国外高超声速飞行器技术发展趋势及应用分析

远望智库特约研究员Leo

空与天本没有界线，是人类根据自身研发飞行器技术是遵循空气动力学多一点还是遵循轨道动力学多一点而创造的认知范式。事实上，当技术发展到一定水平，航空与航天的鸿沟终将不在。从地到天只剩下tobeornottobe的问题。在此之前，按现在的技术水平和发展途径，高超声速飞行器技术是必经阶段。

一、高超声速飞行器发展历程

高超声速飞行器是指在大气层内，利用稀薄大气特点，以马赫数5（米／秒，公里／小时）以上速度做持久飞行的飞行器。由于大气层稠密度及气动热规律，高超声速飞行器通常在距离地球表面20公里以上公里以下的临近空间空域飞行的飞行器。

自年“超声速燃烧”概念提出，高超声速飞行器技术发展已七十余年，大致可分为三个阶段：一是自概念产生至年的概念方案和原理研究阶段；二是～年以美国“国家空天飞机”计划为代表的单级入轨空天飞机等项目开展的“大跃进”阶段；三是年至今的在各国统一战略规划下多途探索、着眼应用阶段。

根据各国项目特点、方案或原理样机、演示验证飞行器飞行方式和应用领域，大致可分为四条主线：一是有动力巡航飞行器，又包括一次性使用的巡航导弹（例如轴对称构型的HyFly和升力体构型的X-51A）和重复使用的高超声速飞机（例如SR-72）；二是无动力滑翔飞行器，包括低升阻比构型（例如“潘兴”）、中升阻比构型（例如AHW）和高升阻比构型（HTV-2）；三是空天往返系统，包括火箭动力（例如X-33、X-37B），吸气式动力（X-30，云霄塔）等；四是基础研究和试验探索研究，例如美国的部分X系列飞行器，多国合作的HyShot计划等。

二、高超声速飞行器技术发展趋势判断

近年来，各国仍不懈致力于高超声速飞行器技术的研发。根据各国相关项目安排和技术发展成熟度，近20年（至年前）大致有以下几点趋势：

一是近期陆基发射中低升阻比战术助推滑翔导弹最易实现。美国射程公里的AHW项目双锥体构型的高超滑翔器（HGB）有可能在年左右实现武器化。根据其前沿部署需求，有可能部署于关岛、迭戈加西亚、波多黎各和波罗的海西岸。由于助推器体积，其实现海基发射可能性较小。

二是空基／海基高升阻比的战术助推滑翔飞行器具备作战能力不会早于本世纪20年代中期。有消息称DARPA已开始发展HTV-2缩比构型的空射型战术助推滑翔导弹，射程大于公里。其载机推测为B-52，可前沿部署于距敌公里的前沿基地，例如嘉手纳、关岛、迭戈加西亚等。海基部署则更为灵活。

三是洲际射程的助推滑翔导弹仍是年前后发展的战略打击技术途径之一。有研究表明，最大升阻比在0.75～1.75的滑翔飞行器采用钱学森弹道在一定再入初速和再入角条件下可绕飞地球一圈，满足美全球快速打击（PGS）本土发射需求。

四是年前后可能出现高超声速巡航导弹，但作战能力有限。年初，俄罗斯媒体称俄将射程公里的“锆石”3M22导弹列装于“彼得大帝”号巡洋舰作为反舰导弹。据称其为超燃冲压发动机，构型尚未公布。坊间推测有可能类似于布拉莫斯2。根据射程、助推加速和超燃飞行分析，其可能的飞行轨迹为助推加速2分钟，超燃1～2分钟，压低降速1分钟的攻击模式。由于射程太短，其作战能力相当有限。根据美HAWC和HSSW计划，美国高超巡航导弹射程在～1公里，为空射型（空对地、空对舰），由于俄的刺激有可能加速到年前后。

五是高超声速飞机可能在年后形成工程研制条件，早期应用形式为战略侦察（特别是卫星重访间隙和应急高精度侦察，技术上满足战术侦察需要），随着技术发展后期可携带打击载荷。根据洛马SR-72发布的技术细节和时间节点，可以推测美高超声速飞机速度为马赫数5～7，巡航高度25～30千公里，航程～公里，可部署于前沿基地，如韩国乌山（贯穿式侦察）、关岛、迭戈加西亚等。

六是可重复使用空天往返飞行器仍是远期目标，将由部分可重复向完全可重复、多级入轨向单级入轨发展。以目前的技术发展来看，以可重复使用水平起降的临近空间飞行器作为第一级，以一次性——〉部分可重复使用——〉完全可重复使用火箭动力作为上面级的技术途径是一种兼顾经济性和实际应用的空天往返方式。也是目前空天往返飞行器探索的主流方向。

近年来，英国的“佩刀”发动机风头正劲，它的预冷方式让英美对单级入轨空天飞机充满希望。然而，从工程化角度分析，许多结构、材料技术没有突破，年出现工程化的空天飞机仍希望渺茫，需继续探索。

三、高超声速飞行器应用方式

（1）助推滑翔飞行器

按照用途和部署位置，可以分为战略武器和战术武器。战略武器一般本土部署和战略核潜艇部署，但根据目前项目情况，尚未有战略核潜艇部署的项目或方案。本土部署战略打击助推滑翔导弹一般采用井基发射（发射场发射），入轨后再入后跳跃滑翔（钱学森弹道），抵近目标时直接碰撞、灌顶打击、平飞布撒子弹药、减速释放子飞行器（无人机或弹药）实施打击。载荷可包括核常弹药和无人机（根据美国CAV应用构想）。

战术助推滑翔导弹一般为前沿部署，射程有公里、公里等，包括基于AHW发展的陆基发射的中远程助推滑翔导弹，机动能力有限，以碰撞或灌顶攻击为主。空基和海基（舰射或潜射）型以升力体构型，射程在公里以上，弹道上升至80～90公里左右高度（不入轨）后即开始滑翔飞行。由于载荷有限，主要以碰撞或灌顶攻击为主。

高超声速巡航导弹运载平台包括陆基、海基和空基，也有可能发展弹道+巡航式导弹（以弹道导弹的固体、液体火箭作为运载器）。由于其升力体构型，平台适装性将受到影响。有效载荷受尺寸（尺寸受平台影响）影响大。空基高超声速巡航导弹主要用于打击导弹发射架、大型水面舰艇、地面建筑、车辆等高价值目标；海基和陆基有可能还包括通过灌顶攻击打击地下深埋加固目标。

高超声速飞机由于飞行速度在马赫数5～7，按照推力系数0.6计算的话，转弯半径在0公里以上，也就是说，要从关岛飞临北京的话，不可能转弯飞到韩国或日本的空军基地，只能寻求在中亚降落。最好的方式是由韩国乌山和印度洋迭戈加西亚基地间往返。由于迭戈加西亚面临租约到期，未来其基地部署情况充满变数。

高超声速飞机在民用航空领域存在巨大潜在应用。它可以实现2小时从北京到纽约的飞行。这种极大所短空中飞行时间的飞行器已经引起西方国家许多大型集团的兴趣，纷纷寻求技术探索。比如欧洲的“零排放”计划，以氢燃料、低噪音的设计，推出一款无二氧化碳和有毒气体排放在普通机场起降的商用高超声速飞机。尽管目前这项技术真正实现的还比较远，但却是一个有巨大潜力的方向。

此外，太空商业旅行亦是近年来兴起的一项富豪活动。可以预见，在未来由于技术发展使得太空旅行成本极大降低时有可能成为平民一项新的渡假方式。

四、几点展望

一是高超声速飞行器技术领域军民融合大有可为。一方面高超声速飞行器技术可在民用领域转化为巨大产业。例如，高超声速领域的材料技术，高温合金和复合材料在汽车、高铁、建筑等等民用领域可以发挥巨大作用。另一方面民间资本私营企业可以其技术优势抢占先机。最好的例子就是当前占尽风头的XSpace公司和它的垂直起降火箭。越是前沿的技术，就越容易让创业型企业异军突起。

二是高超声速飞行器技术还需要巨大投入，特别是基础研究任重道远。迄今为止，世界上没有一款真正投入工程化使用的高超声速飞行器，所有的飞行器不是演示验证就是原理样机。美国是研究高超声速飞行器技术时间最长的国家，但其仍在高超基础研究上投入巨大资源。

三是几种新的技术途径有可能产生颠覆式影响。动力技术主要集中在化学能的发动机上，但基于核聚变技术的核动力发动机，科幻中的“反重力发生器”（或许是基于反物质，但目前还是科幻），或许明天会改变许多规则。

四是高超声速飞行器最早的应用还是军事领域，但它却是终结军事冲突的一把钥匙。从理论上讲，当高超技术把空天界线抹去，人类可以自由进出空间，那么将会开启对外太空资源争夺的序幕。或许未来一致“对外”时人类会消除隔阂。不过，未来会怎样，谁又说的清？

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leo生日快乐！

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