志澄观察 | 美军眼中的高超声速大比拼（上）

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美军眼中的高超声速大比拼（上）

远望智库高级研究员  黄志澄

今年一月，美国宇航局（NASA）前局长麦克•格里芬出任美国负责研究和工程的副国防部长。这位具有专业背景并熟悉中、美、俄三国航空航天水平的管理专家，一上台就宣布将发展高超声速武器作为他任内的首要任务，并为此大幅度增加了对高超声速武器的投入，从而，真正拉开了高超声速武器军备竞赛的大幕。

冷战时代，在高超声速领域，美国和苏联曾大大领先于中国，但近年来随着我国经济的高速发展，我国在高超声速武器的发展上取得了惊人的进展，其成果也获得美国学术界所公认。这是我国高超声速领域的同仁们多年努力奋斗的结果，我们将以为荣，并以此为傲。

另一方面，我们也应清醒地认识到我们在某些方面，特别是在吸气式高超声速武器方面，尚未取得突破性的进展。在基础研究方面也缺少原创性的成果。面临已经展开的高超声速武器的激烈竞赛，我们除了加强创新工作外，也必须制定出正确的应对战略。

为此，我们已将美国航空航天学会（AIAA)主办的《美国空天》杂志在今年6月刊出的特稿《高超声速武器竞赛》全文译出，此外，还全文译出了美国空军协会（AFA）的《空军杂志》今年提前出版的8月号上，由杂志主编约翰• A•蒂帕克（John• A•Tirpak）编写的《高超声速大比拼》一文。这篇文章和上一篇由我译的文章一样，都以较大篇幅说明为何要把中国作为美国的主要对手。当然，文章也重点介绍了美国军方高层的观点，特别是介绍美国空军主张继续发展高超声吸气式发动机即超燃冲压发动机和组合发动机的观点。众所周知，美国空军有一支坚持发展超燃冲压发动机的力量，从当年发展美国国家空天飞机（NASP）到完成X-51A的试飞，多年来始终如一的坚持。当然，如果他们有所突破，也会推动世界高超声速技术的发展。理所当然，他们的意见也可以为我们提供参考。

一、高超声速大比拼

这场比赛将决定在高超声速武器领域谁将领先。美国已经落后了。

图1  X-51A的乘波外形

中国、美国和俄罗斯都在努力成为第一个发展高超声速系统的国家，这系统是指以速度为5倍声速（马赫数 5）或以更快的速度巡航和机动的飞机和导弹。这次技术竞赛的获胜者将有巨大的军事优势。这种武器有能力如此迅速地从很远的距离外击中目标，然而，令人惊讶的是，防守他们却是极其困难的。

高超声速武器可以给那些拥有战术能力的人带来潜在的战略影响。它对军事行动的潜在破坏性影响，以马赫数5飞行，一秒可以飞一英里，其影响通常可与那些在二十世纪八十年代出现的技术，如隐形和精确制导武器相提并论。

一致的观点是，到目前为止，中国主要通过大量投入正在赢得这场高超声速的比赛。美国参谋长联席会议副主席空军上将保罗•J•塞尔瓦在一月表示，中国已经制定了高超声速研究的“国家计划”，如一种曼哈顿项目，而且“愿意花千亿美元来解决高超声速的问题”，包括确定高超声速武器的目标和到最终参与实战。

例如，中国官方媒体在三月宣布，中国正在建设一个265米长的风洞，以模拟从马赫数10到马赫数25的环境，并将在2020年建成。他们已经具有能够模拟马赫数5到9之间的风洞。尽管美国也有高超声速风洞，但大多数都很小，试验持续不到几秒钟。

与此同时，俄罗斯在三月宣布， 它正在试验“匕首”导弹。总统弗拉基米尔·普京吹嘘可以马赫数10飞行，射程超过2000公里, 可以运载常规或核弹头，并可以击败任何现有的或“未来”的防空系统。尽管许多美国顶尖技术专家对这一说法嗤之以鼻，但美国战略司令部司令约翰·E·海顿上将在四月的科罗拉多航天会议上证实，中国和俄罗斯都在试飞高超声速概念。他说: “你应该相信普京所说的他正在做的一切。”

然而，海顿说：关于这些系统是否被部署，则是个“不同的问题”。“我们.....听到他们说得非常肯定，但他说的事没有一件让我惊讶。”

图2  俄罗斯米格—31挂载的空射型“匕首”高超声速导弹

二、龟和免

美国相信在大约五年前，美国在高超声速系统领域仍处于领先地位。在 2013年，建立在以前几个项目基础上的X-51 计划，证明它可以达到马赫数5的吸气式飞行200秒的结果。但在该计划结束后，并没有立即跟进。尽管这项技术在许多方面仍处于起步阶段，但美国许多后继计划，要么因预算原因被终止，要么因经历失败而被取消。在过去两年里, 五角大楼和国会领导人谴责了这种规避风险的防务采购文化，他们只偏爱“确定的东西”，而不是去赌不太确定而可能有高回报的研究。

大多数高超声速研究都按两种主要途径之一去发展。其中一种为“助推滑翔”飞行器，将其安装在一个火箭上的有气动外形的飞行器加速到高超声速。然后飞行器会分离并飞向它的目标，它能够机动， 并因为它的飞行而消耗掉它的能量。

另一种主要途径也是用火箭来推进高超声速的吸气式飞行器，但随后一种内部的超声速燃烧冲压发动机（Scramjet）继续工作。飞行器从火箭分离后在大气中推进自己，将空气和内部燃料混合燃烧并产生推力，但它没有涡轮发动机的转子和压缩机。用这种方法工作，其进气道、排气喷管和燃烧室都必定具有复杂的形状，以及要求高精度的孔、管道和旁路。

高超声速的底层技术包括可以计算外形和气流的先进计算机，可以使进气道和管道保持具有特殊形状的增材或3D制造技术，以及能够承受高超声速飞行的极端温度和压力的金属和陶瓷材料，还需要有能够在相同的强度下运行而不被粉碎或熔化的机理。

美国高级技术专家认为，无论是助推滑翔还是吸气式，都将在五年内研制成功实战用的导弹系统。预计今年将进行更多类似于 X-51的但很可能是秘密的试飞。

一个更先进的概念,一般认为要10年或更长时间，将采用“组合循环发动机”的途径。飞行器将从跑道起飞，加速通过马赫数1，并达到高超声速，进行侦察、显示武力、或投放武器等任务，并返回基地重复使用。这个目标是很有挑战性的，因为在亚声速和跨声速区域能够保障高效发动机的那些特性，不会再在高超声速区域起作用，因为空气在这些速度下的特性是完全不同的。然而，中国正在前进。五角大楼新的负责研究和工程的领导麦克•格里芬在三月表示，中国在过去的五年里，已经进行的高超声速技术的试验次数是美国的20倍。

美国宇航局（NASA）前局长格里芬在接受五角大楼负责研究和工程的最高职位之后的几天，在玛丽·麦卡利斯/瑞士信贷的防务会议上说：美国必须表现出在高超声速领域的领导决心。如果中国人在这一领域没有受到挑战，则他们可以“持有让我们的航母战斗群和我们的整个舰队产生危险的能力。”格里芬警告说：“他们持有让我们前方部署的部队和陆基部队产生危险的能力。”

由于缺乏防御能力或应对方式，美国面临着糟糕的选择。“我们唯一的反应要么是让他们有他们的方式，要么就用核。”他说：这是“美国无法接受的情况。”

格里芬宣布：高超声速技术是他的 “第一号优先任务”。

在四月的哈德逊研究所的一次讨论中，格里芬说有办法来防御高超声速武器，但是只有一个简短的窗口。格里芬指出：这类导弹“在其长时间的巡航飞行中比较脆弱”，并且“相当容易产生不稳定”。由于它们产生热量，也会在红外中发光，它们可以机动，但它们在巡航阶段不能像拦截器那样容易机动。”

图3  推测的中国秘密的WU-14高超声速滑翔飞行器的试验模型

三、死定了

然而，格里芬承认：“如果你让高超声速武器进入末端阶段，我们已经观察到，他们可以拉很多倍 G，那么这就成为一个坚固的硬目标。”“如果你允许一个飞行器在离目标足够近的距离上开始末端下压攻击，并可能是从10万英尺高度，那你可能就死定了，因为这时就是一个非常困难拦截的问题。”

他指出：高超声速武器“在我们防空系统之上，又在我们的导弹防御系统之下飞行。”因此，在过去十年中，中国非常关注，变得有能力让我们的前沿资产处于危险之中。

这些航母和前沿力量是战略资产，是“核威慑失效时我们计划的战略力量手段”。若在没有反击的情况下，“我们就允许他们的战术系统来平衡我们投射战略力量的能力。”

格里芬说：美国将不得不立即发展手段，以防御高超声速导弹。导弹防御局(MDA)将承担这一责任，而不是由国防高级研究项目局(DARPA)来承担。

到七月，格里芬有望完成一个新的高超声速路线图，从而让在空军、陆军和海军、DARPA、国防部战略能力办公室、美国宇航局和国防承包商之间，至少有半打的项目，可以得到合理化和协调。副国防部长帕特里克•M•沙纳罕在四月告诉记者，格里芬刚刚完成了计划的“80%”，并正在编写最终的版本。

沙纳罕对所采取的各种途径评论说：“技术挑战的重叠是相当高的。”他断言：对于常见的各种途径，他们在获得和维持高超声速并同时保持机动能力的基本原理是相同的。五角大楼将寻求各项目的协同，寻求在实践中巩固它们，以节省资金，并分享信息。不管这些特定的飞行器是从空中、陆上或海上发射，这些服务将集成他们自己独特的要求。

沙纳罕说：该路线图将跨越“10个技术领域”，并确定在未来五年内必须进行的关键试验，“以在未来十年内获得能力”。

沙纳罕说：这份文件可能也被称为“高超声速原型计划”。该路线图还将影响五角大楼五年的支出计划。

国防分析学会的科技政策研究所所长、空军前首席科学家和高超声速武器的一位主要专家马克• J•刘易斯表示：有“我希望在通用的高超声速路线图中看到的几个特征”。刘易斯没有参与制定这个可能保密的计划。他是作为空军协会（AFA）技术预测的专栏作家对《空军杂志》说的。

图4  洛马公司的可重复使用的高超声速飞行器概念

四、不要排除任何可能

刘易斯说：首先，计划应该“直接建立在过去的成功之上。”意思是不再重新发明。他说：至少要有一个 X-51 的后继计划，在很大程度上重复该项目已经取得的成果，并有一些小的改进。

第二， 他说, 路线图 “不应该集中到一个单一的技术解决方案。它不应该只是吸气式或只是助推滑翔。他们有不同的优势、弱点和不同的应用。”若将收缩到一个单一的粗制滥造的技术途径，那将是一个错误的答案。

他告诫说：高超声速武器很可能是中国正在寻找的常规战略武器，但对于美国来说，这并不一定是这样，“取胜的应用不是战略应用”。

例如，美国可以开发高超声速的空空导弹，在很远的距离就可摧毁敌方飞机，然后就能构成威胁。还有可能在100英里的空中在几秒钟内对地攻击的导弹，为在防区外摧毁敌方空中防御提供机会。考虑到在马赫数6飞行的撞击飞行器的很高的破坏力量，甚至可能根本不需要弹头。

刘易斯断言：坦率地说，这种应用 “是最有可能对美国是最有用的”。

空军研究实验室主任威廉•T•库利少将，在二月的采访中，提出了一些 X-51后续计划图作为一个设想的重复该计划特征的问题。

库利断言：“我会说这不是真的, 主要是因为人。”“那些在 X-51 工作的科学家和工程师们正在继续推进我们的高超声速投资组合，因此他们清楚地知道， 在这个过程中可以收集数据。”“我们正在向前推进。”他补充说： X-51 是 “证明我们的理解和我们正在建设的一个点的设计。”

五角大楼对高超声速的重视程度比过去要高得多。经历二十世纪八十年代初的国家空天飞机计划（NASP）的波音公司的高超声速专家凯文•G •波卡特在接受采访时说：五角大楼为高超声速提供的资金在 NASP“有一个振荡的资金配置”，上下每年5000千万至1亿美元。在2017财年，国防部为高超声速提供了8550万美元的资金， 而2018财年，增加到了1亿860万美元。 但2019年的预算却爆增至2亿5670万美元。国会已经表示愿意支持这个数字，甚至还要增加。

“这可能是一个 “人造卫星时刻””。波卡特说：对高超声速的关注和财政支持的突然转变，是由中国也许也有俄罗斯的影响而推动的。

图5  波音公司的第一代可重复使用的高超声速飞机的概念设计