高超聲速技術助力全球快速打擊

知遠戰略與防務研究所 藍山/編譯

自：俄羅斯「軍事評論」網站2019年1月15日

【知遠導讀】本文原文刊載於2019年1月15日的俄羅斯「軍事評論」網站，作者是尼古拉·安東諾夫。文章介紹了美國、俄羅斯和印度當前的陸基高超聲速武器計划進展。作者指出，由於現代化綜合防空系統的出現，特別是彈道導彈防禦系統的發展，軍事強國希望能用高超聲速武器來對抗反介入/區域拒止戰略及實施地區或全球打擊。

技術發達國家的武裝力量正在研發陸基高超聲速武器，以應對快速發展的威脅和現代化彈道導彈防禦系統。

高超聲速領域的進步促進了高速武器系統的研發。後者本身也被確定為軍隊必須沿其方向前進的關鍵領域，以免落後於技術對手。

最近幾十年來在這一技術領域進行了大規模的研發，同時，廣泛採用了周期性原則：一個研發周期被作為下一個研發周期的基礎。這一進程促進了高超聲速武器技術的巨大進步。最近二十年來研製者們主要在彈道導彈和巡航導彈以及有火箭加速器的滑翔彈頭領域積極運用高超聲速技術，在諸如模擬、風洞試驗、頭部整流罩構造、智能材料、飛行器再入大氣層的動力學和專用軟體這些領域中積極地開展工作。陸基高超聲速系統目前已經具有很高的準備程度和精度，能攻擊很多類型的目標。此外，這些系統能大大削弱敵方現有的反導防禦系統。

美國的計劃

美國國防部和其他國家機關日益重視研發將能達到2020年代所需發展水平的高超聲速武器。五角大樓增加用於高超聲速研究的經費和資源可以證明這一點。

美國陸軍火箭航天系統局和桑迪亞國家試驗室正在聯合攻關超前的AHW（Advanced Hypersonic Weapon）高超聲速武器系統，目前後者被稱作Alternate Re-EntrySystem。該系統用HGV（hypersonic glide vehicle）高超聲速滑翔器投送常規彈頭。HGV類似於國防部高級計劃研究局和美國空軍制定的HTV-2（Hypersonic Technology Vehicle-2）構想。不過與HTV-2相比，HGV可以安裝在近程運載火箭上，這本身也說明其將被優先前沿部署（在陸地或海上）。HGV的構造（楔形）與HTV-2（圓錐形）不同，裝備末段高精度制導系統。

2011年11月AHW火箭首飛並演示了使用火箭加速器的高超聲速滑翔技術、熱防護技術的完善程度，並檢驗了測試靶場參數。從夏威夷導彈靶場發射的滑翔器飛行大約3800千米，成功地命中目標。

2014年4月在阿拉斯加發射場進行了第二次試驗發射。但發射4秒鐘後控制器發出銷毀火箭的指令，外部熱防護層掛住了運載火箭的操縱裝置。2017年10月在太平洋導彈靶場進行了縮小版的下一次試射。縮小版的尺寸與標準的潛射彈道導彈相當。

美國國防部為按AHW計划進行試驗發射而在2016財年申請了8600萬美元，2017財年申請了1.74億美元，2018財年申請了1.97億美元，2019財年申請了2.63億美元。最後一次申請經費和同時制定的繼續進行AHW試驗的計劃表明，五角大樓明確打算研發並部署使用AHW平台的系統。

2019年計劃集中力量生產和試驗試飛用運載火箭和高超聲速滑翔器；繼續研究未來系統，以審查成本、空氣動力性能和熱性能；進行補充研究，以評估替代方案、可行性和綜合方案構想。

美國國防部高級計劃研究局與空軍正在共同實施HSSW（High Speed Strike Weapon）演示計劃。該計劃包括兩個基本項目：由洛克希德公司和雷聲公司負責的TBG（Tactical Boost-Glide）計劃，由波音公司牽頭的HAWC（Hypersonic Air-breathing Weapon Concept）計劃。計劃先在空軍部署該系統（空中發射），然後在海上使用（垂直發射）。

儘管美國國防部在高超聲速研究領域的主要目標是空射武器，但DARPA於2017年在Operational Fires項目框架內開始研製和演示包括了TBG技術的陸基高超聲速系統。

在2019年的預算申請中，五角大樓需要用5000萬美元研發和演示能使高超聲速滑翔巡航器突破敵方防空系統並迅速而精確地摧毀首要目標的陸基系統。項目的目標是：研發能將各種戰鬥部投送不同距離的超前的運載工具；研發能嵌入現有地面基礎設施的兼容性陸基發射平台；具備快速部署和重新部署所需的特別性能。

在2019年的預算申請中，DARPA為TBG計劃申請1.795億美元。TBG的目標（與HAWC一樣）是使滑翔器在末段的滑翔速度達到馬赫數5以上，這種滑翔器的耐熱性和機動性應該非常高，飛行高度近61000米，戰鬥部重約115千克。根據TBG和HAWC計劃還在研發戰鬥部和制導系統。

早些時候美國空軍和DARPA已經開始在CPGS（Conventional Prompt Global Strike）項目框架內實施FALCON（Force Application and Launch from CONtinental United States）聯合計劃。該計劃的目標是研發一種能在1-2小時內將彈頭投送至全球任何地點的系統，該系統包括類似於彈道導彈的投送工具和進入大氣層所需的高超聲速滑翔器（CAV，即common aerovehicle）。CAV高機動性滑翔器採用三角形翼身融合體，沒有推進器，可以高超聲速在大氣層中飛行。

洛克希德-馬丁公司與DARPA曾於2003-2011年制定了HTV-2高超聲速飛行器的初步構想。從范登堡空軍基地發射的「牛頭怪IV」輕型火箭是HTV-2飛行器的投送工具。在HTV-2於2010年進行的首飛中獲得的數據顯示了在提高空氣動力性能、高溫材料、熱防護系統、自主飛行安全系統、長時間高超聲速飛行所需的制導、導航和控制系統方面的進步。不過，該計劃已被關閉，目前所有力量集中於AHW項目。

五角大樓希望這些研究計劃將為各種高超聲速武器開闢道路，並計劃在以繼續為該領域的項目撥款為目的而制定的路線圖框架內加強其高超聲速研發工作。

2018年4月國防部副部長宣布，他接到了完成「80%的計劃」的命令，即在2023年前進行評估試驗，試驗的目標是在下一個十年具備高超聲速能力。實現增效作用也是五角大樓在高超聲速項目中的優先任務之一，因為在各種計劃中研發的組成部分往往功能接近。「儘管從海上、空中或地面平台發射火箭的過程大相徑庭，仍然需要努力最大限度地使其組成部分通用化。」

俄羅斯的成就

俄羅斯的高超聲速火箭研發計劃雄心勃勃，國家的大力支持在很大程度上對其起了促進作用。2018年3月1日總統向聯邦會議發表的年度國情咨文證實了這一點。普京總統在國情咨文中介紹了多種新武器系統，包括未來的「前衛」戰略導彈系統。

普京把包括「前衛」系統在內的這些武器系統說成是對美國部署全球反導防禦系統的應對措施。他說，「儘管俄羅斯聯邦深為擔憂，但美國仍在繼續有計劃地實施自己的反導防禦系統計劃」，而俄羅斯的回應是提高自己戰略力量摧毀潛在敵人防禦系統的能力（儘管目前美國的反導防禦系統甚至未必能攔截俄羅斯現有1550枚核彈頭的一部分）。

「前衛」系統大概由4202項目進一步發展而來，後者曾被改為JU-71高超聲速制導戰鬥部研發項目。普京說，它可以在巡航段或滑翔段保持馬赫數20的飛行速度，並「在接近目標過程中進行劇烈機動，比如側向機動（而且達數千公里）。所有這些令任何防空和反導防禦武器都對它束手無策」。

「前衛」系統實際上是在等離子體層中飛行，亦即它像「隕石」或「火球」一樣飛向目標。滑翔器表面溫度可達「攝氏2000度」。

普京的國情咨文用視頻展示了作為簡化高超聲速火箭（能機動並突破防空與反導防禦系統）的「前衛」系統的構想。總統稱，視頻中所展示的滑翔器不是最終系統的真實演示。不過專家認為，視頻中的滑翔器是完全可以實現、具有「前衛」系統的戰術技術性能的系統方案。再加上考慮到眾所周知的JU-71項目的試驗歷史，可以說俄羅斯正堅定地在研發和量產高超聲速滑翔器的方向上前進。

視頻中所展示的滑翔器很可能採用楔形翼身融合體——一般被定義為「乘波飛行器」。視頻演示了其從運載火箭上脫離及之後機動至目標的過程，可以看到有4個舵面，其中2個在機身上面，另外2個是機身減速板，全都布置在滑翔器後部。

「前衛」系統可能與「薩爾馬特」新型重型多級洲際彈道導彈一起發射。不過普京在國情咨文中稱，「它與現有的各系統兼容」，這說明，在最近的將來「前衛」滑翔器的運載工具很可能是UR-100NUTTKh改進型導彈。「薩爾馬特」導彈11000千米的估計射程加上JU-71制導戰鬥部9900千米的射程，最大殺傷距離超過2萬千米。

俄羅斯目前在高超聲速系統領域的研發始於2001年，當時進行了攜帶滑翔器的UR-100N（北約稱作SS-19「匕首」）洲際彈道導彈的試驗。2011年9月28日進行了裝有JU-71戰鬥部的4202項目導彈的第一次發射。俄羅斯工程師基於JU-71/4202項目還研製了一種高超聲速飛行器，（包括JU-74第二個試驗樣品），2016年從位於奧倫堡的靶場發射，命中了位於堪察加庫拉靶場的目標。2018年12月26日「前衛」系統進行了最近一次成功發射，飛行速度達到馬赫數27左右。

印度的發展

印度國防研究與發展組織攻關陸基高超聲速系統已有10多年。目前推進最順利的項目是「舒亞」（Shourya或Shaurya）導彈。其他兩個計劃——「布拉莫斯II（K）」和HSTDV（Hypersonic Technology Demonstrating Vehicle）——目前遇到了一些困難。

面對面戰術導彈的研發始於90年代。據報道，這種導彈的典型作戰半徑為700千米（儘管可能會增加），圓概率誤差為20-30米。導彈可從安裝在4×4機動發射裝置的發射容器中發射，或從地面固定平台或發射井中發射。

用發射容器發射的兩級導彈藉助於氣體發生器發射，後者通過高速燃燒發射物質產生足以使導彈高速飛出容器的高壓。第一級支持飛行60-90秒鐘到第二級開始工作，然後拋投小型煙火信號裝置（也作為俯仰和擺頭髮動機使用）。

高能材料試驗室和先進系統試驗室研發的氣體發生器和發動機能把導彈加速至馬赫數7。所有發動機和級使用專門研製的固體燃料，後者能使飛行器達到高超聲速。導彈重量為6.5噸，可攜帶重量近1噸的普通爆破戰鬥部或當量為17000噸的核彈頭。

2004年開始在昌德浦靶場進行「舒亞」導彈的地面試驗，下一次試驗於2008年11月進行。在這些試驗中速度達到馬赫數5，射程為300千米。

2011的9月採用最終配置的「舒亞」導彈從發射井進行發射試驗。據報道，原型採用了更好的導航和制導系統，其組成包括印度國防研究與發展組織研發的環形激光陀螺儀和加速度表。導彈主要依靠為提高機動性和精確度而研發的陀螺儀。導彈飛行速度達到馬赫數7.5，低空飛行700千米，同時彈體表面溫度達到700攝氏度。

國防部於2016年8月在昌德浦進行了最後一次試驗發射。飛行高度達到4萬米，飛行700千米，飛行速度仍然是馬赫數7.5。在發射葯的作用下，導彈沿彈道軌跡飛行50千米，然後轉入高超聲速巡航飛行。在與目標遭遇前完成最後機動。

印度在2018年印度國際陸海軍防務展（DefExpo2018）上宣布，將對「舒亞」導彈的下一個樣品進行一些修整，以增加射程。預計巴拉特動力有限公司將進行批量生產。不過該公司代表說，他們沒有接到來自印度國防研究與發展組織的任何生產指令，並指出，導彈至今還在修整之中。但印度國防研究與發展組織對有關修整的信息嚴格保密。

印度與俄羅斯正在聯合企業布拉莫斯航空航天有限公司框架內聯合研發「布拉莫斯II（K）」高超聲速導彈。印度國防研究與發展組織正在研製高超聲速衝壓式空氣噴氣發動機，其地面試驗已經順利完成。

印度在俄羅斯的幫助下正在研發能使導彈達到高超聲速的專用火箭燃料。關於該項目的更詳細的信息目前不得而知，但公司代表稱，他們暫時處於初步設計階段，因此「布拉莫斯II」導彈投入使用需時不少於10年。

儘管傳統的「布拉莫斯」超聲速導彈表現很好，但在「布拉莫斯II」導彈項目框架內，印度技術研究院、印度科學研究院和布拉莫斯航空航天公司在材料學領域正在進行大量研究，因為材料需要承受高壓和高超聲速造成的高氣動載荷及熱載荷。

布拉莫斯航空航天公司執行經理蘇迪爾·米什拉稱，「布拉莫斯II」導彈與俄羅斯「鋯石」導彈使用同樣的發動機和推進技術，而制導和導航系統、軟體、彈體及控制系統由印度研製。

計劃使導彈的作戰半徑達到450千米，飛行速度為馬赫數7。射程初步確定為290千米，因為俄羅斯簽署了《導彈技術控制措施》文件，但同樣簽署了該文件的印度，目前正試圖增加其導彈射程。預計導彈可從空中、地面、水面或水下平台上發射。印度國防研究與發展組織計劃投資2.5億美元用於試驗能在海平面上進行高超聲速飛行（馬赫數5.56）的導彈。

同時，印度HSTDV項目（其衝壓式發動機用於演示獨立長時間飛行）在構造方面遇到了困難。然而國防研究與發展試驗室在繼續致力於完善衝壓式空氣噴氣發動機技術。根據已經宣布的性能判斷，藉助於固體燃料起飛發動機，HSTDV在3萬米高空可以馬赫數6的速度飛行20秒鐘。2005年完成了有彈體和發動機固定裝置的基本構造設計。大部分空氣動力試驗是由國家航空航天試驗室（NAL）進行的。

縮小版的HSTDV在國家航空航天試驗室進行了進氣（空氣）和排氣（廢氣）試驗。為了獲得高超聲速樣品，還進行了多次較大超聲速的風洞測試。

國防研究與發展試驗室進行了與研究材料，整合電氣與機械部件，衝壓式發動機相關的工作。2010年在專業會議上公開展示了第一個基本樣品，2011年在印度國際航展上公開亮相。根據進度表，計劃2016年製成真正的原型。但由於沒有必要的技術，高超聲速研究領域撥款不足及生產場地沒有準備好，該項目的進度延後了。

然而空氣動力性能、推進裝備和衝壓式發動機的性能經過了仔細分析和計算，因而預計全尺寸空氣噴氣發動機可產生6千牛的推力，從而可以發射衛星、核彈頭和其他遠程彈道/非彈道導彈。八角形彈體重量為1噸，裝備巡航安定面和後操縱舵。

印度國防研究與發展組織的另一個試驗室——末段彈道學試驗室——在試驗像發動機燃料室這樣的重要技術。前者希望建成一個用於試驗HSTDV系統的高超聲速風洞，但遇到資金短缺的問題。

由於現代化綜合防空系統的出現，軍事強國的武裝力量希望能用高超聲速武器對抗反介入/區域拒止戰略及實施地區或全球打擊。2000年代末，一些國家的國防計劃特別重視作為最佳全球打擊武器的高超聲速武器。因為這個原因以及地緣政治競爭日益激烈，軍隊力圖儘可能地增加用於此類技術的經費和資源。

在包括在敵防空火力圈外使用的系統在內的陸基高超聲速武器方面，用於地對地和地對空武器的標準的發射系統和機動發射裝置，以及用於進行中程和洲際打擊的地下發射井是最佳的低風險方案。

（平台編輯：黃瀟瀟）

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