解析美国空军高超声速武器发展路线图
时间：2020-12-08 20:03:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
50年前，美国空军开始研究空气助燃的高超声速飞行器和武器平台，经过半个多世纪的发展，美军在航天飞行领域已经取得了诸多成果。目前，美军更加强调高超声速飞行对于未来作战的意义，進一步加大了科研力度，根据作战需求制订了长期发展规划，形成了“高超声速发展10年路线图”。美军的这份“高超声速发展10年路线图”全面总结了50年来高超声速研发的经验教训，科学分析了未来空天武器研发面临的技术难题，立足美国国防科技发展现状，适应目前军费预算连年下调的现实背景，具有较强的现实针对性和可操作性。
在失败中获取经验
“路线图”全面回顾了美军高超声速平台的发展历史。上世纪70年代，玛丽埃塔公司启动了先進战略空射导弹（ASALM）研发计划，命名为“阿萨姆”，满足美军对于新型空射导弹作战需求，替换AGM-69“斯哈姆”。“阿萨姆”采用固冲一体发动机系统，固体火箭发动机将导弹加速到超声速，此时烧空的推進燃料室便转而作为冲压发动机的燃烧室。1980年，“阿萨姆”推進技术认证（PTV）型進行了7次成功的飞行试验，实用型“阿萨姆”长4.3米，采用马夸特固冲一体发动机，最大速度4.5马赫，并在试验中达到了5.5马赫（12200米高度）。“阿萨姆”导弹研发的基础目标是对地攻击，也可执行攻击敌方空中预警指挥机（AWACS）的空对空任务，导弹在巡航段采用惯性制导，安装的双模式导引头则用于在末端制导阶段攻击地面或空中目标。在完成了推進技术认证试验后，“阿萨姆”的发展计划由于种种原因被搁置，不久后被取消。虽然“阿萨姆”中途夭折，但是为AGM-86空射巡航导弹（ALCM）的研发奠定的坚实基础，马丁·玛丽埃塔公司采用“阿萨姆”的技术原型赢得美国海军的YAQM-127A“斯拉特”（SLAT，超声速低空靶机）的竞标。
近年来，采用高压喷气动力驱动装置的波音X-51A“波行者”（Waverider）等高超声速飞行器不断進行试飞，虽然也经历了多次失败，但是同样累积了成功的经验。2010年5月X-51A的第一次试飞中，采用碳氢燃料的冲压引擎只工作了300秒，引擎和喷嘴之间的密封圈破裂造成了试飞失败，但是引擎加速试验取得了成功，从而实现了“80%～90%”的试飞目的。2011年6月的第二次试飞中，超声速冲压喷气发动机点火后未能达到满功率，但是仍产生了比预期更大的推动力。8月的第三次试飞由于控制翼故障使其无法启动超声速燃烧冲压发动机，并导致飞行器最终坠毁。虽然经历了3次失败，又面临紧缩的预算环境，但是美军研发高超声速飞行器的决心非常之大，仍在雄心勃勃地计划第四次试飞。
美国空军研究实验室X-51A项目主管兼高速打击武器（HSSW）项目副主管查利·布林克表示，尽管X-51A样机目前進行的3次试飞经历了2次失败，但是其中一次取得了局部“成功”，空军领导层仍对超声速冲压喷射装置研发充满信心。2013年中期，美军将進行第4次试验，表明了美国空军力求在空天武器平台领域保持绝对优势的决心。
承前启后的研发计划
美国空军的国防科技（S&T）分支正在全力扶持高超声速项目，要求在2020年前研发成功空天打击兵器，达到4级技术就绪水平（TRL），并从2018财年开始发展全尺寸样机，最终实现达到6级技术就绪水平的研发目标。此外，美国空军还计划在2030年前研发成功情报、侦察、监视（ISR）高超声速航天器。美国空军科技局（STD）副局长兼主管科学、技术与工程的空军部长助理克里斯多弗·克莱表示，虽然目前的作战需求还不紧迫，但是美国空军仍将加速研发高超声速项目，发展的底线是“使高超声速作战能力有一天成为美国的特权”。
规划要求广泛吸引美国空军研究实验室（AFRL）、国防部高级研究计划署（DARPA）等科研单位，借鉴国内外其他已建、在建甚至是取消的项目成果，从正在试飞的X-51A到已经取消的HTV-3X“黑燕”计划，以及相关的Facet变循环火箭冲压发动机、高速涡轮发动机演示（HiSTED）项目、高超声速飞行器演示计划（HyFly）、自由飞行大气层超燃冲压发动机试验技术（FASTT）计划、美国与澳大利亚DSTO联合研发的HIFiRE高超声速国际飞行研究试验等计划中吸引经验。
2003年初，国防部高级研究计划署召集了航空航天承包商和政府研究人员，着手启动了全新的“从美国本土发射和实施武力”的研究计划，HTV-3X“黑燕”高超声速飞机应运而生。HTV-3X验证机比一架战斗机略小，与D-21无人侦察机的尺寸大体相当，外形采用更加细长的构型，以改善在跨音速飞行时的性能。“黑燕”并不具备全球航程，只能在接近战区或者在战区内的基地起飞，执行任务过程中还需要空中加油。2009财年，美军由国防部大幅削减了HTV-3X验证机的经费预算，迫不得已决定取消了“黑燕”项目。
明确两项研发重点
美国空军研究实验室目前重点关注两大类研发项目，最优先发展的是空天快速打击平台，第二是研发涡轮变循环引擎（TBCC）航天器。“路线图”在研发高速打击武器问题上强调国际合作，最可能的合作领域是高速武器发展的关系环节——推進系统，其他诸如多模导引头、GPS拒止作战环境下的高速制导系统、空气动力设计、结构、材料、热防护系统等也存在广阔合作空间。高速打击武器应当与当前或未来的战斗机和轰炸机实现最佳兼容特性，比如国防部高级研究计划署最近研发的“弧光”（ArcLight）常规敏捷性全球打击（CPGS）演示项目将与美国海军的Mk.41导弹垂直发射系统实现兼容。
2010年7月，DARPA推出了性能更先進的“弧光”远程高超声速导弹。这种新型远程打击系统主要由导弹助推器和高超声速滑翔飞行器两部分组成，导弹助推器采用现役“标准-3”（SM-3）型导弹的助推器，而高超声速滑翔器则可携带500～1000千克的有效载荷，能在30分钟之内对3800千米以外的时间敏感目标实施打击，具备隐身性能好、打击距离远、飞行速度快、有效载荷大、自我保护性强等一系列优点。
高速打击武器计划由美国空军研究实验室主管，在俄亥俄州莱特·帕特森空军基地和佛罗里达州埃格林空军基地实施。2013年1月，美军将组织生产厂商召开协调会，商讨高速打击武器从“技术模型”到“产品模型”的具体细节。目前，美国空军已经描绘出高速打击/iSR武器平台的发展前景，在没有空间通信和导航卫星保障的情况下也可正常穿透敌方拒止区域，涡轮变循环推進系统达到5马赫以上（2010年12月制订的目标为4马赫）的巡航速度，可在常规跑道上起飞和降落。
为实现高速武器的研发目标，美军同时启动了多项技术研发计划，“及时响应精确空地海打击技术”（TRESPALS2）就是其中最重要的一个，寻求解答“对于高超声速武器来说，多快才足够快”的问题。2013年3月，美军将开始TRESPALS2的演示试验，预计在2017年進行实际点火试验，通过7～8次试验，力争2018～2019年试验成功。飞行试验的关键是制导和推進系统，达到精确命中几百千米之外目标的设计目标。
在实现精确打击目标之外，高速打击武器还要通过研发多种型号产品，与目前装备的作战飞机兼容，未来的高速打击武器可以装备到轰炸机内部或挂载到战斗机挂点之上。为此，美军计划研发先進制导系统、可选的弹药包和高效的高速推進系统，减低荷载重量，控制每种系统的制造成本（不能超过亚声速武器造价的2倍），提高武器系统效费比。
