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国外高超声速飞行器发展概述

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发表于 2019-4-25 19:13:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
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作者: 太阳谷 高端装备发展研究中心


高超声速飞行器作为一种新式导弹武器发展方向,因其极快的飞行速度,大大压缩了战场上对手做出反应的时间,同时降低了目前世界上现有防御系统的有效性,因此具有非常重要的战略意义。目前世界上高超声速飞行器主要由美国、俄罗斯和中国进行研发,其他国家目前多以合作的方式进行开发。

国外高超声速飞行器发展概述

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美国
美国至今为止已经开展过大量与高超声速飞行器相关的研究项目,不过其中的诸多项目都因为技术或者资金问题而取消,不过美国一直没有在该领域放缓研究的步伐。

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HTV-2的高空试验数据可能是Falcon项目仅存的硕果
美国的高超声速武器主要由美国国防高级研究计划局(DARPA)推动,其主持的“猎鹰”高超声速技术飞行器(Falcon Hypersonic Technology Vehicle)项目通过一系列高超声速技术飞行器进行大量的飞行测试积累实验数据,共包含四种高超声速飞行器。其中的HTV-2第一次飞行提供了空气动力学和飞行性能的数据,而第二次飞行提供了有关结构和高温的信息之后坠毁,而HTV-1和HTV-3X的项目则因为技术难度与现有技术水平差距过大而相继被取消。该项目中的X-41通用航空飞行器则最为神秘,自2003年立项之后甚至没有公布过任何照片,对外透露的信息极少,不过据相关信息显示其飞行速度至少为7马赫,最高可达到9马赫,是一种用于高超声速洲际弹道导弹和巡航导弹以及民用可重复使用火箭和消耗性火箭空中发射的通用高空作业平台。

此外,DARPA还主导过ArcLight高超声速滑翔飞行器项目,用以取代老旧的战斧导弹,但同样因为资金问题在2012年取消。

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美国爱德华兹空军基地B-52机翼下的X-51A
而美国空军主持的高超声速飞行器项目则出现更多成果,如波音的X-51 Waverider和洛克希德马丁的HSSW高超声速巡航导弹。而美国空军最新的高超声速飞行项目则是在2018年10月公布的X-60A。X-60A正在由位于亚特兰大的Generation Orbit发射服务公司开发,旨在帮助美国空军完善超燃冲压发动机推进、高温材料和自动控制等技术。X-60A能够达到6138英里每小时的速度,飞行器将从湾流III喷气式飞机发射并使用单级哈德利火箭发动机作为动力,该发动机燃烧液态氧和煤油推进剂,可以爬升至高达13000英尺的高度。美国空军将该飞行器称为“飞行风洞”,用以测试材料和其他技术在飞行速度超过声速的五倍时的表现。该飞行器的首次试飞将于2019年末进行,计划测试速度为6马赫。此外,在2018年8月,美国空军还授予洛克希德马丁公司一项4.8亿美元的合同,开发其第二个高超声速武器原型:空中发射快速响应武器(ARRW)。

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美国陆军和海军也在高超声速飞行器方面开展了研究,2011年11月17日,美国陆军航天与导弹防御司令部和陆军战略司令部进行了“先进高超声速武器”(AHW)的首次飞行试验,最终飞行3900km击中里根试验场的目标。该项目目前依然在持续进行中,主要由美国海军负责,已经于2014年和2017年进行过一系列测试,并搜集了高超声速滑翔的技术数据和长距离气动飞行的靶场表现数据,美国海军计划在2019年将再进行一次试验。


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洛克希德马丁已经确认正在生产SR-72高超声速侦察机
此外,美国还有SR-72等非政府机构开发的高超声速战略侦察机概念项目。我国相关专家表示,美国高超声速武器的研发当前已经转变到战区战略打击的范围之内,重点发展5-10马赫的中程打击武器,以及多用途、多平台发射的高超声速武器。

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 楼主| 发表于 2019-4-25 19:14:59 | 显示全部楼层
俄罗斯

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搭载在MIG-31上的Kinzhal导弹
与美国相比,俄罗斯在其高超声速飞行器项目方面则公开了更多的内容,俄罗斯最为典型的项目是其Kinzhal高超声速巡航导弹,在俄罗斯之前公布的视频中,该导弹可以从MIG-31猎狐犬拦截器从高空释放最后击中水面舰艇。俄罗斯表示该导弹射程约为1250英里,最高速度超过10马赫。

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Avangard高超声速滑翔飞行器,即YU-71
此外,俄罗斯还拥有Avangard高超声速滑翔飞行器,也被称为Project 4202,已于2018年3月投入使用。Avangard(此前称为Yu-71和Yu-74)在2015年2月至2016年6月进行了一系列飞行测试,这些测试是在Dombarovsky ICBM现场发射的UR- 100UTTKh洲际导弹上进行的,Avangard滑翔飞行器达到了11200的速度公里/小时,最后试验场的目标被击中。2018年3月1日,俄罗斯总统弗拉基米尔•普京亲自宣布,该武器的测试现已完成,导弹进入批量生产,作为六种新的俄罗斯战略武器之一。

与装载在洲际弹道导弹上的传统弹头的弹道轨迹相比,Avangard需要在密集的大气层中飞行数十公里的高度。在沿着飞行路径并基于其高度进行操纵时,滑翔机可以绕过敌方导弹防御系统的探测和拦截。Avangard由复合材料制成,可以承受几千度的高温。俄罗斯的Avangard超音速滑翔机还配备了由Nauka研究和生产协会开发的温度调节系统。Avangard长约5.4米,飞行速度可以超过20马赫,它可以装备核弹头或常规弹头,其弹头的爆炸当量可以超过两百万吨。

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搭载Avangard的RS-28 Sarmat导弹
而随着Rubezh计划的关闭,RS-28 Sarmat已成为Avangard系统的主要发射载体。

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 楼主| 发表于 2019-4-25 19:15:48 | 显示全部楼层
欧洲
欧洲的高超声速飞行器飞行项目相比美国、俄罗斯和中国的研究,更加偏向民用领域,如英国REL公司的Skylon飞行器和德国DLR的SHEFEX飞船。

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LAPCAT高超声速客机概念图
欧盟已经投资了三个关于高超声速技术的研发计划:长期先进推进概念和技术(LAPCAT II),中间实验车辆(IXV)和轻量级先进结构的航空热力学负荷(ATLLAS II)。LAPCAT II旨在开发一种民用运输飞机,能够使用英国国防承包商Reaction Engines设计的混合涡轮超燃冲压发动机以高达5马赫的速度巡航。此外,ESA还投资了一种实验性亚轨道载体,用于测试(高超声速)轨道速度和轨迹的大气再入条件,称为IXV。为了达到计划目标,ATLLAS II项目设计和开发轻质高温材料。

挪威是Andoya测试中心的所在地,该中心为世界各国提供全面的高超声速测试。

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法国与俄罗斯合作的LEA高超声速飞行器项目
法国正在开发用于空对地核武器运载工具(目前称为ASN4G)的高超声速巡航导弹技术,但法国政府表示该武器仍然需要继续开发至2030年以后。其他发展计划依赖于与俄罗斯的合作;法国计划在2014年至2015年期间从俄罗斯的俄罗斯轰炸机发射LEA飞行器(缩写代表俄语“飞行试验飞行器”)的飞行试验,但目前尚不清楚这些测试是否完成。该飞行器由法国公司MBDA和ONER A开发,目前仍然被列为活跃计划。

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SHEFEX 3高超声速飞行器
德国的SHEFEX项目是由德国航空航天中心(DLR)主导开发的高超声速飞行器计划,该项目的第一个试验飞行器为SHEFEX 1,但在2005年的发射中出现了问题,之后的SHEFEX 2是DLR吸取教训研制的第二个飞行器。SHEFEX 2的外形十分特别,其表面由多个平面组成,整体形状类似于有棱边的子弹头,但机身如六角铅笔一样有棱边。2016年,DLR计划推出速度更快的SHEFEX 3,并在空中停留更久的时间(约15分钟)。目前该项目也在继续活跃中。


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 楼主| 发表于 2019-4-25 19:16:14 | 显示全部楼层
印度
印度正在与俄罗斯合作开发BrahMos II高超声速巡航导弹,未来该导弹可以成为传统的反舰型导弹。BrahMos II被认为是对俄罗斯Tsirkon高超声速导弹的改型,正如目前的印度与俄罗斯合作开发的rahMos I超声速导弹是俄罗斯Oniks导弹的改型一样。印度声称BrahMos II将于2017年底飞行,但是这个时间被一再延迟。值得关注的是,印度已经对外出口了BrahMos I,因此BrahMos II未来也有可能投放市场中。

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印度和俄罗斯合作开发的BrahMos II高超声速巡航导弹
另外,印度本土正在开发一种高超声速演示飞行器(HSTDV),旨在开发出一种HCM,其设计飞行速度可达7马赫。然而,该计划始终未能达到预定的目标。

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 楼主| 发表于 2019-4-25 19:16:45 | 显示全部楼层
日本
日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)在2005年就发布了一份使命宣言,即JAXA 2025,其中详细说明了JAXA将会研发一种能够以5马赫的速度进行巡航的高超声速商用飞机。以此为目标,日本大力投资高超声速研究,并且是欧盟的未来航空运输研究与创新高速关键技术(Hikari)计划的合作伙伴。Hikari项目主管希望在2020年之前开始对未来的高超声速飞行器进行实验。日本的本土研究重点是高超技术实验飞机(HyTEx)。然而,该计划仍处于发展的早期阶段。

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日本自卫队准备在2026年装备的新型高速滑空弹
日本在2018年初公布的最新平成30年防务白皮书中,用于反舰作战的高超声速武器再次现身,日本将其称为高速滑空弹。该武器和陆基宙斯盾反导系统、SM-3 Block IIA反导拦截弹等同属重点武器项目。从日本官方资料看,高速滑空弹实际上就是日本用于对付军舰的高超声速武器。日本防卫省平成29年度评估书已经公开,提到的13项新型兵器预研除了新式反舰导弹、未来中距空空导弹等传统武器外,还意外的出现了“高速滑空弹”技术研究。日本计划平成30年(2018年)高速滑空弹开始进行预研,目前已经列入重点研究项目加速发展。通过研制高速滑空弹,日本将可能掌握高性能的固体火箭发动机技术、高超声速乘波体外形设计、高超声速飞行器的防热技术和制导控制技术。

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 楼主| 发表于 2019-4-25 19:17:20 | 显示全部楼层
澳大利亚

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澳大利亚和美国合作开发的HIFiRE超燃冲压发动机
澳大利亚昆士兰大学的一群世界级的高超声学研究人员参与了与美国和欧洲的超燃冲压发动机技术的一系列合作。Hypersonic国际飞行研究实验(HIFiRE)计划是澳大利亚国防科技集团和美国空军研究实验室的长期合作项目,其他澳大利亚和美国企业也参与其中。2016年5月,研究人员以高达7.5马赫的速度成功进行了稳定且节能的超燃冲压发动机原型测试。相比之下,澳大利亚本土的高超声速研究项目遇到了一些挫折,因此近年来资金减少。

总结
高超声速导弹目前主要由美国、俄罗斯和中国主导开发。除了这三国之外之外,其他国家和一些大型军工集团也正在向高超声速技术的研发投入大量资源:印度和法国目前走得最远,其次是澳大利亚、日本和欧盟。目前虽然俄罗斯和美国更愿意为发展导弹系统制定双边协议,但欧洲国家和日本已经建立了旨在开发高超声速商用客机的联合项目。然而,高超声速技术的双重用途性质、高超声速研发的广泛性、研究的公开发表以及拥有全产业链垄断地位的国际大型企业的能力都对防扩散措施构成了重大挑战。
主要参考文献:
[1]        Richard H. Speier,George Nacouzi,Carrie Lee,Richard M. Moore. U.S.-Russia-China Cooperation Could Hinder the Proliferation of Hypersonic Missiles, Reduce Risk of Strategic Wars. 2017.9.27
[2]        Elliot Gardner. Hypersonic weapons: can anyone stop them? 2018.10.16
[3]        Simplement Rafale. Senadores franceses piden acelerar el desarrollo del ASN4G. 2017
[4]        JOSEPH TREVITHICK. Here's The Six Super Weapons Putin Unveiled During Fiery Address. 2018.3.1
[5]        JAMES BOLINGER. Air Force names its hypersonic flight research vehicle the ‘X-60A’. 2018.10.17
[6]        Dave Majumdar. We Now Know How Russia's New Avangard Hypersonic Boost-Glide Weapon Will Launch. 2018.3.20
[7]        Zachary Keck. Can America's Military Match China's Hypersonic Weapons? 2018.10.17
[8]        Valerie Insinna. STRATCOM head: Don’t doubt Russia’s drive to develop ‘invincible’ hypersonic missile. 2018.4.17
[9]        Brian wang. Japan and Europe cooperating to develop the technology for hypersonic commercial passenger planes. 2015.3.9
[10]        张雪松. 日本研制高超声速武器,打造反航母“杀手锏”武器. 2018.9.30

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