高超声技术的军事价值与应用前景

远望智库研究员黄志澄

高超声速技术是近年来最重要的战略前沿技术之一。什么是高超声速技术？它对未来战争有何影响？它的发展前景如何？本文将对此进行介绍和分析。

一、什么是高超声速技术

高超声速流动是指马赫数大于5的流动。实际上，上世纪40年代，力学家就建立了的高超声速流动的基本理论，如钱学森在年提出了著名的《高超声速相似率》。60年代初，美国X-15用火箭发动机实现了首次高超音速飞行(飞行M数大于5.3)。在这以后，开始致力于实现利用空气中的氧气的吸气式发动机进行的高超音速飞行。美苏等国开展了超燃冲压发动机等关键技术的研究。由于难度太大，研究工作进展不大，在美国设计航天飞机时，仍决定采用较成熟的火箭发动机。

年，美国NASA决定上马单级入轨的空天飞机（NASP）计划,人们称之谓“高超声速的复苏”。这个计划在花出30亿资金后，在年下马。失败的主要原因是方案过于先进；超燃冲压发动机技术还不成熟；所需资金过大而无法承担；过分依赖于计算流体力学（CFD）的计算，对地面试验和飞行试验重视不够等。在这之后，美国NASA认真吸取了教训，继续执行了一项规模较小的飞行演示验证的Hyper-X计划，其目的是扩展将来可以军民两用的高超声速技术基础。它的第一个无人高超声速验证机就是X-43A。

图1各国的空天飞机计划

使用氢燃料的X-43A的飞行试验虽然成功，但其飞行马赫数是固定不变的（7或10）。由于其技术水平仍与实现空天飞机有很大差距，NASA果断放弃了后续的以空天飞机为目标的X-43B和X-43C计划，转入了基础研究。

图2X-43A的飞行试验

年，NASA和美国国防部就联合提出了“国家航空航天倡议”（NAI）。在这个倡议中，重点讨论了采用吸气式发动机在大气层中进行高超声速巡航飞行的技术。该倡议建议美国发展吸气式高超声速飞行器分三步走：近期致力于高超声速巡航导弹；中期集中于发展高超声速轰炸机；远期瞄准重复使用的航天运载器。在这之后，由美国军方主导了碳氢燃料超燃冲压发动机的研发。

年2月，美国国防向美国国会递交了《国防部高超声速计划路线图》。在这个文件中，美军扩大了高超声速技术的定义。新的定义是：使大气层高超声速机动飞行成为可能的技术。由此计划发生了重大转折，计划不仅包括吸气式高超声速巡航飞行的技术，而且扩展到包括采用火箭发动机和组合发动机在大气层中进行高超声速机动飞行的技术，从而采取了“两边下注”的策略。

图3美国国防部高超声速计划路线图

《路线图》进一步明确了美军的高超声速计划的目的是为美军提供三项未来的作战能力：打击/持久作战能力；空中优势/防御能力；快速进入太空能力。这个路线图对上述的三个方面，都提出了由一系列技术产品支撑的路线图。这些技术产品包括：吸气式高超速飞行器如美国空军的X-51A，海军的HyFly等；高超声速助推滑翔飞行器如HTV-2，陆军的AHW等，以及小型无人航天飞机X-37B等。

由上述高超声速技术发展的历史可见，学术界关于高超声速技术存在两种定义，一种是广义的，就是指实现高超声速飞行的技术，另一种狭义的，专指利用吸气式发动机实现高超声速飞行的技术。

研制高超音速飞行器，需要攻克一系列的关键技术。主要有推进技术、气动热力学、材料与结构、控制、热管理等。

二、高超声技术的军事价值

高超声速技术是近年来最重要的战略前沿技术之一。高超声速技术的发展将对未来战争产生深刻的影响。但是高超声速技术究竟如何影响未来的战争，文献中讨论较少，可以参考的是年9月15日美国空军正式发表的题为《美国空军年的核心使命》的《空军未来作战概念》报告。

这报告由美国空军部长黛博拉·李·詹姆斯和美国空军参谋长韦尔什上将联合签发，是美国空军用来指导未来20年空军组织、训练与装备的最新文件，旨在回答“美空军未来将走向何处”这一问题。文件主要是向美空军部队，解释如何将“敏捷性”适用于美空军作战人员。文件通过美空军年的五项核心使命，阐明了作战敏捷性的应用。这份文件大体描述了美国空军未来20年如何执行核心使命。鉴于可预测的战略与作战环境，或作为联合、跨部门或跨国部队的一部分，或独立支持美国国家安全目标，为美国提供快速响应及有效的全球警戒、全球到达和全球打击力量。

《美国空军年的核心使命》文件中提出了年的高超声速攻击作战设想。它假想了年9月17日，美国空军利用高超声速打击武器对敌方的一体化防空系统中的激光武器实施打击。在该设想中，由4艘母舰投放架飞行马赫数为0.9的高亚声速小型无人飞行器。这些分布式无人机，通过快速组合形成不断变换的诱饵和干扰机阵列，同时其所搭载的网络化传感器为美军构建起对敌方一体化防空系统的态势感知。由于敌方的防空系统的探测和火力通道，被这些目标饱和，敌方未能及时发现美军发射的高超声速导弹。这些导弹首先摧毁了防空系统中的高能激光武器（它威胁到美军的低轨道卫星）；其他高超声速武器，则摧毁了岸舰导弹系列和攻击艇的驻泊地。

图4美国空军提出的年的高超声速攻击作战设想

上述有关高超声速武器攻击的设想和美国空军在年发布的《美国空军：召唤未来》报告是一脉相承的。后一报告指出：美国空军有能力比其潜在对手更快地持续适应和响应环境的变化，是空军面对未来30年的最大挑战。这份报告将高超声速、和纳米技术、无人系统、自主和定向能并列为“改变游戏规则”的五大技术。

美军的高超声速计划的目的是为美军提供三项未来的作战能力：打击/持久作战能力；空中优势/防御能力；快速进入太空能力。关于高超声速武器在未来战争中的优势，可参见年3月美国空军联合会的米切尔空天研究所（MitchellInstituteforAerospaceStudies），发表的报告《高超声速武器与美国国家利益:21世纪的突破》。它由空军历史学家R.Halliontt和曾担任美国空军研究实验室主任的退休空军少将C.Bedke编写。报告认为，高超声速武器可在以下4个方面为美国及其全球盟友部队提供作战优势：（1）提供前所未有的快速到达，可缩短“发射器到目标”的时间，并能更有效地利用情报打击目标；（2）提供全球目标区域的进入，战区高超声速导弹可在不到17分钟内到达英里以外的目标，高超声速情报侦察（ISR）系统,以比卫星更快的速度，在一天内抵达目标区，并具有更高生存能力；（3）提供“第四维”才作战效应，压缩敌方的决策时间，使高超声速攻击方有效地干预敌方的指挥、控制与作战管理周期，进而增强美国的指挥与控制优势；（4）突破敌方防空系统，高超声速武器可使老旧的第四代战机，攻击严密防守地区的目标，并使武器在搜寻目标时确保自身存活。

美国当前正在发展的高超声速武器，包括空军的“高超声速打击武器（HSSW）”，美国空军和DAPRA合作的“高超声速吸气式武器概念(HAWC)”和“战术助推滑翔(TBG)”项目。这三个项目，波音、洛马、雷神等美国重要的军工企业都有参与。另外美国陆军的“先进高超声速武器（AHW）”项目，正在准备进行第三次飞行试验。除此之外，美国洛马公司正在积极研发高超声速ISR飞机SR-72。由此可见，美军在年可能装备的高超声速武器主要是两类：使用超燃冲压发动机的巡航导弹和高超声速助推滑翔飞行器。

美国空军对年的高超声速战争的预测，是否正确尚待实践来验验。作者认为，美国空军现在发表这种设想，更多的是对潜在对手的心理威慑，也是一种博弈的策略。但从以上美国空军的设想中，我们还是可以得到如下几点启示;

首先，由于高超声速武器在未来战争中的关键作用和巨大的打击能力，它将成为一种重要的军事威慑，即“高超声速威慑”。

其次，未来的战争仍然是体系和体系的对抗，单独的一种武器的性能虽然重要，但只有与体系中其它武器配合，才能发挥出它的优势。何况任何武器既有独特的优势，也有致命的弱点。在上述美国空军的年的设想中，若没有美军分布式无人机对敌方的饱和攻击，红外特征明显的高超声速武器就无法发挥其速度优势。从这个意义来看，美国空军会更加看重分布式无人机的发展。

再次，为了能够实现有效的高超声速攻击，必须提高超声速武器的可靠性，使其达到现有导弹的可靠性水平，显然，这对于承受严重气动加热环境的高超声速武器来说，对其结构、材料和电子系统，都提出了苛刻的要求。

最后，在未来战争中，实现高超声速攻击必需装备具有一定数量的高超声速武器，因此，必需让这些武器的成本不要大大高于现有的超声速导弹的成本。未来的战争，不仅是武器性能的较量，也是一个国家经济实力的较量，

三、高超声速滑翔飞行器的应用前景

近年来，一种用弹道式导弹或火箭发射的高超声速滑翔飞行器，成为媒体上讨论的热点。其实，这种高超声速飞行器由来己久，其发展经历了许多变化。下面我们以美国为例，说明其发展过程、技术障碍和应用前景。

机动弹头的发展

美国在远程弹道式导弹的惯性再入弹头的技术成熟以后，一方面加速弹头的小型化和发展多弹头技术，另一方面，大力研制提高突防能力和打击精度的机动弹头。在机动弹头方面,美国主要发展了助推滑翔技术，即弹头与助推火箭分离后上升到高空，当它下降到较低高度时，进行轨道机动，并滑翔较长距离向目标腑冲。在上世纪60年代到80年代，美国空军研发了多种机动弹头。

其中主要有：

（1）助推滑翔弹头（BGRV）。它采用双锥外形，并用射流干扰进行机动。年，用宇宙神F火箭对重公斤重的弹头进行了两?飞行试验。试验结果证明射流控制方案是可行的。但这种方案滑翔时间较长，使敌方增加了拦截距离，同时落点误差也有所增加。

（2）机动弹道式弹头（MBRV)。它的重量为公斤，采用4个液圧机动的控制翼，最大机动过载可达g,机动距离达公里左右。年用阿特拉斯F火箭进行了4次飞行试验，前3次均失败，最后一次取得成功。但这个方案的尺寸和重量都较大，难于实用。

（3）高级机动弹头（AMaRV）。年美国开始研制，它采用双錐外形和控制翼，可改变配平攻角，落点精度较高。虽经过多次飞行试验，但并未装备部队。

（4）潘兴2机动弹头。美军在年开始研制潘兴2机动弹头。其外型是细长的双锥外形，在其尾部装有4?舵面。由于采用雷达末制导，落点精度较高。年先后进行了5次飞行试验，其精度达到25米。年美国在西欧部署潘兴2导弹，年在美苏两国在签署了中导条约后，美国开始从欧州撤出并销毁。这是美国唯一装备部队的中程机动弹头。

图5美国的一种机动弹头弹头方案

从美国发展机动弹头的历史经验可见，影响其发展的因素主要是军备控制和技术成熟度。

通用再入飞行器的设想

美国从20世纪90年代中期，开始







































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