中国高超音速武器不逊于美国

美国媒体报道,中国于1月9日进行了一次高超音速武器试验,这种武器将被用于突破美国的导弹防御系统。据称,这种高超音速飞行器被安装在一种由洲际导弹改造的运载火箭中,其速度高达10马赫。[详细]或许因为保密程度相当高,这是中国高超音速武器首次曝光,实际目前在世界上,将高超音速武器推进至实机研究阶段的仅有中国和美国两家。

2014-01-15 第 144

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采用乘波体外形设计的美国HTV-2高超音速滑翔体,再入速度为20倍音速,但此前2次试验均告失败。

美国媒体报道,中国于1月9日进行了一次高超音速武器试验,这种武器将被用于突破美国的导弹防御系统。据不愿透露姓名的美军官员称,五角大楼已经这种高超音速武器命名为WU-14。据称,这种高超音速飞行器被安装在一种由洲际导弹改造的运载火箭中,从地面发射后,与火箭助推器分离,然后再入大气层进行无动力高速滑翔飞行,其速度高达10马赫(也就是音速的10倍)。

这是中国高超音速武器首次曝光,或许因为保密程度相当高,试验之前国内军事论坛上没有丝毫消息。此前唯一能在侧面进行推测的是,国内媒体去年报道了于2012年5月通过验收的JF-12激波风洞,该风洞可复现25-40公里高空、5-9倍声速的高超声速飞行条件。报道称,模拟带发动机工作的高超声速一体化试验需要的测试时间至少是几十毫秒,国外相关风洞大约只能做到30毫秒,而JF12能达到100毫秒试验时间。JF12喷管出口直径可达2.5米,试验舱直径3.5米,都明显优于国外同类风洞。

可见,中国发展高超音速武器是有技术基础的。目前世界上,将高超音速武器推进至实机研究阶段的仅有中国和美国两家。

提到高超音速武器,就有必要了解一下美国国防部先进研究计划局(DARPA)的猎鹰计划。猎鹰计划全称是"兵力运用与从本土发射"(FALCON),这个名称的简明解释是,武器从美国本土发射,可在短时间内打击全球任何一点。与前面提到的中国WU-14高超音速武器一样,猎鹰计划也是将一个高超音速滑翔体(DARPA将其称为通用航空飞行器CAV)装在小型固体运载火箭(SLV)上,SLV将CAV发射到亚轨道后,CAV沿弹道飞行并很快再入大气层,随后在大气层内进行大距离的无动力高超音速滑翔飞行,期间CAV可以进行大范围机动规避反导拦截,最终精确击中数千乃至上万公里外的地面目标。

中美的高超音速武器均采用了运载火箭发射无动力滑翔体的设计。
美国GMD的拦截弹发射,高超音速滑翔体能够规避弹道导弹防御系统。
HTV-2高超音速滑翔体与运载火箭分离的想象图,高速下的姿态控制其最大难题。

猎鹰计划的具体指标是,最初要求CAV能在30-60公里的高高空进行5500公里的超远距离滑翔,并同时能进行最大2200公里的横向机动。进一步要求CAV能达到16700公里的滑翔距离和5500公里的横向机动能力。

猎鹰计划最早于2002年提出,它合并了美国空军及DARPA此前的高超声速武器项目,整个计划有些复杂,并在2004年进行过调整,下面仅介绍进行过实际试验的型号。经过2004年调整后,通用航空飞行器(CAV)被重新名为高超音速技术载具(HTV),唯一进行过实际飞行试验的是洛克希德·马丁公司的HTV-2。

HTV-2采用乘波体外形设计,据称其在高超音速条件下的升阻比高达3-4。可以比较的是,在同等速度条件下,传统宇宙飞船如联盟、神舟的升阻比仅0.2-0.3,阿波罗飞船为0.368;采用三角翼、能在普通跑道降落的航天飞机的升阻比为1。HTV-2在高超音速下的高升阻比是它实现远距离滑翔的最根本基础,同时如何实现在高超音速飞行时保持姿态、机动可控也是最大的设计难点。

HTV-2飞行状态的想象图,它的外壳可耐高温高压,也不怕激光武器照射。

HTV-2的另一设计难点是防热。尽管在30-60公里的高高空,大气密度已非常稀薄,但高超音速滑翔时的摩擦生热仍使HTV-2的表面温度最高超过2000摄氏度,这已超过不锈钢、钛合金等常见航空材料的熔点。所以HTV-2外壳主体采用了碳-碳复合材料。

2010年4月22日,HTV-2进行首次飞行试验。HTV-2搭载在牛头怪4型运载火箭上,在加利福尼亚州的范登堡空军基地发射升空,它以约20倍音速重返大气层展开高超音速滑翔飞行,按计划它要滑翔飞行5741公里,击中西太平洋夸贾林环礁附近的海上靶区,整个飞行全程大约耗时30分钟,末速降低至4倍音速左右。但在试验中,HTV-2仅滑翔飞行139秒就失控坠毁。DARPA调查发现,HTV-2是在再入大气层、拉起滑翔阶段发生偏航,继而滚转,超出飞控系统的控制能力而失事。

2011年8月11日,HTV-2进行了第二次飞行试验,但同样在再入拉起阶段失去了联系。此后直至现在,美国也没恢复HTV-2的飞行试验,应该是有些技术难题仍没有解决。可见,即便是对于航空航天实力超群的美国,要研制再入速度在20倍音速左右的高超音速飞行器也是困难重重。

HTV-2尽管未获成功,但高超音速飞行器显然代表着战略武器的发展方向。实际上,我们可以将HTV-2与牛头怪4火箭这个组合视为一款新型的远程/洲际导弹,牛头怪4火箭本来就改装自因美削减战略武器协议而提前退役的"和平卫士"洲际导弹,HTV-2则是一个可以在大气层内进行远距离滑翔机动的弹头。由于HTV-2在大气层内能够大幅横向机动,目前现役及计划中的反导拦截弹对它都无能为力,甚至代表着未来的激光武器也难以对付HTV-2。因为HTV-2速度快,其外壳因为要承受高温高压而设计得极为坚固,大功率激光武器的短时间照射,也难以将HTV-2烧毁或烧伤。

所以,高超音速飞行器若能成功,在突防能力上将具有颠覆性的效果,可取代现有的洲际导弹或作为头等战略武器使用,这应该也是中国跟随着美国,发展"WU-14"高超音速飞行器的原因。

"一小时全球打击"的"先进高超声速武器(AHW)"的产物:高超音速滑翔体则称为HGB,采用较传统的圆锥体+小翼面布局,指标较HTV-2相对落后。

另外,美国的高超音速飞行器也不是只有猎鹰计划一个项目。美国陆军航天与导弹防御司令部、及美国陆军战略司令部也联合发起了常规快速全球打击(CPGS)项目。这个项目以能够进行"一小时全球打击"的"先进高超声速武器"(AHW)为目标。与FALCON、及中国的WU-14一样,AHW也采用固体火箭搭载高超音速滑翔体的模式,其高超音速滑翔体则称为HGB,运载火箭则是"北极星"潜射中程弹道导弹改装而成的三级固体火箭。但据已知信息,AHW的高超音速滑翔体在外形设计上仍较为传统,是普通的圆锥体+小翼面,其在高超音速条件的升阻比不如HTV-2,技术上落后一代。

AHW的首次试射时间为2011年11月17日,它从夏威夷考艾岛发射升空,大约30分钟后成功击中5000公里外的西太平洋夸贾林环礁附近海上靶区,两地相距大约5000公里。据报道,AHW的HGB重返大气层时的速度为8倍音速,滑翔飞行段大约是3000公里。

AHW的这一指标要比HTV-2低了不少,甚至逊色于中国WU-14的10倍音速。换个角度来说,在高超音速滑翔武器领域,中美两国现在实际能够做到的是处于同一水平,WU-14成功比AHW晚了3年,指标略优。如果WU-14采用的是类似HTV-2的乘波体设计,甚至可以说中国比美国先获得了初步成功。虽然美国通过HTV-2,肯定比中国掌握了更多、更高级的经验,但现在的情况已足够令中国航天人收获自信。

中国拥有世界领先的JF-12高超音速风洞,在这一领域能暂时与美国持平是有技术基础的。

最后需要提及的是,美国军政高层对中国此次高超音速武器试验反应极为紧张。美国众议院军事委员会(House Armed Services Committee)1月13日发表声明,对中国进行的高超音速巡航导弹测试表示出极大的担忧,并称此次导弹试验无助于中美在太平洋地区的和平共存。这是中国去年试射东风41、巨浪2洲际导弹时都没有的情况,极不寻常。

其实对于中国军事、工业方面的成就,外媒究竟是吹捧、还是如实反映,美国国会是一面极佳的镜子。例如,华为公司数年前欲进军美国电信市场,后来因美国国会阻挠而作罢。去年斯诺登事件,美国安局在世界范围内进行网络窃听曝光,美国安局在行动中利用了美国公司掌握全球互联网核心技术的优势。美国国会的议员们对此是心知肚明的,所以他们极力反对中国公司成为美国网络基础设施的供应商,免去"后院起火"的可能。

美众议院军事委员会这次对中国高超音速武器如此紧张,他们应该也同样看到这种武器的革命性意义,以及中国在这一领域对美国的紧追甚至暂时领先。

高超音速飞行器若能成功,在突防能力上将具有颠覆性的效果,可取代现有的洲际导弹的地位。这应该也是中国跟随着美国发展高超音速飞行器的原因。美国军政高层对中国高超音速武器如此紧张,他们应该也同样看到这种武器的革命性意义,以及中国在这一领域对美国的紧追甚至暂时领先。

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