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高超音速武器:天下武功,唯快不破

2020-07-13 10:42 程 醉 次阅读 条评论

高超音速,指物体的速度超过5倍音速(约合每小时移动6000千米)以上。高超音速飞行器主要包括3类:高超音速巡航导弹、高超音速飞机以及空天飞机。

20世纪90年代末,美国五角大楼出台了一项“全球敏捷打击”计划。这项计划的核心内容就是要研制一种新型的武器,从而使美军具备在一小时内打击全球任何一个目标的能力。于是,高超音速武器便应运而生。各军事大国对它趋之若鹜,纷纷制定了研制计划。

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美国正在研制的高超音速武器

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X-51A高超音速飞行器试飞成功

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美军B-52H轰炸机搭载X-51A高超音速飞行器

毫无疑问,高超音速武器的出现将从根本上改变未来战争的模式。那么,高超音速武器究竟是一种什么样的武器呢?

自从喷气式飞机等航空器出现之后,“马赫”这个速度计量单位便频频出现在了人们的视野里。“马赫”是以奥地利物理学家马赫的名字而命名,运用在航空器方面一般指“飞行马赫数”。它是飞行器在空气中的运动速度与该高度前方未受扰动的空气中的音速的比值。

注意啦,重要的事情只说一次!“马赫数”与“音速”是两个完全不同的概念。

音速是声波在介质中的传播速度。介质的性质和状态不同,声波的传播速度也不一样。比如,声波在水中和在大气中的传播速度差距就很大。另外,在海平面的空气中,气温每升高1℃,音速约每小时增加2.16千米。

马赫数是飞行器的飞行速度与当地音速之比。因此,在不同气象、不同气温条件下,马赫数是不同的。所以,马赫数并不能固定地换算成每小时多少千米,我们只能通过马赫数来大致了解飞行器的速度。一般物理学上定义为在1个标准大气压和15℃的条件下,声波在空气中的传播速度约为每秒344米,换算下来约为每小时1238千米。

当飞行器的速度小于0.8倍音速称之为“亚音速”,速度在0.8~1.2倍音速之间称“跨音速”,速度在1.2~5倍音速之间称“超音速”,速度在5~10倍音速之间称“高超音速”,速度达到10~25倍音速称“高-超高音速”,速度大于25倍音速则称为“超-超高音速”。

由此可见,高超音速武器就是指以高超音速飞行技术为基础,能以5倍以上音速飞行的武器。目前,高超音速飞行器大致可分为高超音速滑翔飞行器、高超音速巡航飞行器、高超音速飞机这三大类。

世界首架既能在地球卫星轨道上飞行,又能进入大气层的航空器——X-37B无人驾驶空天战斗机

高超音速飞行器的概念,最早由奥地利科学家欧根·桑格尔博士于1933年在其《火箭飞行技术》一书中提出。他想象中的“火箭飞机”, 能够在火箭的推送下进入太空以获得一定的速度矢量,然后在大气层和太空的交界处利用重力和空气升力的联合作用,以“打水漂”的方式实现10马赫的速度在70千米高度飞跃20000千米以上的距离。桑格尔的设想被认为是高超音速滑翔飞行器的源头,其飞行轨迹也被称之为“桑格尔弹道”。

那么,我们如何来区分高超音速武器和传统高速飞行武器呢?高超音速武器又具备哪些特点呢?

飞行轨迹全程可控,弹道位于临近空间,采用了飞行器的气动布局,飞行速度大于5马赫是衡量超高音速武器的主要标准,也是区别其与传统高速飞行武器的主要指标。

高超音速武器具有的首要特点当然就是速度快。例如,以两地之间的距离5000千米计算,普通的民航客机速度大约为每小时800千米,它完成这个航程至少需要6个小时以上,而如果高超音速武器以5马赫的速度飞行,只需要50分钟左右,以10马赫的速度飞行仅需25分钟。

高超音速武器具备的第二个特点是防御难。因为速度极快,它留给对方的防御时间就非常短暂。同时,它还拥有与传统导弹不同的跳跃式弹道系统。这种弹道是不规则的,很难预测。

高超音速武器具备的第三个特点是命中精度高、破坏力大。高超音速武器全程制导,导航误差小,能够十分精准地打击目标。它的战斗部采用的是动能弹,在重力加速度的作用下,其在高超音速飞行过程中会产生巨大的冲击波以及高温、高压,从而产生很大的破坏力。

高超音速武器具备的第四个特点是附带损伤小。由于它采取的是动能撞击,并且命中精度高。所以,它自然而然对打击目标以外的其他地方带来的损伤就会减少。



SR-72高超音速无人侦察机

20世纪50年代开始,美国、苏联等军事强国就已经开始研制高超音速武器。到目前为止,包括印度、德国、澳大利亚、日本等国,开展高超音速武器研制的国家已经有十多个。

2000年开始,美国开始秘密进行了一系列的高超音速飞行器试验。他们将高超音速导弹、高超音速侦察飞机以及高超音速空天飞机作为其未来高超音速武器的主要发展方向。

所谓空天飞机是航空航天飞机的简称,它既有飞机发动机又有火箭发动机,能够从飞机场跑道上起飞,以高超音速在大气层飞行,然后直接进入太空。

由美国波音公司研制的X-37B无人驾驶空天战斗机是世界上首架既能在地球卫星轨道上飞行,又能进入大气层的航空器,结束任务后还能自动返回地面的高超音速空天飞机。

X-37B全长8.9米,高2.9米,翼展4.55米,发射重量约5吨,其载荷舱能够容纳重达227千克的有效载荷。它由“阿特拉斯-5”运载火箭送入近地轨道,其在轨速度可达每小时28044千米(约22马赫)。

SR-72高超音速无人侦察机,代号“临界鹰”,是由美国洛克希德·马丁公司研制的集情报收集、侦察、监控、打击等诸多功能为一体的高超音速武器。由于它是用来替代SR-71“黑鸟”高空高速侦察机的,因此也被称之为“黑鸟之子”。

SR-72设计的飞行速度可达6马赫,采用了涡喷发动机与超燃冲压发动机相结合的动力模式。其先用涡轮引擎让飞机加速至3马赫,然后使用超燃冲压发动机继续加速到6马赫。从目前美国披露的信息来看,SR-72大约将于2020年进行首飞,预计到2030年左右开始服役。


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俄罗斯和印度各自正在研制的高超音速武器

2018年底,在成功试射了一枚高超音速导弹之后,俄罗斯总统普京宣布:“俄罗斯至此拥有了一种新型战略武器。”

实际上,早在几年前俄罗斯便成功试射了高超音速武器弹头YU-71。YU-71的飞行速度超过每小时11000千米(约9马赫),它既可以用作洲际弹道导弹的弹头,也可以装备在远程战略轰炸机上。

YU-71利用洲际弹道导弹的液体火箭推送到大气层以上的高度,然后采取跳跃和变轨的方式来突破对方的导弹防御系统。欧美将它称之为“航空弹道飞行器”,这也意味着YU-71的飞行轨道无法预测。也就是说,它可以任意机动,使敌方的防空和反导系统根本无法拦截。

3M22锆石高超音速反舰巡航导弹是俄罗斯最新研制的一种高超音速武器,被俄罗斯媒体盛赞为“无懈可击的航母杀手”。其射程约400千米,飞行速度可达8马赫。俄军计划将其首先装备在“彼得大帝”号和“纳希莫夫海军上将”号核动力巡洋舰上。

从理论上来说,导弹速度一旦超过2.5马赫,目前所有的防空、反导系统对它都只能“望尘莫及”。首先拦截导弹的速度根本追不上速度8马赫的锆石高超音速反舰巡航导弹。其次,防空炮火的雷达甚至都捕捉不到它。再者,因为太快,舰船的近防武器系统也对它基本无效。

众所周知,传统的突防武器的速度一般都在3马赫以下,高度则在30千米以下。而高超音速武器的速度至少可以达到5马赫以上,高度可达100千米。这就使得现有的防空反导系统都形同虚设,全无用武之地。

不过,到目前为止能够成功试射高超音速武器的国家仍然寥寥无几。由于在研制过程中还存在许多难以解决的技术问题,比如怎样突破高超音速武器飞行当中的热障问题(飞行器飞行速度超过一定界限时,因高速气流引起机体表面温度急剧升高而遇到的障碍)、控制技术、变轨技术等,所以高超音速武器距离投入实战可能还需要相当长的时间。 

作者: 

初审、一校:胡慧亭

复审、二校:孙世奇

终审、三校:陈光中

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