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美军同时推进多个高超武器项目 计划短时内装备
2020-05-02 16:00来源:

美空军“空射快速反应武器”概念图

据美国“突破防务”网站4月24日报道,美军在高超音速武器研发上不惜投入巨资,不仅同时推进多个项目,还计划在短时间内装备数百件高超音速武器,而且“对所有类型都感兴趣”。

美军的“头等大事”

报道称,去年底上任的美国防研究与工程现代化局局长、高超音速技术领域专家马克·刘易斯4月23日在空军协会米切尔研究所的网络会议上表示,美国防部希望大规模研制交付高超音速武器,“从速度达5马赫以上、较紧凑、较便宜的吸气式巡航导弹,到速度超过10马赫的大型火箭助推滑翔导弹,均被纳入范围”。为此,美国防部专门成立一个办公室,目标是将高超音速武器从“过去10年的极少数原型弹”提升至“数百件”。

刘易斯称,目前美军作战部队尚未装备真正意义上的高超音速武器,多个研发项目完成时仅开发出原型弹,而且数量是个位数,无法用来打击“需要瞄准的数千个目标”。他透露,高超音速武器研发已成为美国防部长埃斯珀和负责工程开发的美国防部副部长格里芬关注的“头等大事”,五角大楼正通过一项新的“高超音速加速计划”来改善此前时断时续的研发方式。刘易斯说:“这意味着在短时间内,数百件高超音速武器将交付部队。”

不过,刘易斯承认,要在短期内实现大规模交付,还面临一些难题。一方面,大量生产需要生产设施和设备,当前高超音速原型弹基本由研发实验室手工制作,美国防部正努力提升高超音速武器研发制造的工业基础,这涵盖包括中小型专业供应商等多个环节,具体协调需要时间;另一方面,控制成本对于大规模生产必不可少,也是一项巨大挑战。目前美国防部尚未明确相关武器的具体成本,但已要求主要承包商考虑这一问题。

计划发展多种类型

实际上,高超音速武器不是一种单一的武器。按照动力方式和飞行方式区分,可分为两种。一种使用吸气式发动机,类似于喷气式飞机或巡航导弹穿越大气层飞行;另一种使用火箭助推器,类似于洲际弹道导弹沿太空边际以弧形轨迹飞行。按照发射平台的不同,也可分为两种,一种是从一定高度和速度的飞机上发射,另一种是从速度相对较慢的地面陆军车辆、水面海军舰艇或水下潜艇发射。根据上述特征,美军将其高超音速武器分为4种类型。刘易斯认为,尽管五角大楼目前只有3种方案,但这4类都值得发展。

第一类是空射助推滑翔式高超音速武器。美空军的“空射快速反应武器”和“高超音速常规打击武器”均属此类,但后一项已被取消,美空军目前将重点放在前一项上,并认为该计划别具创新性、更有前途。

第二类是地面(水面、水下)发射的助推滑翔式高超音速武器,包括陆军的“远程高超音速武器”和海军的“常规即时打击项目”。这两种武器共用由海军研制的火箭助推器和由陆军研制的通用高超音速滑翔体。陆军型是从轮式车辆发射,海军型是从潜艇发射。

第三类是空射吸气式高超音速武器,主要包括“高超音速吸气式武器概念”和吸气式超音速打击武器。这两个计划目前由美国防高级研究计划局负责,技术上最具挑战性和最尖端,待技术成熟后将移交给空军。

第四类是地面(水面、水下)发射的吸气式高超音速武器。目前在公开报道中美国尚无此类计划,但刘易斯认为,外界最终会看到这类吸气式高超音速武器,“我认为它非常有前途”。

成本与速度难两全

有分析认为,美军大规模装备高超音速武器,关键是解决成本效益问题。报道称,刘易斯对空射吸气式高超音速武器尤为关注,他认为这是实现大规模和适度成本的关键,而且造价比射程相当的火箭助推滑翔类高超音速武器更便宜。不过,吸气式超音速打击武器的速度相对较慢、技术难度较大,短期内难以实现。

火箭助推器是经过验证的成熟技术,可提供极大的速度和射程。例如,美国“民兵-3”洲际弹道导弹能以23马赫速度飞行超过1万千米。其缺点是弹头无法大范围机动。一旦发射,就像炮弹那样遵循可预见的弹道飞行。

助推滑翔武器的重大创新是用敏捷的滑翔体取代了传统的弹头。当火箭助推器燃尽后,滑翔体与火箭分离并开始滑行,就像石块在池塘上打水漂一样灵活地滑跃过大气层。不过,助推滑翔型武器也有很大局限性。首先,一旦火箭助推器脱离,滑翔体因为没有引擎只能滑行,速度不断降低,这会影响其机动能力。第二,火箭发射动力非常强大,将带来巨大过载和压力,此类武器的精密电子器件必须经过加固才能抵抗振动和高温。第三,火箭不仅需要携带燃料,还必须携带氧化剂来助燃,因此助推器体积非常大,成本也较高。

相比之下,吸气式发动机体积要小得多。它只需携带燃料,因为可以从大气中吸收氧气。这意味着整个武器体积可以更小,便于安装到飞机上,且在飞行过程中可自由加速而不只是滑行,机动性更强。不过,此类武器需要装备先进的发动机,例如超燃冲压发动机,这是一种复杂、昂贵的技术,目前处于试验状态。

使用超燃冲压发动机,飞行高度会受限,因为飞得太高,空气将无法提供所需氧气。这意味着吸气式高超音速武器不能达到与助推滑翔武器相同的临近空间高度。它们也不能以几乎同样快的速度飞行。刘易斯预计,使用吸气式发动机的飞行器速度可能达约7马赫,这是助推滑翔武器峰值速度的一半或以下。

此外,发射平台也会对性能产生重大影响。水面舰艇、潜艇和加长重型车辆可以比飞机携带更大的武器,但这些武器体积必须更大,因为它们需要从低空、低速出发,一直到高空、高超音速飞行。相比之下,空射高超音速武器不需要体积太大,因为它在自身发动机启动前已可达到很高的高度和速度。

总体来看,由于高超音速武器各具特点,美军需综合考虑技术难易度、效费比等多重因素,才能实现其野心勃勃的计划。

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