奮起直追的先行者:美國大力研製高超音速武器

美國是高超音速武器研發時間最長、基礎最好、投入最多的國家。美國國防部發言人巴爾丹薩曾說,“美國數十年來對高超音速技術的研究一直處於世界領先地位,但我們決定不對其進行武器化”。但面對其他國家近年來在該領域的迅速發展,美國的領先地位有所動搖,美國空軍上將保羅·塞爾瓦曾公開表示,在其他國家發展研製高超音速領域武器的背景下,美國必須恢復自己在該領域的領先地位。

從高超音速飛行器到高超音速武器

美國是高超音速技術研究的先行者。早在20世紀50年代,美國就開始研究高超音速技術最為關鍵的部分——超燃衝壓發動機。1954年美國宇航局啟動“高超音速發動機計劃”,用以驗證衝壓發動機在飛行馬赫數為4~8時的推力性能,併成功研製出X-15試驗機。X-15在近十年的時間裡,創造了有人駕駛飛機飛行速度達到馬赫數6.72(約7274千米/小時)和10.8千米升限的世界紀錄,它的試驗飛行幾乎涉及了高超音速研究的所有領域,併為美國後來水星、雙子星、阿波羅有人太空飛行計劃和航天飛機的發展提供了極其珍貴的試驗數據,其搭載的超燃衝壓發動機研究經驗直接奠定了美國高超音速的發展基礎。1997年1月,美國宇航局與德萊登飛行研究中心、蘭利研究中心簽訂合同,正式啟動“高超音速-X”計劃,最終研製成功X-43系列飛機,其設計時速高達11500千米/小時(約馬赫數10)。但由於技術不夠成熟,X-43在2001年6月的一次試飛中運載火箭發生故障,“高超音速-X”計劃遭受挫折。

奮起直追的先行者:美國大力研製高超音速武器

奮起直追的先行者:美國大力研製高超音速武器

美國最早研究高超音速技術主要是用來服務其太空飛行計劃,為航天飛機甚至空天飛機做技術儲備。但在20世紀80年代後,空天飛機項目逐漸受到冷落,高超音速飛行使用的超燃衝壓發動機用以載人飛行器的弊端日益凸顯,美國開始將目光轉向武器應用。

2000年,美國國防部高級研究計劃局與波音公司啟動“高超音速導彈計劃”,要求研製一款馬赫數6以上、航程644千米以上、平均造價不高於20萬美元/枚的低成本高超音速導彈。據稱,該計劃受到海灣戰爭的啟發,當時伊拉克裝備的大量飛毛腿導彈由於速度較快,美國部隊未能全部摧毀。2002年美國空軍又與國防部高級研究設計局聯合發展“獵鷹”計劃,試圖打造具備全球打擊能力的高超音速平臺。其中最為亮眼的部分要屬其中開發的高超音速無人飛行器,要求其具備亞軌道作戰能力,可以像普通飛機一樣正常起降,還能在3~6千米的高度實現高超音速飛行,巡航速度在馬赫數12左右,進入目標周圍後釋放空對地打擊武器,並具備完成任務後一定高度的滯空時長。由於獵鷹HTV-2號在2010年和2011年兩次試飛均告失敗,獵鷹HTV-2號項目已經基本停滯。“全球快速打擊計劃”重心已經完全轉移到“先進高超音速武器”項目上。

“全球快速打擊計劃”於20世紀90年代提出,目的是讓美軍能在1小時內用常規武器打擊地球上的任何目標。2004年美國空軍曾在“全球快速打擊計劃”的推動下又啟動X-51A項目,用以測試小型超燃衝壓發動機。但在X-51A項目投入近十年、耗費近3億美元后,美國雖然進一步掌握了超燃衝壓發動機的技術參數,但在高超音速武器化上並未取得大的突破。美國陸軍“先進高超音速武器”項目反而完成多次飛行試驗,2011年首次飛行便在30分鐘內飛行超過3700千米並準確擊中目標。2014年美國海軍在“先進高超音速武器”項目基礎上充分吸收之前試驗的經驗教訓,以海基部署為前提,重點發展潛射型中程高超音速滑翔導彈,並於2017年10月完成首次飛行試驗。

奮起直追的先行者:美國大力研製高超音速武器

超燃衝壓發動機示意圖

大國戰略競爭加劇美焦慮感

高超音速武器卓越的技戰性能,使其成為各國爭相發展的“殺手鐧”武器。近年來,世界主要軍事強國根據本國實力紛紛制定出各自的發展計劃,在本國的高超音速武器項目中投入了鉅額資金,力圖在未來高超音速武器作戰中搶佔先機。其中,俄羅斯在一些關鍵技術和領域還獲得了領先地位。英國核技術領域專家詹姆斯·阿克頓表示,美國無力對抗俄羅斯高超音速武器。

在此背景下,美國感覺到了前所未有的焦慮和緊迫感。2017年3月,在美國第32屆國防工業協會上,美空軍裝備司令部官員首次將高超音速武器裝備發展比喻成一項“曼哈頓工程”。2017年7月,在美國亞特蘭大召開的AIAA推進與能源會議期間,美國空軍部負責科學、技術與工程的代理副部長柯林·塔克爾上校稱,“目前形勢下,我們已認識到現在是必須制訂(高超音速)裝備轉化戰略的時候了。”美新版《國防戰略》報告強調,“科技的快速發展和戰爭形態的不斷變化對安全環境造成影響”,新興技術如人工智能、定向能、高超音速等,其發展將決定美國是否“有能力打贏未來戰爭”。其表明,美國已將加快發展高超音速武器上升到國家戰略競爭的高度,上升到美軍能否打贏下一場戰爭的高度,預示著美國將集中資源加快高超音速武器裝備發展進程,爭奪高超音速武器裝備作戰的戰略制高點。

此外,美國把突破俄羅斯等國的防禦系統作為研製高超音速武器的另一目標。近年來,俄羅斯等國大力發展先進防禦技術,令美國傳統打擊手段整體效能降低,而高超音速武器優越的性能,使目前的反導系統無法對其作出及時反應,大大增加敵防禦成本。因此,美國加緊研製高超音速武器,以在未來的衝突和戰爭中,更好更快突破俄羅斯等國防禦體系,為己方贏得絕對的戰略優勢。

美高超音速領域王者歸來?

美國曾不止一次強調,五角大樓需要“重新審視國土防禦”,也開始將武器研發的資源向高超音速武器方向傾斜。根據美國“2018財年國防授權法案”,美國國防部長責成國防部辦公廳負責高超音速打擊技術研發,先期投入約10億美元,並計劃在未來5年再撥款12億美元。根據美國國防部2019財年預算申請文件,美軍大幅增加了高超音速導彈在研項目數量,預算總額激增至8.2億美元。在政治和經費支持下,美軍的高超音速武器發展計劃全面加速。綜合相關文件和資料,我們可以一探美國高超音速武器研製的未來走向。

奮起直追的先行者:美國大力研製高超音速武器

獵鷹HTV-2號飛行模擬圖

一是美加快高超音速武器實戰化步伐。根據預算文件,美同步新啟動了多個型號研製項目,主管機構也發生了重大調整。全部8個高超音速武器項目中,4項為2019財年預算文件新增項目,其中3項又是型號研製項目,包括空軍主管的2個戰術級導彈項目和海軍主管的1個戰略級導彈項目。因此總體上,美軍高超音速導彈科研佈局當前正在進行的最大調整是,由國防部高級研究計劃局和國防部辦公廳等直屬機構主導開展的、以技術集成演示驗證為目標的預先研究,全面轉入由空軍、海軍等軍種主導開展的、以形成作戰能力為目標的型號研製。美國《2018財年國防授權法案》要求美國國防部在2020年前完成裝備發展決策,在2022財年具備一定的高超音速打擊能力。這表明,隨著潛在對手們帶來的高超音速威脅越來越緊迫,五角大樓已經沒有時間慢慢研發更高性能的設計方案了,比如具有更大橫向機動能力的助推滑翔導彈或者吸氣式的巡航導彈。

二是戰術級高超音速導彈海陸空多型號同時推進。美軍在原有“戰術助推滑翔”項目和“高超音速吸氣式武器概念”項目兩個驗證項目的基礎上,新增加3個項目,即同時並行開展了總共5個科研項目,其中包括空軍2個型號項目以及國防部高級研究計劃局和各軍種聯合主管的3個預研項目。此外,5個項目中的4個都是採用助推滑翔類方案,而且還降低了吸氣式巡航方案的預算。這表明,美軍認為助推滑翔方案在技術上更成熟,現階段已成為發展重點,而吸氣式巡航方案還有待進一步開展技術攻關。此外根據《航空週刊》報道,美國已整合海陸空三軍,基於美國陸軍“先進高超音速武器”項目研製通用型“高超音速通用滑翔飛行器”,以整合資源、改變三軍各自為戰的混亂局面。五角大樓項目負責人拉弗蒂透露,三軍合作研製高超音速滑翔飛行器,將加速研製進度,幾個月內就會取得進展。據稱之所以美軍如此看重研製進度,是因為中俄在高超音速技術領域已經取得顯著進展。

三是戰略級高超音速導彈項目進入工程研製。在戰術級高超音速導彈全面開花的同時,美軍惟一在研的戰略級高超音速導彈也走到了由技術驗證轉入型號研製的臨界點。據美海軍和國防部辦公廳發佈的2019財年預算申請材料,該項目將從2020財年開始徹底移交至美海軍主管。海軍將該項目更名為“常規快速打擊”(CPS),並計劃在2018財年-2023財年繼續投入21億美元。預算文件顯示,CPS項目當前工作仍定位為技術驗證,但在預算文件中明確指出CPS項目將在2019年下半年進入“工程與製造發展”階段,並一直持續到2023財年或以後。這也意味著美海軍的戰略級潛射高超音速導彈將在2023年以後形成裝備。綜合信息表明,美軍戰略級潛射型高超音速導彈將使用滑翔飛行模式,僅攜帶常規戰鬥部、射程可能在4000~5000千米之間,配裝在俄亥俄級巡航導彈核潛艇和弗吉尼亞級攻擊核潛艇上。2018年10月,海軍和德拉普實驗室已經簽訂了價值超過約4億美元的合約,以支持相關研發。

美國國防部主管研發與軍事工程的副部長邁克爾·格里芬2018年12月13日在會見媒體時稱,美國將在2020年代中期擁有能發揮作用的高超音速武器防禦能力。格里芬曾說,美國雖然已經完成了所有高超音速武器的初步研究,但是美國不將其武器化的決定使得美國的高超音速武器研發與中俄相比有點落後。既然中國與俄羅斯已經將高超音速技術武器化,美國必須做出回應。他認為:“我們在回應方面有點滯後了。不過,我們會很快趕上並超越他們。”

格里芬的表態並非毫無依據,美國依然是當前世界上對高超音速研究基礎最強、投資最大、體系最全的國家。儘管在過去的一段時間裡,美國過於追求高超音速的極致性能、顧忌相關配套技術還不夠完善,在高超音速武器化上放慢了腳步,但不意味著他在高超音速武器競賽中已經徹底落後。在豐厚技術底蘊和他國技術發展的刺激下,美國重新加大了對高超音速武器的投入,如同一頭雄獅從睡夢中驚醒,勢必將成為爭奪高超音速技術桂冠的有力競爭者。


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