【专家科普】天下武功，唯快不破！海军专家为你解读高超声速武器

编者按

      高超声速武器是军事大国战略博弈的新领域。近年来，军事大国纷纷将发展高超声速武器列入战略竞争的重要发展项目，意欲在这场竞争中抢占先机......什么是高超声速武器？为什么要发展高超声速武器？它有哪些优势？海军专家为你解读。

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何为高超声速武器

高超声速武器，即高动态临近空间武器又称跨大气层飞行器，是指能够在空气喷气区的上层和低地轨道之间飞行，能以马赫数5～25的速度巡航或机动飞行的飞行器总称。高动态临近空间飞行平台以空天轰炸机为代表，武器以高超声速导弹为代表。

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为什么要发展高超声速武器

发展高超声速武器，源于美国“常规全球即时打击”概念。常规全球即时打击是美国新三位一体战略的重要支柱。美《保持美国远程打击的战略优势》提出，“具备执行远程打击的作战能力是美国领先对手的决定性军事优势”，“继续保持远程打击优势，发展新的作战能力，确保美国未来30年的远程打击战略优势”。
美国据此深入开展了常规全球即时打击系统（CPGS）的研究与发展，目标是建立陆、海、空、天四位一体的常规全球即时精确打击体系，实现2小时内精确打击全球任意目标的能力，主要打击“时间敏感”目标、深埋地下或坚固的目标以及其它高价值目标。

      先进高超声速武器作为美国全球即时打击的重要支柱武器，具有在临近空间飞行、机动能力强、飞行速度快、飞行轨迹预测难等优势。目前还没出现有效的拦截手段，即便是美国部署的防御系统都难以对其实施有效拦截。发展和运用先进高超声速武器，为美军提供新的战斗力生成模式。

      因此，美国强化海军、空军力量的编制和大幅度调整先进武器装备的配备，优先发展高超声速武器系统，依靠其舰、机、潜平台机动部署优势，逐渐形成“组网式”打击和“体系化”作战能力，对作战对象水面舰船、前沿部署发射平台以及陆上高价值目标实施即时“点穴式”精确打击，形成强大的战略、战役和战术慑战作用。

美国海空军认为，“临近空间”应该被看作实现太空军事能力的有效途径，它可以比太空提供更快速、更持久的作战效能。

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高超声速武器优势何在

特点一：飞行速度高、机动过载大

      临近空间稀薄的大气密度，使临近空间武器能够保持高速度飞行，同时获得空气动力所提供的机动过载，实现大机动飞行。在满足气动加热约束条件下，飞行高度越低，可用过载越大，这使得临近空间武器除高空高速巡航飞行外，还可实现类似正弦曲线的波浪式跳跃飞行。

武器采取这种跳跃运动，减小了气动阻力和加热，有效地增大了航程，并实现2小时内的全球到达。由于跳跃式弹道的周期和幅度并不固定，弹道将很难预测，从而克服了传统弹道导弹飞行弹道易被预测的弱点，极大地提高了飞行的隐蔽性和突防能力。特点二：红外辐射强度高

      由于高速飞行引起的气动加热，临近空间武器的表面温升很高，最高可达2000℃~3000℃。其动力装置一般采用超燃冲压发动机，发动机尾焰温度可达到几百到上千度。因此，临近空间武器的红外辐射特性非常明显，红外辐射强度在280w/sr以上，甚至可达1000w/sr~10000w/sr。

特点三：雷达散射特性小

      高超声速武器，采用超燃冲压发动机时，一般具有复杂外形和大结构尺寸，必须进行气动外形和雷达隐身一体化设计，其雷达反射截面积（RCS）较小，只有0.1㎡~0.5㎡（半张报纸大小）。

当在稀薄大气层中的飞行速度达到10马赫以上时，气动加热会将飞行器周围的稀薄空气电离，电离产生的等离子体流将对飞行器的RCS产生重大影响，使得飞行器的雷达散射特性变得更为复杂。主动等离子体隐身技术，也有可能在未来被应用于临近空间武器的隐身设计中，其RCS将进一步减小。

▲HTV-2飞行过程

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高超声速武器发展动态

自20世纪60年代美国开始研究高超声速机动再入技术以来，美国、俄罗斯、西欧和日本等国家和地区，在高动态临近空间技术方面取得了巨大成就。1995年前后，美国在总结“国家空天飞机计划”（NASP）经验教训的基础上，在发展和应用高超声速技术方面采取了更为稳妥的循序渐进策略。2001年，美国提出了新世纪的高超声速武器发展战略。

      美国高超声速导弹技术的发展，主要分为两大方向。

一是有动力高超声速巡航导弹，以高超声速吸气式发动机及其组合发动机为动力，在大气层和跨大气层中实现高超声速远程飞行，飞行高度一般在25公里～35公里，巡航飞行速度6～8马赫。X-51A、HyFly高超声速巡航导弹是典型代表。

二是无动力滑翔式高超声速导弹，依靠火箭发动机提供的高初速和自身的高升阻比，在临近空间稀薄大气中进行高超声速远程滑翔飞行，飞行高度一般在25公里～100公里，平均飞行速度6～15马赫。以三叉戟常规改装（CTM）、先进高超声速武器（AHW）、“弧光”高超声速导弹、空射快速响应武器（ARRW）为代表。空射快速响应武器（ARRW），代号AGM-183A，于2018年8月正式启动研制。

      与此同时，美国开展的X-37、X-43A等高超声速空天飞行器技术演示也在不断的推进，为高超声速巡航导弹的发展提供了有力的支撑。

     俄罗斯的IGLA高超声速试验飞行器（飞行马赫数6~14）、欧洲的“凤凰”（Phoenix）可重复使用航天运载器验证机、法国的LEA高超声速导弹飞行试验计划、日本的高超声速飞行器发展计划（HYFLE）与可重复使用航天运载器技术发展计划（HOPE-X）、印度的小型单级入轨空天飞机（“天神下凡”）计划、美澳的HIFiRE项目也都具有很高水平。

俄罗斯高超声速武器装备发展最快，其“先锋”“匕首”“锆石”高超声速导弹都具备装备部队条件。

▲典型高超声速飞行器HTV-2、X-37B、X-51A

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发展高超声速武器之难处

难点1：在基础科学问题方面，面临着诸多重大的挑战，涉及高超声速吸气式推进理论，气动设计、气动预示、结构防隔热等工程领域。难点2：以助推—滑翔飞行器为代表的助推—滑翔类高超声速武器，需重点突破气动布局、防隔热等关键技术。难点3：发展巡航类高超声速武器，难度集中在高效吸气式动力系统上。
总之，发展临近空间高超声速武器，将融合并发展几乎所有的航空和航天技术，对推动科学技术的发展将产生重大作用，也将有效带动能源、材料、电子、制造、通信、运输等产业发展，开拓一大批新的经济增长点。

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防不胜防：高超声速武器防御难点

难点1：防御系统预警难

      由于高超声速武器飞行速度在5马赫以上，这就要求预警系统大幅度提高对其发现距离。同时，飞行在20~100km空域范围内，在远距离上，带来了雷达远程低仰角探测的难题。

难点2：拦截弹精确探测难

      由于存在探测威力、精度和成本等问题，主动探测技术在对抗高速飞行目标时应用并不广泛。可见光和红外等探测技术，在大气层外的应用虽已比较成熟，但在大气层内，包括稀薄大气层，应用光学探测将面临更为复杂的气动光学效应问题。

拦截弹高速飞行引发严重的弹体气动加热，将对光学成像探测系统造成气动热辐射和图像传输干扰，引起目标图像偏移、抖动、模糊等问题。难点3：拦截弹高精度控制难

     高超声速武器一般采用高升阻比的升力体气动布局，可用气动力机动过载大，可以做波浪式的跳跃机动。对这样的飞行运动轨迹，防御系统难以做到高精度轨迹预测，这使得基于预测制导的拦截弹难以对其实现有效的跟踪与拦截。气动力控制的拦截弹，在30km以上高度几乎没有可用过载。

因此必须采用直接力/气动力复合控制。而稀薄大气层内大气密度变化剧烈，气动环境复杂，采用直接力控制将产生更为复杂的侧喷气动干扰，实现高精度直接力/气动力复合控制的难度大。

作  者：马博士

监  制：田红军  孙   燕

编  审：张连海

编  辑：梁   爽

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