純乾貨 | 高超聲速打擊：繼核武后的戰爭新紀元（上）

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「天下武功，唯快不破」的道理同樣適用於武器。

人類對速度的追求是無止境的，在武器發展史上體現尤為明顯，這可能是人類的天性。

迄今為止，戰爭中的交火和死傷記錄仍然只存在於地球大氣層內，它的速度極限是多少呢？ M1A2「艾布拉姆斯」主戰坦克120毫米滑膛炮的炮彈初速能達到1700米/秒，約合5馬赫（1馬赫即1倍音速），但這種速度仍然不可控。

埃及空軍的蘇制米格-25「狐蝠」戰機在1971年第四次中東戰爭中，曾以3.2馬赫甩開了試圖攔截的以色列戰機，當時另外一款能飛到這一速度的飛機是美國的SR-71「黑鳥」偵察機。

3馬赫，這就是人類截止目前在戰爭中的最高可控速度。

速度對戰爭的意義顯而易見，比對手更快意味著擁有戰爭主動權，意味著可以打擊時間敏感目標，意味著更高的突防概率，意味著不給對手反擊機會……終極目標就是戰爭的勝利。

因此，戰爭中的速度競賽只會永遠持續下去，速度的基礎是技術，在21世紀的今天，人類已經有了更先進的速度科技，

未來戰爭機器發展的目標是6~30馬赫的可控速度，並且有些武器還擁有8000公里以上的打擊範圍——戰爭將因此徹底改變。

人類把這樣的武器定義為高超聲速飛行器。

武器的速度革命

高超聲速飛行器被視為下一代飛行技術，根據美國俄亥俄州空軍研究實驗室高速系統分部的負責人羅伯特·梅謝爾介紹：「我們取得對高超聲速飛行技術的掌握，就如同從螺旋槳式飛行時代過渡到噴氣時代，自萊特兄弟以來，我們一直在研究如何使飛行變得更好、更快。目前，高超聲速飛行技術就是航空界潛在的前沿領域之一，我相信我們即將進入這個舞台。」

從上世紀90年代末美國為應對全球反恐威脅而啟動「1小時打遍全球」計劃以來，圍繞如何進一步提高武器系統的精確打擊速度，美俄中等航空航天大國陸續研發並試驗了多種型號的革命性武器系統。

歸納起來，主要包括常規洲際彈道導彈、亞軌道滑翔飛行器、吸氣式高超聲速飛機/巡航導彈、空天飛機四大類。

其中速度最快的當屬空天飛機，其太空中的在軌運行速度最快可以達到20~30馬赫；

相對最慢的是吸氣式高超聲速飛機/巡航導彈，由於該類飛行器的飛行空域仍在傳統大氣層範圍內（20000~35000米），因此最大飛行速度一般多在10馬赫以下。

洲際彈道導彈是一種誕生於60多年前的傳統全球打擊武器，其攻擊模式不具有革命性，且使用上仍面臨一些難以解決的問題。

因此，亞軌道滑翔飛行器、吸氣式高超聲速飛機/巡航導彈、空天飛機才是未來更有希望改變遊戲規則的高超聲速飛行器。

在飛行軌跡上，亞軌道滑翔飛行器堪稱最具革命性的高超聲速平台。

顧名思義，亞軌道滑翔飛行器的主要工作空域位於35~ 300公里高的亞軌道空間，

其工作方式是先用火箭或彈道導彈將飛行器帶至亞軌道，隨後飛行器與火箭脫離，並在高空做無動力滑翔。

當飛行高度逐漸降低到亞軌道與大氣層邊界時，發動機點火，推動飛行器爬升，此時發動機關閉，飛行器再次進入無動力滑翔，如此反覆循環，其飛行軌跡類似於「打水漂」遊戲。

由於亞軌道空間的空氣阻力極小，且發動機只需要間歇性工作，因此亞軌道滑翔飛行器可以輕鬆達到高超聲速。

以美國做過飛行試驗的HTV-2「獵鷹」為例，其最高速度高達近20馬赫，亞軌道滑翔時的波峰高度為60000米，波谷高度為35000米。

「獵鷹」兩分多鐘進行一次「跳躍」，每次跳躍的距離約為450公里。

在攜帶5噸武器載荷的情況下，「獵鷹」分別能夠在45分鐘內、52分鐘內精確打擊13000公里、16700公里的目標，且飛行器與火箭均可重複使用，性價比極高。

HTV-2採用助推-滑翔的方式實現超聲速飛行，圖為HTV-2飛行設想圖。

吸氣式高超聲速飛機/巡航導彈可以被認為是現有高速飛行器的技術延伸。

在大氣層內如果想飛到5馬赫以上的速度，依靠傳統噴氣式發動機基本是不可能的。

因此，美俄等國計劃在下一代高超聲速飛行器上安裝被稱為「第三次飛行動力革命」的超燃衝壓發動機。

由於超燃衝壓發動機必須在吸入高速氣流的情況下才能啟動。

因此，

無論是X-43試驗無人機還是X-51高超聲速巡航導彈，均必須由大型載機帶入空中後放飛，再由火箭發動機將飛行器加速到5馬赫左右，此時超燃衝壓發動機才能介入工作。

這一點對於高超聲速巡航導彈來說尚不算問題，但對於獨立起降的飛機來說就很難接受了。

洛克希德-馬丁公司在其6倍聲速的SR-72戰略偵察機方案中採用了一種組合式動力方案，即先用一台渦噴發動機將飛機加速到一定速度，然後由超燃衝壓發動機接力工作，將飛機最終推至6馬赫高速。

最後一類高超聲速飛行器其實是一種新型太空梭。

雖然美國與蘇聯的太空梭早已具備大氣層內滑翔飛行及自主整機返航能力，不過第一代太空梭仍然是一種單純的航天器，其不能在大氣層內自由飛行。

類似X-37B這樣的空天飛機雛形希望探討的是一種更具革命性與實用性的飛行方式，即在太空、亞軌道及大氣層內自由跨界飛行。

當然，目前的X-37B尚做不到這一點。 X-37B通過運載火箭進入低軌道，其在太空中的飛行速度可達到25馬赫以上，在軌持續飛行時間長達270天。

作為一個試驗平台，X-37B目前的使用前景仍被聚焦於所謂「太空戰」，本質上來說與已經停飛的太空梭沒有大的區別。

美國一直積極研製吸氣式超聲速巡航導彈，實現快速打擊的夢想，圖為B-52機翼下方掛載的X-51A飛行器。

高門檻讓提速舉步維艱

無論什麼類型的高超聲速飛行器，其最關鍵的技術核心都是動力系統。

為了迴避空氣阻力，高超聲速必然與「高高度」相伴，洲際彈道導彈與空天飛機的主要高速飛行段都在接近真空的太空，亞軌道滑翔飛行器運行在空氣密度極低的亞軌道空間，而吸氣式高超聲速飛機/巡航導彈雖然仍在大氣層內，但也只能在2萬米以上的超低氣壓環境中飛行。

沒有空氣，意味著傳統噴氣式發動機無法使用，速度的奧秘只能是動力系統的革命。

以目前的科技水平，真空環境下飛行器可供使用的只有火箭發動機，但火箭發動機需要帶龐大的氧化劑儲運箱，佔用了有效負載噸位，在大氣層內飛行時效率很差。

真正的空天飛機要想自由往返於大氣層內外，就必須至少準備兩套動力系統，

即大氣層內的噴氣發動機或超燃衝壓發動機，以及大氣層外的火箭發動機，這意味著無法避免的單空域龐大死重。

而當空天飛機返回大氣層後，沒有了外置火箭助推，僅憑空天飛機自身發動機的推力，再次脫離第一宇宙速度的難度極大。

因此，可供作戰使用的真正空天飛機離成熟還很遠。

對於亞軌道滑翔飛行器來說，其如果在亞軌道近真空環境中使用火箭發動機，氧化劑死重仍然是個問題。

所幸發動機的點火高度正好在大氣層邊緣，超燃衝壓發動機在35000米高度仍可以工作。

但這對發動機的技術性能提出了更高要求，由於可工作時間很短，其必須能夠在點火瞬間即提供足以將飛行器送上波峰的強大推力，而此時空氣已非常稀薄，發動機工況極其惡劣。

因此目前最有實用前景，技術相對更成熟的高超聲速飛行器為吸氣式高超聲速飛機/巡航導彈，美俄等國目前的研發重點也正是該類武器。

高超聲速飛行器要想在10年後將其投入實戰，關鍵就要看超燃衝壓發動機能否在技術及可靠性上取得重大突破。

超燃衝壓發動機是指燃料在超聲速氣流中進行燃燒的衝壓發動機。

超聲速或高超聲速氣流在進氣道擴壓到較低超聲速，然後燃料從燃燒室壁面的突出物噴入與空氣混合并燃燒，最後，燃燒後的氣體經擴張型噴管排出。

超燃衝壓發動機的工作窗口極其狹窄，錯過一點點，超聲速燃燒就不能維持。

另一方面，溫度升高使聲速升高，不及時補償的話，也會破壞超聲速燃燒的條件。

使用超燃衝壓發動機的美國X-51A巡航導彈的多次試飛都不是很成功，發動機最長一次持續工作時間也只有300秒，離實用化還差的很遠。

高超速聲速巡航導彈要想在10年後將其投入實戰，關鍵就要看超燃衝壓發動機能否在技術及可靠性上取得重大突破。

高超聲速飛行器需要解決的技術問題絕非僅有發動機一個，速度與機動悖論也讓人頭疼。物理學基本常識告訴我們，物體速度越塊，其運動慣性就越大，改變速度矢量的難度也越大。

此外，隨著飛行高度上升，空氣密度越來越低，飛行器的氣動面舵效越來越弱。

在此情況下，為保證飛行器方向可控，就必須採用發動機推力矢量系統來強行改變飛行軌跡，

在高超聲速飛行中賦予飛行器強大的外力過載，讓飛行器的結構與材料強度面臨嚴峻挑戰。

對於亞軌道滑翔飛行器來說，其還面臨另外一個技術問題。

該類飛行器的飛行高度正好與35000到80000米的「黑障」高度重合，此時飛行器最大速度可達20馬赫左右，雖然空氣稀薄，但劇烈的氣動加熱仍可能導致飛行器被電離層包裹，電磁波信號將被電離層阻隔，飛行器雷達無法搜索目標，自身也很難接收導航或目標坐標信息，外界很難對飛行器做遙控操作。

高超聲速是人類過去很少進入的速度區間，對飛行器在高超聲速條件下的工作狀態，人類還知之甚少。

除發動機、飛行控制與「黑障」等難題外，高超聲速飛行器還需跨越低成本耐高溫材料、低阻外形設計等各種技術障礙。

因此，

雖然相關科技進步很快，但人類目前在技術上可供實戰的高超聲速武器其實仍然只有彈道導彈一種。

（未完待續）

來源：澎湃防務

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