美國高超聲速飛行器研制進展

廖孟豪

近期，美國高超聲速飛機和武器有新的發展動向，持續顯示出美國正在全力以赴發展高超聲速作戰能力或技術儲備，值得關注。

美國波音公司認為：Ma5級高超聲速客機將在2040年前后具備技術和經濟可行性

2018年8月10日，英國《飛行國際》網站報道稱：盡管高超聲速客運飛機雖然聽起來比較科幻，但事實卻是美國波音公司已經將其列為一個重大項目，正在開展相關科研工作。

波音公司2018年6月26日在一次航空技術會議上首次公布了高超聲速客機概念，并在7月份的范保羅航展上展出了相關模型。波音公司堅信已經找到了能夠綜合權衡速度、材料和推進等瓶頸的方案，不但使得Ma5飛行在技術上可行，而且2040年前后在財務上也可以實現盈利。該公司首席技術官格雷格·希斯羅普（ Greg Hyslop）表示，“它并不像人們想象的那么難。當然確實也比較難。”

波音公司的高超聲速客機概念方案最大速度為Ma5，剛好達到高超聲速的門檻。該公司分析認為，Ma5.0是現有結構、推進和燃料技術能夠達到的極限。該公司高超聲速首席科學家凱文·鮑卡特（ Kevin Bowcutt）表示，“我們完全可以依靠現有的技術和手段來研制該飛機，而不需要去發明什么新技術。”以動力為例，要達到Ma6.0就必須要采用超燃沖壓發動機，而該技術目前尚不成熟;但Ma5.0的飛機就完全不需要超燃沖壓發動機，而是采用類似J58那樣的渦輪沖壓發動機即可。J58發動機在Ma2以下時采用渦輪模式工作，而速度達到Ma2以上后便將來流空氣從壓氣機直接送入加力燃燒室，以沖壓發動機的模式工作。波音公司Ma5.0的高超聲速客機也將采用這種渦輪沖壓發動機，只不過工作模式的轉換速度會比Ma2要更高一些。凱文·鮑卡特對高超聲速飛行器非常熟悉，是X-51A的設計師，被譽為“×-51A之父”。X-51A采用JP-7作為燃料和冷卻劑。但由于高超聲速客機的速度不用超過Ma5.0，因此不需使用JP-7。高超聲速客機的燃料選項包括標準化的Je卜A燃料、液體甲烷或兩者的組合。

波音公司選擇Ma5.0作為飛機的最大速度，還有結構材料方面的考慮。如今，大量應用在飛機和發動機上的標準化鈦合金材料已經有足夠的強度能夠在6000C的溫度下正常使用，而不必采用難以制造的陶瓷基復合材料。但一旦速度達到Ma6.0，飛機就必須采用鎳基合金而不是鈦合金，必須采用不夠成熟的超燃沖壓發動機而不是渦輪沖壓發動機。

格雷格·希斯羅普把高超聲速客機與超聲速客機進行了對比，Ma2的“協和”超聲速客機理論上能夠使用同一班機組在一天內跨大西洋飛行2次，但高超聲速客機理論上能夠適應同一班機組在一天內跨大西洋飛行4-5次。運營效率的優勢將使得高超聲速客機比超聲速客機更具吸引力。

AGM-183A——美空軍正式賦予“空射快速響應武器”項目發展的高超聲速導彈編號

2018年8月7日，美國《航空周刊與空間技術》網站報道稱，美空軍全壽命周期管理中心授予洛克希德·馬丁公司“空射快速響應武器”（ ARRW）項目高超聲速導彈研制合同，并正式賦予該導彈編號AGM-183A。

該合同金額為7.8億美元，合同周期截止到2023年。在“戰術助推滑翔”（ TBG）項目成果基礎上，ARRW項目正在研制一型空射型高超聲速助推滑翔導彈。與此同時，美空軍還在同步開展“高超聲速常規打擊武器”（ HCSW）項目，并在2018年4月授予了洛克希德·馬丁公司總額9.28億美元的研制合同。其中，具體承擔ARRW項目的是洛克希德·馬丁導彈與火控分公司，承擔HCSW項目的是洛克希德·馬丁公司航天分公司。HCSW項目旨在研制一型固體火箭助推、GPS制導的高超聲速導彈，計劃在2022財年配裝現役作戰飛機形成早期作戰能力。而ARRW項目進度更加激進，計劃在2021年形成早期作戰能力。洛克希德·馬丁公司同時也是TBG項目的總承包商，目前正在開展該項目關鍵設計評審（ CDR）階段的科研工作，計劃在2019年開始進行飛行演示驗證。TBG項目飛行試驗瞄準的射程為500nm（約926km）o根據美空軍公布的文件，ARRW項目共收到了來自波音、雷神和洛克希德·馬丁三家公司的競標方案，并最終選擇了洛克希德·馬丁公司作為唯一總承包商。

美空軍評估認為雷神公司方案的助推器尺寸和性能無法滿足射程要求，生存力和毀傷性能因導引頭方案而偏離基線要求，且導引頭方案無法滿足進度要求。總之，雷神方案無法滿足進度要求。對波音方案的評估結果也是進度風險過高。即便波音方案提出的是在合同授予后96個月內（這已經比要求晚了60個月）交付導彈，但美空軍仍然認為波音的進度計劃過于“樂觀”。而且更重要的是，波音提交的方案實質上是一種彈道再入式導彈，而不是美空軍要求的助推滑翔導彈。

美空軍認為洛克希德-馬丁公司的方案是唯一能夠滿足進度要求的方案，由于充分吸收了TBG項目的成果，且在一些重大部件上實現了通用，因此節省了大約24個月的周期。但美空軍也評估認為，氣動外形、前緣結構、雷達罩等技術在向產品轉化時仍然具有較高風險，不過由于TBG項目已經完成了大量設計分析和風洞試驗，且TBG項目仍在不斷取得進展，相關風險將會持續得到減弱和降低。

美國洛克達因公司成功完成了ARRW項目助推火箭發動機在極端環境下的熱試車試驗

2018年8月7日，英國《飛行國際》網站報道稱，美國航空噴氣集團洛克達因公司成功完成了美空軍“空射快速響應武器”（ARRW）項目高超聲速助推滑翔導彈用助推火箭發動機的兩次熱試車。

該型助推火箭將用于支撐完成ARRW項目的初步飛行試驗。洛克達因公司稱，利用美空軍研究實驗室位于愛德華茲空軍基地的試驗設施，公司日前（具體日期未公布）分別完成了在模擬極低和極高環境溫度下的火箭發動機熱試車，驗證了該型發動機在各種作戰環境下的性能。目前，洛克希德·馬丁公司是ARRW項目的主承包商，洛克達因公司則是該項目負責助推火箭的子承包商。洛克達因公司CEO兼總裁艾琳·德雷克表示，“本輪地面熱試車驗證了我們火箭發動機技術的魯棒性能夠滿足下一代空射導彈助推器的要求。目前正在進行試驗數據分析工作，數據分析結果將幫助我們確認該型發動機的彈道、熱、結構和點火模式等關鍵性能。”