高超音速技术是指飞行速度超过5倍音速(5马赫数以上)的飞行器技术,是21世纪航空航天技术的制高点,也是重要的军民两用高技术。
近来,一些拥有科技和军事实力的国家正着力研究发展高超音速技术,此举引起了各国关注。
美国“猎鹰”连续两次“失踪”
20倍音速、1小时内全球打击、无人驾驶……这就是美国军方研制的最快无人飞行器——“猎鹰HTV-2号”高超音速飞行器。它是一种无动力、可机动的一次性飞行器,带有精确制导的非核战斗部,主要用于远程对地攻击,可用弹道导弹发射。它能为其携带的子弹药和其他系统提供防热、防噪、防震和防冲击等环境保护,在一小时内向全球任何地点投放常规武器、侦察传感器或其他载荷,精确打击目标。
美军透露,根据预定计划,“猎鹰”高超音速飞行器首先在火箭的帮助下达到每小时12.1万公里的高速度。接下来,飞行器与火箭分离,继续加速滑翔进入大气层,直至落入预定地点,其最快速度能超过20倍音速。
去年4月,五角大楼国防高级研究计划局首次发射HTV-2。计划验证三项机动飞行:中等仰角飞行对飞行器进行减速;实现小幅度俯仰、滚转和偏航以验证气动控制系统;最终以13000英里的时速落入太平洋以验证再入大气层能力。然而,HTV-2试验机在飞行9分钟后,与遥测站失去联系,消失在太平洋上空,到现在也没找到。
今年8月13日凌晨,“猎鹰HTV-2号”展开第二次试飞,预计飞行速度可达到每小时2.1万公里。按计划,“猎鹰HTV-2号”在范登堡空军基地发射升空后成功送入太空,并成功跟火箭脱离。然而,该机以滑翔方式重新返回大气层时与地面失去联络并坠落在太平洋中。
各种高超音速武器不断亮相
事实上,自从高超音速技术在上世纪90年代取得重大技术突破,军用高超音速飞行器正在得到全方位发展,主要研制目标是高超音速巡航导弹、高超音速飞机、空天飞机和高超音速弹药。
1.高超音速巡航导弹
美国军方对高超音速巡航导弹的发展极为重视,并将其列为近期优先任务。1996年,美国空军开始执行高超音速巡航导弹计划。1997年,美国海军也提出了高超音速攻击导弹计划。1998年,美国空军、海军和国防高级研究计划局经过研究,确定由国防高级研究计划局将美国空军和海军的计划合并为“低成本快速反应导弹演示器”(ARRMD)计划,单独的军种计划向后安排。1999年,国防高级研究计划局选定波音公司的“骑波者”超燃冲压发动机设计作为ARRMD的设计方案,并确定波音公司在2001年底前完成样机制造并进行试飞。
飞行速度约6倍音速的“低成本快速反应导弹”主要用于对抗时间敏感、严密设防的高价值目标。该导弹采用固体火箭助推器和超燃发动机,质量为1135千克,可以从战斗机、军舰和潜艇上发射,其生产型导弹的最大射程1200公里,最小射程740公里,并能在7分钟内到达目标区域,命中精度为9米。
法国也把射程大于1000公里的高超音速巡航导弹作为高超音速技术的首选应用目标。法国航空航天研究院和法国宇航-马特拉公司正在研究空射型Promethee导弹。该导弹的基本型设计是带半椭圆外形的“南瓜子形”无翼骑波器,弹长6米,采用双模烃燃料冲压/超燃冲压发动机,巡航飞行速度为8倍音速,总发射质量1700千克(包括固体助推器)。
高超音速巡航导弹可以在2分钟内飞行200公里,在8分钟内飞行超过1000公里,敌方的机动弹道导弹阵地很难在这么短的时间内完成转移。高超音速巡航导弹的飞行高度一般在25千米至40千米之间,防空系统也难以拦截这一高度的高速目标。
总之,高超音速巡航导弹将对未来作战样式、防空系统的发展和导弹防御技术的发展产生重大影响。
2.高超音速飞机
高超音速飞机具有很强的突防能力,能在短时间内到达全球任何地点执行攻击、侦察和运输等任务。它具备的快速反应能力和打击能力有强大的威慑力,并对未来战略平衡和战争形态产生巨大影响。
早在上世纪90年代初,美国休斯公司就进行过从高超音速飞机上投放弹药的研究。美国空军在1996年的《新世纪展望》中设想到2025年装备飞行速度为12倍音速至15倍音速的高超音速飞机,其飞行高度为28千米至42千米,航程为22000公里。
目前,美国空军已与波音、洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁曼等3家公司签订了合同,进行未来攻击飞机(FSA)的研究,并计划在2035年前投入使用。
美国还在开展高超音速轰炸机和高超音速侦察机的研究。其中的高超音速轰炸机已具雏形,该机长65米,能用于执行全球作战任务,可使空军在数小时内对世界上任何地点的目标实施打击,且无需空中加油和各种保障基地,如果大量使用,作战保障费用将会大为减少。
高超音速侦察机是一种速度为5倍音速至9倍音速、航程远超以往、装有超燃冲压发动机的有人或无人驾驶侦察机。其中无人侦察机已处于研制的最后阶段,有人侦察机的技术论证也接近完成。
另外,法国也在研制HAHV高空高速隐身无人侦察机,其速度可达6~8倍音速,飞行高度3万米。
3.空天飞机
空天飞机是航空航天飞机的简称,学名称为“轨道飞行器”或称“可复用无人驾驶航天器”,它既可航空(在大气层里飞行)又可航天(在太空中飞行)。由于空天飞机需要进入太空轨道,其飞行速度必然要高于20倍音速,也属于高超音速飞行器。
目前,美国已于去年12月3日和今年3月5日进行过两次X-37B试验性空天飞机的试飞。美军透露,首架X-37B空天飞行器在太空轨道运行了225天,发射后1个月左右就停在倾角为40度的近地圆形轨道(近地点433公里,远地点444公里)上,每4天重复经过某个地点,并多次进行变轨。
印度于1998年提出的AVATAR是一种小型空天飞机,其尺寸与战斗机相近,运载能力为500千克至1000千克,可重复使用100次以上,每千克的发射成本为670美元。AVATAR采用水平方式起飞,以液氢为燃料,当冲压发动机将飞机加速到3马赫后,超燃冲压发动机开始工作,当飞行速度达到7马赫后,火箭发动机开始工作并使其进入低地轨道。AVATAR在巡航飞行时,飞机上有一套装置可以收集并液化空气,然后把液氧分离并储存起来,收集的液氧供火箭发动机使用,所以AVATAR本身无需携带液氧。目前,AVATAR处于概念研究阶段。
法国和俄罗斯的一个联合小组也对可将500吨重的空天飞机送入太空的全尺寸吸气式发动机进行了理论研究,这种发动机的试验型可能在10年内研制出来。
4.高超音速弹药
■高超音速制导炮弹。它由普通火炮发射,装有固体冲压发动机,飞行速度5~6马赫,激光制导,命中概率为0.9,命中精度0.3~1米。有军事专家称,一旦这种炮弹问世,飞机和坦克的战场生存能力将面临严酷挑战。
■高超音速钻地炸弹。实际上,它也是一种高超音速导弹,主要用来对付深埋地下的掩体和高效能防空武器。其弹丸最大速度可达6马赫,可侵入50米厚的土层和6~15米厚的混凝土层。
此外,美空军还将制造重约1000~1500千克的小尺寸钻地弹,供B-2、B-1或F-22等战机使用。