新型導彈突襲烏克蘭，高超音速武器果真無法攔截？_風聞
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俄羅斯日前成功試射“榛樹”高超音速導彈，宣稱其速度達10馬赫，現有防空系統無法攔截。這一事件引發西方震動，高超音速導彈的突防能力與防禦挑戰成為爭議焦點。實際上，我國科學家錢學森先生最早提出了“高超音速”這個名詞，而現階段可以認為，採用“錢學森彈道”的飛行器才是無法被攔截的。
撰文 | 崔凱（中國空氣動力學會科學傳播和普及工作委員會主任）
2024年11月21日，一枚並未攜帶核戰鬥部的新型導彈從俄羅斯阿斯特拉罕州第四發射試驗場發射，襲擊了位於烏克蘭第聶伯羅市的烏克蘭南方機械製造廠。襲擊之後的當晚，俄羅斯總統普京發表電視講話宣稱，在此次攻擊中，俄軍“實戰測試”了代號“榛樹”的新型中程高超音速（或稱高超聲速）導彈，但並沒有搭載核彈頭。普京還稱，這枚導彈以10馬赫，也就是每秒2.5到3公里的速度對目標進行了攻擊，世界上現有的防空系統，以及美國人在歐洲建立的導彈防禦系統，都無法攔截這種導彈。
此次事件使西方頗為震動。12月7日，美國《國家利益》雙月刊網站刊登了國家安全分析師布蘭登·韋徹特（Brandon J. Weichert）所撰寫的一篇文章，標題為《美國的“榛樹”高超音速武器噩夢開始了》。文中指出，“榛樹”導彈可以攜帶6至8枚常規彈頭或核彈頭，打擊範圍可以覆蓋歐洲全境以及美國西海岸。文章還指出，俄羅斯擁有“榛樹”導彈改變了現有力量對比，不管是在烏克蘭，還是更廣泛的國際體系中。美國既沒有可用的高超音速武器庫，也沒有防禦這些毀滅性系統的可靠能力。“榛樹”作為戰場上一個重要角色的到來意味着，西方沒有誰是安全的。
不過，也有學者對此次事件及“榛樹”武器系統的能力持不同觀點。美國明德大學蒙特雷國際研究學院（Middlebury Institute of International Studies at Monterey）詹姆斯·馬丁防擴散研究中心（James Martin Center for Nonproliferation Studies）主任傑弗裏·劉易斯（Jeffrey Lewis）就認為，“榛樹”導彈實際上是在俄羅斯RS-26洲際導彈基礎上，通過移除一級助推器降級開發而來，實際上是通過犧牲射程來換取實戰性能的提升。這種改裝雖然讓導彈具備了一定的高超音速特徵，但這個級別的所有彈道導彈在再入階段都會達到高超音速。他還認為，從防禦角度看，美國的“標準-3”Block IIA反導系統和以色列的“箭-3”系統都有能力攔截此類導彈。
高超音速技術被認為將是“改變未來戰爭遊戲規則”的顛覆性技術，近年來也逐漸成為新一輪技術競賽的焦點之一，而“榛樹”事件對於這一領域的競爭無疑起到了推波助瀾的作用。不過，“高超音速”這一名詞本身卻並不是一個新概念，而是早在1946年就由我國科學家錢學森先生提出。依據定義，高超音速描述的僅僅是一個速度範圍，即速度達到或者超過5倍音速（即5馬赫）的飛行。如果僅僅考慮速度定義，已有的許多武器都可以納入這個範疇，而圍繞這類武器的攻與防也已歷經了數十年之久。
彈道導彈的攻防對抗
彈道導彈，特別是洲際彈道導彈（Inter-Continental Ballistic Missile，ICBM）是美國和前蘇聯冷戰時期經常見諸報端的名詞，甚至可以作為那段特殊時期的代表性詞彙。廣義而言，ICBM可以算是最早的高超音速武器，因為其最大飛行速度一般會超過20馬赫。儘管彈道導彈對於冷戰時期兩個核大國而言，都是最為強有力的威懾型軍事裝備，但其基本原理並不複雜。
如果我們站在地面上，用力向斜上方拋出一顆石頭，石頭會在空中以拋物線的軌跡飛行一段距離，可能是十幾米或者幾十米。如果想拋得遠一點，需要藉助器具，比如古代攻城中經常使用的投石機，石頭的飛行距離可能會達到幾百米。如果想再遠一點，可以用火炮，利用火藥點火後爆炸產生的能量，可以將炮彈送得更遠，會達到幾千米甚至幾十千米。當然，炮彈的出膛速度要比手拋石頭高了很多倍。可見，初始發射速度越高，石頭或者彈頭飛行距離就越遠，但其在空中飛行的軌跡一直呈拋物線狀態。
如果我們期望一枚彈頭能夠飛得非常遠，比如幾千千米，甚至上萬千米，那麼大炮也不夠用了，所能採用的只有運載火箭（或稱助推火箭）。而且隨着彈頭飛行距離的增加，火箭的級數也相應增加，這一點與我們常見的衞星發射十分相似，只不過衞星的目的地是在太空中，而彈頭的目標地點則是地球上的另一個地方。
既然彈道導彈的飛行軌跡是一條拋物線，那麼一旦發射後，其飛行軌跡就可以預測出來。我們可以舉這樣一個例子，如果我們想在高速公路上攔截一輛高速行駛的汽車，由於汽車只能沿高速公路行駛，所以只要攔截地點和行駛的汽車之間沒有下高速的出口，其路線就可以精準預測，此時只需在汽車行進的前方鋪設路障，那麼就一定會攔截到。
攔截彈道導彈也是類似的道理，只不過具體實施起來要複雜得多。當發現敵方的導彈發射升空後，空中的衞星系統和地面雷達系統會嘗試一直跟蹤導彈，並對其飛行軌跡進行計算和預測，導彈飛到適合攔截的區域後，就可以發射攔截彈，以“迎頭痛擊”的方式摧毀彈道導彈。當然，由於彈道導彈在空中飛行的範圍非常大，要想精準地撞上也是很不容易的。所以，攔截彈道導彈並不能保證百分之百成功（實際上，失敗的概率經常比成功概率還要大）。如果要增加攔截概率，可以像高速公路上攔截汽車多設置幾道障礙那樣，一次多發射幾枚攔截彈，這樣就可以有效提高攔截概率。
提高彈道導彈的突防能力
有了導彈攔截系統的防守，彈道導彈的研發者自然就要想一些改進辦法，使導彈被攔截的可能性減小，這就衍生出一系列彈道導彈的改進和變種。
第一種方式是採用壓低彈道。傳統的彈道導彈為了儘可能增大射程，一般採用最小能量彈道，以這種軌跡飛行時，導彈在飛行中的最大高度很高。比如美國上世紀六十年代研製裝備的大力神II（Titan II）洲際彈道導彈，其最大射程超過10000千米，最大彈道高度接近海拔1000千米。採用這樣的高拋彈道飛行，使得導彈很容易被偵測和跟蹤。壓低彈道就是採用傾斜發射或者發射後迅速轉彎等方式，使彈道拋物線的弧度變大，大幅降低最大飛行高度，從而降低導彈被探測到的可能性。此外，採用壓低彈道，導彈大部分時間都在大氣層內飛行，可以在飛行中利用空氣動力轉彎機動，進一步增加其反攔截能力。
第二種方式是採用多彈頭，其做法就是將“拋一個石頭”變為“拋一把石頭”。彈頭多了，突破對方防禦系統的概率自然會增大，因為只要其中一枚或者一部分彈頭沒有被攔截，就仍可對敵方實現有效打擊。此外，多個彈頭就需要攔截方發射更多枚攔截彈進行攔截，對於消耗敵方攔截火力也大有好處。
還有一種相對古老的方式是末段機動。美國上世紀八十年代研製和部署的潘興II導彈就屬於這種類型。這種方式是對彈頭的外形進行適當改進並加裝控制舵面。這樣在彈頭飛行的末段可以利用空氣動力轉彎並改變其飛行軌跡，一方面可以增加打擊的精度，另一方面也可以躲避敵方的攔截導彈。不過這種方式僅對飛行的末段突防有效。
上述幾種方式也可以組合使用，最為典型的就是俄羅斯研製的大名鼎鼎的“伊斯坎德爾（Iskander）”戰術級彈道導彈。它在彈道形式上採用了壓低彈道，在飛行過程中可以相對靈活地轉彎。此外，除了自身攜帶的毀傷彈頭以外，還能攜帶多枚只有幾十釐米長的誘餌彈頭，使攔截方在雷達上難以分辨哪一個目標才是真實彈頭，從而無從下手。而據分析，在俄烏戰爭中屢屢出鏡的kh-47m2“匕首（Kinzhal）”導彈就是在“伊斯坎德爾”導彈基礎上進行改進而形成的空射型戰術級導彈，其最大飛行速度可以超過10馬赫。
高超音速滑翔飛行器——從“拋石頭”變成“紙飛機”
雖然前述絕大多數彈道導彈的飛行馬赫數都在5以上，已經進入了高超音速飛行的速域範圍內，但由於其飛行彈道呈現為拋物線，有相當長的時間是在大氣層外飛行，因此一般意義上認為這類彈頭是“穿過”大氣層，而不是在大氣層內“飛行”。而近年來業界更為認可的高超音速飛行器則只有兩類，一類是高超音速巡航飛行器，另一類是高超音速滑翔飛行器。
如果用“拋石頭”來比擬彈道導彈，則高超音速滑翔飛行器可以更加形象地比擬為“紙飛機”。高超音速滑翔飛行器的發射及爬升方式與彈道導彈基本一致，都是由運載火箭將彈頭送至一定的高度和速度，之後火箭與彈頭分離。與彈道導彈按慣性彈道飛行所不同的是，採用高超音速滑翔飛行的彈頭會像紙飛機一樣在空中飛行，只不過其飛行速度比紙飛機要快得多，最大可以達到20馬赫以上。
值得一提的是，雖然高超音速滑翔飛行器真正引起世界各國的關注僅是最近20年左右的事情，但這種飛行模式的提出卻是早在上個世紀四十年代，其提出者仍然是著名的科學家錢學森。因此，這種彈道也經常被稱為“錢學森彈道”。
相比於彈道導彈，高超音速滑翔飛行器最明顯的優勢就是極強的突防能力，主要原因有如下幾點：
首先是探測難，高超音速滑翔飛行器全程都在大氣層內飛行，且飛行高度比壓低彈道的導彈更低，因此更加不容易被探測到，甚至可以利用地球曲率的遮蔽效應隱藏自己不被發現。
其次是預測難，由於採用“錢學森彈道”，其飛行軌跡完全無法預測，現有反導系統在這種彈道面前基本上完全失效。
第三，高超音速滑翔飛行器不僅探測難、預測難，由於全程在大氣層內飛行，還可以充分利用空氣動力進行大幅度和大範圍三維轉彎機動飛行，不但可以躲避攔截導彈，甚至可以主動避開敵方的雷達探測區。綜上幾點，至少現階段可以認為，除了誤打誤撞的隨機事件以外，高超音速滑翔飛行器是無法被攔截的。
雖然高超音速滑翔飛行器的基本飛行原理與紙飛機一樣簡單，但其研製難度卻十分大。由於飛行模式與傳統彈道導彈完全不同，因此在氣動外形、結構熱防護、控制系統等方面都提出了新的挑戰，其中，首要的難點就是外形。
傳統的彈道導彈一般採用軸對稱體的外形，這種外形的優點是裝填效率高，穩定性好。但採用這樣的外形在大氣層內飛行時只能產生很小的升力，無法實現遠距離的滑翔飛行，因此必須採用全新的氣動外形設計。依據目前的研製情況，主要有兩條思路，一條是在軸對稱外形的基礎上增加翼面提高升力，另一條是採用全新的升力體外形設計。
相比之下，第一條思路可以在相當程度上繼承彈道導彈的相關設計經驗，因此技術難度相對小一點，而且可以直接使用成熟的運載火箭，武器通用化程度相對更好。美國陸軍和海軍聯合支持的通用高超音速滑翔體項目（Common Hypersonic Glide Body，C-HGB）就遵循了這一思路。作為這一項目的實際落地應用之一，代號“暗鷹”的美國陸軍長距離高超音速武器（Long-Range Hypersonic Weapon，LRHW）所採用的具體外形是軸對稱雙錐體加四片機翼。
採用軸對稱機體加翼面的方案，主要缺陷是其空氣動力學性能相較於彈道導彈而言，只能獲得有限提升。由於高超音速滑翔飛行器全程在大氣層內飛行，當其與運載火箭分離後，飛行距離以及機動能力幾乎完全取決於其空氣動力學性能，因此，採用軸對稱機體加翼面的氣動外形雖然在彈道形式上採用滑翔方式，但很難將這一新型彈道的優勢充分發揮出來。
與之相比，升力體以及乘波體等新型外形則可以有效彌補這一不足。美國國防高級研究計劃局（DARPA）支持的FALCON“獵鷹”項目中的HTV-2飛行器和美國空軍支持的空射快速響應武器（Air-launched Rapid Response Weapon，ARRW）項目的飛行器都使用了這種方案。其中後者已經被分配了AGM-183A的型號編號，但從現有發佈信息看，其最近幾次飛行試驗都因各種意外或者問題而宣告失敗。
不過，凡事有利必有弊，升力體外形雖然空氣動力學性能更好，但其外形一般扁平，內部空間較軸對稱體大幅減少，進而導致其裝載能力降低。此外，升力體外形的操控難度更大，特別是對於高超音速滑翔飛行器，其飛行馬赫數和飛行高度變化範圍很大，又使得操控問題進一步加劇。正是因為這些困難，美國HTV-2高超音速試驗飛行器的多次飛行試驗均告失敗。
“榛樹”導彈是否真的“無法攔截”？
截至目前為止，俄羅斯對外公佈的高超音速滑翔飛行器僅為“先鋒（Avangard）”導彈一種，且只公佈了其效果圖和三維動畫視頻，並沒有公佈任何真正的實物圖片。除此之外，雖然近年來俄羅斯官方和普京對於其“匕首”武器系統也多次使用“高超音速”這一名詞來稱呼，但一般認為其仍屬於彈道導彈一類，而且據稱在實戰中也曾被烏克蘭成功攔截。
由於“榛樹”導彈目前公佈的信息極少，所以真實情況如何尚無法確切得知，但綜合目前各種情況和分析，最大的可能性其仍是一種採用壓低彈道的彈道導彈。不過，從彈頭落地視頻還可以明顯看出，此導彈安裝了至少6枚分彈頭，這無疑可以進一步增強該款導彈的反攔截能力。因此，普京所説“榛樹”導彈“無法攔截”固然有一定的誇大成分，但客觀的説，就目前水平而言，攔截這種導彈的困難屬實很大。至於未來如何，則只能等待實際的檢驗了。
參考文獻
[1] https://www.xinhuanet.com/milpro/20241210/8a06dffa960a4145bbebf409a284ed8a/c.html
[2] https://gamedevolution.com/news/does-usa-have-to-be-afraid-from-russian-hypersonic-oreshnik-missile/
[3] https://www.usnews.com/news/world/articles/2024-11-21/us-believes-russias-attack-in-ukraine-showcased-new-missile
[4] https://www.sohu.com/a/816984333_121500923
[5] 吳小寧，李悦，楊青格，俄羅斯伊斯坎德爾導彈作戰能力分析，戰術導彈技術，2022 (06)
[6] Corinne Kramer，U.S. Hypersonic Weapons and Alternatives，presented in Congressional Budget Office，2023
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