来源:曲老师的课堂
特朗普政府于2020年2月10日公布了2021年预算请求,在这份预算请求中,消减了对高超声速飞行器防御的项目资金,增加了对高超声速打击武器项目的资助。
2021年的预算继续保持着高超音速武器预算近25亿美元的显著增长。2020年,国会拨款1亿美元,通过设立一个联合高超音速过渡办公室来促进这一进程,尽管2021年提交的报告没有继续资助这一计划。美国空军决定取消高超音速常规打击武器(HCSW),但继续研究空射快速反应武器(ARRW)高超音速导弹,该导弹于2019年6月首次试射,目标部署日期为2022年。陆军的远程高超音速武器(LRHW)和海军的常规快速打击(CPS),它们共用一个滑翔体,目前已经进行了一次成功的试验。陆军在2021年提交的预算中取消了移动中程导弹计划,这使得LRHW成为其主要的远程打击平台。
美国国防部已经创建了一个“作战室”,以提高高超音速武器产量。预计在不久的将来,美军将从过去十年的少数的几个原型发展到“数百种武器装备”。这些武器的范围包括从陆军车载平台和海军潜艇以超过10马赫的速度发射的大型火箭助推滑翔导弹,到更为小小巧紧凑机载发射的吸气式5马赫高超音速巡航导弹。五角大楼正试图通过一项新的“高超加速计划”(hypersonic acceleration plan)来改善目前对高超声速飞行研究断断续续的状态,并计划在未来装备大量的高超声速武器。目前五角大楼对机载发射的高超声速武器兴趣浓厚,认为其具有实现大规模装备和实现成本可控的超音速能力。虽然目前大多超音速飞行器都依靠火箭助推,五角大楼的官员认为采用吸气式的推进方式比火箭助推更具成本优势。
从高超声速飞行器的助推方式可以将其分为两类,一类是像喷气式发动机工作的方式在大气中飞行,一类像洲际弹道导弹一样,依靠火箭助推器飞到一定的高度。发射方式可以分为机载发射、车载发射、舰载或者潜艇发射。目前美国国防部正在资助三个高声速项目:空射快速反应武器(Air-launched Rapid Response Weapon-ARRW)高超音速导弹、同平台的陆军的远程高超音速武器(Long Range Hypersonic Weapon-LRHW)和海军的常规快速打击(Conventional Prompt Strike-CPS)以及空射吸气式高超声速武器概念(Hypersonic Air-breathing Weapons Concept-HAWC)和空射吸气式高超打击武器(Hypersonic Strike Weapon-air breathing-HSW-AB),除了这三种类型,还有一种是地基发射的吸气式高超武器,但是目前并没有计划资助这种类型的飞行器。
美空军正在发展空射快速反应武器(ARRW)高超音速导弹,除了这个项目还有一个高超音速项目叫高超常规打击武器(Hypersonic Conventional Strike Weapon-HCSW),但是后来HCSW项目取消了,将发展的重点放在ARRW上,空军任务ARRW项目更具创新新和应用前景。
美陆军LRHW(远程高超音速武器)和海军CPS(常规及时打击武器)共用有华军制造的火箭助推器和陆军制造的通用超声速滑翔体。陆军版本的高超导弹可以从轮式车载平台发射,海军版本的高超导弹可以从潜艇发射。
空射吸气式高超声速武器概念(HAWC)和空射吸气式高超打击武器(HSW-AB)计划是最具挑战性和最为前沿的技术,目前由DARPA负责项目研制,成熟之后交给空军使用。
以上的几种高超飞行器各具特点和优势。火箭助推器是经过验证的技术,可提供巨大的速度和射程。1970年推出的民兵-III洲际弹道导弹能以23马赫时速实现10000公里以上的射程。弹道导弹的缺点是无法大范围机动,导弹发射后,它们会遵循可预测的弹道飞行。助推滑翔式高超武器的重大创新是它用敏捷的滑翔机取代了传统的战斗部。火箭助推器烧尽后,滑行体会分离并滑行,能够进行横向大范围机动,并且其弹道具有不可预测性,飞行方式类似于小石子打水漂。但是助推滑翔式也有一些缺点。 首先,一旦火箭助推器脱离,滑行体就失去动力,开始滑翔,从而在整个飞行过程中逐渐失去速度。第二,正是由于火箭的发射的加速度很大会给给武器带来了巨大的压力,武器的精密电子器件必须经过加固才能抵抗冲击和高温。第三,火箭助推器很大,必须携带大量的燃料和氧化剂。相比之下,吸气式引擎可以小得多。它只需要携带燃料,因为它可以从大气中吸收所有需要的氧气。这意味着整个武器可以设计的更小,使其更容易安装在飞机上,并且可以在飞行过程中自由加速,而不仅仅是滑行,从而使其更具机动性。
但是,尽管传统喷气发动机技术成熟,但是无法以高超音速运转,因为气流进入进气口的速度太快。 因此,需要复杂的替代方案,例如超燃冲压发动机,这是一种复杂、昂贵的技术,迄今为止仅在试验飞行器使用过,例如空军革命性的波音X-51驭波者高超飞行器。
即使使用超燃冲压发动机,飞行器也不能飞得太高,因为空气无法提供所需的氧气。这意味着,吸气式高超飞行器无法达到与助推滑翔导弹相同的近空高度。他们也无法以几乎同样的速度飞行。吸气式高超飞行器最高速度可能接近约7马赫,这是助推滑翔武器峰值速度的一半或以下。
发射平台也会对高超飞行器的性能产生极大的影响。舰载发射、潜艇发射以及路基车载发射都能提供比机载发射更大的武器。因为在海基或者路基发射,导弹必须逐步加速一直到超音速飞行,但是机载发射的高超武器不需要很大,因为其在发射之前已经具备比较高的速度。
综合所有因素,大型助推滑翔武器最好是从陆地或海上发射的,而较小的空中呼吸武器则是从飞行中的飞机发射的。但是,由于助推滑翔机比吸气式滑翔机的射程更远、速度更快,因此这种助推滑翔式的高超武器也是大型轰炸机载武器的选择之一。另一方面,尽管海军舰船或地面车辆有足够的空间携带助推滑翔武器进行超远距离打击,但它也可以使用相同的空间携带更多数量的较小的吸气式高超武器打击比较近的目标。
在2021年预算的刺激下,美国防部对高超声速武器突然表现出比以往更多的兴趣,并且表示欢迎所有的可能,对面向未来作战任务以及技术都持开发态度,并且希望能够尽快推进高超声速武器的发展。