高超聲速武器讓戰爭進入「讀秒」時代

原標題:高超聲速武器讓戰爭進入「讀秒」時代

製圖：陳 堯

孫子兵法《九地》篇中寫道：「兵之情主速」。不管是在冷兵器時代還是熱兵器時代，速度往往成為衡量武器裝備優劣的重要指標。從弓箭、火銃到機槍、導彈，武器裝備的速度提升不斷推動戰爭形態的改變。高超聲速武器的出現，將是人類追求武器裝備速度的又一次突破。

「天下武功，唯快不破」。古代劍客崇尚出招迅速快捷，以達到出其不意、攻其不備的效果。高超聲速武器集超聲速、高毀傷、高突防能力等諸多優點於一身，它的出現勢必改變未來戰爭形態，使航天飛行、武器投送、情報偵察等戰爭活動可以跨越巨大時空，進而大大壓縮戰爭進程。

「快槍手」如何更快

高超聲速技術是21世紀航空航天技術發展的制高點，是美國「第三次抵消戰略」的引領技術之一。高超聲速武器（通常包括飛機和導彈）是利用高超聲速技術，飛行速度超過5馬赫，通常在臨近空間飛行的新型飛行器。

高超聲速武器要跨越亞音速、音速和超音速三個飛行階段，突破大氣層到達空氣稀薄的臨近空間進行飛行。為實現高超聲速飛行，必須滿足兩個條件：首先飛行器飛行速度要超過5馬赫，其次是要實現高超聲速巡航。

自人類成功突破聲速以來，70餘年間科學家成功解決了4馬赫以下的氣動超聲速飛行技術。但當航速大於5馬赫后，飛行器的實際氣動特性顛覆了人類的傳統氣動飛行理論，呈現出全新的特性。特別是6-14馬赫可控高超聲速飛行，是公認的理論難題。

為了讓「快槍手」更快，技術上至少需要解決三大難題。首先要突破超燃衝壓發動機這一技術難題。超燃衝壓發動機全稱超聲速燃燒衝壓發動機，它沒有轉動部件，構造簡單、重量輕、推重比大，更適合高空高速飛行，被認為是繼螺旋槳和噴氣推進之後的「第三次動力革命」。超燃衝壓發動機的一個技術困難就是飛行器必須達到一定速度才能啟動。因此，對於高超聲速武器而言，如何實現助推火箭與超燃衝壓發動機的最佳結合便成為一大關鍵。

除了動力問題需要解決外，高超聲速武器還需解決氣動布局和「氣動熱」兩大難題。在高超聲速飛行時，傳統的空氣動力理論受到挑戰，飛行器的升力主要來自高超聲速飛行時前緣附體激波壓力差，這一全新的飛行設計理論還需要大量的飛行試驗來驗證。另外，高超聲速飛行產生的強烈激波干擾會使飛行器附近氣體分解和電離，氣動加熱會使飛行器表面產生極高的溫度。當航速達到6馬赫以上時，飛行器表面溫度將達到500至1000攝氏度，這就需要長壽命、耐高溫、抗腐蝕、高強度的新型材料技術應用於高超聲速武器之中。

一招制敵源於「打水漂」般的跳躍飛行

與現役武器裝備相比，高超聲速武器最明顯的優勢就是快。按照6-8馬赫的巡航速度計算，高超聲速武器的飛行速度是亞音速武器的10倍。與美軍「戰斧」式巡航導彈相比，其打擊1000公裡外的目標需飛行一個多小時，而高超聲速武器的飛行速度可以達到5馬赫至25馬赫，可以在8分鐘內飛行1000多公里，基本具備近似實時的攻擊能力。

除了速度快，高超聲速武器一個最大特點是打擊範圍廣。隨著高超聲速技術的不斷突破，地域上實現全球快速打擊，空域上實現空天融合的目標已近在咫尺。20-60千米高空走廊是高超聲速武器長時間、遠距離飛行的理想空間，通過在這一稠密大氣層上方「打水漂」般的跳躍飛行，高超聲速武器在2小時內可以到達全球任何地點，迅速打擊數千或上萬千米以外的各類軍事目標。

物理學動能定理告訴我們，一個物體的動能與質量成正比，與速度的平方也成正比。當飛行器或者導彈達到高超聲速，帶來的一個結果就是武器的動能將成指數級倍增，從而極大提高戰鬥部的毀傷效能。現有巡航導彈只有使用動能戰鬥部才能提高毀傷效果，而高超聲速巡航導彈的巨大動能可明顯提高對加固目標的毀傷效果。如果攜帶侵徹彈頭，高超聲速武器對鋼筋混凝土的侵徹深度可達十幾米，特別適合打擊深埋於地下的指揮中心等堅固目標。

高超聲速武器還具有突防能力強的優點。根據理論計算，空中目標的突防概率與自身的飛行速度基本呈線性關係，當飛行速度從0.9馬赫提高到3馬赫時，突防概率可提高54%以上，當飛行速度從0.9馬赫提高到5馬赫時，突防概率可提高100%以上。高超聲速武器的飛行速度都在5馬赫以上，現有的雷達預警和防空系統很難對這樣的目標進行實時捕捉、跟蹤和瞄準。另外，高超聲速飛行器雷達反射截面積小，屬於隱形目標，可以很好地規避現役防空預警系統。

研發提速進入群雄爭霸時代

高超聲速武器的巨大優勢和潛力已經引起世界各國的極大關注，各國紛紛根據本國技術實力和研發特點制定出各自的發展計劃，力圖在未來高超聲速戰爭中搶佔一席之地。早在20世紀50年代，美、蘇等大國已經開始進行高超聲速武器試驗。迄今為止，美國已經開展多個高超聲速項目研究，無疑是這個領域的領頭羊。俄羅斯、法國、德國、印度等國也不甘示弱，相繼推出不同的高超聲速武器項目。依據技術原理和飛行樣式的不同，這些項目可分為三種類型。

一是吸氣式高超聲速巡航飛行器，典型代表是美國「乘波者」X-51A，俄羅斯「彩虹-D2」飛行試驗器。這種吸氣式高超聲速飛行器通常以超燃衝壓發動機為動力，可由飛機、艦艇等平台發射，飛行速度3-10馬赫，飛行距離幾百至幾千千米，可實現臨近空間高超聲速巡航。

X-51A由美國國防高級研究計劃局（DARPA）主導研發，目前已進行了4次飛行試驗，前3次因技術原因失敗。第四次試驗中，超燃衝壓發動機工作210秒，飛行距離426千米，最大速度5.1馬赫，試驗獲得成功。雖然X-51A的試驗成功率不足50%，但這種超燃衝壓發動機推進技術為高速巡航導彈的研發提供了更大可能性。

俄羅斯的高超聲速武器技術是在原蘇聯的衝壓發動機技術基礎上發展起來的，先後開展了「冷」「彩虹-D2」和「針」等高超聲速武器研製。「彩虹-D2」飛行器採用機載發射方式，由圖-160M、米格-31等飛機在15-20千米的高度加速到2馬赫以上，然後與載機分離，超燃衝壓發動機點火工作，開始高超聲速巡航飛行。

二是高超聲速助推滑翔導彈，典型代表是美國的「FALCON」計劃和「常規打擊導彈」計劃。這種導彈把火箭助推與高超聲速滑翔技術相結合，其彈道與傳統洲際導彈完全不同，具有極高突防能力，可用於全球常規快速打擊。

HTV-2是「FALCON」計劃的子計劃，為無動力再入滑翔高超聲速飛行器，設計時速可達20馬赫以上。HTV-2先後在2010年和2012年進行兩次試飛，雖因遙測數據出現中斷和防熱材料剝蝕速率超出設計指標等原因宣告失敗，但採集到了超過9分鐘的試驗數據。

三是小型空天飛機，典型代表是美國的X-37B。這種飛行器具有適應在稀薄大氣層飛行的高升阻比氣動布局，能夠依靠很高的再入速度，在臨近空間作高超聲速遠距離滑翔甚至跳躍式的機動飛行，最大飛行速度可達20馬赫，飛行高度在30-100千米。

X-37B由「宇宙神-5」運載火箭發射入軌，已完成四次軌道試驗，目前仍在軌飛行。X-37B飛行試驗充分驗證了其長期在軌飛行、軌道機動、自主返回等方面的優勢，被認為是未來太空戰鬥機的雛形。

隨著高超聲速武器的不斷湧現，我們有理由相信，戰爭的「讀秒」時代已不再遙遠。