天下武功,唯快不破。
上世纪90年代,高超音速流动理论的创始人钱学森先生指出:21世纪的中国人一定要在空天飞机上显一显身手。
发展高超音速飞行技术已经成为世界武器装备发展新趋势,不仅美俄竞争日趋激烈,日本、印度也投身其中。
现在,中国已在高超音速武器方面取得较大进展,破解“萨德困局”指日可待。
文 | 瞭望智库特约研究员方晓志
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近日,俄罗斯前景研究基金会设计小组负责人鲍里斯•萨托夫斯基,在俄罗斯战略火箭军部队称,基金会正在落实数个有关航空弹道高超音速飞行器的科技项目,以确保未来30至40年的全球军事战略平衡。
相应的,美国国会在其通过的2017财年《国防授权法》中,要求导弹防御局制定专门应对正在出现的高超音速导弹威胁的计划,其候选方案不仅包括在中俄周边引起争议的“萨德”反导系统,还有充满科幻色彩的激光炮甚至天基卫星反导系统。
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高超音速武器是什么?
高超音速武器
高超音速武器,是一种将速度提升到数倍超音速、在极短的时间内实现远距离对敌打击的新概念武器。按照美国军方界定,“高超音速”指超过5倍音速(即5马赫)的速度。
5倍音速是个什么概念?
声音在大气中传播速度约为340米/秒(1224公里/小时)。高超音速大约1700米/秒(6000公里/小时)以上。如果乘坐高超音速飞行器,从北京飞抵上海至多只需10分钟,从东京到纽约不到两小时,绕地球一圈只需8小时。
要知道,这个数字还只是高超音速武器的“入门级”速度。
目前,中国已经列装的“高超音速武器”要数远程弹道导弹和洲际弹道导弹。按照牛顿的经典力学理论,这两种导弹在发射后会冲出大气层达到第一宇宙速度(7.9公里/秒),相当于23.6马赫,而其弹头在末端突防的时候速度甚至会达到30马赫以上。
未来,除导弹外,我们设想中的高超音速武器还将包括以下3种:
高超音速侦察飞机
一般速度为5~9倍音速,具有很强的突防能力,能在短时间内到达全球任何地点执行攻击、侦察和运输等任务;
高超音速空天飞机
既可在大气层里飞行,也可在太空中飞行,需要进入太空轨道,因此,其飞行速度必须高于20倍音速;
高超音速弹药
一般飞行速度为5~6马赫,采用激光制导,命中概率为0.9,命中精度0.3~1米——一旦这种炮弹问世,飞机和坦克的战场生存能力都将面临严酷挑战。
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天下武功,唯快不破
无论是比武场上还是战场上,更快的速度总是能取得优势。
由于高超音速武器具有航程远、速度快、结构简单、性能超卓等特点,被称为是继螺旋桨、喷气推进器之后航空史上的第三次革命性成果,在军事上具有极其重要的意义。
无处不至:极大拓展未来战场范围
无论是幅员辽阔的大国,还是有着天然地理间隔(比如海洋)的国家,均不能再凭借“距离”享受安全感——只要敌对方拥有了高超音速武器,便可对目标实施远距离高速打击,对象国每一寸国土都可能受到威胁。
例如,美国在世界大洋上游弋的以航母战斗群为核心的水面舰艇部队在遭遇高超音速远距离武器打击后,将会变得非常脆弱:其装备的标准防御导弹虽然能打击超音速轰炸机等机动目标,却对付不了高超音速飞行器。
一旦使用高超音速飞行器发动攻击,即便是用常规弹头,也足以让航母退出战斗。
无法拦截:大大提升部队突防能力
一般来说,洲际导弹在飞行过程中距离地面的最高点都超过1000公里,且本身的弹道较为固定。在远程警戒雷达和警戒卫星的上下监视下,导弹一旦发射,很快就会被看到,敌方的弹道拦截导弹也时刻待命。
高超音速武器的飞行弹道顶点高度只有100-200公里,并以10马赫速度在100公里高度上飞行,其速度和距离不亚于洲际导弹;并且,其飞行方式更加灵活,甚至能在大气层边缘变向“蛙跳”。
因此,现有弹道导弹拦截系统几乎无法应对高超音速武器攻击。
一旦高超音速武器从30公里高空冲下来,几秒钟就能到眼前,将使很多拦截武器“自废武功”,从而大大增强了突破敌方防御、命中目标的能力。
“斩首行动”:具有更高精确作战效能
得益于速度优势,高超音速武器给予对手反应和预警的时间极短,因此具有更高的精确作战效能,可实施“斩首行动”。
1998年,位于阿拉伯海上的美国舰队发射战斧巡航导弹,攻击1700公里外的阿富汗拉登营地。由于战斧巡航导弹时速只有700多公里,2小时后导弹飞达时,拉登早就离开了。
如果使用超音速巡航导弹X-51“冲浪者”,只需20分钟就能炸到拉登营地,拉登一定跑不了。
当前也存在一些缺陷
由于末端进攻速度太快,面临着末端控制的难题——在高速情况下,很容易造成“差之毫厘失之千里”的后果,稍有差池就无法实现精确打击。
举个例子,在5马赫速度以上,遥测和控制系统已经非常复杂,如果还要求它能准确命中目标,好比要求一个人驾驶车辆以200公里的速度行驶,同时要看清并摘取周围郁郁葱葱的众多树木上某一片枯黄的树叶。
难度有多大,可想而知。
此外,冲压发动机的动力难题、高空高速飞行的材料要求、高速飞行下的精准控制,都是当前高超音速武器需要解决的问题。
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美军:将在2020年前掌握该武器
美国在高超音速武器研发方面具有强大的优势。目前,美国研制的高超音速项目主要有:
X-51A“乘波者”高超音速巡航导弹
X-51A“乘波者”高超音速巡航导弹
长7.92米,重1.8吨,可由B-52轰炸机、多功能战斗机和潜艇发射,速度达到10马赫左右,射程高达6000公里,发射时间需5分钟,2013年5月成功试射。
X-37B空天飞机
X-37B空天飞机
长9米,翼展4.57米,重量5吨,可携带4至5吨左右的载荷(包括武器、卫星等),以助推火箭发射或飞机投放、进入地球轨道高速飞行,速度为25马赫,接近3万公里/小时,能在太空轨道运行达270天。2010年成功试射,成为人类首架太空战斗机。
HTV-2无人飞行器
HTV-2无人飞行器
代号“猎鹰”,速度为20马赫,约24500公里/小时,用运载火箭发射,携带5吨重的物资,可以在2小时内到达地球上任何一个地点,实现精确打击。2010年4月首次发射9分钟后失去联系坠海。2011年8月第二次试验发射成功,但在返回地球时失去联系。
据美国国防部高级官员声称,美军最快将在2020年左右掌握这些能够超高速、超远程、超致命的高超音速武器。
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俄罗斯:可在1小时内打击全球
俄罗斯是最早研发高超音速飞行器的国家之一。早在上世纪70年代,前苏联就研发出了“玄武岩”、“花岗岩”等3倍音速以上的超音速导弹,成为其维持全球军力平衡的重要手段。
苏联解体后,俄罗斯继续深化超音速导弹的研发力度,研制并列装了闻名世界的“白蛉”“宝石”等多种冲压发动机推进超音速先进导弹,为进一步发展高超音速技术奠定了坚实的基础。
“宝石”超音速导弹
目前,俄罗斯正在进行的是代号为“4202项目”的Yu-71高超音速飞行器试验。但由于该项目保密度高,外界对其了解甚少。
从2013年开始,俄罗斯有意无意地陆续曝光了一些试验成果:采用的是氢燃料超燃冲压发动机,飞行速度可达10倍音速,相当于每小时1.12万公里,将来甚至达到20个音速,并且在飞行中可以任意机动,使防空和反导系统无法拦截。
“白蛉”超音速导弹
2014年11月,俄罗斯战术导弹系统公司总经理鲍里斯•奥布诺索夫声称,首枚配备Yu-71高超音速飞行器的导弹将在2020年以前出现。届时,俄罗斯高超音速技术将进入应用验证阶段,从而规划更接近实际的发展布局。
从当前媒体报道来看,俄罗斯正在将YU-71高超音速滑翔飞行器安装在RS-28“萨尔马特”洲际弹道导弹上,最高速度可达7公里/秒,能突破目前世界上任何反导系统,可“在一小时内打击全球”。
Yu-71高超音速飞行器
这将对美国当前反导体系的预警、探测、跟踪、拦截等全套拦截链都提出全新挑战,大大削弱美国的空天地一体战略预警能力,为俄罗斯在未来美俄之间谈判中多了一个非常有效的筹码。
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高超音速武器可破“萨德”困局
上世纪90年代,高超声速流动理论的创始人钱学森先生指出:21世纪的中国人一定要在空天飞机上显一显身手。
对于当下的中国来说,发展高超音速武器最大意义在于突破美国在中国周边部署的导弹防御系统。
从中国的国家安全角度来看,美国在韩国推进部署“萨德”系统,将会给中国的战略安全造成极大影响。例如,萨德的X波段雷达可以随时监视并收集从中国境内发射的任何导弹的早期预警数据(数量和轨道等),中国导弹可能一发射就被监控甚至击落,这将极大削弱中国的战略威慑能力。
因此,“萨德”已经不是单纯的技术问题,而成为不折不扣的战略问题,中国必须要采取相关措施,在军事上反制“萨德”。
除了实施电子战、欺骗“萨德”的动能拦截器以外,还必须大力发展中短程高超音速武器,使我国具备随时可消灭“萨德”部署地点各种目标的能力。
从“萨德”系统的设计目标来看,既可在大气层内作战,又可在大气层外作战,作战高度为40—150公里,理论上似乎可以对付临近空间飞行的高超音速武器。
然而,实际上,由于高超声音武器属于飞航式弹道,不仅在水平方向上速度大,而且在水平方向上的机动范围宽,且飞行轨迹飘忽不定,很难被拦截弹捕捉到。特别是中国距离韩国很近,预警时间和反应时间非常短,一旦中国发射高超音速中短程导弹,“萨德”系统基本上没有任何还手的时机,相当于失效。
注:由于高超音速武器是在临近空间(天空和太空之间的空间)飞行,受气流的影响很大。在飞行过程中,通过导弹的弹翼在大气层中飞行产生一种流体升力来平衡导弹的重量,飞行姿态和弹道调整受气流影响很大。这样,高超音速武器在飞出大气层后,将不再按照抛物线飞行,而是利用大气层内外的空气密度差异,在大气层边缘高速“弹跳”滑翔,就像“打水漂”一样,不仅速度快,而且飞行轨迹非常复杂并难以预测,现有反导系统很难拦截。
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中美战略技术博弈仍将继续
2016年7月8日,美国不顾中国反对,宣布将在韩国部署“萨德”系统,如果继续下去,必将成为中国研发和部署高超音速武器的绝佳理由。
正如我国著名空气动力学家、航天技术专家黄志澄所说:中国的高超声速基础较好,发展迅速,一定会在21世纪大显身手!
目前,中国在研制高超音速武器方面已经取得了较大的进展,至今已7次成功试验10倍音速的高超音速导弹。
根据英国《简氏防务周刊》网站报道,2014年1月9日,中国在境内首次试验了10倍音速的高超音速导弹,试飞成功。飞行器由一枚弹道导弹(据认为是东风-21洲际弹道导弹)发射升空,速度达到10马赫。
美国将中国的这一试验性武器取名为WU-14,并预测可能在2020年就位。届时,它将在精度、速度上大大提升中国导弹打击能力,即便是美国已经在韩国部署“萨德”系统,也无法对它实施有效拦截。
WU-14
若想应对中国高超音速武器,在具体措施上,美军未来可能必须在如下3方面改进“萨德”系统:
结合红外、光学、雷达等综合探测手段,提高对临近空间高超声速武器的尽早发现及全程跟踪预警探测能力;
改进拦截导弹的飞行弹道,增加导弹拦截的反应速度和机动能力;
改进导弹的制导规律和制导算法,如建立末端制导的预测能力。
上述措施实现起来绝非易事。中短程反导拦截非常困难——预警时间短、反应时间慢,要是去拦截具有5至20马赫的高超音速导弹,其难度比一个人向挂在高空中的绣花的针眼里穿线要大得多。
从未来发展来看,发展高超音速飞行武器不仅成为世界武器装备发展的新趋势,而且还将相应带来新的作战样式,很可能会成为未来军事高科技的新的制高点。
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