高超声速武器竞赛!美国拥有体系化优势,能否
高超声速导弹面对现代弹道导弹防御系统,专门设计的一种以高超声速技术为基础,飞行马赫数大于5(约3800英里/小时)的武器系统,甚至飞行马赫数大于10(约7500 英里/小时)。高超声导弹能在敌方区域外的地面,飞机,水面舰艇或潜艇中发射,迅速击中目标。远程的高超声速巡航导弹能有效地提高生存能力使敌方的防系统(机、弹、炮)难以拦截,并能对大量的目标进行快速迅猛地打击。而且,与传统的导弹相比,最新的高超声速导弹的速度更快,体积更小,拥有制导能力,在作战行动中可以快速反应打击"时敏目标"。

CPGS主要聚焦于助推滑翔高超声速导弹
一份五角大楼的报告指出:"尽管高超声速导弹的设计速度快于声音,但其优势在于其增强的机动性和流畅的飞行路线,这比传统导弹更加难以追踪。"根据主要动力来源可分为助推滑翔式和吸气式两种类型。但是,无论那种类型的超高声速导弹,对于目前的防空武器系统而言,都是难以防御的。
其中助推滑翔高超声速导弹由于其技术实现难度相对较低,且作战应用前景更为广泛受到了多个国家的重视。助推滑翔高超声速导弹,助推滑翔导弹实际上是,将弹道导弹与巡航导弹相结合,利用弹道导弹射程较远的特性,以及飞航导弹精度高、机动性良好的特点,采用火箭助推—再入大气层滑翔机动飞行弹道或火箭助推—再入大气层跳跃机动飞行弹道,并结合相应的制导、导航和控制方法,实现对目标精确打击的一种新式导弹。整个飞行过程是:首先,弹道导弹作为助推级将滑翔弹头助推到几十千米的高空,之后,弹头在大气层外做自由段飞行,最后,弹头再入大气层,依靠气动力进行滑翔或跳跃机动飞行并完成对目标的攻击(见图1)。而吸气式超高声速导弹则先以火箭发动机为助推器,使飞行器加速至高超声速,随后切换到吸气式超燃冲压发动机,以维持高超声速。不过吸气式超声速武器的高度和射程都要弱于助推滑翔高超声速导弹。

两种超高声速导弹,有着不同的特点,与两者的发动机有着密不可分的联系。助推滑翔超声速导弹主要依靠的是超高声速燃烧冲压发动机(Supersonic Combustion Ramjet),而吸气式超高声速导弹则采用的是超然冲压发动机(Scramjet)。超高声速燃烧冲压发动机燃料比冲较高,因为当马赫数大于6时,在超高声速燃烧冲压发动机中气流滞止程度小,使滞止过程和膨胀过程中的损失小。同时,在超高声速燃烧冲压发动机燃烧室中静温、静压都较低,这不仅从化学动力学角度是有利的(热分解程度低),而且还会大大减轻热传导和结构热负荷。而超燃冲压发动机包含3个组件:吸入空气的进气口,燃料和空气混合燃烧的燃烧室,释放加压空气以维持高超声速飞行的喷口。所以,在燃烧时必须有氧气和燃料一起燃烧,因此无法保障更高的飞行高度比。

图2:采用吸气式的高超声武器,HTV-2飞行轨迹
当然,无论是采用超高声速燃烧冲压发动机的助推滑翔弹,还是以配备超燃冲压发动机的吸气式超高声速武器,都是美国研制的重点。包括,分别是美国海军的"中程常规快速打击武器"(IR CPS);美国空军的AGM-183A"空射快速响应武器"(ARRW);美国空军"高超声速常规打击武器"(HCSW);美国陆军"陆基高超声速导弹"(也称远程高超声速武器,LRHW);美国国防高级研究计划局(DARPA)"战术助推滑翔器"(TBG);美国国防高级研究计划局(DARPA)的"高超声速吸气式武器概念"(HAWC);DARPA"作战火力(OpFires)。目前,空军已经暂时放弃了"高超声速常规打击武器"(HCSW),将全部精力和资金,投入到AGM-183A"空射快速响应武器"(ARRW)的研制中。但是,空军却没有放弃与海军和陆军,共同研发"通用-高超音速滑翔体"(C-HGB)弹头。此外,美国方面对吸气式高超声速导弹和助推滑翔高超声速导弹的认识,类似于F-15战斗机和F-16战斗机的"高低搭配"战术。因为,助推滑翔高超声速导弹打的更远,飞得更高;但是,吸气式高超声速导弹,则更为"廉价"!

加利福尼亚爱德华兹空军基地外的一架B-52首次携带一枚ARRW IMV(AGM-183A)进行飞行,摄于2019年6月12。
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