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      1. 剛剛!中國連續(xù)2天成功試射“高超音速飛行器”?何為“高超”引網(wǎng)友與大V爭議!

        更新時間:2022-07-07 10:00:22作者:佚名

        剛剛!中國連續(xù)2天成功試射“高超音速飛行器”?何為“高超”引網(wǎng)友與大V爭議!

        來源:軍武速遞官方


        7月3日晚間,生活在中國北部、西北部地區(qū)的居民們,再度看到了“天降異象”,從網(wǎng)上流傳出的視頻來看,一道耀眼的尾跡從地平線上升起,爾后緩緩劃過天空,景象既詭異又壯麗;


        網(wǎng)傳視頻截圖

        7月4日,根據(jù)西北工業(yè)大學微博的消息,稱西工大航天學院空天組合動力創(chuàng)新團隊研制的“飛天一號”驗證機在西北某基地成功發(fā)射,對火箭、亞燃、超燃等多飛行模態(tài)進行了綜合驗證;


        西北工業(yè)大學官宣“飛天一號”驗證機成功發(fā)射

        盡管目前沒有證據(jù)可以證明,西北工業(yè)大學的微博和前一天晚上的“天降異象”是一碼事。但是,我們能夠確認,中國的高超音速飛行器研發(fā)事業(yè),又往前大大邁進了一步。

        西北上空不明飛行物的尾跡(來源:微博@劉柏柏)


        “高超”的定義

        不過,咱們說了這么長時間的高超音速,估計有些最基礎的內(nèi)容,大家反而鬧不清楚了。比如“高超音速”和“高超音速飛行器”的定義,最近都出現(xiàn)了比較大的爭議:


        《睡前消息》的一期節(jié)目引發(fā)極大爭議(圖片源自互聯(lián)網(wǎng)截圖)

        畢竟,所謂的“高超音速”,在很多人的印象里,基本上可以和“速度快”三個字等同起來。那既然是“速度快”,彈道導彈速度挺快的,航天飛機再入的時候速度也快。比如典型的洲際彈道導彈目標,主動段結(jié)束關機速度一般在7千米/秒左右,而航天飛機再入大氣層時,進入卡門線(地球大氣層與外太空的分界線,大約在海拔100公里)以下后,速度也高達15倍音速以上。


        網(wǎng)絡圖

        那么,為何彈道導彈和航天飛機等不能被稱作是“高超音速飛行器”,現(xiàn)代的高超音速飛行器,在技術層次上應該具備哪些技術要件,具體的實現(xiàn)形式是什么,高超音速飛行器的技術和戰(zhàn)術優(yōu)勢又到底體現(xiàn)在哪些方面呢?


        桑格爾博士最初設計的飛行器

        先說高超音速飛行器的定義好了,從高超音速飛行器的發(fā)軔、也就是納粹德國火箭科學家桑德爾和佩內(nèi)明德基地進行相關測試的情況看,最早的高超音速飛行器,被定義為一種可以借助自身升阻比、進行高空滑翔、以達到較大射程的飛行器。這一概念基本上奠定了高超音速飛行器的幾個關鍵性的、和典型的彈道導彈與航天飛機能夠有效區(qū)分的要素:


        網(wǎng)絡圖

        一是從飛行器的射程實現(xiàn)形式來看,高超音速飛行器的射程實現(xiàn),來自于借助低層大氣的氣動滑翔。為此,需要火箭發(fā)動機或噴氣式發(fā)動機為其賦予初始速度,當然高超音速飛行器自身也可以具備動力性能,而典型的彈道導彈射程實現(xiàn)形式來自于導彈主動段賦予它的關機速度、以及滑行段的彈道慣性;


        錢學森發(fā)明的“飛向巴黎”,也就是著名的“錢學森彈道”

        二是從飛行器的飛行彈道來看,高超音速飛行器由于需要進行氣動滑翔,因此其彈道基本位于卡門線以下,同時彈道呈現(xiàn)出飛行器滑翔特征。而彈道導彈和航天飛機的飛行,如IRBM(中程彈道導彈)和ICBM(洲際彈道導彈),在主動段尚未結(jié)束前已經(jīng)離開卡門線范圍,進入外層空間,在再入前也不會再返回到卡門線以內(nèi),同時彈道導彈的彈道呈現(xiàn)出拋物線而非滑翔特征;


        俄羅斯先鋒(上)與美國HTV-2(下)高超音速滑翔體

        三是從高超音速飛行器的外形設計來看,必須具備較高的升阻比,其氣動設計的要求要遠高于典型的彈道導彈。彈道導彈在外形設計上,在減阻上的考慮占據(jù)大頭,畢竟要降低導彈在低層大氣中飛行的阻力,而高超音速飛行器要求能夠在卡門線以內(nèi)進行滑翔飛行,對于升阻比的要求遠遠高于典型的彈道導彈。


        網(wǎng)絡圖

        這三個技術要素互相串聯(lián):射程實現(xiàn)形式的不同,決定了高超音速飛行器飛行軌跡和典型的彈道導彈、航天飛機飛行軌跡的大相徑庭。而高超音速飛行器獨特的、在卡門線以內(nèi)進行滑翔飛行的飛行軌跡,又決定了高超音速飛行器在氣動外形設計上,和彈道導彈和航天飛機的不同之處。


        東風17/網(wǎng)絡圖

        因此,通過以上的分析,我們大概就能知道,何為高超音速飛行器了:一種主要飛行軌跡位于卡門線以下(也有可能在卡門線邊緣)、借助空氣動力進行滑翔飛行、飛行軌跡相對比較平直(有跳躍軌跡)、從而達到較大的飛行速度和較遠射程的新型飛行器。


        東風41

        而與之相對的,典型的彈道導彈就是:一種主要飛行軌跡在卡門線以上(排除短程彈道導彈),借助火箭發(fā)動機動力進行彈道式飛行,飛行軌跡具備典型的拋物線特征,從而達到一定射程的飛行器,這樣咱們就能分清高超音速飛行器和彈道導彈的不同了。


        幾種典型的高超

        說完了高超音速飛行器的定義,咱們接著來說說目前幾種典型的高超音速飛行器的技術實現(xiàn)形式,以目前中、俄、朝等國高超音速飛行器的技術實現(xiàn)形式來看,可以進行如下分類:


        曾在試射中打出過水漂狀彈道的朝鮮火星-11乙

        在高超音速滑翔體的設計上,目前已經(jīng)發(fā)展了兩代,包括第一代的雙錐體高超音速滑翔體,第二代的乘波體高超音速滑翔體。前者包括朝鮮人民軍火星炮兵部隊的火星-11某改進型,美軍目前尚未研制成功的LRHW也屬于這一范疇;而后者目前公開的(部分公開)包括俄軍的UR-100R“軍刀”彈道導彈配備的高超音速滑翔彈頭,美軍尚未研制成功的AGM-183A“ARRW”也屬于這一范疇。


        美軍LRHW

        這兩種滑翔體設計各有優(yōu)劣,兩相對比,雙錐體高超音速滑翔體的容積比較大,可以很方便地安排制導設備和戰(zhàn)斗部等,投送效率比較高,同時設計也相對簡單,屬于比較容易實現(xiàn)的高超音速滑翔體技術形式。但是,雙錐體滑翔體的升阻比性能是相當一般的,自然滑翔能力要相對差一點。

        而乘波體高超音速滑翔體的優(yōu)勢正好相反,升阻比性能出眾,自然滑翔性能也要好于雙錐體高超音速飛行器。但由于其外形設計是復雜的多曲面結(jié)構,對空氣動力學、流體力學和飛行器熱管理等要求極高,同時,它的滑翔體內(nèi)部容積也不如典型的對稱結(jié)構的雙錐體高超音速滑翔器。這使得乘波體滑翔器在制導設備、控制機構和戰(zhàn)斗部的結(jié)構安排上要局促不少。


        網(wǎng)絡圖

        而在高超音速飛行器的動力分類上,同樣也可以分為兩類:


        米格-31發(fā)射“匕首”畫面

        一種是自身不具備自主動力性能的高超音速滑翔器。這種高超音速飛行器一般采用兩級體制,包括一個火箭助推器和頭部的、無動力滑翔器,發(fā)射之后由火箭發(fā)動機將滑翔器帶到超高空、卡門線以上,隨后火箭發(fā)動機和滑翔器分離(也有可能不分離,比如X-47M2“匕首”)。滑翔器有一個“下壓”的動作,重新進入卡門線以下,在卡門線以內(nèi)進行滑翔飛行,飛行彈道一般會采用“水漂”式的滑翔導彈彈道。


        俄軍“戈爾什科夫海軍元帥”號護衛(wèi)艦發(fā)射“鋯石”高超音速反艦導彈

        另外一種則是具備自主動力性能的高超音速飛行器。這種高超音速飛行器同樣采用兩級體制,但是第一級火箭發(fā)動機拋棄之后,第二級高超音速滑翔器可以具備自主動力性能,比如配備超燃沖壓發(fā)動機,由自身攜帶的氧化劑和燃料箱,在卡門線以下進行遠程自主動力高超音速飛行。


        美國X-51A高超音速飛行器

        兩種技術實現(xiàn)形式同樣各有優(yōu)劣,高超音速滑翔器(HGV)不需要考慮超燃沖壓發(fā)動機的研發(fā)問題,只需要考慮到滑翔器的氣動設計問題,技術門檻相對較低;而具備自主動力的高超音速飛行器(HCM)則必須解決關鍵性的超燃沖壓發(fā)動機研發(fā)問題,技術實現(xiàn)難度極高。目前似乎只有俄軍的3M22“鋯石”高超音速反艦導彈疑似進行了工程運用,其它國家的高超音速飛行器均未見類似技術。


        網(wǎng)絡圖

        最后要說一說的,是高超音速飛行器的技術和戰(zhàn)術優(yōu)勢,其實,通過上面的分析,咱們也可以看出來,某些大V指出的,所謂高超音速的研發(fā)初衷和打擊目標,是所謂的“打擊時敏目標”,其實是一種不算嚴謹?shù)恼f法。(當然,作為網(wǎng)絡科普節(jié)目,節(jié)目稿件也許不是主講人親自撰寫。由于編導水平層次不齊,難免會出現(xiàn)一些偏差)

        畢竟,從高超音速飛行器的性能來看,它的全程平均速度固然很快,相比典型的巡航導彈或超音速巡航導彈等,具備相當巨大的優(yōu)勢,但是,它在速度方面的優(yōu)勢,相對于彈道導彈并未達到代差,畢竟彈道導彈的關機速度和再入速度,并不亞于典型的高超音速飛行器。


        薩德系統(tǒng)

        因此,要打擊時敏目標,其實彈道導彈相比于高超音速飛行器,二者可以說是各有優(yōu)劣,比如連美軍之前都計劃過,使用?;摹叭骊狪I-D5”型潛射彈道導彈,帶上常規(guī)彈頭,打擊阿富汗的時敏目標,就是發(fā)揮彈道導彈打擊時敏目標優(yōu)勢的體現(xiàn)。

        相對于典型的彈道導彈,高超音速飛行器的優(yōu)勢在于三個字:差異化。


        俄媒關于“鋯石”的介紹

        一方面,它的飛行高度比較低,在卡門線以下,進入末段后還可以逐步降高,將高度進一步降低到距離地面30到50千米左右。以THAAD系統(tǒng)配備的AN/TPY-2型雷達為例,對于飛行高度300千米的目標,探測距離可以達到2000千米以上;但是對于飛行高度50千米的目標,探測距離將迅速縮水到700千米左右,這對于高超音速飛行器的隱蔽突防具備極高的戰(zhàn)術意義。


        西北工業(yè)大學出品

        另一方面,高超音速飛行器在滑翔過程中,具備極佳的軌控能力。畢竟典型的彈道導彈在飛行過程中,一旦主動段結(jié)束,則不具備較好的軌控能力,只有較強的姿控能力。因此,其彈道是可以預測的,這也是當前反導攔截系統(tǒng)實施中末段攔截的技術基礎。而高超音速飛行器在飛行全過程,其滑翔軌跡可控,尤其是可以進行復雜的橫向機動,最遠的橫向機動范圍甚至可以達到數(shù)百甚至上千千米,這對于當前的反導攔截系統(tǒng)來說不亞于滅頂之災,其飛行軌跡完全沒有預測算法。

        這二者結(jié)合起來,使得高超音速飛行器的打擊突然性和突防性能,要遠遠強于典型的中遠程彈道導彈,這也是高超音速飛行器的獨特魅力??傊?,高超音速飛行器作為典型的新質(zhì)戰(zhàn)術兵器,目前的發(fā)展甚至才剛剛起步,還具備無限的發(fā)展空間,對此,值得我們繼續(xù)關注。

        本文標簽: 飛行器  彈道導彈  導彈  超音速  火箭