高超声速的威胁

来源:战略前沿技术 时间:2017-10-23
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就在不到4年之前,在成功地实验了由波音公司X-51A所驱动的空压飞行器之后,美国空军好似就快要发展出第一代空压高超音速打击武器了。然而现在,一份机密报告警告说,美国可能会在高超音速飞行器上,将领先地位让位于中国和俄罗斯。

尽管由DARPA(美国国防高级研究计划局)同时平行研究的HTV-2高超音速乘波体滑翔飞行器项目在2010年和2011年经受了失败,但在2013年,美国空军似乎很热衷于将成熟的由X-51A试验飞行验证的空压飞行器技术武器化。在经过了50多年的在高超音速飞行领域的开发和测试之后,美国终于看来要能够成为在高超音速飞行器上的无可争议的领导者了。

然而,随着中国和俄罗斯在该技术领域展示出了神奇的跨越,据美国国家科学,工程和医学研究院的一份提交给五角大楼高级官员的机密报告,美国在该领域有落后的危险。据该报告称,除非在这项关键性的国防技术上采取更紧迫和更一致的努力,美国将会受到来自于这一类新型的高超音速高机动武器的威胁。

这份在2015年初由美国空军所委托编制的报告,是在去年发表的,并已经由美国空军研究试验室以及国防采购官员们进行了阅读评估。“好消息是,所有阅读过该报告的人都认为该报告在理,”未来美国空军对抵抗高超音速武器系统的需求国家研究院的院长Mark Lewis说,正是该研究院编制了这份报告。

“我们向多方宣传了该报告”,Lewis补充说,他称尽管该研究院主要是关注于国防方面,但该报告也讨论了作为反击和防御的在进攻能力方面的开发。“如果你只讨论防御能力,而不涉及到进攻的方面是不行的。我们不是要对美国空军如何开发自己的高超音速系统应该做什么来作出建议,我们在报告中加入的理念就是,自行开发的实力非常重要,”他说。

目前,在DARPA领导下,美国正沿着二个线路图开发高超音速系统,而美国空军所确定的测试首飞的目标,被定在了是在2019年。第一个线路图是,由洛克希德•马丁公司和雷神公司相互竞争,研发在空中发射,由火箭发动机助推,超燃冲压发动机推动的 接替X-51A,即“吸气式高超音速武器概念”(HAWC)飞行器。第二个线路图是,战术助推滑翔(TBG)系统,是由洛克希德•马丁公司开发的一种无动力的高超音速飞行器,其在高平流层中与空射火箭级分离后滑翔至其攻击目标。

与常规的弹道导弹再入轨的飞行器不同,高超音速滑翔飞行器在冲向目标的时候具有进攻机动能力,即使是最近进行测试的诸如雷神公司的“标准导弹-3” Block IIA这样的先进地空导弹都难以对其进行拦截。此外,由于这类武器是以高超音速再入高平流层的,反导防御系统仅有很短的反应时间。

中国和俄罗斯都在加速开发吸气式及助推滑翔高超音速武器系统,都预计能在2020年开始部署首个作战单位。对美国五角大楼的首个警报是在2014年初响起,当时美国在太空中的探测器探测出中国利用DF-21中程弹道导弹助推发射高超音速滑翔飞行器,中国称其为DF-ZF,美国则称其为WU-14,之后该飞行器被用各种固体和液体导弹试验了多次。

在2015年10月,显示出中国已经成功地测试了一架由超燃冲压发动机推动的高超音速飞行器,而该项目的领头人,国防科学技术大学的一名教授王振国,因该成就而获得了嘉奖。

俄罗斯则在其“4202项目”武器计划下,正在研制一系列高超音速的滑翔飞行器。在2015年,俄罗斯从靠近哈萨克斯坦边境的俄罗斯南部奥伦堡州的巴罗夫斯基导弹基地,利用SS-19导弹顶端首次进行了Yu-71试验飞行器的飞行试验。在2016年,俄罗斯则进行了更为先进的Yu-74飞行器的飞行试验,该更新型的飞行器搭载于从奥伦堡州发射的RS-18A弹道导弹,以俄罗斯在堪察加半岛的库拉靶场为打击目标。该计划的目标是要为马基耶夫火箭设计局设计的RS-28“萨尔玛特”下一代洲际弹道导弹(ICBM)开发出常规或核弹高超音速滑翔弹头,该型洲际导弹计划于2020年左右服役。

尽管俄罗斯已经对吸气式高超音速飞行器进行了长达数十年的研究,其中包括Kh-90(AS-19 Koala)高速巡航导弹,但俄罗斯似乎在测试多种以氢为燃料的超燃冲压发动机推动的,由格罗莫夫飞行研究院研制的乘波体飞行器的试验中也取得了稳健的进步。其中的最新型号,GLL-AP-02,暂定于在2018-2019年进行飞行试验。
鉴于这些进展,国家研究院的报告警告说,与之相比,美国的努力正显得失去动力和焦点。“我们还想传达一种危机感”,Lewis说。“即使是目前所进行的那些项目,都没有这种感觉。如果HAWC能按计划飞行的话,那也是2019年了,那几乎是X-51首次飞行的十年后了。你所能听到的都是‘我们将在2030年,2040年开发’。我们要大声疾呼,为什么要等上那么久?”

为什么如此的急迫?据该报告的解密改写版称,“其他国家正利用了从美国获得的资料和教训的便宜,并得宜于技术开发的启闭(包括了甚至在有重大进展下终止项目),以及美国采购程序的低效”。该研究院总结称,“美国最后可能会面临来自于这一类新型的武器的威胁,这类武器结合了超高音速,高机动性以及高度,从而会动摇美国的全球预警,投送,实力的信条。”

“我们指出,如果我们拥有了高机动性,超高音速的系统,我们就能以更少的海军和更少的空军,来承担全球第一军事强国的重任,”Lewis说。“如果你拥有了一种新武器,你就不用舰对舰而使海军受到威胁,也不用投资相应的军事力量就能达到同样的效果。我们这部分的预警对空军也同样有效。”至于说到由这类武器所带来的更远程的威胁,Lewis补充说,“我们要被迫离得越来越远,那绝对会改变我们的行为方式。”

该报告指出,应将高超音速的发展当做国家优先事项来关注并组织。Lewis说,“国家研究院意识到了高超音速项目间的不一致性。虽然目前有很多相关项目和概念研究,但如果能受到国家层面上的引领,那么该领域将会发展的更好。”该报告还指出,在目前高超音速技术已经很先进的基础上,军队应该积极参与,而不只是把整个领域留给诸如DARPA这样的研究机构。“空军并没有全权负责该领域,我们要求的其中就有一个是替选方案(AoA),所以为什么现在不做一个替选方案?”,Lewis说。“我们在报告中进行了呼吁,但那个层级的建议不是我们的职权范围。我们同时还认为空军应进行自己的试验。”

其他参与美国高超音速项目的人也支持该报告中所做的建议。波音研究与技术中心的高级技术研究员和首席科学家Kevin Bowcutt说,“X-51A成功道路上的教训是十分深刻的。正如报告中所指出的高超音速项目的的重要性,而且我们又已经掌握了X-51A的技术,明显应该利用这一知识和技能来全面加速高超音速飞行器或武器的开发。”
Bowcutt还认为,美国需要“制订一个全面的国家计划,并给予充足的资金,一旦技术成熟,系统整合和能力允许后,尽快建立高超音速防御和进攻能力。”

前任美国高超音速工业团队,及McKinney Associates公司的总裁Leon McKinney称,“我们面临着一个大问题。躺在功劳薄上太久了。美国打了各种战争,与恐怖主义作战,这就是我们没有看到研发能力大爆发的原因之一。而我们却看到对手在赶超上来。”

McKinney支持通过三个阶段来发展助推滑翔能力,首先关注进攻性高超音速系统,他认为仍有可能在三年内部署。开发一种防御高超音速系统,McKinney认为这仍然很“艰难”,首先要了解中俄飞行器的机动能力特性,再来制造一个“威胁管道”,形成有效的拦截。最后阶段是要发展出一种机动目标飞行器,我们可作为“模拟威胁”来进行打击。
该报告没有指明当前的项目应该被放弃,“但我们认为应该能看到一些项目的调整”,Lewis说。“我们只是说,踩住油门,推进这些项目的进展。如果你想筹划出一个将我们已经试验成功的项目做到部署的系统战略,有人就会发现我们没有在那个战略上前行。”

为什么说超高音速的能力很关键?

超高音速的这个概念是在1946年由一位加州理工大学的名叫钱学森的航空动力学家给定义出来的,统指5马赫及以上的飞行。国防领域圈内的人士们愈发认为,该种高速能力可以成为21世纪的隐形能力,在该领域的研究主要集中于几项关键问题,高温空气动力学,推进,以及飞行控制。

超高音速武器在4个领域中有优势。根据米切尔空天研究所在2015年所做的一份报告,这包括能在更长程投送打击能力,并压缩从打击出发点到目标的时间窗口。这类武器还能开创很多新的交战机会,增加很多打击类型,并加强未来的联合综合作战。

热防护技术的进展使得太空飞行器和导弹能够以超高音速再入大气层,但研究的焦点仍在开发可行的助推滑翔和机动超高音速飞行器。对于武器系统来说,这些能力可以改变飞行弹道,这将会极大地减少飞越领空的问题,减少被拦截的机会,增强全程机动的能力,并使得飞行轨迹对于被打击目标来说变得难以琢磨。
超高音速研究的另一个领域是助推及滑翔飞行器,以及超音速巡航导弹均要用到的高速吸气式冲压发动机。焦点就在于开发实用的超燃冲压发动机,它既可能是火箭助推器之外的独立发动机,也可能是组合循环推进系统的一部分。

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