據《國防博客》、《國防新聞週刊》等美媒報道,美國國防高級研究計劃局日前發佈一份徵詢書,內容是關於下一代高超音速巡航導彈的設計方案,答覆截止日期為10月6日。當局還計劃下月在維珍尼亞州阿靈頓舉辦行業日,與相關機構討論該項目。按照當局要求,這款導彈應為吸氣式高超音速巡航導彈,能從大氣層中吸入氧氣助燃,飛行速度超過5馬赫。
五角大樓正徵集下一代吸氣式高超音速巡航導彈設計方案,應對先進防空體系
這項目的出發點,是應對中俄日益先進的綜合防空體系。公開說法是,中俄先進雷達、地空導彈及戰鬥機,讓傳統導彈越來越難以實現穿透式打擊,美軍需要一種技術上「斷崖式領先」的武器。值得留意的是,這款吸氣式高超音速巡航導彈在技術上並非全新。中國早在去年九三閱兵,就公開鷹擊-19和長劍-1000這兩款吸氣式高超音速巡航導彈,兩者總體思路與美軍徵詢要求高度吻合。
從技術路徑看,兩款導彈都採用固體火箭助推加超燃衝壓發動機的組合。所謂吸氣式,就是利用大氣中的氧氣作為氧化劑,這樣導彈無需攜帶氧化劑,既減輕重量,也利於長時間高速巡航。目前最成熟的吸氣式高超音速方案就是超燃衝壓發動機,但這種發動機無法在零速度下點火,必須先用火箭助推器把它加速到5馬赫以上,才能點燃並穩定燃燒。這也決定了這類導彈的第一級,往往是一根較粗長的助推器。
鷹擊-19是海基高超音速反艦導彈,巡航速度5到8馬赫,配慣性、北斗修正加主動雷達末制導,專門打擊海上機動目標。它能用潛艇533毫米魚雷管發射,也可艦載垂直發射,射程在1,000公里級別。長劍-1000是陸基高超音速巡航導彈,巡航速度5到8馬赫,末端可達10馬赫,採用慣性、北斗修正加主動雷達末制導,既能打擊指揮樞紐和基地等地面目標,也能打擊大型水面艦艇,射程達到7,000公里級別。
鷹擊-19採用固體火箭助推加超燃衝壓發動機,可適配水面艦艇垂直發射或潛艇發射
超燃衝壓發動機的長時間穩定燃燒,是這類導彈研製的關鍵難點。美軍早期大量試驗中,穩定燃燒時間大多在300秒左右,按5馬赫速度換算,大約能飛500多公里,加上助推和滑行,射程估計在800公里上下。中國兩款導彈一個射程1,000公里,一個達到7,000公里,說明已經解決超燃衝壓發動機長時間穩定工作的問題。鷹擊-19和長劍-1000在進入高超音速巡航後,還能按預設要求隨機變化軌跡。以當前攔截彈的速度,很難對這種高速巡航又隨時機動的目標實施有效攔截。
美軍這份徵詢書的要求,還不止於導彈本身。它要求小尺寸彈能塞進隱形戰機內置彈艙,大尺寸彈適配轟炸機、水面艦艇和陸基發射車,相當於覆蓋陸海空全譜系。目前,鷹擊-19和長劍-1000已能適配水面艦艇和陸基發射車,鷹擊-19適配轟炸機問題也不大,而且空射版本可以明顯縮短助推器長度、減輕重量。真正有難度的是裝進五代機的內置彈艙。現役五代機彈艙普遍偏短,內部空間有限,超燃衝壓發動機又需要5馬赫以上才能點燃,直接塞入並不現實。按現有資訊推斷,這類空射吸氣式高超彈更適合未來新一代戰機,比如彈艙更長的殲-36或殲-50,而非現役的F-22、F-35。
其實美國在吸氣式高超音速技術上起步很早。美國太空總署的X-43A試驗機2004年兩次試飛成功,用液氫燃料,最高速度分別達到6.8馬赫和9.6馬赫,創下吸氣式高超音速飛行速度紀錄。美國空軍的X-51A「馭波者」採用航空煤油超燃衝壓,2010年實現5馬赫飛行,2013年達到5.1馬赫。不過,液氫燃料雖易點火、速度更高,但難以在戰場臨時加注保存,作為武器的超燃衝壓最終還是要回到碳氫燃料模式,而碳氫燃料點火困難,速度也受限於7馬赫以內。
美國在吸氣式高超音速上起步早但裝備成型較慢,相關審計報告分析了多個原因。其一,美國各軍種需求不互通、技術不通用,人力經費被切割,重複研發嚴重。其二,美國國防高級研究計劃局擅長技術驗證,卻未充分兼顧工程落地、量產、環境可靠性和作戰使用,從驗證樣機到實戰裝備之間仍需克服諸多技術與工程關卡。其三,發展方向出現過調整,從早期著重反導,到後來發展吸氣式高超音速,其後又因應中俄在滑翔式高超領域的進展而轉向追趕,頻繁調整導致吸氣式方案卡在驗證與落地之間。
更深層的原因在於試驗基礎設施。真實飛行中的高溫與真實氣體效應需要高焓長時間風洞才能完整復現,電腦模擬難以完全替代。美國現有高超音速風洞多數運行時間極短,部分僅有毫秒至秒級,無法完整復現超燃衝壓長時間工作時的熱環境,許多關鍵數據只能依賴實彈試飛獲取;而試飛成本高、頻次受限,技術迭代自然放緩。相比之下,中國的JF-12風洞已經投入應用,JF-22風洞亦在推進,這為長時間超燃衝壓試驗提供了充實的地面模擬條件。客觀而言,中國在高超音速領域的紮實推進,離不開數十年持續建設風洞等大型試驗設施的厚積薄發。
大型激波風洞設施能模擬極端高溫與真實氣體效應,為長時間超燃衝壓試驗提供關鍵數據支撐
從整體態勢看,美國在吸氣式高超音速基礎技術上具備深厚積累,當前面臨的挑戰主要集中在從驗證樣機走向實戰裝備的工程化環節,包括軍種體系協同、測試基建短板及量產配套等。而中國已通過展示與試驗,建立起涵蓋海基、陸基,射程覆蓋1,000公里至7,000公里的吸氣式高超音速巡航導彈體系。美軍這份仍在徵集方案的徵詢書,從側面反映出在吸氣式高超音速導彈的工程化與裝備化進程上,中國已實打實地走在了前列。
止戈堂
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