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尋求突破

2014-05-07 20:09
現(xiàn)代兵器 2014年4期
關(guān)鍵詞:馬赫沖壓高超音速

在美國高超音速技術(shù)發(fā)展史上,NASP計劃的下馬和新發(fā)展計劃的制定是最具影響的大事。NASP計劃的下馬標志著20世紀80年代名燥一時的"空天飛機"時代已結(jié)束,高超音速技術(shù)進入了一個嶄新的發(fā)展時期。在美國新軍事戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型大背景下,許多以導彈武器為主要內(nèi)容的發(fā)展計劃紛紛出籠。其中,美國DARPA主持的ARRMD計劃最具代表性。

1995年后,美國在總結(jié)“國家空天飛機計劃”(NASP)正反兩方面經(jīng)驗的基礎上,開始在發(fā)展和應用高超音速技術(shù)方面采取穩(wěn)妥的循序漸進策略。美國正在根據(jù)對需求和技術(shù)可行性的分析,按照近期、中期和遠期應用目標,全面推進高超音速技術(shù)的發(fā)展和應用。

在美國國會的建議下,美國從1996年開始了新的高超音速技術(shù)發(fā)展計劃。第一階段,美國首先選擇高超音速巡航導彈作為突破口,而后轉(zhuǎn)入其他飛行器與天地往返運輸系統(tǒng)的研制。其發(fā)展計劃包括4部分:1、初始及未來系統(tǒng)設計的概念性研究;2、使用碳氫燃料的超燃沖壓發(fā)動機推進系統(tǒng);3、使用超燃沖壓發(fā)動機的巡航導彈;4、空間往返用的復合循環(huán)系統(tǒng)。

在新的發(fā)展計劃中,它的一個重大的特點是加強了概念和基礎研究,強化了軍事打擊的地位,重點突出超燃沖壓發(fā)動機及其組合系統(tǒng)的研究。在近、中、遠期的排序上明確指出,美國高超音速技術(shù)計劃近期應用目標是發(fā)展高超音速巡航導彈。

這是一次重大的戰(zhàn)略調(diào)整,并成為2001年推出“國家倡議計劃”(NAI)的基礎。

這也是美國在經(jīng)歷無數(shù)次失敗后,痛苦又無奈的選擇。

1996年,國防高級研究計劃局(DARPA)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室制定了一個“快速反應導彈演示器”(ARRMD)計劃,目的是研制一種6~8馬赫的高超音速導彈武器。導彈采用碳氫燃料的超燃沖壓發(fā)動機,其最大射程為800~1200千米,單價不超過20萬美元(3000枚)。導彈能攻擊時間敏感目標(如戰(zhàn)區(qū)機動彈道導彈發(fā)射裝置和航空母艦),可在2分鐘內(nèi)飛行200千米,在8分鐘內(nèi)飛行1200千米。ARRMD要求導彈必須能與美國空軍和海軍的多種戰(zhàn)術(shù)飛機、戰(zhàn)略轟炸機、水面艦艇垂直發(fā)射系統(tǒng)、潛艇發(fā)射管兼容。導彈能裝整體戰(zhàn)斗部、子彈藥以及動能侵徹戰(zhàn)斗部,可摧毀運動中的以及深埋在地下的加固點目標和高價值目標。

ARRMD研制計劃分空軍與海軍2部分。

空軍計劃

美國空軍科學技術(shù)局的論證報告指出高超音速技術(shù)在空軍應用的背景是:

一、破壞地下目標,尤其是掩藏在地下的堅固戰(zhàn)略目標,如地下發(fā)射井、指揮中心等;

二、攻擊時間敏感目標,包括彈道導彈的機動發(fā)射裝置、大型艦船等;

三、不完全進入空間的跨大氣層可重復使用的飛行器,可在高空作環(huán)球飛行,進行實時偵察,搜索重要情報;

四、可重復使用的軍用航天飛機,它能達到進入空間所需的速度,執(zhí)行類似軍用衛(wèi)星的使用。

空軍的高超音速發(fā)展計劃稱為HyTech,其中,研制新一代飛行速度8馬赫的巡航導彈是HyTech計劃的重要組成部分。

為了實施該計劃,空軍成立了計劃辦公室,管理該系統(tǒng)的設計、研制與飛行試驗??哲娛紫葘⒘α考性谘芯块_發(fā)短壽命發(fā)動機上,希望被用作射程1300千米、發(fā)射質(zhì)量1300千克、可從轟炸機或戰(zhàn)斗機上發(fā)射的高超音速空射巡航導彈。空軍型方案擬采用乘波體方案,由固體火箭助推器加速到4馬赫后,超燃沖壓發(fā)動機點火,導彈以8馬赫高速巡航飛行。普惠公司和航空噴氣發(fā)動機公司負責研究這種短壽命超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)。

海軍計劃

在美國發(fā)展高超音速導彈總體規(guī)劃要求下,海軍提出了自己的發(fā)展計劃。它不像空軍那樣把起點定在8馬赫上,而是制定了分2步走的思想,提出了發(fā)展以6馬赫為最終目標的巡航導彈。第一步研制飛行速度大于4馬赫的導彈(如“快鷹”導彈),成功后再研制速度大于6馬赫的導彈。

1997年年底,美國海軍空戰(zhàn)中心武器部與海軍水面戰(zhàn)中心Dahlgram分部共同邀請了工業(yè)界專家制定了一個為期6年的“高超音速武器技術(shù)”(HWT)計劃,它是DARPA“快速反應導彈演示器”計劃的一個支持項目。該計劃的目的在于為研究從空中、水面和水下平臺發(fā)射、價格可接受的高超音速武器發(fā)展打下基礎。

該計劃為導彈提出的技術(shù)要求是:導彈能在較遠的防區(qū)外距離(1200千米)發(fā)射;攻擊高價值加固的固定目標以及時間敏感目標;導彈的平均速度3.5~7馬赫;戰(zhàn)斗部的侵徹能力要能夠貫穿5.5~11米的混凝土。

海軍的高超音速導彈可由多種平臺發(fā)射,如:F/A-18E/F戰(zhàn)斗機、F-16、F-15E、F-22戰(zhàn)斗機、B-1和B-2轟炸機、多管火箭發(fā)射系統(tǒng)、水面艦艇與潛艇。

高超音速導彈是新一代海軍導彈武器系統(tǒng),它服役后可能成為海軍現(xiàn)役“捕鯨叉”、SLAM、SLAM-ER、“戰(zhàn)斧”導彈、JSOW、JASSM導彈的替代品??梢钥闯觯敃r海軍對高超音速巡航導彈的態(tài)度比空軍要積極。

在這一發(fā)展計劃的指導下,海軍曾拋出“魔劍”、“快鷹”導彈等幾個具體方案。

“快鷹”是波音公司北美分公司于1996年根據(jù)一項為期3年的合同為美國海軍研究的一種4馬赫廉價超音速對陸攻擊巡航導彈。它和“戰(zhàn)斧”Block4-2/Block5都是按照美國在2010—2015年間的作戰(zhàn)構(gòu)想研制的。該導彈原計劃在2000年年初進入工程研制階段,最初將用于攻擊時間敏感目標、加固目標和深埋地下目標,最終將用以取代“戰(zhàn)斧”亞音速巡航導彈。

“快鷹”導彈采用串聯(lián)火箭-沖壓發(fā)動機,彈身無彈翼和尾翼,彈長6.5米,彈徑530毫米,發(fā)射質(zhì)量小于1587千克,最大射程大于1260千米,最小射程92~111千米。它可從洛·馬公司的Mk14導彈裝運箱中發(fā)射。助推器將導彈加速至3千米高度時自動脫落,彈長變?yōu)?.2米,沖壓發(fā)動機隨即點火,導彈繼續(xù)加速,在24千米的巡航高度以4馬赫的速度巡航飛行約18分鐘,最后按預編程序以45°~90°沖角、1220米/秒(3.6馬赫)末速度俯沖攻擊目標。據(jù)美刊報道,當導彈以上述速度在24千米以上的高空高速飛行時有很強的突防能力,世界上現(xiàn)役的大部分先進防空系統(tǒng),如俄羅斯SA-10和SA-12防空導彈均難以對其進行有效攔擊。這樣高的俯沖動能對某些目標不需使用戰(zhàn)斗部,仍可達到良好的破壞效果;對于摧毀加固目標或深埋地下目標,可裝315千克侵徹戰(zhàn)斗部,利用動能和爆炸威力的組合效應破壞目標;對于沙土地其最大貫穿深度可達40米。endprint

“快鷹”導彈的沖壓發(fā)動機采用導彈頭部中心錐式固定幾何尺寸進氣道,燃燒室長1.01米,直徑530毫米,推力為71.54千牛。制導系統(tǒng)為INS/GPS,用推力矢量控制進行姿態(tài)控制。其后繼型將增裝末制導導引頭并采用子彈藥。原計劃基本型成功后,波音北美公司還將研制空射型。空射型發(fā)射質(zhì)量為907千克,可裝備F-16等?;完懟w機。通過采用現(xiàn)有制導硬件與先進生產(chǎn)方法,導彈單價可望低于30萬美元,真是物美價廉啊。

美國國防部要求海軍和空軍的計劃都要納入DARPA制定的ARRMD開發(fā)計劃中。1998年8月,DARPA選擇由波音公司對海軍、空軍的方案進行綜合論證。

一種方案是基于空軍的HyTech技術(shù),采用扁平的乘波體外形,經(jīng)過吸熱處理的制冷結(jié)構(gòu)以及普惠公司的超燃沖壓發(fā)動機。另一種方案是采用航空噴氣發(fā)動機公司研制的不需冷卻的軸對稱雙燃燒室亞燃超燃沖壓發(fā)動機推進的圓柱體形導彈,它反映了美國海軍的要求。

ARRMD計劃的目標是為低成本導彈鋪平道路,即生產(chǎn)3000枚導彈的目標單價為20萬美元,這一價格僅是亞音速AGM-158“聯(lián)合空面防區(qū)外發(fā)射導彈”(JASSM)的一半。這種導彈適合所有發(fā)射模式,并以亞音速布撒子彈藥。

新方案需要同時滿足海軍和空軍要求,它是一個折衷方案。美國海軍的戰(zhàn)術(shù)飛機限定了導彈的最大發(fā)射質(zhì)量,空軍的轟炸機限定其最大長度,海軍的垂直發(fā)射系統(tǒng)及潛艇魚雷管限定其彈徑。經(jīng)過波音公司的論證,新方案最后選擇了乘波體的氣動布局,但它小于空軍HyTech方案的結(jié)構(gòu)。該導彈射程為1240千米,巡航速度為6.5馬赫,戰(zhàn)斗部質(zhì)量為113千克。但這一計劃未命名。在DARPA做出方案選擇后,海軍立即于1998年9月宣布終止了“快鷹”研制計劃,空軍也在2000年財務預算中取消了HyTech計劃經(jīng)費。但基礎技術(shù)的研究一直進行。

“國家倡議計劃”計劃

海灣戰(zhàn)爭后,戰(zhàn)爭的樣式發(fā)生了很大變化。自此,美國不斷調(diào)整軍事戰(zhàn)略,其快速反應、快速打擊“時間敏感目標”的特點更為突出,它在很大程度上影響著軍事技術(shù)的發(fā)展。高超音速巡航導彈就是這一戰(zhàn)略思想的產(chǎn)物。

自1995年NASP計劃下馬之后,美國高超音速技術(shù)研究進入一個相對混亂的時期,雖然一邊在總結(jié)經(jīng)驗教訓,制定“循序漸進,先無人后有人、先一次使用后重復使用”和以高超音速巡航導彈為突破口得“三步走”新發(fā)展戰(zhàn)略。一方面,新的發(fā)展計劃如雨后春筍,接連不斷。另一方面,又出現(xiàn)了今天公布的新計劃,明天就石沉大海,或者另起爐灶的怪現(xiàn)象,高超音速技術(shù)發(fā)展一度十分混亂。

在美國提出軍事戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型之后,美國決心調(diào)整高超音速技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略,2001年提出“國家航空航天倡儀計劃”(NAI)。

NAI計劃由3個相互關(guān)聯(lián)的協(xié)作計劃組成:高速/高超音速(HSH)技術(shù)、太空進入(SA)與空間技術(shù)(ST)。其中,HSH為一次性系統(tǒng),如導彈和攔截武器,它可為重復使用的遠程打擊/偵察系統(tǒng)、以及吸氣式二級入軌(AB-TSTO)太空進入應用系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)換能力。

NAI計劃是美國高超音速技術(shù)發(fā)展里程碑式的規(guī)劃,它首次將超音速/高超音速巡航導彈計劃結(jié)合在一起,尤其是將飛行速度為3.5~4.5馬赫的超音速亞燃沖壓發(fā)動機推進的巡航導彈納入這一計劃范疇。

未來,快速打擊將是實現(xiàn)“基于威懾”到“基于能力”轉(zhuǎn)變的重要手段。高超音速巡航導彈是對“時間敏感目標”(Time Critical Target)遠程、精確打擊的主要方式。

計劃致力于實現(xiàn)對時間敏感目標的遠程打擊、空間發(fā)射以及響應性空間有效載荷能力。

所謂“時間敏感目標”是指在有限“攻擊窗口”或“交戰(zhàn)機會”內(nèi)發(fā)現(xiàn)、定位、識別和攻擊的目標,它的位置隨時變化,稍縱即逝。因此,以高超音速巡航導彈為主要標志的“高速/高超音速技術(shù)”(HSH)受到各軍事強國的極大關(guān)注,HSH、“太空進入”(SA)與“空間技術(shù)”(ST)成為美國NAI計劃三大子系統(tǒng),并成為優(yōu)先發(fā)展的計劃?,F(xiàn)在美國HyFly、HyTech(X-51A)兩種高超音速巡航導彈發(fā)展思路、超音速巡航導彈研制方案(RATTLRS)已經(jīng)形成,從中我們可以看出美國未來軍事發(fā)展戰(zhàn)略與體系構(gòu)建的思路以及咄咄逼人的氣勢??梢灶A期的是,未來美國在高超音速技術(shù)方面的優(yōu)勢也必將轉(zhuǎn)化為巨大的國家戰(zhàn)略優(yōu)勢。

(編輯/草莽)endprint

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