廖孟豪 ¦ 2020年国外高超声速飞行器发展综述
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来源：空天防务观察 作者：航空研究院廖孟豪
2020年，高超声速飞行器仍然是世界各国国防科技和装备发展的热门领域，主要军事强国均展示了强烈的发展意愿。尽管意愿都很宏大，但实际进展却参差不齐，其中美国作为世界老大，在2020年却展现出了力不从心的疲态；俄罗斯聚焦有限的三型导弹目标，稳扎稳打；而英澳日印等第二梯队纷纷在导弹方向发力，奋力追赶美俄等领头羊。从三大方向上看，高超声速导弹仍然是当前阶段的绝对重心，占据了科研预算的绝大部分，已经大面积进入型号研制甚至服役部署阶段；高超声速飞机发展正呈现出上升趋势，将成为高超声速科技领域下一个十年的重心，最关键的涡轮基冲压组合发动机（TBCC）组合动力近期有望迎来重大突破；空天飞行器则迎来历史新低谷，发展前景更加迷茫。
一、美国心有余而力不足，多个重大项目未能按期完成既定任务
根据美军国防预算申请材料，美军2020财年高超声速科研预算实际批准额达到了约30亿美元，比2019年提交的申请额26亿美元有大幅增长。然而尽管科研预算在大幅增长，但实际所取得的重大进展却寥寥无几，多个重大项目出现事故、推迟甚至取消。与美军大举增加科研预算所展现的雄心勃勃不同，美国工业界所展现的科研能力明显没有能够满足要求。
1．高超导弹仍是当前发展重心，但总体进展未达预期
高超声速导弹仍然是当前美军高超声速发展的重心，2020年度高超声速领域科研预算的大部分都投入到了7个导弹项目上，其中绝大部分又投入在6个高超声速滑翔导弹项目上。
（1）高超滑翔导弹取得重要进展，但部分项目遭取消或进度推迟
由美国防部牵头、陆海空三军共用一套滑翔弹头方案的陆射／潜射／空射型战略战役级高超声速助推滑翔导弹项目（LRHW、CPS、HCSW）按计划成功完成了通用滑翔弹头飞行试验，但美空军年初取消了其中的HCSW空射型导弹项目。另外3个战术级滑翔导弹项目（ARRW、TBG、OpFires）虽然都取得了不少进展，但进度不如预期，都存在不同程度推迟。
美海军与陆军联合主导的通用滑翔弹头第二次飞行试验发射瞬间（美国防部图片）
美海军“常规快速打击”（CPS）项目与陆军“远程高超声速武器”（LRHW）项目如期成功完成通用滑翔弹头的飞行试验。3月19日，通用滑翔弹头原型机利用由“北极星”弹道导弹改进而来的火箭助推器，从夏威夷太平洋导弹靶场成功发射，弹头成功击中预定目标区。美陆军部长透露实际弹着点与靶标点仅偏差了15厘米。美陆军透露在2021年要完成3次飞行试验，计划在2023年形成早期作战能力；海军则计划在2025年实现在弗吉尼亚级攻击核潜艇上实现有限作战能力，且正在论证在更多水面舰艇上列装。美导弹防御局也参与了本次飞行试验，对试飞的滑翔弹头进行了探测跟踪，并发射了虚拟的“标准”-6（SM-6）改拦截弹进行虚拟拦截。
美空军取消AGM-182A“高超声速常规打击武器”（HCSW）项目。2月，美空军宣布因为预算原因，取消HCSW项目，但相关科研工作将持续到年中完成方案设计后再全面中止。除了HCSW项目外，美空军还在同步开展另一型滑翔导弹型号研制——“空射快速响应武器”（ARRW）项目。美空军并行启动两型滑翔导弹型号研制的举动显然遇到了预算压力和内部阻力。因此，美空军最终选择了保留尺寸更小、射程更短但技术更先进、使用更灵活的ARRW项目。美空军采办官罗珀披露，“我们最终选择ARRW，不是因为HCSW不好，而是因为ARRW尺寸更小。同样的一架B-52，携带ARRW的数量是HCSW的两倍。该弹还可以由F-15E战斗机挂载。”
美空军AGM-183A“空射快速响应武器”（ARRW）项目完成挂飞试验，但未来能如期完成首次助推器飞行试验。ARRW项目全年完成了全部6次遥测弹挂飞试验，弹体内布置了大量测试设备，成功收集了丰富准确的飞行环境数据，验证了导弹与载机B-52轰炸机的适配性和导弹与靶场控制站之间的通信等，为后续开展飞行试验奠定了基础。美空军原计划在年内完成首次助推器的飞行试验，但实际未能如期完成。美政府问责署报告披露，空军计划采购8枚AGM-183A原型弹，其中4枚试验，4枚备份，计划2021年10月进行整弹首次飞行试验，计划在2022年实现早期作战能力。
DARPA／美空军“战术助推滑翔”（TBG）项目未能如期完成首次飞行试验。TBG项目于2014启动，最初计划在2019年完成首飞，后推迟到2020年，但实际仍未完成。按计划，TBG项目应在2020年要完成热结构、材料等试验，完成首次飞行试验，启动第二、第三次试飞样弹总装工作。
DARPA／美陆军“作战火力”（OpFires）项目按期进入最后的集成试验阶段。OpFires项目的核心关键是研制两级固体火箭助推器的第二级火箭，该火箭要求推力可调、可重启、易存储，以满足项目实现多种射程的要求。内华达山脉、“开箱即用”（Exquadrum）和洛克达因三家公司均完成了该项目助推器二级火箭发动机的地面试验。项目如期进入到最后的第三阶段，洛马公司计划在2021年完成首次试射。
（2）高超巡航导弹连续出现事故，技术路线布局发生重大调整
DARPA／美空军“吸气式高超声速武器”（HAWC）项目接连遇挫。自2013年X-51A成功试飞以来，液体碳氢燃料双模态超燃冲压发动机一直是美军发展高超声速巡航导弹的主流（甚至可以说唯一）技术路线。2014年在X-51A成果的基础上启动了HAWC高超声速巡航导弹演示验证项目，最初计划2019年完成首次飞行试验，后推至2020年，但最终也没能守住该节点。2020年5月，该项目在一次系留飞行试验中发生样弹从载机上脱落的事故，导致样弹完全损毁；12月，赶在年底前进行的首次飞行试验又因故以失败告终，具体原因未正式披露。据消息人士透露，原因是试验器械故障，样弹没有与载机分离。
DARPA发布的“吸气式高超声速武器”导弹设想图（DARPA图片）
美军高超巡航导弹技术路线布局发生重大调整。美空军在2020年4月发布了一项名为“未来高超声速项目”的调研公告，旨在摸底调查工业界对于完成一型高超声速巡航导弹初步方案设计的能力现状。但截至目前，仍未见美军发布启动相关项目的信息。鉴于当前技术路线的不力进展，美军正在重新调整高超声速巡航导弹的技术路线布局，不再“一条路走到黑”，而是新增了液体碳氢燃料双燃烧室超燃冲压发动机、固体燃料冲压发动机等其他技术路线。10月，美国防部增选波音公司开展基于液体碳氢燃料双燃烧室超燃冲压发动机的马赫数6级高超声速巡航导弹初步方案设计及地面试验，重新与洛马和雷神一起参与高超声速巡航导弹的竞争。美海军2月在2021财年预算申请中新增了固体燃料亚燃冲压发动机技术研究预算；4月与挪威国防部签署固体燃料亚燃冲压发动机技术合作协议；10月授予波音3000万美元合同，完成弹用超声速亚燃冲压发动机技术飞行验证（该弹速度未知，推测在马赫数3～4级）。美陆军也开始着手开发新型固体燃料，用于支撑高超声速导弹用固体冲压发动机等。
2．高超声速飞机取得重要进展，后续将加快发展
美国会7月份在审议国防部科研预算时提出，鼓励空军开展包括高马赫数涡轮发动机在内的可重复使用高超声速推进技术，并认可高超声速飞机将极大扩展ISR、火力投送和运输/运载等作战能力及灵活性，要求国防部研究与工程副部长在2021年2月前汇报高马赫数和高超声速飞机的详细定位、采办策略和最新路线图。
美军高超声速飞机技术发展的当前重心仍是涡轮基冲压组合发动机（TBCC）组合发动机技术攻关。围绕大中型超燃冲压发动机，空军“中等尺寸超燃冲压关键部件”（MSCC）项目在12月完成了第二套方案的直连式试验，并再次获得了最大5.9吨的推力（第一套方案在2019年已成功获得了最大5.9吨推力；该量级发动机推测可推动总重约30～60吨的高超飞机），取得了圆满成功，后续将开展进排气设计，完成自由射流试验。围绕宽速域双模态冲压发动机及其组合动力，美空军研究实验室8月新启动了“一次性使用的吸气式高超声速多任务演示验证飞行器”（Mayhem）项目。美军官方未明确披露该项目的应用背景与方向，但推测认为，Mayhem项目的定位是一型技术验证飞行器和飞行试验平台，主要目的是飞行验证某型尺寸更大、速域更宽、鲁棒性更好的超燃冲压发动机（或其组合发动机）技术，支撑高超声速飞机等发展，同时具备较好的可扩展性，可作为一型大尺寸长航时的高超声速飞行试验平台。围绕TBCC组合发动机，DARPA正稳步推进“先进全状态发动机”（AFRE）项目，2020年完成了全尺寸高速涡轮、双模态冲压发动机、进气道和尾喷管的制造及地面试验，启动TBCC整机总装、安装及调整试验等工作，计划在2021年完成整机地面试验。
美国赫米尔斯公司提出的高超声速总统专机设想图（美国赫米尔斯公司图片）
特别值得注意的是，除传统军工巨头洛马和波音之外，一家以研制高超声速飞机为目标的初创公司正在迅猛发展。3月，美国赫米尔斯公司（Hermeus）完成了高超声速飞机用涡轮基冲压组合发动机（TBCC）缩比验证机静态和高速（达到了马赫数5）试验。这台涡轮基冲压组合发动机发动机包含一台现货涡轮发动机、一套室内试验设计状态的预冷却器和亚燃冲压发动机，涡轮发动机和冲压发动机共用同一套进气道和尾喷管。其中涡轮发动机的工作区间是0到马赫数3.3，亚燃冲压发动机是马赫数2.8到5。初步成果获得了美空军的关注，在8月获得了美空军总统专机部授予的150万美元高超声速总统专机可行性评估研究合同。10月，赫米尔斯公司公司成功获得1600万美元A轮融资，支持开展全尺寸涡轮基冲压组合发动机发动机研制和地面试验。
3．空天飞行器发展遇至暗时刻，唯一演示验证项目遭取消
2020年1月，波音公司突然宣布即刻退出DARPA“试验性太空飞机”（XSP，即原XS-1）项目。波音表示，“波音团队完成了XSP项目详细设计评审，并决定即刻起完全退出该项目的科研任务。波音将把在XSP项目上投入的资源投到其他海上、空中和太空等项目上。”随后，DARPA无奈宣布终止XSP项目，并表示，“波音的退出在事实上终结了XSP项目。XSP项目追求的目标仍然是未来的发展方向。项目已完成的研究结果表明，达成项目最终目标不存在技术障碍。DAPRA还会继续通过其他项目来支持相关技术发展。”截止目前，波音和DARPA均未给出退出和终止项目的原因。
波音公司在XSP项目中提出的“鬼怪快车”方案设想图（波音公司图片）
XSP项目的终止意味着美军在水平起／降航天运载飞行器方向上已经没有系统级演示验证项目了，这或许预示着该分支方向的发展前景已经发生了重大变化，即在近年来迅猛发展的垂直起降运载火箭冲击下，水平起／降航天运载飞行器的发展前景变得更加黯淡，发展前景充满不确定性。
二、俄罗斯全力发展高超导弹，咬定目标稳步推进，成功取得重大进展
1．“锆石”高超声速导弹连续成功完成4次试射
“锆石”导弹目前正在紧密开展国家试验，在2020－2021年间还将进行约10次，其中在22350型“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰上进行大约7～8次，在885型“北德文斯克”号潜艇上进行2～3次（含至少1次水下试射）。2020年1月到12月期间，俄海军成功在“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰上完成了4次试射，射程分别为350千米、450千米（2次）和500千米以上，最大飞行速度均达到了马赫数8以上，打击海上目标和岸上目标各2次，其中包括摧毁海上模拟航母等目标。“锆石”导弹计划在2022年正式列装。
2．“匕首”高超声速导弹逐步扩展在空海军各部队列装
俄塔斯社透露，俄空天军驻扎克拉斯诺亚尔斯克边疆区的712军团将从2021年开始接收Kh-47M2“匕首”高超声速导弹，该军团米格-31战斗机飞行员将从2021年底开始接受换装训练。俄空天军将于2024年完成全部换装，装备了新型武器的军团将为北极、远东和中亚提供掩护。俄海军北方舰队航空兵第98混成团和太平洋舰队航空兵第317混成团也将列装“匕首”导弹。此外，俄媒披露图-160轰炸机也将配装“匕首”导弹。
3．首个“先锋”高超声速滑翔导弹团建设正稳步推进
俄军文件披露，截至到2020年，俄军已成功完成了5次“先锋”战略级高超声速滑翔导弹试射。俄军赶在2019年12月27日宣布首个列装“先锋”的战略火箭兵导弹团正式进入战斗值班。2020年10月，俄战略火箭兵正准备相关基础设施，用于部署“先锋”系统的另外两枚导弹，俄军计划首个“先锋”导弹团全部6枚导弹将在2021年年底全部完成列装。
三、欧日印等聚焦高超声速导弹持续发力，新启动多个项目
1．英澳日印加速发展高超声速导弹技术，全力推动新旧项目
英美合作研发空射型高超声速滑翔导弹。4月，英国防部证实，英国国防科技实验室（DSTL）与美国空军研究实验室（AFRL）正在联合实施一个名为“长尾鲨”（Thresher）的项目，主要内容开展空射型高超声速滑翔导弹技术研发，计划利用3～4年时间完成了气动、战斗部、推进等技术成熟，为后续启动导弹型号研制奠定基础。
英国国防科技实验室研究报告中提到的一个高超声速滑翔飞行器外形（英国国防部国防科技实验室图片）
澳美合作研发空射型高超声速巡航导弹。2020年11月，澳美两国国防部通过政府间合作，联合启动了一个名为“南十字星座综合飞行研究试验验”（SCFiRE）的项目，旨在完成一型全尺寸远程空射型高超声速巡航导弹原型机的飞行演示验证。该弹速度约马赫数5级，将采用超燃冲压发动机，计划5～10年内列装部队，配装F/A-18F、EA-18G、F-35A等战斗机和P-8A海上反潜机等。
日并行发展高超声速巡航导弹和滑翔导弹技术。日本大幅增加高超声速科研预算，公布将划拨2.2亿美元2021财年国防预算用于发展高超声速导弹。其中，日本高度重视高超声速导弹战斗部的研发，正同时研发两种战斗部技术——“海上克星”（Sea Buster）和“多重爆炸预制穿甲弹”（MEFP），其中“海上克星”战斗部是专门针对敌方大型水面舰艇研发的，由一个主战斗部和一个使用锥形装药的前置战斗部组成，主战斗部装有高爆穿甲战斗部和引信。“多重爆炸预制穿甲弹”战斗部可用于对付水面舰艇、地面固定和移动目标，能够释放几十个超高速金属碎片，打击多个目标。
日本防卫省副相2020年7月视察现场照疑似泄露日本高超声速反舰巡航导弹模型。该官员在推特上公开写到，“我前往空中系统研究中心，听取了关于下一代战斗机、轻质航空结构、导弹隐身、涡轮发动机和超燃冲压发动机等进展汇报。”图中导弹模型可以清晰地看见冲压发动机整个流道，弹体头部灰色部分疑似为雷达导引头、蓝色部分疑似为战斗部（日防卫省图片）
印度成功完成碳氢燃料超燃冲压发动机自主飞行试验。2020年9月，印度国防研究组织成功完成了“高超声速技术验证飞行器”（HSTDV）项目液体碳氢燃料超燃发动机技术飞行验证。试验飞行器搭载一枚探空火箭升空，达到30千米高度后，试验飞行器与火箭分离，成功启动进气道，并实现了超燃冲压发动机在马赫数6的速度下长达20秒的燃烧工作，本次试验充分验证了超燃冲压发动机燃料喷注、自动点火等关键技术。
2．英国“佩刀”发动机技术进展全年保持沉默，但获罗罗再度战略投资
英国罗罗增加对“佩刀”（SABRE）发动机技术的战略投资。2019年10月，英REL公司“佩刀”发动机预冷却器在DARPA资助下在美成功完成了马赫数5条件下的考核试验。然而在2020年，未见美国军方和英国反作用发动机公司（REL）公布任何项目或技术的后续进展。虽然项目和技术进展不详，但反作用发动机公司在今年仍取得了重大进展。2020年8月，英国罗罗公司宣布两年内将再增加2600万美元对反作用发动机公司的战略投资，以增强二者合作开发用于国防和民用的高马赫数推进系统，同时加强探索将反作用发动机公司的热管理技术，在罗罗公司涡轮发动机和混合电力系统上的应用。这两家公司也参与了英国国防部高马赫数先进推进系统第一阶段研发工作。
罗罗与反作用发动机公司合作开展涡轮发动机、高马赫数动力和电推进系统等技术（英国罗罗公司图片）
结束语：如果我们作为旁观者对世界各国2020年在高超声速领域的发展进行一个总结评比的话，美国很可能会得最低分。这并不是因为它成果不多，而是目标定的太大、太多，并行启动了多达6个导弹型号或演示验证项目。而更大的问题在于，其中4个项目都被洛马公司拿走，但仅有“作战火力”项目实现了按期推进。项目承研过分集中很可能是导致美国2020年错漏频出、无法按期完成计划的重要原因。