【科技评论】盘点各国超高音速武器：“极速杀手”引爆未来战场
摘要：美国国防部25日说，美国陆军当天在阿拉斯加州测试一种研制中的高超音速武器时，由于飞行器出现技术故障，不得不在发射大约4秒钟后遥控爆炸摧毁。但军事分析师称，这次实验失败不会影响美军继续研发这一威慑武器。其实，被誉为“极速杀手”的超高音速武器早已经“火”遍全球。那么，何为超高音速武器呢？本文为你一一道来。
大家是否记得，在10年前周星驰主演的《功夫》一片中，梁小龙先生扮演的火云邪神曾经充满邪气地说道：“天下武功，无坚不破，唯快不破。”当时，对这句话的理解还仅仅停留在影片中的特效场景中；而今天，当美、俄等军事强国竞相发展高超音速飞行器时，忽而才恍然大悟：天下没有哪一种武器是不能被防御的，唯有速度快，先发制人，迅雷不及掩耳，才能使对手根本来不及反应，始终处于被动挨打的境地，此即“唯快不破”。
资料图：吊挂在B52轰炸机机翼下方的X-51A“乘波者”高超音速飞行器
高超音速飞行器（约6000千米/ 小时以上）越来越受到世界关注和热炒，主要包括高超音速巡航导弹、高超音速飞机以及航天飞机等3类，采用的超音速冲压发动机被认为是继螺旋桨和喷气推进之后的“第三次动力革命”。
由于集使用建立在军事、经济、科技和工业等基础之上，因此是只有少数军事大国才能掌握的“撒手锏”武器，这也将会成为武器“俱乐部”里特殊的成员。有业内人士预言，“谁第一个掌握高超音速技术，谁实际上就能控制世界”，是否恰如其分的体现其地位仍尚无定论。但可以肯定的是，各军事大国为了抢占先机，不走寻常路，争相发展这类武器。
高超音速飞行器速度快、航程远、性能超凡，被誉为是继螺旋桨、喷气推进之后航空史上的第三个里程碑，并将对未来战争和军事变革产生深远的影响。美国、俄罗斯、印度、法国、日本等自上世纪 90 年代以来已在该研究项目上陆续取得了重大进展，并相继进行了飞行试验。由此可见，高超音速技术已经从概念和原理探索阶段进入了以高超音速巡航导弹、高超音速飞机、跨大气层飞行器和空天飞机为应用背景的技术研发阶段。下面，就让我们共同来盘点一下世界各国竞相研制的高超音速飞行器。
美国：起步早，占鳌头
资料图：X-51A“乘波者”高超音速飞行器的艺术照
美国犹如“武痴”一般，对任何一门“武功秘笈”都爱不释手，倾尽所能，有怨而无悔。在高超音速飞行器这一领域，美国起步最早，技术上独占鳌头，在高超音速导弹、高超音速飞机和空天飞机等方面研究拥有较大的优势。
高超先驱的D－21型无人机
D－21是美国在上世纪60 年代研制的高速高空无人侦察机，堪称高超音速飞行器领域的先驱者。D－21采用了当时最先进的冲压发动机，升限高达 2.9万米，最大速度 3.35马赫，在当时的技术条件下能如此接近高超音速的分界线（5马赫）已经十分难能可贵。D－21型无人机全长约12.8米，翼展5.79米，高2.14米，起飞重量5000千克，装备有一台RJ43－MA－20S4 冲压发动机，液体助推火箭，航程达5000 千米。材料采用了当时价格极为昂贵的钛合金，全部制造和使用成本每架高达550万美元（1970 年价格）。
D－21采用了大量A－12/SR－ 71“黑鸟”的技术，能够克服三倍音速飞行中的热障，并且拥有最早开发的隐身技术。 60 年代末期服役时，D－21最初以 A－12 高速侦察机为搭载母机，后者经过改装命名为M－21；但由于M－21出击成本过高， D－21后来改以 B－52为母机。1968 年 6 月16日，编号为 512 的 D－21B 型无人机飞行了5300 千米，设备舱首次被成功收回。当时，美国就曾骄傲地宣称，包括美国自身在内，世界上任何一款防空武器在理论上都无法击落D－21无人机。
如超人般的X－43A型无人机
X－43A型无人机是美国国家航空航天局（NASA）旗下德莱顿飞行研究中心所开发的高超音速飞行试验机，也是至2005 年人类所造出使用外进气动力的飞行器中，速度最快纪录的创造者，后续版本为X－ 43B。该机长 3.65米，体重1200 千克，外形好似黑色的冲浪板，犹如超人的披风一般帅气。研制过程好似烧钱一般，耗资2.3 亿美元。2005 年 6月试飞时，因其助推器失灵，X－43A升空几分钟后就葬身太平洋。同年11月，X－43A再次试飞。
一架经过改装的B－52B重型轰炸机机翼下挂着一架X－43A飞机和一枚“飞马”助推火箭从加州的爱德华兹空军基地起飞，上升至1.2 万米高空时，搭载 X－43A的“飞马”火箭点火，脱离 B－52B轰炸机，尔后由“飞马” 火箭将 X－43A推至大约 2.9万米的高空后，X－43A 脱离，依靠自身发动机开始以 1万千米的时速独立飞行。约10 秒后，飞机燃料耗尽，飞机继续滑行了6 分钟、途经1368千米后坠入太平洋。这是个历史性的时刻，X－43A创造了9.7马赫的超高速度，令世界为之震惊。
潜力无限的X－37B型太空飞机
美军研制的第二架X-37B飞行器5日从位于佛罗里达卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空。这是该机型第二次执行空间测试任务。X-37B是一种无人驾驶的太空飞行器，由美国波音公司负责研制。
X－37B 是由波音公司旗下“幻影工厂”制造，重约5吨，长约 8.8米，高约 2.9 米，翼展为4.6米，飞行速度高达 25马赫。 “如果说太空飞船是一辆大货车，那么X－ 37B无疑就是一辆动力十足的跑车。”美国媒体这样评价X－37B并非夸大之词。X－ 37B减速离开太空时，可以使用范登堡空军基地长4600 米、宽61米的跑道着陆；在轨道上，该机可以从事情报收集、发射小卫星、测试太空设备等工作。X－37B不仅具有飞行速度快、滞空时间长、发射费用低等优点，还拥有强大的侦察和攻击潜力，被军事观察家誉为“空天战机的雏形”。
2010 年，X－37B由“阿特拉斯 5 号”火箭发射升空，首次开启了该机的太空之旅，成为美国空间计划的新地标。2011年3月，美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地成功发射第二架由一枚“宇宙神－5”运载火箭搭载的X－37B 轨道试验飞行器，计划飞行时间9 个月，期满后又延长6 个月，这架“迷你航天飞机”于2012 年 6月16日成功返回地球。同年12月11日X－37B 再次从卡纳维拉尔角空军基地成功发射，执行试验任务。X－37B的多次成功发射，为美国国防部“两小时内攻击地球上任意一个目标的全球快速打击”战略构想注入了一针“兴奋剂”。
屡败屡战的“驭波者”X－51A
X－51A 是美国空军研究实验室（AFRL）与国防高级研究计划局（DARPA）联合主持研制的超燃冲压发动机验证机——驭波飞行器（SED－WR，Scramjet Engine Demonstrator－Waverider）。该机由波音公司与普拉特 ·惠特尼公司共同开发，由一台JP－7 碳氢燃料超燃冲压发动机推动，设计飞行马赫数在6～6.5之间。2010 年由普惠公司和波音公司制造的4 架“驭波者”验证机交付美国空军，美军希望通过多次测试，使其最终达到以6 倍音速飞行 300 秒的计划。“驭波者”的坎坷试飞路也就是从该年开始了。2010 年5月28日，“驭波者”第一次试飞启动，以约 5 倍音速飞行了143 秒。尔后，因飞行器失去加速度和推力，空军地面控制人员遥控将其摧毁，试验以失败结束。2011年，“驭波者”在太平洋上空进行了第二次试飞。
“驭波者”从母机 B－52H战略轰炸机上脱离后，其速度成功达到5 倍音速，超燃冲压喷射器也实现了乙烯点火。然而，在飞行器向JP7燃料运行转换时，由于发动机进气口出现故障， “驭波者”坠毁，功亏一篑。2012年8月14日，第三次试飞中，“驭波者”迅速将飞行速度提升到预期的6 倍音速，但只飞行了16秒，太平洋就成了它的葬身之地。屡战屡败，屡败屡战。在失败笼罩的氛围中，终于迎来了 2013 年5月“驭波者”试飞的首次成功，也创造了到目前为止该类飞行器的最长飞行时间记录。该次试飞中，X－51A 在6 分钟内达到了最高5.1马赫的飞行速度，这是在波音公司建造出X－51A飞行器之后，四次试飞中飞行时间最长的一次，也是到目前为止最长的吸气式超音速飞行。美国空军称，X －51A 的飞行距离超过了230 海里，并获得了370 秒的飞行数据。
资料图：HTV-2飞行器
行似闪电的“猎鹰”HTV－2
“猎鹰”HTV－2研制计划始于2003年，是由美国空军和国防部下属的国防高级研究计划署联合协作研制的。2008 年，国防高级研究计划署提出了一项开发一种类似战斗机的HTV－3的计划。按照设计，这种飞机具有其他超音速飞机“无与伦比的性能”，速度可达到音速的6 倍，将于2012 年投入使用。然而由于2009 年美国国会削减了财政预算，这个项目被迫搁浅，国防高级研究计划署只好转为开发HTV－2。“猎鹰”HTV －2高超音速无人机每架造价3.08 亿美元，身上的碳合成材料可以抵挡2000℃的极限高温。一分钱一分货。它用“人牛怪IV型” 运载火箭发射后，在大气层外围的亚轨道最快速度能达到20 倍音速（约合每小时 2.8 万千米）。
按照这个速度，“猎鹰”能在 2 小时内抵达全球任何一点，为此，“猎鹰”成为美国“全球快速打击计划”的重点项目之一。 2010 年 4月，“猎鹰”进行了首次发射，但并不完美。技术数据显示，“猎鹰”的起飞和与火箭分离虽然很顺利，但进入飞行试验 9 分钟后，遥测站与“猎鹰”失去联系。美国防部称，当时由于系统侦测到飞行模式出现异常，因此强制引导飞机坠入海中。2011 年8月11日上午，“牛头怪IV型”火箭搭载 “猎鹰”HTV－2飞机在美国加州范登堡空军基地成功发射升空，但在进入外层空间并与火箭分离后，“猎鹰”以滑翔方式重新返回大气层并坠落至太平洋之中。美军方称“，猎鹰”超高速飞行器在运载火箭的帮助下，达到了每小时1.3万英里（约合2.1万千米）的速度；尔后，飞行器与火箭分离，继续加速滑翔进入大气层直至落入预定海域。
俄罗斯：技术好，资金少
俄罗斯3M80“白蛉”超音速反舰导弹（3M－80）的北约代号为SS-N-22“日炙”（Sunburn），又称“白蛉”3M-80E，是由俄罗斯彩虹设计局在70年代后期开始研制的。图为3M80“白蛉”超音速反舰导弹。
俄罗斯的高超音速飞行器研制技术可以追溯到苏联时期。几十年前苏联就在超音速飞行器和冲压发动机技术领域在世界上处于绝对领先地位。此后几十年间，该国在技术上取得重大突破，在高空飞行试验中，首次实现超音速燃烧，是航空航天领域的重大事件。作为苏联的主要继承者，俄罗斯目前已进入高超音速技术飞行验证阶段。
据俄罗斯《报纸报》2013 年9月30 日报道，俄罗斯副总理罗戈津表示：“高超音速技术，即速度超过5 倍音速。美国与我们都在进行这项研究，这不是秘密。我可以告诉您，我们将与美国人在这项技术方面并驾齐驱。”然而，技术再好，也要付诸实践才行，可动则几亿美元的一架验证机犹如“吞金巨兽”一般，并不是俄罗斯所能消受得起的。
多次试验的“针”型飞行器
1995 年，俄“彩虹”设计局公开了一种高超音速试验飞行器，代号为“针”。俄罗斯将该飞行器命名为“国家实验飞行器” （GELA）。该飞行器使用超音速冲压发动机，进行过多次飞行试验，均是在图－95 轰炸机上挂载并发射的。按计划，该飞行器将达到马赫数5，但该计划在进行过程中出现了许多难以解决的问题，于是，后续关于其是否进行改进的相关报道鲜见于报端。
过渡阶段的D－2型飞行器
1991至1998 年，俄罗斯曾进行过5次轴对称超燃冲压发动机的验证性飞行试验，最大飞行速度达到6.5马赫，由于轴对称亚／超燃冲压发动机在工程应用上会带来诸多问题，为了研究更接近于实际的气动布局，俄“彩虹”设计局和巴拉诺夫中央航空发动机研究院共同实施了高超音速技术发展计划，研制了先进的“彩虹”（RADUGA）高超音速试验飞行器，代号为D－2，其设计飞行速度为 2.5～6.5马赫，飞行高度为15 ～30千米，用降落伞系统回收。
速度更快的“鹰”型飞行器
俄罗斯正在研制一种名为“鹰”的高超音速试验飞行器（IGLA），飞行速度为6～ 14 马赫，全长7.9 米，翼展3.6米，使用氢燃料发动机，主要用来研究机体 / 推进一体化和飞行动力学等重大技术问题。其中，氢燃料超燃冲压发动机由3 个模块组成，总长1.9 米，质量为 200 千克。其试验计划是将试飞器安装在 SS－19 导弹的弹头位置，由SS－19 运载系统垂直发射。根据设计要求，发动机模型飞行试验的飞行马赫数为12～14，整个试验航程 6000～ 8000 千米，但由于技术指标过高，IGLA飞行器仅做了大量的地面试验和风洞吹风试验，尚未进行飞行试验。
不甘人后的“铁锤”Hammer
据俄新社2012 年8月30日报道，俄罗斯闪电科学生产联合体 (NPO Molniya)正在设计一种名为“铁锤”(Hammer)的未来高超音速飞行器，这种飞行器能将卫星送入轨道。该项目的第一阶段工作是设计“铁锤”高超音速无人飞行器的内部和外部结构。这种飞行器将能携带重达 800 千克的卫星进入200～500 千米高的轨道。根据闪电科学生产联合体的文件显示，之所以命名为“铁锤”，是因为从俯视角度看，鼻锥部分貌似锤头鲨形状。
设计者透露，这个飞行器以最先进的技术为基础，包括用于苏－27系列战机的AL－31F 涡轮发动机。入轨的级段可能是一个18吨重的二级火箭，由RD0124系列火箭发动机提供动力；火箭第二级将以 RD0124发动机的单燃烧室为基础；74 吨重的飞行器将飞行到一定高度，在轨道进行特别机动，与火箭和卫星分离，然后返回空军基地。闪电科学生产联合体是俄罗斯最大的航天器制造企业，曾在苏联时期参与“暴风雪号”航天飞机计划，也曾参加过制导武器项目。
易于突防的高超音速导弹
资料图：俄罗斯高超音速飞行器
未来作战要求巡航导弹具备超速远程精确打击能力。然而，现有的亚音速巡航导弹存在飞行速度慢、易被发现拦截等缺点。高超音速巡航导弹是指巡航速度超过5 倍音速的巡航导弹。它具有速度快、射程远、突防能力强、攻击目标范围广等优点，尤其在攻击时间敏感目标、加固目标等方面具有明显优势。2013 年 8月28日，据俄罗斯新闻网报道，俄罗斯“战术导弹武器”集团公司总经理鲍里斯 ·奥布诺索夫在莫斯科国际航展上表示，俄罗斯已经研制出高超音速导弹，但目前飞行的时间仅为数秒钟。
奥布诺索夫透露：“我们的导弹目前能以4.5马赫的高超音速飞行，但我们需要的不是短时间飞行的导弹，而是能在空中以高超音速稳定飞行的导弹。”他解释称，高超音速从 4.5马赫开始，还有更快的：必须研制飞行速度为 6 马赫、10 马赫和14 马赫的导弹。他说：“从科学思维的角度看，这完全是不同的阶段，但需要解决它们。”奥布诺索夫指出，俄罗斯将首先制造高超音速导弹，然后在其基础上制造高超音速飞机；首先在无人驾驶飞机上解决这个问题。奥布诺索夫强调称，21世纪必然是超高音速技术发展的时代，谁第一个掌握高超音速，谁实际上就能控制世界。
印度：找依靠，欲赶超
1998 年， 印度 国防 部启 动了名为 AVATAR的小型可重复使用空天飞机计划，致力于超高音速飞行器研究。此后，印度更是主动与俄罗斯进行合作，寻求技术依靠，拟在该领域“出人头地”。 目前，印度有多个实验室正在发展超燃冲压发动机技术，目前已取得了很大进展，超音速燃烧效率已经达到了设计值的 70％；印度国防研究和发展组织也已进行了液氧收集工艺的地面试验；印度于2005 年 6月开始在维克拉姆 ·萨拉巴航天中心 (VSSC)建造其第一座高超音速风洞，以满足高超音速技术试验的需要。
高超音速技术验证飞行器（HSTDV）
据英国简氏防务周刊 2012 年10月24 日报道，印度国防研究与发展组织（DRDO）官员称，印度计划在未来12～18 个月内进行首次高超音速技术验证飞行器（HSTDV）飞行试验。HSTDV 项目旨在生产一种以烃燃料超燃冲压试验件，飞行速度能达到马赫数 6～7，并可进行自主制导飞行。 HSTDV将为研制高超音速巡航导弹及能用于其他任务（如高速侦察）的平台奠定基础。
据 DRDO消息称，以煤油为燃料的超燃冲压初步地面试验已完成，目前正在进行推进系统与飞行器的集成工作。虽然研发团队已经进行了大约10 次发动机试验，但尚未突破发动机燃烧持续 20 秒，20 秒是初始飞行试验中所需的运行试验。该消息也对此前关于印度已经完成发动机点火20 秒的报道给予了否定。DRDO 的国防研究与发展实验室（DRDL）负责对该项目的现阶段试验进行管理。
合作研制的“布拉莫斯”2巡航导弹
据俄罗斯新闻社2012年6月27日报道，印度与俄罗斯合资建立的“布拉莫斯”航宇公司（Brahmos Aerospace）表示，印俄双方最近达成了研制“布拉莫斯”2高超音速巡航导弹的协议，该导弹的全功能原型弹将在 2017年达到试飞状态。该导弹的飞行速度为马赫数5～7，印俄双方已在试验设施中开展了一系列马赫数6.5条件下的试验。 “布拉莫斯”2 将有陆射、空射和海射型，只列装印军和俄军而不对外出口。
“布拉莫斯”航宇公司建立于1998 年，已研制了“布拉莫斯”超音速巡航导弹，其射程为 290 千米，装有重 300 千克的战斗部，可在距离海面10 米的高度飞行，最大飞行速度为马赫数 2.8。海射和陆射型“布拉莫斯”都已成功试射，并已分别在印度海军和陆军中服役。空射型的试飞工作已在 2012 年年底之前结束，印度空军正计划为40 架苏－ 30MKI战斗机综合空射型“布拉莫斯”。
法国：小步跑，稳跟进
“协和”是一款经典的超音速客机，由英国飞机公司和法国宇航联合研制
自20世纪60年代以来，法国从未间断过高超音速技术研究。1992年，在国防部等单位领导下，法国制订了国家高超音速研究与技术（PREPHA）计划。PREPHA计划历时6年，最终研制出了Chamois超燃冲压发动机，并在6马赫的速度下进行了反复试验。此外，法国还研制了另一种超燃冲压发动机，并于1999年成功地进行速度为7.5马赫的地面试验。
目前，法国正在实施的高超音速技术发展计划主要有两个，即高超音速技术综合演示与超燃冲压发动机计划和Promethee 空射型高超音速巡航导弹计划。前者是法国宇航公司与俄罗斯合作的研究计划，目的是研制一个高超音速技术综合演示器（Edith）和一台速度可达12 马赫的煤油／液氢双燃料超燃冲压发动机。
近年来，法国也小步快跑，将研制高超音速导弹作为高超音速计划应用的首选目标，计划中的高超音速导弹航程大于1000 千米，具有高升阻比外形，巡航速度为 6 ～6.5马赫，使用双模态冲压发动机。法国 LEA 高超音速试验计划将在 2013～2015 年进行马赫数4～8的双模态亚燃 / 超燃冲压发动机飞行试验。
法国的高超音速空地导弹计划由航空航天马特拉导弹公司和航空航天研究院负责，目的是研究碳氢燃料双模超燃冲压发动机推进的高超音速空地导弹“普罗米修斯”(Promethee)。该弹采用翼身组合体方案，弹长为 6米，总质量1.7 吨（含助推器），最大速度可达 8 马赫。
日本：起步早，野心大
为给研制高超音速运输飞机奠定前期的理论与应用基础，日本从20 世纪 80 年代末就开始实施高超音速运输推进系统计划。日本的高超音速运输推进系统计划有美、英、法等国公司参与，该计划总耗资约 3 亿美元。该计划长达10 年，到1999 年3 月结束，验证了一种涡轮组合循环（TBCC）发动机用于SST/HST的可行性。
该推进系统由双轴不带加力的变循环涡扇发动机和亚燃冲压发动机组合而成。涡扇发动机的工作范围是马赫数 0～3；亚燃冲压发动机的工作范围是马赫数 2.5～5。20 世纪末，日本研制的世界首台TBCC发动机在美国GE 公司的高空台上成功进行了高空模拟试验，证明了高马赫数涡轮发动机用于高超音速飞行器的可行性。
资料图：日本正在研发中的XASM-3超音速反舰导弹，速度可以达到3马赫以上。
目前，日本正在实施的高超音速飞行器技术项目是两级入轨的航天运载器，第一级为高超音速运输机（HST），其飞行速度约为 6 马赫。当前，日本正在研制 HST 的吸气式动力装置，并已进行了高超音速空气动力学设计。军事专家李莉曾分析说，日本已经具备较好的研发高超音速飞机的基础。第一项是高超音速推进的研究计划。
如研究涡扇冲压式组合性发动机，能不能达到超音速，或者高超音速，这是当时最主要的先期的概念验证，基本要求是涡扇发动机的推力要大大提高，特别是在海平面上，包括冲压发动机马赫数至少为5，这是巡航的基本要求，还包括在 2万米的高度，要产生非常大的推力。第二项重要技术是高性能材料。众所周知，高超音速飞行器若能够实现，必须要解决飞行器表面材料耐高温的问题。特别是在达到10 倍音速，甚至20 倍音速时，表面的金属涂层，或金属本身会产生熔化效应，就很难完成后续试验要求。从当时这两项基础性研究来看，会发现日本在这些方面起步较早且取得了一定的成果。