高超聲速技術的軍事價值

□ 黃志澄

高超聲速技術的軍事價值

□ 黃志澄

美國空軍正在研制的HSSW導彈

顛覆性技術，是一種另辟蹊徑、會對已有傳統或主流技術途徑產生顛覆性效果的技術。近年來，顛覆性技術所展示出的強勁勢頭，越來越引起全球的廣泛關注。顛覆性技術的發展，也必將引發戰爭面貌的徹底改變。從海灣戰爭到伊拉克戰爭，現代戰爭的形態已經發生了根本性變化。顛覆性技術的發展，正在不斷推動武器裝備體系的更新換代；打擊方式基本已不再是過去所追求的大規模毀傷，而是更加突出打擊的精確性和有效性；整個戰爭的的協同性和時間性空前突出。

高超聲速技術是影響未來戰爭的顛覆性技術之一。什么是高超聲速技術？它有怎樣的軍事價值？它對未來戰爭有何影響？高超聲速技術的發展對我們有何啟示？本文將對此進行介紹和分析。

什么是高超聲速技術

高超聲速飛行是指馬赫數大于5的飛行。高超聲速技術就是實現高超聲速飛行的技術。實際上，上世紀40年代，力學家就建立了高超聲速飛行的基本理論，如錢學森在1946年提出了著名的《高超聲速相似率》。60年代初，美國X-15用火箭發動機，實現了首次高超音速飛行(飛行M數大于5.3)。在這以后，開始致力于利用空氣中的氧氣的吸氣式發動機的高超音速飛行。美蘇等國開展了超聲速燃燒沖壓發動機（Scramjet,簡稱超燃沖壓發動機）等關鍵技術的研究，但由于其技術難度太大，研究工作進展不大，在美國設計航天飛機時，仍決定采用較成熟的火箭發動機。

1986年，美國航宇局（NASA）決定上馬單級入軌的空天飛機（NASP）計劃, 人們視之為“高超聲速的復蘇”。這個計劃在花出30億美元資金后，在1995年下馬。失敗的主要原因是方案過于先進；超燃沖壓發動機技術當時遠未成熟；所需資金過大而無法承擔；過分依賴于計算流體力學（CFD）的計算，對地面試驗和飛行試驗重視不夠等。在這之后，NASA認真吸取了教訓，繼續執行了一項規模較小的飛行演示驗證的Hyper-X計劃，其目的是擴展將來可以軍民兩用的高超聲速技術基礎。它的第一個無人高超聲速驗證機就是X-43A。

使用氫燃料的X-43A的飛行試驗雖然成功，但其飛行馬赫數是固定不變的（7或10）。由于其技術水平仍與實現空天飛機有很大差距，NASA果斷放棄了后續的以空天飛機為目標的X-43B和X-43C計劃，轉入了基礎研究。

2001年，NASA和美國國防部聯合提出了“國家航空航天倡議”（NAI）。在這個倡議中，重點討論了采用吸氣式發動機在大氣層中進行高超聲速巡航飛行的技術。該倡議建議美國發展吸氣式高超聲速飛行器分三步走：近期致力于高超聲速巡航導彈，中期集中于發展高超聲速轟炸機，遠期瞄準重復使用的航天運載器。在這之后，由美國軍方主導了碳氫燃料超燃沖壓發動機的研發。

各種空天飛機方案

美國空軍設想的高超聲速戰爭

未來戰爭的力量應用

2008年2月，美國國防部向國會遞交了《國防部高超聲速計劃路線圖》。在這個文件中，美軍擴大了高超聲速技術的定義。新的定義是：使大氣層高超聲速機動飛行成為可能的技術。由此計劃發生了重大轉折，不僅包括吸氣式高超聲速巡航飛行的技術，而且擴展到包括采用火箭發動機和組合發動機在大氣層中進行高超聲速機動飛行的技術，從而采取了“兩邊下注”的策略。

“路線圖”進一步明確了美軍的高超聲速計劃的目的是為美軍提供三項未來的作戰能力：打擊/持久作戰能力；空中優勢/防御能力；快速進入太空能力。對上述的三個方面，都提出了由一系列技術產品支撐的路線圖。這些技術產品包括：吸氣式高超速飛行器如美國空軍的X-51A，海軍的HyFly 等；高超聲速助推滑翔飛行器如HTV-2，陸軍的AHW等，以及小型無人航天飛機X-37B等。

由上述高超聲速技術發展的歷史可見，學術界關于高超聲速技術存在兩種定義，一種是廣義的，就是指實現高超聲速飛行的技術；另一種狹義的，專指利用吸氣式發動機實現高超聲速飛行的技術。

左上圖：美國陸軍正在發展的AHW

左下圖：美國空軍設想的高超聲速對地打擊

右圖：高超聲速滑翔飛行器

高超聲速技術的軍事價值

高超聲速技術是近年來最重要的軍民兩用的顛覆性技術之一。高超聲速技術的發展將對未來戰爭產生深刻的影響。高超聲速技術如何影響未來的戰爭，美國空軍在2015年9月15日發表的《美國空軍2035年的核心使命》的《空軍未來作戰概念》報告中進行了討論。

報告由美國空軍部長黛博拉·李·詹姆斯和美國空軍參謀長韋爾什上將聯合簽發，是美國空軍用來指導未來20年空軍組織、訓練與裝備的文件，旨在回答“美空軍未來將走向何處”這一問題。文件主要是向美空軍部隊，解釋如何將“敏捷性”適用于美空軍作戰人員。文件提出的美國空軍2035年的核心使命是，為美國提供快速響應及有效的全球警戒、全球到達和全球打擊力量。

在上述文件中，美國空軍提出了2035年的高超聲速攻擊作戰設想。它假想了2035年9月17日，美國空軍利用高超聲速打擊武器對敵方的一體化防空系統中的激光武器實施打擊。在該設想中，由4艘母艦投放200架飛行馬赫數為0.9的高亞聲速小型無人飛行器。這些分布式無人機，通過快速組合形成不斷變換的誘餌和干擾機陣列，同時其所搭載的網絡化傳感器為美軍構建起對敵方一體化防空系統的態勢感知。由于敵方的防空系統的探測和火力通道，被這些目標飽和，敵方未能及時發現美軍發射的高超聲速導彈。這些導彈首先摧毀了防空系統中的高能激光武器（它威脅到美軍的低軌道衛星）；其他高超聲速武器，則摧毀了岸艦導彈系列和攻擊艇的駐泊地。

上述有關高超聲速武器攻擊的設想和美國空軍在2014年發布的《美國空軍：召喚未來》報告是一脈相承的。后一份報告指出：美國空軍有能力比其潛在對手更快地持續適應和響應環境的變化，是空軍面對未來30年的最大挑戰。這份報告將高超聲速和納米技術、無人系統、自主和定向能并列為“改變游戲規則”的五大顛覆性技術。

2016年3月，美國空軍聯合會的米切爾空天研究所，發表了報告《高超聲速武器與美國國家利益:21世紀的突破》。報告認為，高超聲速武器可在以下4個方面為美國及其全球盟友部隊提供作戰優勢：（1）提供前所未有的快速到達，可縮短“從發射器到目標”的時間，并能更有效地利用情報來打擊目標。（2）提供全球目標區域的進入。戰區高超聲速導彈可在不到17分鐘內，到達1609千米以外的目標；高超聲速的情報偵察（ISR）系統,可以比衛星更快的速度，在一天內抵達目標區，并具有更高生存能力。（3）提供“第四維”作戰效應，壓縮敵方的決策時間，使高超聲速攻擊方有效地干預敵方的指揮、控制與作戰管理周期，進而增強美國的指揮與控制優勢。（4）突破敵方防空系統，高超聲速武器可使老舊的第四代戰機，攻擊嚴密防守地區的目標，并使武器在搜尋目標時確保自身的存活。

美軍發展高超聲速技術的近況

美國是最重視發展高超聲速技術的國家。高超聲速技術已被美國國防部列為2017財年美軍武器裝備現代化投資重點的七大領域之一，也是美國第三次抵消戰略下支撐其常規威懾能力的重點技術領域之一。美國當前正在發展的高超聲速武器，包括空軍的“高超聲速打擊武器（HSSW）”，美國空軍和DAPRA合作的“高超聲速吸氣式武器概念(HAWC)”和“戰術助推滑翔(TBG)”項目。這三個項目，波音、洛馬、雷神等美國重要的軍工企業都有參與。后兩個項目都將在2020年前開展演示驗證試飛。其中，HAWC項目瞄準的目標型號，是巡航速度約馬赫數5～6、射程約1000千米、能夠適應B-2A轟炸機等內埋和F-35戰斗機外掛的巡航導彈；TBG項目瞄準的目標型號，則是最大速度約馬赫數9～10、射程1000千米～2000千米的助推滑翔彈。另外美國陸軍的“先進高超聲速武器（AHW）”項目，正在準備進行第三次飛行試驗。除此之外，美國洛馬公司正在積極研發高超聲速ISR飛機SR-72。由此可見，美軍在2035年可能裝備的高超聲速武器主要是兩類：使用超燃沖壓發動機的高超聲速和高超聲速助推滑翔飛行器。美國空軍也十分贊賞英國反作用發動機公司的“佩刀”發動機，正在和這家公司合作，研究采用這種發動機來發展兩級入軌的空天飛機。

美國一方面穩步推進高超聲速武器的研制工作，另一方面繼續全面系統地強化高超聲速技術的基礎。為了提高技術的成熟度，2016年8月，美國空軍研究實驗室（AFRL）發布了“高速作戰系統使能實現技術（ETHOS）”的調研公告，對美國工業界在高速作戰平臺領域的工業基礎、技術水平和人才隊伍等情況進行了調研。2017年1月正式公布了廣泛機構通告，明確了高速實驗科學、高速推進系統、氣動結構、建模和仿真、飛行器設計和集成五大技術領域的詳細目標。2016年5月，美國空軍還發布了計劃發展可重復使用200次的高超聲速試驗平臺（HyRAX）項目的詳細需求，以推動更廣泛的高超聲速技術的成熟，并積累高超聲速飛行試驗測量數據。

在美國AFRL和澳大利亞國防科學技術部聯合管理之下，正在開展一項高超聲速國際飛行研究試驗計劃。計劃的目的是，提供一個低成本的高超聲速飛行試驗平臺，對高超聲速飛行的現象進行研究，以增強對高超聲速飛行的基礎問題和物理現象的理解。通過這個計劃，提高模擬高超聲速飛行的建模能力,提高模擬方法的精度，驗證高超聲速飛行的飛行環境及其關鍵技術, 拓展高超聲速飛行數據庫。

美軍正在發展的高超速計劃

高超聲速技術發展的啟示

世界高超聲技術的發展已超過60多年，雖屢經波折，但大國從未放棄。從高超聲技術的發展歷程中，可以得到如下幾點啟示;

首先，高超聲技術是一項軍民融合的技術。在民用上，高超聲客機和空天飛機具有廣闊的應用前景。當前，推動高超聲技術發展的主動力來自它的軍事應用。由于高超聲速武器在未來戰爭中的速度優勢和巨大的打擊能力，它已成為大國準備未來戰爭而競相發展的一種顛覆性技術。另一方面，在大國發展高超聲速技術的進程中，通過試驗飛行器的試驗，將給潛在對手造成一定心理壓力；而在其一旦研制成功后，又將成為一種重要的軍事威懾，即“高超聲速威懾”。

其次，高超聲技術既包括諸如推進、氣動、控制、材料等單項技術，也包括將這些單項技術根據目標而集成起來的集成技術。因此，發展高超聲速技術既要重視基礎，又要重視系統集成。為了能夠實現有效的高超聲速打擊，必須讓高超聲速武器的可靠性達到現有導彈的可靠性水平。顯然，這對于承受嚴重氣動加熱環境的高超聲速武器來說，必將對其結構、材料和電子系統，都提出苛刻的要求。

目前高超聲速技術的系統成熟度還稍低于試驗飛行器成熟的第6級（TRL-6），與技術的完全成熟（TRL-9）還有相當距離。為此，必須重視提高地面試驗能力和模擬仿真能力，并通過關鍵的飛行試驗考核，為今后設計實用的高超聲速飛行器，提供技術基礎。

再次，未來的戰爭仍然是體系和體系的對抗，單獨的一種武器的性能雖然重要，但只有與體系中其它武器配合，才能發揮出它的優勢。何況任何武器既有獨特的優勢，也有致命的弱點。在上述美國空軍的2035年的設想中，若沒有美軍戰場信息系統的支持和分布式無人機對敵方的飽和攻擊，紅外特征明顯的高超聲速武器，就無法發揮其速度優勢。

最后，在未來戰爭中，實現高超聲速作戰必需裝備具有一定數量的高超聲速武器，必需讓這些武器的成本，不要大大高于現有的超聲速武器的成本。未來的戰爭，不僅是武器性能的較量，也是一個國家經濟實力的較量。★