息库

快速打击:世界主要国家地面发射高超声速武器研发进展

作者:远望智库技术预警中心   王璐菲

美国、俄罗斯、中国、印度等世界主要国家正在研发地面发射的高超声速武器,应对快速出现的新兴威胁和弹道导弹防御系统。

一、背景

过去20年来,世界主要国家的研发人员一直致力于将高超声速技术应用于弹道导弹武器段、助推滑翔飞行器及巡航导弹,已在建模、风洞试验、鼻锥设计、智能材料、再入飞行器动力学及具体软件应用研究方面投入巨大努力。如今,地面发射的高超声速武器已可望提供较高的战备性、可靠性及准确性,用于攻击一系列目标,大幅削弱现有导弹防御系统。

二、美国

美国的高超声速武器预计在本世纪20年代趋于成熟,美国防部当前正不断提高在高超声速研究方面的投资。

“先进高超声速武器”(AHW)项目  美陆军太空与导弹防御司令部、桑迪亚国家实验室正在研制“先进高超声速武器”(AHW)——现被称为“替代性再入系统”(Alternate Re-Entry System),是美国防部“常规快速全球打击”(CPGS)项目的一部分。AHW项目利用一种高超声速滑翔飞行器(HGV)来投送常规弹头,类似美国防高级研究计划局(DARPA)与空军2003~2011年联合研制的“高超声速技术飞行器-2”(HTV-2)概念。不过,与HTV-2相比,AHW仅需较短射程的助推器即可实现部署,因此可用于地面或海上前沿部署;其采用了不同的设计方案,而非HTV-2的楔形设计;并装有精确制导系统用于末端攻击。

AHW是在美国“常规快速全球打击”(CPGS)项目下研发

AHW首次飞行试验于2011年11月进行:该滑翔飞行器从位于夏威夷的太平洋导弹靶场发射,飞行约3800千米后击中目标,试验收集了可验证高超声速助推滑翔技术、热防护技术及试验发射场性能的数据;第二次飞行试验于2014年4月在位于阿拉斯加的科迪亚克发射场进行,但由于飞行器外部热防护层与发射装置的转向器相互干扰,控制人员在该武器发射4秒后将其摧毁(此次试验后,美国防部长办公厅下令海军主导候选“常规快速全球打击”能力的下一次试飞,AHW项目的主导权转移至美海军战略系统项目办公室);第三次飞行试验于2017年10月底、使用可安装于潜射弹道导弹之上的缩比例版AHW进行,试验飞行器从太平洋导弹靶场的桑迪亚国家实验室飞行试验点发射,以极高速度在太平洋上空沿大气层上层无动力飞行超过3700千米,终落于太平洋中部马绍尔群岛夸贾林环礁,验证了可用于美军未来高超声速打击系统的技术进步。

为支持按计划于2017年及2019年进行的飞行试验,美国防部分别于2016财年、2017财年、2018财年、2019财年为AHW项目申请8600万美元、1.74亿美元、1.97亿美元、2.63亿美元经费。2019财年,该项目计划将重点放在成熟化和试验用于飞行实验的助推器和高超声速滑翔飞行器上;继续研究未来系统发展,以检验成本、杀伤性、空气动力学及热特征;开展利弊分析研究,以评估系统替代选项、经济可承受性及端到端系统概念。

此前,作为美国防部“常规快速全球打击”(CPGS)工作的一部分,美空军与DARPA联合启动了名为“猎鹰”的战略武器技术项目,旨在研发一种能在1到2个小时内将弹头投送至全球任何地点的飞行器。在该项目下,DARPA与洛克希德·马丁公司于2003~2011年致力于HTV-2研发工作。HTV-2项目虽然连续两次试飞都以失败告终,但却验证了高升阻空气动力学、高温材料、热防护系统、自主飞行安全系统、长航时高超声速飞行的先进制导、导航及控制等方面的技术进步。该项目目前已经中止。

“作战火力”项目  与战略级射程的AHW项目同时,DARPA正与美空军联合致力于战术级射程的“高速打击武器”(HSSW)演示验证项目。该项目包含“战术助推滑翔”(TBG,由洛克希德·马丁公司与雷声公司联合开展)和“高超声速吸气式武器概念”(HAWC,由波音公司主导)2个子项目。按照计划,项目的初始能力主要瞄准空军空中作战环境而开发,后续将过渡至海军(垂直发射)。DARPA在其2019财年预算申请中,为继续开展TBG项目申请1.795亿美元。TBG(及HAWC)项目的目标是将武器加速至马赫数5或以上,使其能滑翔至目标。此种武器必须具备高耐热性、机动性,飞行高度超过60千米,可以携带250磅(约110千克)级弹头,尺寸与小直径炸弹(SDB)相当。

美国正在研制若干型高超声速滑翔飞行器作为快速投送武器,其中一型为HSSW,图为飞行中的HSSW概念图

HSSW飞行器分离概念图

2017年,DARPA启动了一项新工作——研发和演示验证一种基于战术助推滑翔(TBG)技术成果的地面发射高超声速系统,是“作战火力”项目的一部分。美国防部2019财年预算申请为“作战火力”项目申请5000万美元经费,并指出该项目寻求开发和演示验证一种地面发射的高超声速系统,使高超声速助推滑翔武器得以穿透敌人的防空并快速、精确打击时敏目标,具体目标包括开发一种能投送多种射程不同有效载荷的先进助推器、兼容的移动地面发射平台、快速部署和再部署所需要的具体系统特性。

三、俄罗斯

俄罗斯政府也正大力支持高超声速导弹研发项目。俄总统普京2018年3月1日发表年度国情咨文时披露的6种新型战略武器中,就包括一种名为“先锋”的地面发射高超声速滑翔飞行器。

“先锋”可能是俄罗斯“4202工程”或“Yu-71”高超声速滑翔飞行器项目的新名称。普京声称,该飞行器在巡航或滑翔阶段的速度可以达到马赫数20,并能横向和纵向机动,横向机动距离达几千千米。鉴于该飞行器将在稠密大气层飞行,加之高马赫数的飞行速度,其在飞行过程中将被等离子体包裹,表面温度可达2000摄氏度。

计算机生成的“先锋”高超声速滑翔飞行器飞行图

在普京发表国情咨文时播放的视频中,“先锋”概念是一种计算机生成的极简化高超声速滑翔飞行器,不过,对其进行评估后发现,就“先锋”系统的性能特征而言,视频中展示的飞行器是一种可行的设计方案。结合“Yu-71”的试验历史,这表明俄罗斯的高超声速滑翔飞行器研发工作正在向前推进。

“先锋”系统很可能由“萨尔玛特”重型洲际弹道导弹发射,不过,普京在国情咨文中声称,该武器与俄罗斯现役系统兼容,表明其近期可能将搭载改装版UR-100N UTTKh导弹。“萨尔玛特”导弹的射程据估计为11000千米,使用“Yu-71”的成果,总射程会更远。

此前,俄罗斯的高超声速滑翔飞行器研发工作主要是“Yu-71”/“4202工程”,后来又开展了其他高超声速研发工作,包括第二种实验性高超声速滑翔飞行器“Yu-74”。“4202工程”的“Yu-71”飞行器于2011年首次试飞。“Yu-74”于2016年从奥伦堡顿巴洛夫斯基试验场发射,终落于勘察加库拉试验场目标地点。

四、中国

外界对中国高超声速滑翔飞行器研究的了解仅限于“东风-ZF”。“DF-ZF”项目2014年1月开始进行试验,美国探测到相关试验并将该飞行器命名为“Wu-14”。中国并未透露与该项目有关的细节,但美国及俄罗斯官员认为,该项目截至目前共进行了7次试验,2015年6月进行的第5次试验首度取得成功,2016年4月进行了第7次试验。此后,中国于2017年11月使用“东风-17”中程弹道导弹进行试验,实现了11265千米/小时的飞行速度。

美媒体猜测中国高超声速武器测试示意图

据称,“DF-ZF”项目综合运用了非弹道导弹和滑翔技术来提高射程。根据中国媒体的报道,“DF-ZF”高超声速滑翔飞行器一般会在轨道速度加速至马赫数5后,利用一种反作用控制系统重定向至较高的大气层。俄罗斯报道指出,“DF-ZF”可能在未来若干年投产并部署,不过,相关试验动向表明,中国可能还需要10年时间才能真正列装高超声速武器。

五、印度

印度国防部国防研究与发展组织(DRDO)十多年来一直致力于地面发射的高超声速武器研究,已在“Shourya”(也称“Shaurya”)导弹研发方面取得了巨大成功,还在致力于“布拉莫斯 Ⅱ(K)”。

2008年11月“Shourya”导弹试验

“Shourya”项目  印度于20世纪90年代启动地对地战术导弹项目。“Shourya”导弹于2004年进行首次地面火力试验,2008年又进行后续试验,验证了马赫数5的飞行速度、300千米的射程。2011年9月,最终配置版“Shourya”导弹从地面发射井发射,该次试验使用了环形激光陀螺仪和加速计。导弹飞行速度达到马赫数7.5,飞行距离达700千米。根据印度国防部,“Shourya”导弹的最近一次试射于2016年8月进行,导弹飞行高度为40千米,飞行速度达马赫数7.5,飞行距离达700千米。相关官员在2018年印度国防工业展上表示,印度未来将对“Shourya”导弹进行改装以扩大其射程。

“布拉莫斯 Ⅱ(K)”项目  印度正与俄罗斯通过总部位于新德里的布拉莫斯航空航天公司联合研发“布拉莫斯 Ⅱ(K)”高超声速巡航导弹。按照设计,“布拉莫斯 Ⅱ”导弹能从空中、地面、舰船或水下发射,巡航速度可达马赫数7,射程达450千米。DRDO一直在研发用于该系统的吸气式超燃冲压发动机。印度也正在俄罗斯的帮助下,设计可使导弹达到高超声速的推进器,关于该项目的细节外界不得而知,不过,有关官员在2018年印度国防工业展上透露,项目正处于初始设计阶段,因此,“布拉莫斯 Ⅱ”还需至少10年时间才能投入使用。此外,印度研究机构还在设计可承受高超声速飞行的特殊材料,支持“布拉莫斯 Ⅱ”项目。

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