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2020年国外高超声速领域发展综述
The following article is from 海鹰资讯 Author 张灿等
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2020年，国外高超声速飞行器技术发展呈现竞争加剧和扩散态势。从国别来看，美国高超声速技术发展进入调整与新布局期，着力推进管理机制创新、工业基础建设、项目布局调整、试验进程加速以及盟友合作，加速高超声速导弹技术成熟与研制部署；俄罗斯持续推进高超声速领域装备建设和升级，继续强化在高超声速领域的技术优势和领先地位；英国、日本和印度稳步推进既有研究项目，取得阶段性进展。
从发展应用方向来看，高超声速导弹仍是各国投入重点，竞争范畴扩大至技术攻关、装备研制、实战部署、量产能力等多个层面；可重复使用高超声速飞行器进展披露较少，仍处于以动力为核心的关键技术攻关阶段。同时围绕加快技术成熟和实战能力生成，加大顶层统筹和管理创新，加强国际合作，推动基础研究与应用研究转化，着力提升高超声速试验能力。
2020年，美国在继续维持高超声速领域科研经费高位投入的保障下，多措并举加快高超声速飞行器技术成熟，加速高超声速武器研制部署进程。
1.高超声速领域科研经费继续创历史新高
根据2021财年国防预算申请及概要文件，美国防部在2021财年为高超声速领域科研共申请32亿美元预算，相比上一财年申请额增长23.1%。其中，高超声速导弹原型样机与技术验证项目在2021财年的申请经费高达23.7亿美元，占比74%，相比2020财年的批复额增长30.7%，相比2019财年的执行额增长79.7%。
2.设专职机构统筹协调高超声速技术发展和工业能力建设
美国防部2020年重点开展组织管理变革，先后成立“联合高超声速转化办公室”（JHTO）和“高超声速作战室”，通过组建跨部门、跨领域团队，并行推进“解决有无”和“装备够用”两方面努力，覆盖技术开发、样机研制、原型试验、武器量产等全部环节，力图尽快实现高超声速作战能力生成。
“联合高超声速转化办公室”由原“联合高超声速技术办公室”（JTOH）更名而来，于2020年4月正式成立实体机构，主要职责包括统筹制定和实施高超声速技术发展路线图，协调和整合各部门机构的高超声速研发活动，建立“应用高超声速大学联盟”，培养和输送高超声速人才队伍。为确保有效运转，该办公室在2020财年获国会拨款1亿美元，并于10月在海军水面作战中心克伦分部设立“系统工程场外活动支持部门”，促进高超声速技术及能力向模块化、经济可承受和可升级方向转化。
“高超声速作战室”于2020年3月首次公开，由美国防部采办与保障副部长倡导建立，由两个副部长助理共同担任主席，国防部相关机构派员参加。该机构职责是统筹美国高超声速工业能力建设，核心工作是根据工业能力评估结果识别供应链“关键节点”，确定投资或扶持政策措施，消除薄弱环节、强化关键能力，以支撑未来高超声速武器量产与大规模部署。
3.明确高超声速导弹发展策略，调整科研项目布局
2020年，美国防部逐渐明晰高超声速导弹发展策略，即打造多方案并举、远中近程衔接、多域平台适装的型号谱系，为此对高超声速导弹科研项目进行了大幅调整，并开启高频次飞行试验计划，加速高超声速武器技术成熟。
（1）高超声速巡航导弹成为新重点，转入工程研制阶段
美国2020年公布了三个新的高超声速巡航导弹型号研制和技术验证项目，同时在2月取消了作为备份方案的“高超声速常规打击武器”（HCSW）助推滑翔导弹项目，使吸气式巡航和助推滑翔方案项目数量接近持平，并在《2021财年国防授权法案》中正式提出三年内实现空射高超声速吸气式武器部署的目标。
美空军在4月发布“未来高超声速计划”工业能力调研公告，启动空射高超声速巡航导弹型号研制，选定波音、洛马和雷声三家公司竞争开展早期研制工作；随即又发布“一次性使用的高超声速吸气式多任务验证机”（Mayhem）项目信息征询公告，计划研制一型尺寸比AGM-183A“空射快速响应武器”（ARRW）大、载荷舱采用模块化设计、能够携带投送至少三种不同载荷的高超声速吸气式验证飞行器。美海军在10月授予波音公司合同，用于联合开发“超声速推进先进冲压发动机”（SPEAR）样机，将装配海军F/A-18“超级大黄蜂”战斗机，以提高F/A-18战斗机和航母战斗群的射程和生存能力，并称该项目为“HyFly 2”，暗示将延续此前的双燃烧室超燃冲压发动机动力方案。
（2）多个项目完成关键试验，开启高频次飞行试验阶段
自2019年提出未来4年开展40次飞行试验，美军在2020年开始实行高超声速试验加速计划。3月，美海军与陆军联合成功进行“通用高超声速滑翔体”（C-HGB）飞行试验，射程超过3200千米，命中精度达0.15米，验证了C-HGB转化为武器系统的可行性；8月至12月期间，美空军AGM-183A“空射快速响应武器”项目成功进行五次带飞试验，验证了导弹系统与B-52载机以及地面遥测系统的数据联动能力，并收集了真实环境飞行数据；9月，美空军宣布成功完成“高超声速吸气式武器概念”项目（HAWC）一系列带飞试验，验证了洛马和雷声技术两家总承包商各自设计的方案，但洛马公司研制的导弹样机在12月的自主动力飞行试验中，因未能与载机分离而失败。此外，美国防高级研究计划局（DARPA）“作战火力”项目在6月至7月期间陆续成功进行助推系统关键地面试验，进入最后的武器系统集成阶段。
（3）强化与盟友合作，共同推进高超声速导弹技术开发
美国防部在2019年发起的“联盟原型倡议”（API）计划框架下，陆续与盟友国家合作开展高超声速导弹技术研究。4月，美国和挪威宣布联合启动“增程型战术高速进攻冲压发动机”（THOR-ER）项目，将开发固体燃料冲压发动机技术，最终研制出价格合理、全尺寸的固体冲压发动机样机，并进行远程高速飞行演示验证；11月，美国和澳大利亚宣布合作开展“南十字星综合飞行研究试验”（SCIFiRE）项目，利用前期合作的“高超声速国际飞行研究试验”（HIFiRE）项目成果，将吸气式高超声速技术集成为可负担得起的全尺寸样机，并进行飞行演示验证。
图1 美军进行“通用高超声速滑翔体”（C-HGB）飞行试验
4.持续推动可重复使用高超声速飞行器关键技术攻关
尽管美国在2020年初取消了“试验性太空飞机”（XSP，即原XS-1）项目，但在可重复使用高超声速吸气式动力技术上持续取得进展。一是在美空军“中等尺寸超燃冲压发动机关键部件”（MSCC）项目支持下，洛克达因公司研制的超燃冲压发动机在阿诺德工程发展综合体（AEDC）“气动与推进试验单元”（APTU）设施下成功完成一轮为期12月以上的地面试验，在高超声速条件下累计工作1小时以上，获得5.9吨的最大推力；二是美国Hermeus公司完成了高超声速飞机涡轮基组合循环发动机缩比原型在室内设施的海平面静态测试，以及在普渡大学实验室的高速测试，验证了发动机在单个模态下的运行能力以及两种模态的叠加效应。该发动机与DARPA的“先进全速域发动机”（AFRE）项目相比，研发费用降低近2个数量级。
5.加强核心试验设施建设，拓展新试验能力
为满足日益增长的高超声速试验需求，美国2020年启动了高超声速地面试验设施评估，着重推进高超声速飞行试验平台建设，并按需开发高超声速飞行试验支持能力。在地面设施方面，美国德克萨斯州农机大学批准Ma10级高超声速风洞的建设资金申请；美国普渡大学获得空军研究实验室合同，将建造世界首座Ma8级静音风洞。在飞行试验平台方面，美空军X-60A高超声速飞行试验平台成功通过推进系统集成地面试验，利用飞机模拟操作程序对飞行模拟硬件进行了测试；美国平流层发射系统公司推出“利爪”-A（Talon A）新型高超声速飞行试验平台项目，将与卡尔斯本公司合作研制一型Ma6级、可重复使用的高超声速飞行试验平台，计划2023年投入运营。在试验技术与支持方面，美空军通过小企业创新研究（SBIR）计划，探索利用小型探空火箭进行高超声速试验的可行性；阿诺德工程发展综合体针对高超声速飞行试验数据收集需求，正在开发一种基于高空长航时无人机的飞行试验支持能力，以补充或替代传统的数据收集装置。
6.以高校为抓手，促进基础研究和应用研究成果转化
美国防部在“联合高超声速转化办公室”的统筹管理下，以“应用高超声速大学联盟”为抓手，围绕材料结构和热防护系统、导航制导和控制、吸气式推进系统、高超声速环境与现象学、应用空气动力学、空气热力学及系统概念、杀伤力与能量特性等6个重点技术领域，重点关注与高超声速需求相关的应用研究和先期技术开发，促进基础研究和应用研究成果的转化。
2020年，俄罗斯持续推进高超声速领域装备建设和升级，在新版《俄联邦国防计划》提出，当前俄罗斯是高超声速武器的领先者，将继续强化在高超声速领域的技术优势和领先地位。
1.密集开展锆石高超声速导弹列装前试射
2020年，“锆石”高超声速导弹成功开展五次试射，验证了射程、命中精度、速度等战技指标，据俄罗斯军事专家预测将于2021-2022年进入服役。试验中，导弹均从22350型“戈尔什科夫海军上将”护卫舰上发射，第一次试射导弹击中乌拉尔北部地面目标，射程超过500千米；第二次、第三次和第四次试射均击中位于巴伦支海的海上目标，射程为450千米，最大飞行速度超过Ma8；第五次试射击中位于阿尔汉格尔斯克州奇扎训练场的海岸目标，射程超过350千米，最大飞行速度超过Ma8。
2.继续推进已服役高超声速导弹的部署和升级
俄罗斯在《国家武器装备计划》框架下持续推进“匕首”、“先锋”高超声速导弹系统的列装。“匕首”高超声速导弹在2017年12月进入南部军区服役后，2020年获俄罗斯国防部正式批准，将列装西部军区北方舰队，后续还将继续在东部军区和中部军区部署。“先锋”洲际高超声速导弹系统继2019年12月实现首批两套部署后，继续推进在俄罗斯战略导弹部队的列装工作，2020年完成另外两套部署。
3.披露新型高超声速导弹研制计划
俄罗斯军工企业积极增加高超声速武器业务。战术导弹集团2020年初表示正在与中央空气动力研究所、中央航空发动机研究所共同实施数十个高超声速武器项目。图拉仪器制造设计局发布新型高超声速导弹招标公告，拟基于“赫尔墨斯”导弹研制陆基中近程小型高超声速导弹，采用固体火箭超燃冲压发动机，速度可达Ma5，射程超过100千米，用于打击对手指挥所、火炮和装甲车等目标。
图2 俄罗斯计划研制的小型高超声速导弹结构图
英国瞄准高超声速打击和空天运输，2020年持续推进导弹概念和动力技术研究。高超声速导弹方面，英国防科学技术实验室披露正在开展“战术高速、快速响应和高效弹药”（THresher）项目，重点推进高超声速空气动力学、战斗部和推进技术成熟，以支撑可负担得起的进攻性战术武器系统开发。该项目已与美国空军研究实验室合作进行两年，研究方案包括一种空射高超声速滑翔飞行器概念，正在开展大量实验研究，预计2022~2023年结束。空天运输动力方面，英国反应发动机公司着手高超声速飞行试验平台概念研究，将用于“佩刀”发动机技术的飞行演示验证。
图3 英国空射高超声速滑翔飞行器概念
瞄准2030年前后部署的发展目标，日本持续推进高超声速巡航导弹研究。4月，日本防卫省防卫装备厅公布高超声速巡航导弹最新研发情况。该导弹将采用日本自研的双模态超燃冲压发动机，使用液态烃作为燃料，装配聚能装药穿甲和高爆成形弹丸两种战斗部，聚能装药穿甲战斗部将用于对抗对手大型舰艇；高爆成形弹丸战斗部能够释放几十个超高速金属碎片，将用于打击水面舰艇和固定或移动的地面目标。
印度高超声速吸气式飞行器技术取得重大进展。继2019年首次试飞失败后，印度国防和发展组织（DRDO）自主研发的“高超声速技术验证机”（HSTDV）成功完成飞行试验，验证了超燃冲压发动机、高超声速分离、高温材料热结构特征、高超声速空气动力学等关键技术。试验中，印度研制的超燃冲压发动机成功点火并持续工作超过20秒，实现马赫数6带动力飞行。此外，印度国防和发展组织建成首座高超声速风洞。该风洞由喷口直径为1米的自由射流设备驱动，能模拟马赫数5~12条件下的高速气流。
高超声速技术已然成为大国竞争博弈焦点，未来五年将是高超声速技术发展的关键阶段。根据各国发展计划，多型高超声速导弹将实现部署，甚至大规模生产交付，可重复使用高超声速平台将进入原型验证阶段，意味着高超声速作战能力将逐步成熟并融入作战体系。可以预期，这段时期内高超声速领域将出现重要进展，相关动向值得密切关注和高度重视。
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