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中国的高超声速试验水平到底如何?
关键字: WU-14神龙航天飞机钱学森高超声速研究“死灰复燃”
然而随着时代的变迁,高超声速滑翔武器又重新进入了大国的视线。这一轮高超声速研究热潮的始作俑者,又是美国。
21世纪初,美国国力处于鼎盛阶段,不论是常规武器还是核武器都“独步武林”,但同时也面临着一些问题。例如,空有几千发洲际导弹,却不能把它们用于实战,且根据削减进攻性战略武器条约,这些导弹都要裁撤,起码不能携带核弹头。
美国“快速全球打击”计划
HTV2由美国空军主导开发,不过似乎技术野心过大,连遭失败
于是美国开始为这些即将退役的导弹找出路。开始当然是用来发射卫星,但即使是最大的“和平保卫者”洲际导弹也发射不了大型的同步轨道通讯卫星,因此商业领域导弹的出路并不好。于是美军开始考虑将这些洲际导弹用于常规用途。
2000年前后,美国提出了“快速全球打击”方案,要求在1小时内对全球任何地点的目标进行精确的常规打击。稍微了解一点现代军事常识的人都看得出,这实际上就是在为那些封存的导弹找出路,因为目前用别的手段无法实现这一要求。
最初的提案是将“俄亥俄”战略核潜艇上的“三叉戟”导弹装上常规弹头,这些导弹圆概率误差可以达到数十米的级别,已经可以满足常规打击的需要。不过小布什政府坚决叫停了这个方案,因为使用这种武器要冒其他国家误判美国使用洲际导弹突然袭击的风险。于是,高超声速滑翔飞行器就成了看起来“合理”的选择。美国方面的解释是,这种武器的飞行弹道明显与核导弹有区别,其他国家看到它的弹道就知道这是常规攻击了……
中俄一直反对美国的这个方案——现代的核弹头完全可以随时装入这个飞行器内,它显然具有打破核平衡的危险。
例如,美国空军HTV-2研制时的计划之一就是向南发射,从南极上空飞过,然后攻击伊朗——能攻击伊朗自然也就能攻击俄罗斯。冷战时期,中俄美都有过研制射程足可环绕地球的洲际导弹的构想,因为到目前为止,中美俄的洲际导弹主要走北极弹道,因此绝大部分导弹防御预警系统都是面向北方布置的,从南边突防而来的导弹自然会更隐秘,更难对付。
目前,美国“快速全球打击”项目旗下主要的两个项目是空军的HTV-2和陆军的AHW系统。这两种导弹的区别在于,HTV-2使用的是“米诺陶IV”火箭——退役的MX“和平保卫者”洲际导弹——作为助推器,可以将飞行器推到二十多倍声速进入滑翔状态。而陆军的AHW则采用落后一些的“北极星”导弹作为助推器(陆军的宣传PDF上提到AHW也可以安装在洲际导弹上发射),滑翔速度为9-14倍声速。
美国陆军AHW高超音速武器PDF截图,该飞行器采用双锥体构造
X-51A飞行器的超燃冲压发动机实际并未提供多少动力,它的加速主要靠后面的火箭助推器
这两者中,HTV-2采用升力体设计,而AHW则是双锥体设计。
不过,HTV-2虽然看似技术难度没有比X-37或者航天飞机更高,但却连续试射失败——空军的结论是,它的防热系统仍无法满足20倍声速长时间飞行的要求。
(即使是航天飞机,也不能在20倍声速下飞行很长时间,要尽快把速度降低到10倍声速以下——10倍声速是一个分水岭,超过10倍声速,飞行器设计中的最主要矛盾就变成了防热系统。)
看起来更传统一些的AHW是美国目前高超声速导弹系统中最成功的一种。它在2011年首次成功试射,从夏威夷发射,击中夸贾林群岛的靶子,射程约4300公里,飞行速度据称为5或8倍声速。
但此后进行的两次试验先后失败,其中最近的一次更是刚发射出来就爆炸,导致发射场严重损坏,后续试验可能要到今年下半年才能再进行。
AHW最近的两次试射中,计划试验高超声速滑翔器大幅度提升射程的特性,它的发射地点放在了美国西海岸,距离夸贾林群岛有6900公里,大大超出作为AHW助推器的“北极星A3”导弹的4600公里射程。虽然试验并未成功,但至少说明双锥体高超声速滑翔器具备大幅度延长射程的可能性。
此外,经常在媒体上被当做“美国科技不可战胜”象征的还有个X-51A,这是一种超燃冲压发动机试验平台。尽管美国方面把计划说得花好稻好,说它将在2020年代中期被缩小到可以装入B-2的弹舱云云,但实际上这种飞行器的试验还处于非常初期的状态。
美国高超音速飞行试验留下的尾迹
所谓超燃冲压发动机,就是一种理论上可以在高超声速条件下工作的喷气发动机,它没有增压涡轮,靠高速飞行产生的冲压效用来提高进气压力,同时又可以在进气速度极高的情况下稳定燃烧,因此称为超燃冲压发动机。
不过试验的结果其实并不乐观,目前为止,X-51A只进行过一次成功的试验,其发动机工作了设计工作时间的三分之一,不到100秒。它目前的最高飞行速度还没有超过X-15,大概是5.2倍声速,能够提高到这个速度,主要是依靠X-51A机体身后的一枚火箭——陆军炮兵战术导弹MGM-140的发动机。而它的超燃冲压发动机提供的续航动力其实并没起到多大作用。
超燃冲压发动机恐怕在近期内还难以成熟,人类要实现高超声速打击目标的理想,目前为止最靠谱的方法仍是“钱学森弹道”。
中国的高超声速技术运用概况及发展方向推测
目前,我国运用高超声速飞行原理的导弹已经有好几种,其中运用“层次”较低的MARV系统的导弹主要包括:东风-21C、东风-15B、东风-15C、东风-11B、东风-16、M-20,还有大名鼎鼎的东风-21D反舰弹道导弹。
东风-21C、东风-15、东风-11B都采用类似美国“潘兴2”的原理,即导弹在进入末段飞行时有一个“拉起”的动作,在速度降低到一定范围后,开始使用雷达探测下方地形,利用地形匹配原理搜寻并攻击目标。而它们的主要特征是再入部分有空气舵,用于在拉起再入飞行器、速度降低后提供控制力。同时头部装有可抛弃的保护罩,呈现“钝头”的形状。
而东风-15C、东风-16导弹的控制系统比前面的三种更先进,其中东风-15C的战斗部为一个巨大的钨芯钻地弹,这种导弹要发挥作用必须要有很高的命中精度,但它却没有安装空气舵。而东风-16导弹也没有安装空气舵。
东风-15B导弹的再入飞行器,它和东风-21C,东风-11B的再入器原理类似,与“潘兴2”导弹技术水平相当
笔者推测,东风-15C导弹可能并未采用主动雷达制导,因为它要打击的目标主要是台湾军团级的指挥所,而这种地下指挥所是不能机动的,就不需要利用雷达搜索地形匹配,直接采用GPS或北斗导航应该就具备足够的精度。它可能采用在更高的高空拉起,然后用火箭推进器产生控制力,较早形成几乎垂直落下的弹道,这样可以提高最终落地时候的撞击速度,增强威力。
而东风-16作为新一代导弹,应该与专门打击固定地下掩体的东风-15C不同,它可能仍需要使用主动雷达技术,以便攻击各种类型的目标。笔者推测它可能采用了变质心控制技术,这一技术不需要空气舵参与控制,可以让导弹实现类似螺旋形下坠的路线,提高命中精度的同时也让对方更加难以拦截。
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