全球打擊之利器：高超音速武器(圖)

全球打擊之利器：高超音速武器

2010年10月  　來源： 科技日報

 

　　日前，美空軍完成了對未來10年的“技術展望”文件，聲稱此前僅存在於好萊塢科幻電影中的許多技術，在不久的將來都會成為現實，其中就包括高超音速武器。高超音速武器航程遠、速度快、性能超卓，被軍事專家稱為繼螺旋槳、噴氣推進之後航空史上的第三次革命性成果，將對未來的戰爭產生巨大的影響。

　　近日，印度計劃研發最高速度達到6000公裏/小時的高超音速巡航導彈，以提高其空中快速打擊能力。該高超音速巡航導彈的設計射程約為300公裏，具備較高的目標突防能力。印度海軍希望到2016年為其隱身導彈驅逐艦裝備高超音速巡航導彈。

　　此前，美國成功發射了一枚“人牛怪IV型”運載火箭，上麵攜帶美國國防高級研究計劃局研發的HTV－2（The Hypersonic Test Vehicle-2）高超音速無人機。HTV－2在升空後加速到20倍音速（約每小時2.4萬公裏），用了不到半小時的時間就飛到了離發射基地有7600公裏之遠的預定目的地。HTV－2是美國“全球快速打擊係統”計劃的重要組成部分，它的成功發射標誌著高超音速武器研製進入了一個全新的發展階段。高超音速武器迅速步入人們視野。

　　高超音速武器備受青睞

　　高超音速武器是指以超高音速飛行技術為基礎、飛行速度超過5倍音速的武器。自20世紀50年代末開始探索超音速燃燒衝壓發動機技術以來，美國、俄羅斯、德國和澳大利亞等國在20世紀90年代初陸續取得了技術上的重大突破，並相繼進行了地麵試驗和飛行試驗。試驗表明高超音速技術已經從概念和原理探索和基礎研究階段，進入以某種高超音速飛行器為應用背景的先期技術開發階段。

　　冷戰期間，美國曾提出多個高超音速飛行器的發展計劃，如超燃衝壓發動機導彈和國家“空天飛機”計劃等，都中途夭折，但在關鍵技術方麵還是取得一係列重大突破，從而為實際飛行器的工程設計奠定了堅實的技術基礎。1996年，美國對高超音速飛行器的發展進行調整，降低近期的發展目標，確立分階段逐步發展的思路，選擇以巡航導彈為突破口，而後轉入其他飛行器與天地往返運輸係統。目前，高超音速巡航導彈已進入工程研製階段，美國正在實施多項研究計劃，目標是研製速度6—8馬赫、射程1200千米左右的高超音速巡航導彈。同時，以高超音速飛機等為應用背景的高超音速係列飛行試驗研究也在進行中，如X-51A“馭波者”高超聲速無人機。

　　俄羅斯在高超音速技術領域也處於世界領先地位。俄早已擁有“白蛉”“寶石”等多種衝壓發動機推進的導彈，它們為高超音速研究奠定了堅實的基礎。目前，俄羅斯高超音速技術已進入飛行驗證階段，正在研究更接近於實際的飛行器布局。此外，俄羅斯還正在研製“下一代發射技術”高超音速試驗飛行器，該飛行器采用氫燃料超燃衝壓發動機，飛行馬赫數達6—14馬赫，已進行了大量的地麵試驗和風洞試驗。

　　四大關鍵技術亟待突破

　　高超音速飛行的飛行馬赫數範圍很寬，要跨越亞音速、跨音速、超音速3個階段，才能進入高超音速階段。當飛行器從稠密大氣層衝向稀薄大氣層時，空氣密度的巨大變化給飛行器的設計帶來很大困難。因此，超音速技術必須突破四大關鍵技術問題。

　　高超音速推進技術。目前，各國發展高超音速技術主要選用超燃衝壓發動機作為推進係統。高超音速空氣在燃燒室中的滯留時間通常隻有1.5毫秒，要在這樣短的時間內將其壓縮、增壓，並與燃料在超音速流動狀態下迅速、均勻、穩定、高效率地混合和燃燒是十分困難的。因此，需要對發動機尺寸、形狀以及燃料種類、噴注器設計、燃燒機理進行綜合性理論和試驗研究。超燃衝壓發動機的另一個技術困難是飛行器必須達到一定的速度才能啟動，這要有助推器提供初速才行。對於高超音速飛機、跨大氣層飛行器和空天飛機而言，如何實現固體助推火箭與超燃衝壓發動機的最佳組合也是一個很大的難題。

　　一體化設計技術。一體化設計技術主要是指通過飛行器與推進器兩者相互作用而獲得盡可能高的飛行器氣動和推進性能、穩定性和控製特性的設計技術。飛行器機體和推進係統的一體化設計是關係到整個飛行器性能的關鍵。高超音速飛行器的工作馬赫數範圍越寬，這個問題越突出。推進係統在高超音速飛行器中的合理布局可以明顯減小飛行器的阻力，使飛行器獲得較高的升阻比。

　　高超音速空氣動力學。當飛行器以高超音速飛行時，氣動加熱非常嚴重。當馬赫數達到8時，飛行器的頭部的溫度將接近1800℃，其它部位的溫度也將在600℃以上，能使附近的氣體分解和電離，形成相當複雜的混合氣體。這使高超音速氣流的研究成為非常複雜的問題，必須綜合利用計算液體力學、風洞試驗和飛行試驗等手段解決真實飛行環境下的氣動力及熱特性問題。目前，各國正深入研究與高超音速空氣動力學相關的基礎理論、建模計算驗證手段。

　　結構材料技術。高超音速飛行器通常要求盡可能地減輕結構重量，並克服氣動加熱問題。因此，長壽命、耐高溫、抗腐蝕、高強度、低密度的結構材料對於研製高超音速飛行器是非常關鍵的。即使製造高超音速飛行器的飛行試驗樣機，也必須在材料與結構技術方麵取得突破。如美國的X－37B高超音速飛行器，頭部采用鎢，機翼前緣與垂直麵使用碳/碳複合材料，飛行器的外表麵還覆蓋耐熱瓷瓦。

　　讓現有武器“一飛衝天”

　　利用高超音速技術對現有的導彈、炮彈、作戰飛機等武器進行高速化改造後，這些武器恰似插上了一飛衝天的翅膀，其作戰效能將極大增強。目前，高超音速武器大多處於試製的不同階段，完全走出實驗室，踏上未來戰場，還需假以時日，但其中一些高超音速武器已漸現雛形，並展現出了誘人的作戰性能。

　　高超音速巡航導彈。高超音速巡航導彈是用吸氣式發動機提供動力，應用高超音速技術的巡航導彈。相比於彈道導彈，它具有發射平台多樣、彈道富於變化的特點；其飛行速度可達8—10馬赫，能遂行攻擊、偵察、監視和情報任務，與普通的巡航導彈相比，高超音速巡航導彈動能大，所需戰鬥部相對較小；因其速度快，空防能力也就顯著提高，敵方戰場預警和攔截的時間大大縮短，打擊成功率將得到大大提高。美國新的高超音速計劃就是把巡航導彈作為突破口，並從“戰斧”著手，預定在2015年前研製出6—8馬赫的高超音速巡航導彈。此外，高超音速反彈道導彈和集反導、反飛機與反裝甲諸功能於一身的高超音速多用途巡航導彈也正在加緊研製中。

　　空天飛機。這是一種集航空、航天技術於一身，兼有航空和航天兩種功能，既能民用運輸，又能執行軍事任務的載人航天器。它裝有高超音速發動機能像普通飛機一樣起飛，以5倍以上音速在大氣層內飛行，在30—100公裏高空的飛行速度高達12—25馬赫，並直接加速進入地球軌道成為航天飛行器。它可以在某一個普通機場以水平方式自主的起飛，完成作戰任務後自主返回，返回途中可根據需要降落在指定的機場。它的靈活與快速是當前航天飛機與宇宙飛船所不能達到的。這對於快速進入太空完成衛星投送或維修等任務來說是再適合不過了。

　　空間打擊武器。在空間飛行器上配置相應的武器係統，就可以作為空間打擊武器對目標實施打擊，它不僅可執行反衛星任務，也可用於攔截彈道導彈或定向能武器擊毀敵方的任務目標，這樣便可以在遠離己方區域的空間摧毀敵方目標。據報道，目前一些國家正在研製的天基對地打擊武器，就是從太空投擲的鎢、鈦或鈾金屬製成的高超音速武器。武器上安裝了小型助推火箭。從距地300公裏的高度發射時，打擊速度可達23馬赫，打擊威力幾乎相當於一枚小型核武器。這種新型天基武器反應速度快、命中精度高，令敵人防不勝防。從太空發射後，能毫不費力地摧毀大型建築群和幾百米深的地下掩體。 （周新紅）