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美国高超声速武器相关技术进展及挑战
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来源：蓝海星智库
作者：蓝海星
高超声速武器飞行速度高于5马赫（约3800公里/小时）。弹道导弹虽然可以达到相似的速度，但它的飞行轨迹（一条由导弹发射特征、打击目标和重力共同决定的抛物线）是相对确定的。而高超声速武器可以在更低的高度飞行，轨迹多变，机动性高，并且能在飞行过程中灵活选择最终打击目标，因此，高超声速武器极难防御。
图1 高超声速武器与弹道导弹飞行轨道对比
绝大部分高超声速武器可以分为两类：高超声速滑翔器（HGV）和高超声速巡航导弹（HCM）。高超声速滑翔器自身不带动力，由一枚火箭发射以提供初始速度，从较高的高度滑翔向打击目标，其飞行高度通常在25~60英里。对于绝大部分高超声速巡航导弹，火箭可将其加速到3~4马赫，随后由导弹自身的冲压喷气发动机或超燃冲压喷气发动机（压缩空气与燃油的混合气流在超声速下燃烧）接管。冲压发动机利用导弹的高速度和特定的通道几何形状来吸入和压缩空气，不需要专门的压气装置，可有效减少系统重量。超燃冲压发动机的原理如下图所示。超声速巡航导弹的飞行高度通常在12~19英里。
图2 超燃冲压发动机的工作原理
当前美国国防高级研究计划局（DARPA）、空军、海军及陆军有多个高超声速相关研究项目，探索多种应用方式及发射方式。根据美国空军科学咨询委员会的报告，目前美国在研发战术射程高超声速滑翔器所需的核心技术方面，技术成熟度达到了5级（最高为9级）。咨询委员会预期该武器其它子系统的技术成熟度到2020年也将达到或超过6级。根据美国政府问责署的实践经验，达到技术成熟度7级时开始系统研发，风险能控制在较低水平。
图3 DARPA“战术助推滑翔器”概念图
（一）高超声速武器的优势
突破防御。高超声速武器的高速度、高机动性及高度优势（高于典型防空系统的防御范围、低于反导系统的弹道导弹最低拦截高度），使其易于突破现有的防空反导防御体系。
打击时敏目标。高超声速武器拥有极高的速度，使其能对在极短时间窗口内很脆弱的目标（例如移动的高价值军事目标或武器系统）进行打击。
灵活选择目标。高超声速武器在飞行过程中可以高度机动，不必预设打击目标，还可以在飞行过程中变更目标。这能为作战决策争取更多时间，也使对手极难应对。
潜在商用价值。高超声速飞行器能有效缩短传送速度，未来可能开发出商业应用。
（二）美国高超声速武器相关技术挑战
美国政府问责署指出，美国在高超声速武器相关技术方面仍面临以下挑战。
耐热材料。在高超声速下，飞行器或武器的表面温度可超过2000℉，需要研发先进的耐热材料，保护内部电子器件。这些材料还需要具备很好的力学性能。
推进技术。用于高超声速巡航导弹的发动机技术需要持续改进，包括提高超燃冲压喷气发动机的可靠性和效率。美国还在研发可使导弹可由静止加速到超音速的新型发动机，以便不再依靠火箭进行初始发射。
武器跟踪。防御高超声速武器包括对其进行跟踪和实施拦截，但目前的雷达和卫星都不足以准确跟踪高超声速武器。
试验资源不足。目前美国开展高超声速武器和飞行器的地面及飞行试验的场地有限。当前能进行高超声速武器和飞行器的推进试验的风洞设施也不足。
安全与控制。高超声速对控制与导航提出了更高的准确性要求，以避免飞行事故或失控。
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