新一輪高超聲速武器競賽來臨？美國或落後中俄
來源：國際航空(ID:interavi)，作者：易建平 廖孟豪 中國航空工業發展研究中心
2月中旬，《航空週刊》對美國國家科學院的一份關於高超聲速武器的報告進行了解讀，認為美國在高超聲速武器領域的優勢正在喪失，且可能落後於中俄兩國，因而需要加快相關能力的採辦進度。
美國國家科學院研究報告的主要結論
2015年4月，美國空軍委託美國國家科學、工程和醫學研究院(NASEM)開展一項研究，旨在評估未來的高速機動武器(主要指高超聲速助推滑翔導彈和高超聲速巡航導彈等)對美國帶來的威脅，並提出了應對措施。為此，2015年10月，NASEM組建了未來空軍高速武器系統防禦需求研究委員會，由11名來自高校、軍工企業、智庫的專家和退役軍官來負責這一課題。研究團隊在調研了美國國務院、國防部、戰區司令部、空軍、海軍、導彈防禦局、國家重點實驗室和蘭德公司等一系列政府、軍方和智庫機構之後，完成了《高速機動武器：美國全球警戒、到達與力量面臨的新威脅》研究報告。2016年11月，該研究團隊發佈了脱密版的報告摘要;2017年2月，《航空週刊》雜誌以封面文章的形式對該報告進行了解讀。
美國多方發出警告，認為美國在高超聲速領域面臨被趕超的危險。
綜合脱密版報告的摘要和《航空週刊》的文章，該報告的主要研究結論包括：
● 高速機動武器不能簡單視為傳統彈道導彈或巡航導彈的改進改型，而是一種有效結合了高空、高速、機動等飛行技術特徵的全新打擊武器;
● 中國和俄羅斯在這類武器上“投資巨大、進展顯著且成就驚人”，這類武器“將威脅到美軍在前沿部署的部隊，甚至將直接威脅美國本土”，從而威脅美軍踐行“全球警戒、全球到達和全球力量”的戰略;
● 從防禦的角度看，不存在某項或某幾項特定裝備或技術能夠有效防禦這類威脅，應以“協同有序、適時恰當的方式”，持續、廣泛地開展防禦技術和裝備研發工作，同時應從非裝備角度考慮問題，改進跨軍種協同作戰機制，提高協同作戰效率，從全軍層面進行綜合防禦;
● 這類武器的最佳防禦手段——可能也是唯一有效的防禦手段，是美國對等發展自己的高速機動武器，從而“以攻代守”，懾止對手可能發起的高速機動打擊;
● 近年來，美國高速機動武器的發展進入“慢車道”，連續多年沒有重大試飛活動，優勢正在逐步喪失，且可能落後於中俄。因此，美國應考慮調整採辦策略，加快高超聲速技術的研發和轉化，儘快研製出美國自己的高速機動武器。
美中俄研究進展不一
根據公開報道，美國在2009—2014年累計進行了8次高超聲速試飛活動。其中，HTV-2試飛了兩次，AHW也試飛了兩次。這兩種飛行器都是通過運載火箭助推達到高空，然後再以高速滑翔的形式再入，主要區別在於前者的發展目標是可重複使用高超聲速飛行器，後者則是一次性導彈武器。另外，以超燃衝壓發動機作為動力的X-51A進行了4次試驗，實現了長達210s的高超聲速飛行。
據《航空週刊》報道，中國在2014—2016年累計進行了7次高超聲速飛行器的試飛(全部為DF-ZF或WU-14)，另外還可能進行了一次類似X-51A的超燃衝壓飛行器試飛。《航空週刊》認為，俄羅斯在2011—2016年累計進行了7次高超聲速飛行器試飛，其中Yu-71/74飛行器進行了6次試飛，“鋯石”高超聲速導彈進行了一次試飛。從以上數據可以看出，美中俄三國的高超聲速試飛活動頻度基本相當，不同之處在於中俄兩國的試飛主要集中在最近兩三年，而美國近兩年沒有進行任何試飛活動，因此僅在表面上呈現出“美國衰退、中俄崛起”的態勢。
但從項目規劃的角度看，美國並沒有放鬆高超聲速武器項目的研製工作。2016年9—10月，美國國防預研局(DARPA)和美國空軍研究實驗室(AFRL)在“高超聲速吸氣式武器概念”(HAWC)項目下，先後授予洛克希德·馬丁(洛馬)公司1.71億美元和雷神公司1.75億美元，用於第二階段的工作，包括詳細設計、試製和試飛。同樣在2016年9月，DARPA和AFRL在“戰術助推滑翔”(TBG)項目下，聯合向洛馬公司授予1.47億美元的合同，同樣用於第二階段的工作。這兩個項目很可能在2020年前實現首飛。從2017年美國國防預算可以看出，“常規快速全球打擊”(CPGS)項目按計劃完成了潛射型高超聲速助推-滑翔導彈技術驗證系統的關鍵設計評審，將在2017年完成首次試飛。
從公開報道看，俄羅斯的進展要領先於美國。2016年3月，據俄羅斯衞星網報道，俄羅斯完成了“鋯石”高超聲速巡航導彈(射程約為400km，速度為Ma5~6)的首次試射。不過，這次試射是在陸地進行的，首次海基試射將於2017年上半年進行，並於2017年年底前完成全部測試，2022年進入服役。據俄衞星廣播報道，2016年4月和10月，俄羅斯的4202項目成功進行了兩次戰略級高超聲速助推-滑翔飛行器試飛，有望於2020—2025年列裝。
《航空週刊》和《華盛頓自由燈塔報》等媒體均聲稱中國已經利用DF-21系列固體和液體彈道導彈完成了7次高超聲速助推-滑翔導彈試飛，並稱國防科技大學王振國團隊在2015年10月成功測試了以超燃衝壓為動力的高超聲速飛行器。
美國國會美中經濟與安全評估委員會在2016年發佈年度報告，認為中國將在2020年列裝高超聲速助推-滑翔導彈，在2025年列裝高超聲速巡航導彈。俄羅斯媒體多次報道稱俄羅斯將在2020—2025年陸續列裝一定規模的高超聲速助推-滑翔導彈，在2022年列裝“鋯石”高超聲速巡航導彈。美國目前還沒有做出高超聲速導彈的裝備發展決策，只是計劃在2019年完成高超聲速助推滑翔-導彈和高超聲速巡航導彈的集成演示驗證，預計將在2025年前列裝。
美國各界呼籲加速發展
自2016年以來，美國軍方和工業界以及智庫多次發出警告：美國在高超聲速領域面臨被趕超的危險，並強烈呼籲美軍調整並加快高超聲速武器的採辦進程。2016年3月1日，美國空軍協會米切爾研究所發佈了題為《高超聲速武器與國家安全：21世紀的突破》的研究報告，從發展路線、採辦策略、關鍵技術、試驗設施和人才培養等5個方面，建議美國全面加快推進高超聲速導彈武器技術研發，提前謀劃技術轉化應用，加快型號立項和研製，以快速形成作戰能力。2016年3月6日，美國國防部副部長羅伯特·沃克甚至公開表示，中國在高超聲速領域已經領先於美國，俄羅斯位列第三。
可以預見，未來這類聲音還將持續出現，形成一定輿論壓力，迫使美國國會和軍方加速高超聲速武器的採辦工作。
然而，外界也注意到，美國國內一直有智庫在質疑，配裝常規彈頭的戰略級高超聲速助推-滑翔導彈的作戰需求是否真實存在。此外，近兩年國際上也有聲音呼籲禁止發展高超聲速導彈，以免打破當前基於核武器威懾平衡的全球穩定局勢。
綜合判斷，美國國內呼籲加速發展高超聲速武器的聲音更為強勢，因此美國在近期加速啓動高超聲速武器採辦程序、完成型號立項將是一個大概率事件。
今年2月22日，美國《防務內情》網站爆出的一則消息進一步加強了上述判斷的可信度。2015—2016年，美國時任國防部長阿什·卡特在給國會質詢聽證的書面答覆中明確表示，美國國防部將在2018—2022年率先為歐洲司令部和太平洋司令部初步提供高超聲速快速全球打擊裝備，其他戰區則在“2022年以後再列裝”。
2016年度國外高超聲速飛行器
發展動向綜述
本文由空天防務觀察(ID:AerospaceWatch)授權轉載
作者：廖孟豪
2016年，世界各國繼續按照既定框架穩步推進高超聲速飛行器技術發展，雖然沒有出現特別重大的里程碑成果，但依託一系列新舊項目仍然取得了豐碩進展。總體上，高超聲速導彈仍然是當前最為成熟的技術方向，延續了往年投入最大、進展最多、競爭最為激烈的總體態勢，主要國家穩步推進全系統集成演示驗證，並開始關注型號與採辦事宜;高超聲速飛機新啓動了試飛平台、動力系統集成驗證、共性支撐技術研發等一批重大項目，呈現出加速發展的趨勢;可重複使用空天運載飛行器仍然以火箭動力飛行器為近期重點開展集成驗證，同時不斷探索和拓展遠期吸氣式動力飛行器的技術路線，積極開展方案論證和技術研發。
一、美國
在高超聲速導彈方向，按計劃順利完成轉階段美國防部國防高級研究計劃局(DARPA)和美空軍聯合主管的“高超聲速吸氣式武器概念”(HAWC)和“戰術助推滑翔”(TBG)兩個戰術級高超聲速導彈演示驗證項目連續授予了洛馬和雷聲公司共3份第二階段(詳細設計、試製和試飛階段)合同(總金額近5億美元)用以分別開展驗證試飛，預計將在2019年實現首次試飛。美國防部“常規快速全球打擊”(CPGS)項目按計劃完成了潛射型高超聲速助推滑翔導彈技術驗證飛行試驗系統關鍵設計評審，將在2017年完成首次試飛。近兩年來，由於中、俄高超聲速導彈發展迅猛，美國各界對加快型號立項和研製部署的呼籲明顯增多。2017年能否完成高超聲速導彈(特別是高超聲速助推滑翔導彈)的裝備發展決策或啓動相關工作，將是一個里程碑式的重要關注點。
在高超聲速飛機方向，新啓動了3個重大項目：
——“高頻次、低成本高超聲速飛行試驗(台)”(HyRAX)項目，製造3架可重複使用的高超聲速試飛平台(每架壽命200~400架次以上)，在2020-2025年大量開展高超聲速技術飛行試驗，提升氣動、控制、材料、推進、結構和機載系統等技術的成熟度，掌握高超聲速科學測量方法及技術;
——“先進全速域發動機”(AFRE)項目，旨在以速度馬赫數5、航程2200千米的高超聲速作戰飛機為牽引，投資6500萬美元在2020年前利用現貨渦輪發動機(羅羅公司F405渦扇發動機)完成Ma0-5級全尺寸渦輪基衝壓組合發動機模態轉換的地面集成驗證;
——“高速作戰系統支撐技術”(ETHOS)項目，計劃投入7年週期和3億美元預算，系統性地開展高速(馬赫數3以上)作戰平台部件級技術的識別、研發、成熟和驗證等工作，以支撐在2025年前將高速作戰平台相關技術的成熟度等級提升到6級，在2028年前完成可翻修後重復使用的高速作戰系統驗證機試飛驗證，在2035年前完成可快速週轉、不經翻修即可完全重複使用的驗證機試飛驗證。
此外，美國洛馬公司3月份披露正在自主研發一型F-22大小的馬赫數6級高超聲速飛機驗證機，並宣稱其研製費用將不超過10億美元。目前該機正在進行氣動佈局方案設計。
洛馬公司公佈的與F-22大小相當的高超聲速飛機驗證機概念圖(美國《航空週刊與空間技術》圖片)
在可重複使用空天運載飛行器方向，完成火箭動力飛行器演示驗證項目轉階段，持續推進吸氣式動力飛行器概念探索和技術研發。“實驗性太空飛機”(XS-1)項目完成初步設計評審，正在由第一階段(初始設計和風險降低)轉進到第二階段(詳細設計、製造、集成和地面測試)和第三階段(飛行試驗)，計劃2017年選定唯一合同商或團隊進入第二、三階段。美空軍研究實驗室(AFRL)如期公佈了兩套基於“佩刀”發動機的水平起降兩級入軌飛行器概念方案，此類方案已經納入成為美國可重複使用空天運載飛行器的重要技術路線之一。此外，美國航空航天局(NASA)仍在持續推動基於渦輪機組合循環(TBCC)動力的水平起降兩級入軌飛行器技術發展，在推進馬赫數4級大型TBCC進氣道模態轉換研究項目的同時，授予羅羅公司一份總價值259萬美元的合同，用於評估在TBCC飛行研究機概念中採用噴水射流預冷方式擴展F405渦扇發動機工作包線的可操作性。
最後，美澳聯合完成了“高超聲速國際飛行研究實驗”(HIFiRE)項目5b輪次飛行實驗，實驗中飛行器達到了最大高度278千米，最大速度馬赫數7.5，測量了在真實飛行條件下三維複雜流場的邊界層轉捩、評估了碳/碳化硅材料性能和驗證了高性能測温設備等。項目將繼續在2017年開展高超聲速安全分離、大機動滑翔飛行控制、自適應飛控系統性能、方轉圓超燃衝壓發動機自由飛行條件下的可操作性和性能等實驗。
HIFiRE項目第5b輪次飛行實驗中試飛系統起飛瞬間(澳大利亞國防科學與技術組織網站圖片)
二、俄羅斯
戰術級和戰略級導彈項目均完成重大試飛。俄羅斯完成了“鋯石”高超聲速巡航導彈(射程約400千米，速度馬赫數5~6)首次陸上試射活動。“鋯石”導彈預計將在2017年上半年完成首次海基試射，年底前完成全部國家測試，2022年進入服役。4月和10月，俄羅斯“4202項目”成功完成了兩次戰略級高超聲速助推滑翔飛行器試飛。俄媒稱首批20枚彈頭將在2020－2025年完成列裝。
披露馬赫數4級下一代高速截擊機米格-41研製項目，開展高超飛機關鍵技術研發。1月，俄媒報道稱米高揚飛機設計局目前正在開展米格-31後繼機——米格-41的設計工作，預計未來兩年內將完成一輪設計工作，並計劃在2025年可進入批量生產。據稱米格-41設計飛行速度為馬赫數4.0~4.3。10月，俄未來研究基金會稱正在開展高超聲速飛機技術研發，並宣稱在碳纖維高温複合材料方面取得領先。
俄羅斯“鋯石”高超聲速巡航導彈完成首次陸基試射，這是俄“衞星”新聞網在報道該消息時採用的配圖。但從圖中來看，該導彈似應是P-500“玄武岩”反艦導彈，而不是“鋯石”。P-500“玄武岩”導彈被北約組織編號為SS-N-12，命名為“沙箱”，最大飛行速度為馬赫數2.5(俄“衞星”新聞網圖片)
三、印度
從引進和自主雙線並行推進戰術級高超巡航導彈，但進展緩慢。與俄合作研製的馬赫數6~7級“布拉莫斯Ⅱ”高超聲速巡航導彈目前正在進行初步設計工作，後期進度各方表述不一，前景堪憂。同時，印度國防研究與發展組織(DRDO)依託“高超聲速試驗驗證飛行器”(HSTDV)項目正在同步自主開展以高超聲速導彈為目標、以超燃衝壓發動機為核心的高超聲速技術研發工作，原計劃在2016年12月份進行一次時長約20~22秒的關鍵試驗，但未見公開報道。
在經歷數次推延之後順利完成可重複使用運載飛行器技術驗證機首飛和首次超燃衝壓發動機帶飛點火試驗。5月，印度空間研究組織(ISRO)成功完成可重複使用運載飛行器技術驗證機(RLV-TD)首飛。RLV-TD驗證機是印度瞄準完全可重複使用兩級入軌運載飛行器開展的一個技術驗證飛行器，長約6.5米，重1.75噸，外形與美國空軍X-37B相似。首飛試驗中，RLV-TD最大高度達到約65千米，最大速度超過馬赫數5，飛行器最終濺落在預定海域，未進行回收。8月，ISRO又成功完成了首次超燃衝壓發動機帶飛點火試驗。印度稱該技術未來將用於開展采用吸氣式動力的可重複使用空天運載飛行器。試飛系統在達到高度20千米、速度馬赫數6的預定條件後，超燃衝壓發動機點火啓動，並持續工作5秒。此次試驗成功驗證了超聲速點火、穩定燃燒、進氣道結構、燃油噴注系統等關鍵技術。印媒稱，此次試驗使印度成為全球第四個(獨立)實現首次超燃衝壓發動機帶飛點火的國家。
印度空間研究組織(ISRO)可重複使用運載飛行器技術驗證機(RLV-TD)發射前狀態(ISRO網站圖片)
四、歐洲日本等
歐日等國繼續創新探索高超聲速飛機技術和概念。英國BAE系統公司與高校聯合披露了一種創新的無人駕駛的馬赫數5級小型高超聲速作戰飛機概念構想，並重點推介了一種用來快速製造這種小型飛機的全新的製造技術概念。日本繼續開展用於高超聲速飛機的馬赫數5級預冷高速渦輪發動機技術研發，並披露該技術可軍民兩用。此外，歐洲數個私營科技公司還在不斷探索逆向噴流、電磁減阻、混合電推進等前沿技術在高超聲速飛機方向的應用。
英國“佩刀”發動機研發策略出現重大調整，或在高超聲速飛行平台領域掀起變革。7月至9月，英國反作用發動機公司放棄原定的全尺寸“佩刀”發動機驗證機研製計劃，改為率先研製一型1/4縮比驗證機，該驗證機地面推力為20噸級，吸氣式工作速度範圍為馬赫數0~5左右，尺寸與F-35聯合攻擊戰鬥機用的F135大推力渦扇發動機相當。計劃2021年集成開展驗證機在全部吸氣式包線範圍內(馬赫數0~5)的地面測試，2025年前開展飛行驗證。此次調整之後，更小型化的“佩刀”發動機驗證機成本更低、週期更短、配裝更加靈活，能夠更快、更容易找到潛在應用方向，比如多級運載器、X試驗機或者高超聲速飛行驗證機等。