美軍“全球快速打擊”系統技術缺陷分析

方有培，汪立萍，蔡亞梅，陳利玲

（中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京210007）

0 引言

為了威懾對手，美國提出“全球快速打擊”系統構想以適應新時期軍事轉型?！叭蚩焖俅驌簟毕到y構想可實現全球快速、精確、洲際、決定性打擊，采用進入空間、利用空間、控制空間搶占太空戰略制高點，是美國為控制全球而大力發展的一種新型作戰手段。根據常規武器在1h內對全球范圍目標實施“快、準、穩、狠”打擊想定，美軍提出了助推-滑翔式導彈、高超聲速巡航導彈、戰略核導彈等改裝成常規導彈技術方案，以提高遠程、超遠程、洲際、精確打擊能力。

助推-滑翔式導彈方案主要包括研制射程覆蓋全球的“高超聲速飛行器”（HTV-2）、“常規打擊導彈”（CSM）、射程超過6000km 的用于前沿部署的“陸軍先進高超聲速武器”（AHW）；高超聲速巡航導彈方案主要包括發展機載高超聲速巡航導彈的X-51A 計劃，艦載高超聲速巡航導彈的“高超聲速飛行演示計劃”（HyFly）；“常規改裝計劃”（CTM）等。根據發展計劃，高超聲速武器應具備以下能力：在接到命令數小時乃至幾十分鐘內就能對全球上的任一目標實施瞬間快速打擊；按照軍方的要求，這一打擊武器的作戰距離至少在10000km 以上，具有遠程作戰能力。

快速打擊武器系統預計數年之后才能投入使用，因此該武器在設計階段就必須充分考慮其隱蔽突防能力，以滿足若干年后的戰場環境要求；由于這一新型武器系統將裝備常規彈頭，因此武器的打擊精度將非常重要，務求做到一擊即中。本文簡要介紹了“全球快速打擊”系統的進展情況，對其技術缺陷進行了分析。

1 美軍“全球快速打擊”系統進展概況

美軍的“全球快速打擊”系統計劃目前正處于技術演示驗證階段。截至2013年5月，共完成了4 次X-51A、2次HTV-2和1次AHW 的飛行試驗，在高超聲速動力技術和助推-滑翔關鍵技術方面取得了一定進展，這是美國長期致力于發展太空技術的結果，雖然試驗中有成功也有失敗，但距離美軍預期的2015年左右形成實戰能力還有較大差距。

1）X-51A 的飛行試驗

X-51A 項目是一種超燃沖壓發動機驗證機，繼承于早期的X-43A 項目，以驗證高超聲速飛行能力，其終極目標是研制出高超聲速武器。它由波音公司與普拉特·惠特尼公司共同開發。X-51A 機體外形有一個扁平的頭部、彈體中部設有4片可以偏轉的小翼（襟翼），進氣道在腹部。X-51A 吊掛在B-52H 轟炸機翼下如圖1所示。由一臺JP-7碳氫燃料超燃沖壓發動機推動，設計飛行馬赫數在4.5～6.5之間。

圖1 X-51A 吊掛在B-52H 轟炸機翼下

①第一次試飛

2010年3月26日，X-51A 飛行器進行了第一次飛行試驗。B-52H 轟炸機攜載X-51A 升空，在15.24km 高空進入太平洋測試靶場將其釋放，在超燃沖壓噴氣發動機點火工作以前，由一枚陸軍戰術導彈系統推進器（固體火箭）將它推進到速度大約馬赫數4.5，然后超燃沖壓發動機點火，原計劃工作170s，實際僅工作了143s，飛行器加速到馬赫數4.88，應該說取得了突破性的進展。由于密封圈失效，造成發動機推力減小，然后失去加速度和推力，空軍地面控制人員不得不遙控將其摧毀。

②第二次試飛

第一次試飛失敗后，技術人員修改了密封噴氣管口的接口，還改變了相鄰壓力密封和發動機的后座端，一切都看似正常。2011年6月13日，美國空軍和X-5lA 的各公司開發團隊才在太平洋上空進行了第二次超聲速飛行研究試驗。飛行器第二次飛行試驗設定飛行速度馬赫數為6，飛行時間為240s。據報道，試驗中當X-5lA 從B-52H 飛機上釋放出后，它的飛行速度成功地被固體火箭推升至超過5個馬赫數，并且超燃沖壓噴射發動機首先靠乙烯實現了點火，但是，轉換成JP-7的噴氣發動機標準燃料（碳氫化合物）后，卻沒有成功點燃，無法加速到滿推力。此后地面人員多次試圖重新啟動，但均未成功，第二次試飛以失敗告終。事后調查原因為進氣道不啟動，認為進氣道前緣激波移動太遠，引起氣流偏移，最終導致超燃沖壓發動機啟動失敗。

③第三次試飛

2012年8月進行的第三次試飛仍以失敗告終。據宣稱失敗原因可能是振動導致一個作動器鎖故障，作動器突然開啟導致飛行器出現螺旋下降并最終墜落太平洋。目前，美空軍正在進行振顫試驗。

④第四次試飛

美軍在2013年5月1日實施第四次（也是最后一次）試飛終于成功。盡管空軍沒有提及飛行細節，X-51A 被認為是產生了正向加速度并加速至馬赫數5以上，而且持續完成了試驗計劃的有動力飛行階段。本次飛行可能持續了300s，隨后在500s左右飛行器開始無動力滑行下降，墜落在加州西部太平洋試驗場的海域中。如果這些時間和速度數據被確認，這將是持續吸氣式高超聲速飛行的新記錄。

2）HTV-2飛行器熱防護試驗

HTV-2在第一次飛行試驗中，飛行器表面燒蝕產生的縫隙造成強脈沖振動波，致使飛行器突然滾轉。說明HTV-2飛行器熱防護系統雖然經過改進，但還是難以承受大角度再入大氣層時的高溫。第二次試驗也因多重振動波的嚴重干擾導致飛行器外殼氣動性能意外下降，使飛行提前終止。目前，美國正在開展1649℃以下前緣材料、1649℃以上纖維增強難熔復合材料、高溫多層隔熱、大面積防護系統和高溫密封件的研制工作。

2 美軍“全球快打”的技術缺陷分析

1）高超聲速飛行的控制技術不過關

在大氣層內飛行時，由于高超聲速飛行中氣動加熱問題嚴重，飛行器中段與末段制導會受到嚴重影響而產生誤差，并因超高速飛行被進一步放大，致使命中精度大幅度下降。這類問題將長期困擾“全球快速打擊”武器的進一步發展。

為實現10m 的打擊精度，美海軍為“三叉戟-2”／D5導彈研制了E2 再入裝置（“增強效應計劃”）和LETB-2再入裝置（“延壽試驗臺”），在慣性測量裝置（IMU）制導系統的技術基礎上嵌入GPS技術進行復合制導，并加裝具有滾動、偏航、傾斜三軸飛行控制功能的輔助翼轉向系統，實現精確制導。

在IMU／GPS復合制導時，要求載荷必須承受40g的重力加速度，并保證性能可靠。但是，由于高速飛行將導致如下問題：

①在機動性能加大、再入裝置體積加大、再入速度加快的情況下，就會出現載波回路失鎖。

②在再入裝置釋放彈頭、布撒子母彈時，對于能量損耗式機動，類似問題同樣會出現。此類問題將致使IMU 誤差加速偏移（漂移），對精度控制產生影響。

③由于高超聲速飛行時氣動參數耦合嚴重，變化劇烈，飛行速度高，對軌跡控制精度產生較大影響。

HTV-2兩次飛行失利的主要原因之一就是傾斜氣動襟翼的控制技術不過關。后經HTV-2項目主管證實，目前還沒有完全掌握對飛行器的有效控制。X-51A 第三次飛行試驗失敗的誘因也是控制翼故障。

2）沒有形成C4ISR 配套能力

“全球快速打擊”系統是一種非核戰略打擊系統，是在掌握目標獲取、精確定位、超遠程、洲際打擊等技術基礎上發展的快速反應與攻擊手段。若要確認1h內跨越全球實施目標打擊，對目標偵察、指揮、控制、情報能力提出了很高的要求：首先，需要具備能夠使導彈快速、準確識別目標的情報、監視與偵察能力；次之，用以在短時間內目標判定、制訂攻擊計劃、使運載裝置定位，以及下達發射指令的指揮控制能力；最后，還需用以驗證目標動態狀況以及摧毀目標的持續偵察能力。通過天基和地（海）基系統，美國可對目標和事件實施監視、探測、識別、追蹤、評估、核實、編目以及表征等任務操作，獲取敵方行動情報，進行指揮、控制、通信、處理、分析、分發和存儲等相關操作。目前，這些實戰所需的C4ISR 能力還不完全具備。

3）沒有抗電磁干擾的能力

由于沒有形成C4ISR 配套能力，所以“全球快速打擊”系統是一個沒有任何抗干擾能力的系統，而這個系統將有可能受到各種電磁干擾。

4）耐高溫防護技術不過關

為解決彈頭再入后燒蝕問題，必須完成復合材料的研制，要求研發可耐受4600℃高溫的碳纖維材料（多向柵格“碳-碳”材料）用于導彈防熱頭錐，以解決彈頭再入后數千度高溫燒蝕問題。HTV-1飛行器正是由于表層前緣曲線分層問題未能解決而被取消。

美國現役戰略彈道導彈再入體目前采用抗燒蝕特性好、熱傳導低的碳-苯酚材料，對于“三叉戟”常規改裝導彈，應用這種熱防護技術具有比較大把握。但助推-滑翔導彈再入體末段機動范圍大，高速滑行時間長（據稱CSM 后續型號長達50min），暴露在高熱環境下的時間比彈道導彈長，強烈的氣動加熱會增加再入體外形材料的不穩定性。為獲得外形更為穩定的鼻錐、適當的飛行燒蝕率和盡可能小的熱傳導率，美考慮采用新型碳-碳材料。但要精確預測氣動熱力負載和燒蝕率、成規模制造大型碳-碳材料飛行器，也將面臨許多技術難題。

5）高超推進系統技術不成熟

高超聲速導彈采用超燃沖壓式噴氣發動機推進，需要使導彈的飛行速度達到馬赫數為5以上。從X-5lA 第二次試飛失敗的結果來看，致使發動機進氣道不啟動的原因有：進氣道激波控制能力不足，導致進入發動機的氣流瞬時減少，發動機推力過剩，致使飛行速度等超出進氣道啟動的邊界條件；進氣道設計沒有充分考慮到發動機燃燒要求以及與機體的匹配問題，且容易對外界刺激如氣流變化等產生反應，從而影響穩定性。類似現象在地面試驗和第一次飛行試驗中也曾出現。在HyFly項目的三次飛行試驗中：一次是因燃油系統問題導致飛行器僅加速到馬赫數為3.5；第二次試驗因燃油泵問題發動機末啟動；第三次試驗因機載飛行軟件異常中斷，發動機沒有點火。這說明美國在發動機點火與持續燃燒等關鍵技術上進展極其緩慢，遠不如法國和俄羅斯。

3 威脅分析

種種跡象表明，美軍“全球快速打擊”力量已呈現快速發展的態勢。未來，這些武器一旦裝備，將對各國構成嚴重威脅。

1）采用“手腳”并用的多元化戰略

美國現政府提出降低核武器在國家安全戰略中的作用，主要依賴于區域彈道導彈防御系統與非核打擊力量的組合，加強非核戰略威懾能力。“全球快速打擊計劃”的提出，將使美國減少對于核威懾的過度依賴，填補戰略態勢中的“能力差距”，彌補其他非核打擊手段的局限性，采用“手腳”并用的多元化戰略，有效滿足快速打擊時敏高價值目標的要求，為美國提供更多的非核威懾選擇和危機應對手段，保持熱點地區的前沿存在。

2）對反介入戰略構成嚴重威脅

美國國防部認為，“全球常規快速打擊武器對于擊敗時間緊迫的地區性威脅具有特殊價值，是應對反介入戰略的重要手段”。美國家研究委員會報告認為，在美國與區域性大國和對手的沖突和戰爭中，全球常規快速打擊武器可憑借速度和介入能力優勢增強美軍常規軍事行動能力。報告中還指出，常規快速全球打擊力量具有“對俄羅斯核力量進行先發制人常規打擊的能力”，“對中國先進的核力量構成可信的常規威脅”。AHW 再入速度超過馬赫數為20，末段撞擊速度達4個馬赫數，具有超強的突防能力，研制成功后將部署在關島、迪戈加西亞島和波多黎各，對中國的反介入戰略構成嚴重威脅。

3）拓展美軍“外科手術式”打擊能力

美軍在總結近幾場局部戰爭經驗教訓的基礎上形成了“全球快速打擊”力量構想。根據美軍的評估報告，與其他現有打擊力量相比，“全球快速打擊”系統從受領任務到完成僅需1～2h，遠遠快于戰略轟炸機的48h和航母打擊大隊的96h，不僅可以大幅提升反應速度，還可以最小代價達成戰略突襲的效果。從實戰角度看，“全球快速打擊”是美軍“外科手術式”打擊的進一步拓展和延伸，可貫穿作戰的各個階段。

4 結束語

美軍“全球快速打擊”計劃的近期目標是研制一次性使用的高超聲速巡航導彈，中期目標是研制高超聲速飛機，遠期目標是發展可重復使用的天地往返運輸系統。高超聲速武器應具備以下4種能力：一是瞬間打擊能力；二是遠程作戰能力；三是隱蔽突防能力；四是精確打擊能力。美軍“全球快速打擊”計劃及其試驗應當引起高度關注，從中看到值得深思的問題，高度重視技術基礎研究，開展關鍵技術攻關，提出相關應對對抗措施。■

［1］黨愛國，李曉軍，徐寶.外軍快速全球打擊能力發展動態［J］.飛航導彈，2012（7）：51-54.

［2］董露，等.美軍“全球快速打擊”計劃進展及影響［J］.外軍導彈裝備發展動態，2012（10）.

［3］趙海洋，沈雪石，石集.美國高超聲速飛行器技術進展分析與啟示［J］.飛航導彈，2012（4）：16-20.

［4］白廷隆，白云.X-51A 飛行器飛行試驗的故障分析［J］.飛航導彈，2012（3）：27-30，46.

［5］陸海波，劉偉強.高超聲速飛行器鼻錐迎風凹腔結構防熱效能研究［J］.宇航學報，2012（8）：1013-1018.