劉軍

在2019年6月12日，印度高調(diào)宣布成功進(jìn)行了第一次HSTDV（Hypersonic TechnologyDemonstrating Vehicle）高超聲速飛行試驗(yàn)，但不久媒體即披露試驗(yàn)是失敗的。不過，試驗(yàn)暴露出了印度在長(zhǎng)期秘密發(fā)展高超聲速導(dǎo)彈武器，這還是讓外界大吃一驚。

印度HSTDV技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

測(cè)試基本情況這次試驗(yàn)是印度國(guó)防研究與發(fā)展組織（DRDO）在2019年6月12日進(jìn)行的，是印度國(guó)產(chǎn)高超音速技術(shù)驗(yàn)證飛行器的首次飛行測(cè)試。當(dāng)天搭載HSTDV的“烈火”1導(dǎo)彈在上午11點(diǎn)27分從奧里薩省外海的卡蘭島綜合試驗(yàn)場(chǎng)發(fā)射，各種雷達(dá)、遙測(cè)站和光電跟蹤傳感器在飛行路線上進(jìn)行了跟蹤觀測(cè)，收集相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，以驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)。HSTDV是DRDO于2005年開始研制的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證器，是印度高超聲速巡航導(dǎo)彈系統(tǒng)開發(fā)計(jì)劃的重要組成部分。

按照原計(jì)劃，HSTDV飛行至30-40千米高空后，將與“烈火”1導(dǎo)彈助推器分離，并啟動(dòng)以煤油為燃料的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，以馬赫數(shù)6的飛行速度巡航。目前，DRDO拒絕透露試驗(yàn)最終結(jié)果，但媒體透露由于助推器失控，未能將HSTDV送至預(yù)定高度，試驗(yàn)未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

失敗原因分析此次試驗(yàn)采用了與印度現(xiàn)役“烈火”1導(dǎo)彈相同的固體火箭助推器，導(dǎo)彈最大速度只有7.3馬赫。從性能上看，其勉強(qiáng)可以作為高超聲速飛行器的助推器，因?yàn)橐_(dá)到HSTDV點(diǎn)火條件，飛行器速度必須達(dá)到5馬赫以上。但為了給釋放速度和角度留有余地，助推器應(yīng)該具備足夠大的釋放速度裕量，而且由于“烈火”1為印度第一代固體燃料導(dǎo)彈，其飛行姿態(tài)控制能力較弱，因此為HSTDV提供足夠的釋放速度和姿態(tài)角度的能力十分勉強(qiáng)。從透露的情況看，此次試驗(yàn)并未將飛行器加速到高超音速（5馬赫以上），超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)未點(diǎn)火，回收的飛行器表面沒有灼燒痕跡也間接證實(shí)速度未達(dá)到5馬赫以上。也就是說，此次試驗(yàn)根本就沒有實(shí)現(xiàn)最關(guān)鍵的點(diǎn)火和穩(wěn)定飛行控制，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)未受檢驗(yàn)，但很可能完成了助推器的分離和短時(shí)間的高超聲速的滑翔飛行。

此次HSTDV試驗(yàn)以“烈火”1導(dǎo)彈為助推器

HSTDV外觀分析此次試驗(yàn)雖然失敗，但從相關(guān)情況來看，這款高超音速技術(shù)驗(yàn)證飛行器是一種配備了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的無人飛行器，能夠借助固體燃料起飛發(fā)動(dòng)機(jī)，以6馬赫的速度巡航飛行，并能在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)下在20秒內(nèi)上升到32.5千米的高度。從公布的外觀圖片看（題圖為HSTDV在展會(huì)上的模型），HSTDV采用了常見的乘波體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但又不同于助推滑翔常用的梭形或三角形乘波體外形，其船型乘波體結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了非機(jī)身融合的側(cè)翼和后操縱舵。這種設(shè)計(jì)表明HSTDV主要用于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的初步試驗(yàn)，其飛行速度也大致限制在8馬赫以內(nèi)?，F(xiàn)在的HSTDV設(shè)計(jì)沿用了其前身AVATAR驗(yàn)證器中的CV設(shè)計(jì)。該驗(yàn)證飛行器長(zhǎng)5.6米，質(zhì)量為1000千克，其橫截面為扁平八角形，機(jī)體中部裝有一對(duì)短翼，機(jī)體后部裝有傾斜垂直尾翼。進(jìn)氣道長(zhǎng)度為3.7米，橫截面形狀為矩形。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)位于機(jī)體中下部，機(jī)體尾部作為排氣噴管的一部分。機(jī)體前部有兩個(gè)平行的擋板，用于增加推力。機(jī)翼后緣的襟翼用于飛行器滾轉(zhuǎn)控制。可偏轉(zhuǎn)的噴管位于燃燒室后端，偏轉(zhuǎn)角可達(dá)25。，以確保在發(fā)動(dòng)機(jī)開啟和關(guān)閉階段具有令人滿意的性能。

印度HSTDV的結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)在的HSTDV略有變化，但基本沿用了原來的設(shè)計(jì)框架，這從超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的外觀設(shè)計(jì)也可以看出來。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用了所謂“三維側(cè)壓式進(jìn)氣道”，這種進(jìn)氣道的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是基本沒辦法和飛行器的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行配合。從照片也可以看出，HSTDV在升力體機(jī)身下方設(shè)置進(jìn)氣道，進(jìn)氣口內(nèi)有噴油和燃燒室，后面連接擴(kuò)散段，這基本就是一臺(tái)前后直通的發(fā)動(dòng)機(jī)，載荷和控制部分都設(shè)計(jì)在了背部有限的空間內(nèi)，這種進(jìn)氣道通常只能適應(yīng)6馬赫以下的飛行速度，因此主要用于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的最初驗(yàn)證。HSTDV采用國(guó)際上通行的碳?xì)浠衔锶剂?，由于工作時(shí)燃燒室的溫度很高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙壁結(jié)構(gòu)，朝向燃燒區(qū)的內(nèi)壁使用的是一種特殊的鈮合金，而外壁使用nimonic合金（英國(guó)人研制的一種特種合金）以提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外，為了克服飛行時(shí)的氣動(dòng)加熱，HSTDV的彈翼和尾翼表面使用了鈦合金，高溫區(qū)域采用的是碳復(fù)合材料。DRDO稱，熱障涂層（TBC）可以將表面溫度降低到材料的承受范圍以內(nèi)。他們對(duì)許多熱障涂層進(jìn)行了高溫和腐蝕試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所研制的陶瓷涂料最適合這一用途。此外，印度工程人員在試驗(yàn)中將HSTDV置于“烈火”1的頭部，外部使用整流罩包裹。應(yīng)該說，無論是乘波體設(shè)計(jì)還是采用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)都表明，印度高超聲速飛行器設(shè)計(jì)從一開始就站在了較高水平上。

印度展示的HSTDV模型

印度HSTDV發(fā)展計(jì)劃

滑翔再入載具印度早期為提高導(dǎo)彈射程和突防能力，在其彈道導(dǎo)彈發(fā)展項(xiàng)目中曾廣泛應(yīng)用高速滑翔技術(shù)，這使其積累了較多的高速滑翔設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。最早使用高速滑翔技術(shù)的是其第一種導(dǎo)彈“大地”短程單級(jí)彈道導(dǎo)彈。該型導(dǎo)彈射程不到300千米，但可以改變彈道導(dǎo)彈簡(jiǎn)單的拋物線飛行軌跡，借助空氣升力改變并延伸末段彈道，在30-35千米的高度上可“滑翔”約60-70千米，這在一定程度上延長(zhǎng)了導(dǎo)彈的射程，也提高了彈頭末段的攔截難度。以后印度為“烈火”系列導(dǎo)彈也設(shè)計(jì)了眾多的彈道式滑翔再入載具（BGRV），據(jù)稱從“烈火”1到“烈火”5幾乎都配置了不同的BGRV，滑翔速度和距離持續(xù)提高。該技術(shù)還應(yīng)用在了印度目前唯一的潛射彈道導(dǎo)彈K-15上。雖然這一階段的高速滑翔技術(shù)與高超聲速技術(shù)相差很遠(yuǎn)，但上述應(yīng)用使印度初步掌握了高速飛行器的控制與氣動(dòng)原理等基礎(chǔ)技術(shù)。

超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)2005年，印度在維克拉姆·薩拉巴伊空間中心修建了第一座高超聲速風(fēng)洞（HWT）。普通超聲速風(fēng)洞僅能產(chǎn)生相當(dāng)于5倍聲速的風(fēng)速，但在高超聲速風(fēng)洞中，風(fēng)速卻能達(dá)到5-25倍聲速。據(jù)稱當(dāng)時(shí)印度利用該風(fēng)洞測(cè)試了國(guó)產(chǎn)“高超聲速飛行器”樣機(jī)，并進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)。2007年6月，印度DRDO宣布了“高超聲速吸氣式空天運(yùn)輸飛行器”（AVATAR）發(fā)展計(jì)劃，這是一種可重復(fù)使用、水平起飛的吸氣式單級(jí)入軌飛機(jī)，采用渦輪沖壓/超燃沖壓/火箭組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，總重25噸（其中60%是液氫燃料），每次可將1噸重的有效載荷送入太空，還可作為高超聲速飛機(jī)，用于對(duì)地攻擊或偵察。印度還將其稱為“夢(mèng)之計(jì)劃”。AVATAR計(jì)劃大大刺激了印度高超聲速基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2014年，印度DRDO在班加羅爾又建成了新的高超聲速風(fēng)洞，并完成了8.4馬赫測(cè)試，DRDO官員宣稱“布拉莫斯”2導(dǎo)彈將在該風(fēng)洞進(jìn)行測(cè)試。2016年，印度空間研究組織（ISRO）也宣稱完成超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試，試驗(yàn)中超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)被置于上世紀(jì)70年代發(fā)展的RH-560探空火箭頂端，一級(jí)火箭燃燒完后，二級(jí)火箭點(diǎn)火繼續(xù)加速，在約20千米時(shí)達(dá)到6馬赫速度。這時(shí)超燃;中壓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，并持續(xù)燃燒5秒鐘。這次試驗(yàn)的目的主要是驗(yàn)證吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)保持超聲速燃燒的時(shí)間，這是目前所知印度高超聲速技術(shù)最成功的試驗(yàn)。

印度最早采用滑翔彈道的“大地”導(dǎo)彈

正在發(fā)射的“烈火”5遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈

俄印合作的“布拉莫斯”2高超聲速導(dǎo)彈模型

高超聲速導(dǎo)彈目前所知印度真正的吸氣式高超聲速導(dǎo)彈項(xiàng)目有兩個(gè)，分別是“布拉莫斯”2（K）和HSTDV?！安祭埂?（K）是印度與俄羅斯聯(lián)合研發(fā)的高超聲速導(dǎo)彈，印度DRDO正在研制高超聲速?zèng)_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其地面試驗(yàn)已經(jīng)順利完成，高超聲速專用火箭燃料則是在俄羅斯的幫助下完成開發(fā)的。該計(jì)劃仍處于初步設(shè)計(jì)階段，導(dǎo)彈投入使用至少需10年。據(jù)稱，“布拉莫斯”2導(dǎo)彈與俄羅斯“鋯石”導(dǎo)彈使用同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)技術(shù)，制導(dǎo)和導(dǎo)航系統(tǒng)、軟件、彈體及控制系統(tǒng)由印度研制。該導(dǎo)彈預(yù)計(jì)作戰(zhàn)半徑達(dá)到450千米，飛行速度為7馬赫，并可能進(jìn)一步發(fā)展空射和海射型。

2016年5月2 日，印度在薩迪什·達(dá)萬航天中心使用一枚HS9火箭，成功發(fā)射印度首架用于技術(shù)驗(yàn)證的“可重復(fù)使用運(yùn)載器技術(shù)驗(yàn)證機(jī)”（RLV-TD），進(jìn)行了高超聲速飛行試驗(yàn)（HEX）

真正讓印度掌握高超聲速導(dǎo)彈技術(shù)的應(yīng)該是HSTDV項(xiàng)目，目前雖然是技術(shù)演示項(xiàng)目，但最終目標(biāo)是發(fā)展為一種導(dǎo)彈武器。該項(xiàng)目最初是為前面提到的AVATAR計(jì)劃提供技術(shù)驗(yàn)證，其包括運(yùn)載火箭（LV）和一個(gè)巡航飛行器（CV）。驗(yàn)證飛行器通過飛行試驗(yàn)要達(dá)到的目的是，驗(yàn)證超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，以及高超聲速飛行器的空氣動(dòng)力性能、防熱系統(tǒng)和熱結(jié)構(gòu)等。該計(jì)劃有俄羅斯、以色列和英國(guó)陸續(xù)參與。2005年HSTDV完成了彈體和發(fā)動(dòng)機(jī)框架構(gòu)造設(shè)計(jì)，以后由國(guó)家航空航天試驗(yàn)室（NAL）對(duì)其空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn)，完成了多次縮比模型的進(jìn)氣（空氣）和排氣（廢氣）試驗(yàn)，以及較大超聲速的風(fēng)洞測(cè)試。DRDO負(fù)責(zé)新材料開發(fā)、電氣與機(jī)械部件的整合、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作。2010年首次公開樣品模型，2011年在印度國(guó)際航展上公開亮相。此后由于資金和場(chǎng)地問題，該項(xiàng)目進(jìn)度嚴(yán)重滯后。2019年6月的飛行試驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證高超聲速條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火技術(shù)。由于此次試驗(yàn)沒有完全達(dá)到預(yù)期目的，因此預(yù)計(jì)印度近期將再次進(jìn)行類似發(fā)射試驗(yàn)。

俄羅斯早期的吸氣式高超聲速飛行器“鷹”

印度展示的高超聲速飛行器發(fā)展計(jì)劃

印度高超聲速武器技術(shù)發(fā)展水平分析

技術(shù)起點(diǎn)高，但積累不扎實(shí)從透露的情況看，此次試驗(yàn)主要測(cè)試超燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火技術(shù)。超燃發(fā)動(dòng)機(jī)是一種吸氣式高速大推力發(fā)動(dòng)機(jī)，其啟動(dòng)點(diǎn)火就像在7級(jí)大風(fēng)中劃燃火柴并保持穩(wěn)定燃燒，難度可想而知，因此世界上只有美俄等少數(shù)國(guó)家在研制，而且均未有大的突破。印度雖然進(jìn)行過地面測(cè)試，但從一開始飛行測(cè)試就將目標(biāo)瞄準(zhǔn)超燃發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和穩(wěn)定工作上，而不像其它國(guó)家在進(jìn)行多次實(shí)體滑翔試驗(yàn)后，才開始發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)測(cè)試。雖然印度在高超聲速飛行器和動(dòng)力技術(shù)上采用了較為先進(jìn)的概念，但也應(yīng)該看到，印度實(shí)際缺乏較為扎實(shí)的技術(shù)積累。其超燃發(fā)動(dòng)機(jī)地面測(cè)試次數(shù)有限，且印度利用RH-560探空火箭進(jìn)行的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試條件只有6馬赫，剛剛滿足基本要求，且時(shí)間非常短。而且，前幾次試驗(yàn)印度實(shí)際掌握的數(shù)據(jù)非常有限，因此此次測(cè)試失敗并不出人意料。

參與單位多，但基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)差從印度高超聲速技術(shù)發(fā)展可以看出，HSTDV項(xiàng)目有印、俄、以、英等多個(gè)國(guó)家的技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和團(tuán)隊(duì)參與，僅印度國(guó)內(nèi)就有DRDO、NAL和ISRO旗下的多個(gè)實(shí)驗(yàn)室和公司、部門參與，這使HSTDV項(xiàng)目集成了世界最先進(jìn)的高超聲速技術(shù)成果，以及印度國(guó)內(nèi)最強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)力量，這也是HSTDV項(xiàng)目從一開始就采用世界最先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，且在資金恢復(fù)后可以很快拿出試驗(yàn)樣機(jī)的根本原因。但由于印度在高超聲速領(lǐng)域和航空動(dòng)力設(shè)計(jì)與測(cè)試方面起步較晚，其在2014年前后才具備自主的高超聲速風(fēng)洞測(cè)試能力，而且由于印度在高超聲速飛行器制造所需的高性能基礎(chǔ)材料和超燃發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力所需燃料等方面沒有自主生產(chǎn)能力，導(dǎo)致該項(xiàng)目缺乏試驗(yàn)和制造的基礎(chǔ)配套設(shè)施，這是該項(xiàng)目投入較大技術(shù)力量和巨額資金，但仍進(jìn)展緩慢的根本原因。

發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，但實(shí)際掌握技術(shù)少正如前面所說，由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)緩慢，印度以HSTDV為核心的高超聲速項(xiàng)目發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，從2005年啟動(dòng)至今已經(jīng)有近15個(gè)年頭，但成果寥寥，對(duì)外值得公布宣揚(yáng)的成功試驗(yàn)次數(shù)也十分有限。從國(guó)外同類技術(shù)發(fā)展看，高超聲速項(xiàng)目包括了計(jì)算機(jī)模擬、風(fēng)洞試驗(yàn)、飛行器整流罩構(gòu)造、智能材料、高速發(fā)動(dòng)機(jī)原理、飛行器再入大氣層的動(dòng)力學(xué)和專用軟件等眾多領(lǐng)域技術(shù)，這需要循序漸進(jìn)的技術(shù)突破和積累。例如，美國(guó)現(xiàn)代高超聲速動(dòng)力技術(shù)是在Hyfly超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上經(jīng)過近10年的摸索才實(shí)現(xiàn)突破，并最終轉(zhuǎn)到側(cè)壓式進(jìn)氣道的技術(shù)路線上。而印度利用俄、以等國(guó)現(xiàn)成技術(shù)成果直接進(jìn)入了此類技術(shù)路線，實(shí)際并沒有完全自主進(jìn)行過超燃沖壓技術(shù)基本概念的試驗(yàn)與驗(yàn)證。例如，此次試驗(yàn)失利后外界認(rèn)為，有可能根本性的助推器就沒有給驗(yàn)證飛行器提供足夠的速度和適宜的姿態(tài)，因此更不可能有后面的點(diǎn)火測(cè)試了。可見，在高超聲速技術(shù)發(fā)展上印度還有許多基礎(chǔ)課需要補(bǔ)。

印度HSTDV高超聲速技術(shù)應(yīng)用分析

印度HSTDV項(xiàng)目的目標(biāo)是使其躋身該技術(shù)的精英國(guó)家俱樂部之列，因此其下一步以HSTDV項(xiàng)目為基礎(chǔ)加快高超聲速技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展是毋庸置疑的。

再次試驗(yàn)，發(fā)展為導(dǎo)彈武器雖然印度宣稱此次試驗(yàn)成功，但從透露情況看此次試驗(yàn)并未實(shí)際啟動(dòng)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)并未達(dá)成。而啟動(dòng)超燃;中壓發(fā)動(dòng)機(jī)是測(cè)試的最基本條件，不可能回避，否則后續(xù)科目無法展開，因此印度很可能近期會(huì)再次組織同類試驗(yàn)，和進(jìn)行多次飛行測(cè)試，才可能拿到足夠的數(shù)據(jù)來修訂設(shè)計(jì)。由于HSTDV為演示驗(yàn)證項(xiàng)目，因此在完成項(xiàng)目后，印度很可能很快啟動(dòng)武器化型號(hào)項(xiàng)目，以發(fā)展可用于實(shí)戰(zhàn)的高超聲速導(dǎo)彈。印度很可能走與俄羅斯近似的陸基火箭助推的吸氣式巡航導(dǎo)彈路線，爾后再發(fā)展空射或海射高超聲速導(dǎo)彈，而不像美國(guó)一開始就優(yōu)先發(fā)展空射高超聲速導(dǎo)彈。

終止項(xiàng)目。由“布拉莫斯”代替從印度高超聲速武器發(fā)展來看，與HSTDV項(xiàng)目并列的還有一項(xiàng)同為吸氣式高超聲速導(dǎo)彈的“布拉莫斯”2（K）項(xiàng)目。雖然該項(xiàng)目還需至少10年，但其基礎(chǔ)技術(shù)和投入都要比HSTDV項(xiàng)目成熟。而印度同時(shí)發(fā)展兩項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)較大的高超聲速項(xiàng)目除了技術(shù)探索外，很可能是互為備份，降低發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)。由于“布拉莫斯”2導(dǎo)彈與俄羅斯“鋯石”導(dǎo)彈使用同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)技術(shù)，而且也可能進(jìn)一步發(fā)展為空射和海射型，因此其武器化的可能都要比HSTDV項(xiàng)目大。一旦HSTDV項(xiàng)目遭遇障礙，印度很可能會(huì)用“布拉莫斯”2項(xiàng)目最終取代HSTDV的武器化項(xiàng)目。

更新項(xiàng)目。采用新技術(shù)路線HSTDV項(xiàng)目是技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目，還存在諸多基礎(chǔ)技術(shù)不成熟和總體技術(shù)不完善的地方，因此在HSTDV項(xiàng)目一再挫折或完成驗(yàn)證后，印度也有可能再次啟動(dòng)建立在新技術(shù)框架內(nèi)的吸氣式高超聲速平臺(tái)項(xiàng)目。從印度發(fā)展同類武器的作風(fēng)來看，新的項(xiàng)目很可能采用更加先進(jìn)的技術(shù)思路，建立全新的技術(shù)框架。但如果采用新路線，印度高超聲速武器項(xiàng)目的研發(fā)時(shí)間將再次推遲10余年，這可能是印度不得已的路線選擇。

【編輯/山水】