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深度:中国高超音速武器如何发展 向南太发射震惊世界

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发表于 2015-6-18 15:52:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,“五角大楼非正式代言人”《华盛顿自由灯塔报》宣称,美国情报部门发现了中国第四次高超声速导弹测试的相关信息。不久,中方外交部发言人证实进行了试验。这次试射的高超声速飞行器,与前几次发射的相同,被美方称为WU-14飞行器。据称,在本次试飞中,WU-14表现出了“超乎寻常的机动性”。

  不独是中国在研究,美方当然也没有停歇。不久前,美国空军官方媒体宣布,空军已经完成准备,可以再次试射X-51高超声速巡航导弹实验弹。同时,去年试射失败的陆军AHW“先进高超声速武器”系统的发射场也将在今年完成修复工作,随后马上就要进行再次试射。显然,正如一位美国参议员在中国首次试射高超声速飞行器后说的那样:“美国决不允许自己在这一方面落后。”

  那么,高超声速武器到底有何秘密,为何中美俄都在积极研制这种武器?它真的像网络传闻的那样“天下武功,唯快不破”吗?有媒体说,美国在这方面技术远远领先于中国,是真的吗?笔者试图从历史和技术角度分析这些问题,由于资料和知识限制,错漏难免,谨供读者参考。
 “银鸟”轰炸机的飞行轨迹就是今天人们所称的“桑格尔弹道”(也叫“弹跳-滑翔”弹道,或者“水漂弹道”)。不过,当年桑格尔之所以将这个弹道设计为要几次把飞行器抛出大气层,是设想利用宇宙的低温来降低飞行器表面温度,以免它烧毁。但实际试验发现,高速飞行导致的热防护问题远远超过最初设想,而且“跳”到太空中,并不能迅速降低飞行器的温度,因为没有空气传导来散热。于是“银鸟”就倒在了这个难题面前。后来桑格尔又提出过一个A-4B火箭(A-4火箭就是大名鼎鼎的V-2导弹)方案,在火箭前面安装一个更小的飞行器,由人操控直接撞向纽约的目标,飞行员在撞击前跳伞……不用说,这个方案也没好到哪去。

  因此从50年代后期开始,美国决定研制一种验证高超声速飞行的研究飞机,即著名的X-15。X-15是一种火箭动力飞机,它无法像X-20一样,飞到大气层外加速到惊人的速度再返回,仅仅是用推力强大的火箭,将飞机在大气层内尽量加速。1967年10月3日,X-15达到了7273千米/小时的最大飞行速度,相当于5.9倍声速。

  X-15帮助美国弄清了许多高超声速飞行的特殊要求,这些技术陆续被运用到洲际导弹、返回式卫星和航天飞机上。

  航天飞机再入的速度达到了24倍声速,实际上就相当于进行“钱学森弹道”的滑翔段飞行,它的再入点一般是在夏威夷以东1500公里的太平洋上空,着陆地点则是佛罗里达半岛的肯尼迪航天中心。在整个再入过程中滑翔8150公里,飞行速度从24倍声速降低到不到400公里/小时。其间航天飞机还会利用侧滑大幅度横向调整自身的飞行路线,机动范围2000公里左右。
 然而随着时代的变迁,高超声速滑翔武器又重新进入了大国的视线。这一轮高超声速研究热潮的始作俑者,又是美国。

  21世纪初,美国国力处于鼎盛阶段,不论是常规武器还是核武器都“独步武林”,但同时也面临着一些问题。例如,空有几千发洲际导弹,却不能把它们用于实战,且根据削减进攻性战略武器条约,这些导弹都要裁撤,起码不能携带核弹头。

  于是美国开始为这些即将退役的导弹找出路。开始当然是用来发射卫星,但即使是最大的“和平保卫者”洲际导弹也发射不了大型的同步轨道通讯卫星,因此商业领域导弹的出路并不好。于是美军开始考虑将这些洲际导弹用于常规用途。

  2000年前后,美国提出了“快速全球打击”方案,要求在1小时内对全球任何地点的目标进行精确的常规打击。稍微了解一点现代军事常识的人都看得出,这实际上就是在为那些封存的导弹找出路,因为目前用别的手段无法实现这一要求。

  最初的提案是将“俄亥俄”战略核潜艇上的“三叉戟”导弹装上常规弹头,这些导弹圆概率误差可以达到数十米的级别,已经可以满足常规打击的需要。不过小布什ZF坚决叫停了这个方案,因为使用这种武器要冒其他国家误判美国使用洲际导弹突然袭击的风险。于是,高超声速滑翔飞行器就成了看起来“合理”的选择。美国方面的解释是,这种武器的飞行弹道明显与核导弹有区别,其他国家看到它的弹道就知道这是常规攻击了……

  中俄一直反对美国的这个方案——现代的核弹头完全可以随时装入这个飞行器内,它显然具有打破核平衡的危险。

  例如,美国空军HTV-2研制时的计划之一就是向南发射,从南极上空飞过,然后攻击伊朗——能攻击伊朗自然也就能攻击俄罗斯。冷战时期,中俄美都有过研制射程足可环绕地球的洲际导弹的构想,因为到目前为止,中美俄的洲际导弹主要走北极弹道,因此绝大部分导弹防御预警系统都是面向北方布置的,从南边突防而来的导弹自然会更隐秘,更难对付。

  目前,美国“快速全球打击”项目旗下主要的两个项目是空军的HTV-2和陆军的AHW系统。这两种导弹的区别在于,HTV-2使用的是“米诺陶IV”火箭——退役的MX“和平保卫者”洲际导弹——作为助推器,可以将飞行器推到二十多倍声速进入滑翔状态。而陆军的AHW则采用落后一些的“北极星”导弹作为助推器(陆军的宣传PDF上提到AHW也可以安装在洲际导弹上发射),滑翔速度为9-14倍声速。

  这两者中,HTV-2采用升力体设计,而AHW则是双锥体设计。

  不过,HTV-2虽然看似技术难度没有比X-37或者航天飞机更高,但却连续试射失败——空军的结论是,它的防热系统仍无法满足20倍声速长时间飞行的要求。

  (即使是航天飞机,也不能在20倍声速下飞行很长时间,要尽快把速度降低到10倍声速以下——10倍声速是一个分水岭,超过10倍声速,飞行器设计中的最主要矛盾就变成了防热系统。)

  看起来更传统一些的AHW是美国目前高超声速导弹系统中最成功的一种。它在2011年首次成功试射,从夏威夷发射,击中夸贾林群岛的靶子,射程约4300公里,飞行速度据称为5或8倍声速。

中国的高超声速技术运用概况及发展方向推测

  目前,我国运用高超声速飞行原理的导弹已经有好几种,其中运用“层次”较低的MARV系统的导弹主要包括:东风-21C、东风-15B、东风-15C、东风-11B、东风-16、M-20,还有大名鼎鼎的东风-21D反舰弹道导弹。

  东风-21C、东风-15、东风-11B都采用类似美国“潘兴2”的原理,即导弹在进入末段飞行时有一个“拉起”的动作,在速度降低到一定范围后,开始使用雷达探测下方地形,利用地形匹配原理搜寻并攻击目标。而它们的主要特征是再入部分有空气舵,用于在拉起再入飞行器、速度降低后提供控制力。同时头部装有可抛弃的保护罩,呈现“钝头”的形状。

  而东风-15C、东风-16导弹的控制系统比前面的三种更先进,其中东风-15C的战斗部为一个巨大的钨芯钻地弹,这种导弹要发挥作用必须要有很高的命中精度,但它却没有安装空气舵。而东风-16导弹也没有安装空气舵。

  笔者推测,东风-15C导弹可能并未采用主动雷达制导,因为它要打击的目标主要是台湾军团级的指挥所,而这种地下指挥所是不能机动的,就不需要利用雷达搜索地形匹配,直接采用GPS或北斗导航应该就具备足够的精度。它可能采用在更高的高空拉起,然后用火箭推进器产生控制力,较早形成几乎垂直落下的弹道,这样可以提高最终落地时候的撞击速度,增强威力。

  而东风-16作为新一代导弹,应该与专门打击固定地下掩体的东风-15C不同,它可能仍需要使用主动雷达技术,以便攻击各种类型的目标。笔者推测它可能采用了变质心控制技术,这一技术不需要空气舵参与控制,可以让导弹实现类似螺旋形下坠的路线,提高命中精度的同时也让对方更加难以拦截。

  而M-20导弹作为我国的外销导弹,则采用了非轴对称形状的再入飞行器。也就是说,它的“头”部看起来“向上翘”,是一种典型的利用滑翔弹道增加射程的设计。在珠海航展上介绍M-20导弹的宣传片也体现了该弹这一方面的特性。

东风-15B导弹的再入飞行器,它和东风-21C,东风-11B的再入器原理类似,与“潘兴2”导弹技术水平相当



目前我国现役最先进的运用“钱学森弹道”的导弹则是东风-21D,从目前唯一一张可以确认是东风-21D导弹的照片上看,它的再入器是一个拉得非常长的“长杆型”。

  这意味着东风-21D“拉起”的时候具有较高的升阻比,因此滑翔距离可能较远,但这个升阻比又不至于大幅度提高导弹射程。东风-21D导弹之所以要采用这个设计,笔者推测主要是提高机动能力的需要。因为东风-21D是用来打击移动中的舰艇目标,因此需要更大的搜索和攻击范围,利用长杆式弹体可以做到这一点。

  那么下一步呢?

  我国已经试验过的高超声速飞行器中,唯一一种外形为大家所熟知的是“神龙”,类似小型航天飞机,尾部装有火箭发动机,挂在轰-6飞机下面进行测试。有展示图板显示,它是一种“跨大气层飞行器”,且采用陶瓷基复合材料防热,也就是说,其技术水平应该和航天飞机或X-37B相当。

  不过,鉴于美国也有不少类似的设计仅仅做了从高空飞机抛下,测试其减速最终阶段滑翔和着陆能力的试验。所以目前也不能推断“神龙”是否进行过跨大气层飞行。

  虽然有传闻说“神龙”是一个载人航天项目,并且已经下马,因此它不大可能就是WU-14。但从现有的信息来看,不能完全排除WU-14就是“神龙”的可能性。

  关于美方所谓的WU-14飞行器,目前可供推测的信息包括几个:

  首先,WU-14采用的助推器为长征2号运载火箭,这是一种洲际导弹级别的火箭,完全有能力把飞行器加速到20倍声速以上。

  其次,WU-14目前的几次试射都是取我国境内最长的一条试射路线,即从山西五寨到新疆库尔勒,约2500公里左右。但对于高超声速测试来说,这条路线似乎太短了。

  第三,最近的一次试验中,美方表示WU-14首次展现了“极强的机动性”。这应该是指横向机动能力,对于高超声速滑翔器来说,横向机动能力是最重要的机动能力。

  第四,四次试验中,WU-14的速度似乎都是在10倍声速左右。
 根据上述几条,结合相关论文,可以推断:

  WU-14应该是一种采用升力体外形的小型飞行器,因为只有升力体外形的飞行器才具备较强的横向机动能力,双锥体弹头的横向机动能力并不强——美国AHW试验中横向机动距离据称只有600公里。在最近的试验中,WU-14飞行器甚至可能拉出了一条S型弹道,最终仍然命中预定目标区。如果真是如此,那确实是足以让人震惊的技术。

  采用长征2号火箭可能是利用其高比冲(观察者网注:比冲指火箭发动机单位重量推进剂产生的冲量)特性,在最短距离内将飞行器加速到预定速度,以尽量增加滑翔距离,可能采用高弹道加速。而且长征2号火箭现在我国存货多,性能稳定,价格也相对低廉。

  由于WU-14几次测试的飞行速度是10倍声速左右,而不是洲际导弹应该达到的20倍声速的速度,因此国外推测WU-14将来可能会和东风-26中远程导弹结合,将其射程翻倍,达到7000-8000公里。不过,这种说法可能依据不足。

  由于WU-14是我国首个进行高超声速滑翔的试验飞行器,加上可用的试验距离太短,因此很可能是在远未达到设计极限的情况下进行的风险较低的初期试验。

  现在又有传闻称,中国的双锥体外形的高超声速弹头可能近期开始测试,这种弹头将采用东风-26导弹作为助推器。这个双锥体高超声速弹头,显然是从东风-21D的基础上发展来的,而与WU-14关系不大。WU-14应该是一种技术跨度更大的前沿验证飞行器。

  那么,关于WU-14,笔者提出几个可能的推测:

  可能之一:它是一种与HTV-2设计指标类似的装备,最终目标是实现20倍声速,滑翔一万公里,具备5000公里的横向机动能力,也能拉出大气层进入低层轨道。如果这一目标得以实现,中国就可以利用这一技术来改造东风-5导弹——东风-5和长征2火箭的渊源很深——使之成为一种“全球导弹”,也就是部分轨道洲际导弹。它将可以飞过南极上空攻击美国,利用高超声速滑翔和巨大的横向机动能力提高突防性能……这算是“以其人之道还治其人之身”。

东风-15C导弹

然而我国的航空航天科技水平总体上,恐怕还无法全面超越美国,所以美国研制HTV2都失败了,我们肯定要付出难以想象的努力,才可能获得成功,迎来现代科学的奇迹。

  可能之二:所以,也不能排除WU-14是一种用中程导弹发射,飞行速度10倍声速的飞行器,但横向机动性能远超用中程导弹发射的双锥体弹头。

  东风-26如果发射双锥体弹头,按照美国AHW的水平推测,它的射程应该可以延长到7000公里以上,可以打击夏威夷,或者这一射程范围内的大型水面舰艇。而WU-14由于升阻比性能好,它的滑翔距离可能更长,或许能达到8000公里以上,与东风-31导弹相近。

  因此可以推断,未来东风-26如果真的作为高超声速导弹助推器的话,它可能会有两种型号,一种是射程6000-7000公里的常规导弹,采用双锥体弹头,可精确打击,也可用于反舰。另一种是射程8000公里以上的“滑翔洲际导弹”,用于投掷战略核武器。
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