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航天科工集团高工解读高超音速飞行器  

2014-09-22 08:05:42|  分类: 关注国防 |  标签: |举报 |字号 订阅

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都世民

中国航天科工集团2院23所高级工程师

高超音速飞行器是本世纪正在研发的前沿科技的新项目。它又被称作“近空间高超音速飞行器”(NSHV)。这种飞行器飞行高度可离地面20~100km的大气层空间,这一空间位于低轨卫星轨道的下方、一般飞机的飞行高度的上方,包括大气平流层、中间层和部分热层。是尚待开发的近空间区域。

20世纪60年代,洲际弹道导弹的出现、载人航天飞机的升空、载人飞船的成功返回等一系列重大科技成果问世,标志着人类进入了超高音速飞行器的新时代,也意味着航天器和航空器也要迈入高超音速飞行器时代。

高超音速飞行器的飞行速度是高于5倍音速,即5马赫(MH),或超过6000千米/小时。据报道,高超音速武器飞行6000千米约用35分钟,飞行时速约10285千米,是音速的8.4倍。

从科技的角度分析,高超音速飞行器同时融合了航天和航空的诸多前沿技术,这些前沿技术与传统飞行器技术比较,主要有以下几方面特点:复杂的气动特性;用超燃冲压发动机;飞行器机体与发动机一体化;飞行器机体与推进系统和飞行器结构动态之间耦合强;飞行器模型非线性度高;飞行器飞行高度、速度跨度大;飞行环境复杂,瞬间多变;气动特性和气热特性变化剧烈;控制精度高,末制导难度大。

高超音速飞行器的由来,可从下列几方面因素分析中看出。

从反导系统的角度

苏联在开始设计使用A-135导弹的国家反导系统时就意识到:要拦截以秒速5~10公里的速度进入大气层的核弹,拦截导弹也应装上核弹头。也就是说,在敌方核弹预计经过的区域,苏联拦截导弹应通过迎面核爆来摧毁目标。因此,国家反导系统需要有高超音速飞行器携带核弹。

从攻击角度看,超高速飞行器对导弹防御系统威胁很大,因速度快、目标散射截面小,机动性强,现有的反导系统已无法拦截。这将在一定程度上改变现有战争模式。

高超音速导弹的出现与第6代航空技术的突破有关。高超音速飞行器是极其有效的打击工具。现代雷达设备无法分辨高超音速飞行。现在不存在,也难以预见何时会出现拦截高超音速导弹的工具。

从航天飞机的角度

X-37B(波音公司研制)是一种小型航天飞机,号称“空天战机”,可快速进入轨道进行机动作战,完成任务后可以再入大气层,滑翔降落基地。之所以将其称为“太空战飞机”,是因X-37B代表了未来空天作战的模式,即由火箭等平台快速发射入轨,在轨道上等候时机。而且X-37B还可以在轨道上执行打击敌方卫星的任务,是轨道作战的“多面手”。

2011年3月,X-37B由火箭送上轨道,计划飞行9个月,后又飞行6个月。2012年6月返回地球。该机重约5吨,长8.8米,高2.9米,翼展4.6米,飞行速度25马赫。

俄罗斯物理数学副博士尼古拉·格里戈里耶夫说:“高超音速导弹的常规速度为2~3马赫。我们希望自己的飞行器超过6马赫。这种高超音速飞行器我们曾经有过,比如‘暴风雪’号航天飞机,它进入稠密大气层的速度达到25马赫。如今的任务是让这种飞行‘自主化’,还能独立提升并保持高超音速。”不难看出俄罗斯在研发高超音速飞行器时,是考虑了航天飞机研究成果的转化,催生了高超音速飞行器的模型诞生。

从无人机系统的发展角度

早在20世纪60年代,美国就研究D-21高速、高空无人侦察飞机,采用冲击发动机,升限高达2.9万米,最大速度3.35马赫。美国自称这一机型是任何防空武器都无法击落的。开发这种高空、高速无人机,正是针对现代空防系统的薄弱环节,而提出的攻击型新武器。

后来,美国还研究了X-43A/B型,也是高超音速飞行器。X-43A创造了9.7马赫高超音速纪录,为世界所震惊,令人瞩目。

据报道,英国MQ-9“死神”无人机成功完成导弹投放试验,该机投放了“硫磺石”双模工作的导弹,9次成功命中目标,其导引方式是毫米波和半主动激光双制导集成方式。投放高度为6096米,投放距离为7~12千米。操作人员以手动和自动方式成功跟踪目标。这一试验有另一含义,如果导弹内有核弹,这一试验成功,也意味着未来空爆核弹不必由人来完成。此外,用无人机投放炸弹,这就很平常了。

今年2月,英国国防部和BEA系统集团联合对外宣布首架隐形无人战机“雷神”。该机可与美X-47B和法国研制的“神经元”无人机相提并论,计划于2030年服役。该机特点是隐身性能好、航速快、生存能力强和可靠性高。该机最大起飞重量8000千克,机长12米,翼展10米,高3.98米,采用阿杜尔951发动机和三角翼。该机可在全球任何地方通过卫星数据链接进行控制,目前尚为半自动化操作,由地面控制站遥控,通过网络将目标信息传回地面站,将来要升级为全自动。

让无人机系统成为全球打击的有效工具,这一研发思路与高超音速飞行器的研制目的是相同的,这表明两者研发可能会接轨。

从反卫星的角度

泰坦公司生产的高空太阳能无人机,其翼展为60米,机翼上有3000块太阳能电池板,有效载荷可达115公斤。该机可在2万米高度上连续飞行5年。可类比地球同步卫星,可用作特殊通讯装置,还可以每秒1G的速度传输资料(这比好多国家已开发的宽频网速还要快)。

此外,这种试制的背后目的,可能还会利用这种无人机替代失效卫星作伪卫星,也许还会发展为反卫星工具。这一研发动向,也表明反卫星是今后战争争夺制空权的必要手段,也是研制高超音速飞行器的另一目的,也表明两者研发在反卫星问题上可能会接轨。X-37B就可以在轨道上执行打击敌方卫星的任务。

从反航母战斗群的角度

标准的防御导弹,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滑翔飞行器。如果高超音速滑翔飞行器直接命中目标,用常规弹头就足以让航母退出战斗。美国海军想通过航母战斗群把美国军力投射到危机地区的战略构想,高超音速飞行器会对此形成严重威胁——这会动摇美国海军在太平洋上的主导地位。

专家们预测,一旦高超音速反舰导弹服役,将可能导致常规空袭武器装备以及空防武器装备产生变革。

其实20世纪70年代,苏联曾首次使用SS-NX-13弹道导弹做反舰导弹,它的射程为700~1100千米,飞行速度是4马赫以上,主要用于攻击美国的航母编队。但它没有服役,可能是因为末制导不过关,准确度太差。

综上所述,高超音速飞行器是基于航空和航天技术的发展,所提出的天基对地新型研发武器项目,包含水平起降航天运载器、再入飞行器、高超音速巡航飞行器等多种类型,它们具有飞行速度快、飞行高度高、军事响应能力快、高突防能力、能在短时间内抵达全球任一地区,实施打击各种军事目标。这将对国际战略格局、军事实力对比、科技与经济发展,产生重大而又深远的影响。它将成为本世纪航空与航天技术研发新的制高点,也是航空史上继飞机发明、飞机飞行速度超音速后的又一突破,是划时代的第三个里程碑。

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