新一轮高超声速武器竞赛来临？美国或落后中俄
来源：国际航空(ID:interavi)，作者：易建平 廖孟豪 中国航空工业发展研究中心
2月中旬，《航空周刊》对美国国家科学院的一份关于高超声速武器的报告进行了解读，认为美国在高超声速武器领域的优势正在丧失，且可能落后于中俄两国，因而需要加快相关能力的采办进度。
美国国家科学院研究报告的主要结论
2015年4月，美国空军委托美国国家科学、工程和医学研究院(NASEM)开展一项研究，旨在评估未来的高速机动武器(主要指高超声速助推滑翔导弹和高超声速巡航导弹等)对美国带来的威胁，并提出了应对措施。为此，2015年10月，NASEM组建了未来空军高速武器系统防御需求研究委员会，由11名来自高校、军工企业、智库的专家和退役军官来负责这一课题。研究团队在调研了美国国务院、国防部、战区司令部、空军、海军、导弹防御局、国家重点实验室和兰德公司等一系列政府、军方和智库机构之后，完成了《高速机动武器：美国全球警戒、到达与力量面临的新威胁》研究报告。2016年11月，该研究团队发布了脱密版的报告摘要;2017年2月，《航空周刊》杂志以封面文章的形式对该报告进行了解读。
美国多方发出警告，认为美国在高超声速领域面临被赶超的危险。
综合脱密版报告的摘要和《航空周刊》的文章，该报告的主要研究结论包括：
● 高速机动武器不能简单视为传统弹道导弹或巡航导弹的改进改型，而是一种有效结合了高空、高速、机动等飞行技术特征的全新打击武器;
● 中国和俄罗斯在这类武器上“投资巨大、进展显著且成就惊人”，这类武器“将威胁到美军在前沿部署的部队，甚至将直接威胁美国本土”，从而威胁美军践行“全球警戒、全球到达和全球力量”的战略;
● 从防御的角度看，不存在某项或某几项特定装备或技术能够有效防御这类威胁，应以“协同有序、适时恰当的方式”，持续、广泛地开展防御技术和装备研发工作，同时应从非装备角度考虑问题，改进跨军种协同作战机制，提高协同作战效率，从全军层面进行综合防御;
● 这类武器的最佳防御手段——可能也是唯一有效的防御手段，是美国对等发展自己的高速机动武器，从而“以攻代守”，慑止对手可能发起的高速机动打击;
● 近年来，美国高速机动武器的发展进入“慢车道”，连续多年没有重大试飞活动，优势正在逐步丧失，且可能落后于中俄。因此，美国应考虑调整采办策略，加快高超声速技术的研发和转化，尽快研制出美国自己的高速机动武器。
美中俄研究进展不一
根据公开报道，美国在2009—2014年累计进行了8次高超声速试飞活动。其中，HTV-2试飞了两次，AHW也试飞了两次。这两种飞行器都是通过运载火箭助推达到高空，然后再以高速滑翔的形式再入，主要区别在于前者的发展目标是可重复使用高超声速飞行器，后者则是一次性导弹武器。另外，以超燃冲压发动机作为动力的X-51A进行了4次试验，实现了长达210s的高超声速飞行。
据《航空周刊》报道，中国在2014—2016年累计进行了7次高超声速飞行器的试飞(全部为DF-ZF或WU-14)，另外还可能进行了一次类似X-51A的超燃冲压飞行器试飞。《航空周刊》认为，俄罗斯在2011—2016年累计进行了7次高超声速飞行器试飞，其中Yu-71/74飞行器进行了6次试飞，“锆石”高超声速导弹进行了一次试飞。从以上数据可以看出，美中俄三国的高超声速试飞活动频度基本相当，不同之处在于中俄两国的试飞主要集中在最近两三年，而美国近两年没有进行任何试飞活动，因此仅在表面上呈现出“美国衰退、中俄崛起”的态势。
但从项目规划的角度看，美国并没有放松高超声速武器项目的研制工作。2016年9—10月，美国国防预研局(DARPA)和美国空军研究实验室(AFRL)在“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)项目下，先后授予洛克希德·马丁(洛马)公司1.71亿美元和雷神公司1.75亿美元，用于第二阶段的工作，包括详细设计、试制和试飞。同样在2016年9月，DARPA和AFRL在“战术助推滑翔”(TBG)项目下，联合向洛马公司授予1.47亿美元的合同，同样用于第二阶段的工作。这两个项目很可能在2020年前实现首飞。从2017年美国国防预算可以看出，“常规快速全球打击”(CPGS)项目按计划完成了潜射型高超声速助推-滑翔导弹技术验证系统的关键设计评审，将在2017年完成首次试飞。
从公开报道看，俄罗斯的进展要领先于美国。2016年3月，据俄罗斯卫星网报道，俄罗斯完成了“锆石”高超声速巡航导弹(射程约为400km，速度为Ma5~6)的首次试射。不过，这次试射是在陆地进行的，首次海基试射将于2017年上半年进行，并于2017年年底前完成全部测试，2022年进入服役。据俄卫星广播报道，2016年4月和10月，俄罗斯的4202项目成功进行了两次战略级高超声速助推-滑翔飞行器试飞，有望于2020—2025年列装。
《航空周刊》和《华盛顿自由灯塔报》等媒体均声称中国已经利用DF-21系列固体和液体弹道导弹完成了7次高超声速助推-滑翔导弹试飞，并称国防科技大学王振国团队在2015年10月成功测试了以超燃冲压为动力的高超声速飞行器。
美国国会美中经济与安全评估委员会在2016年发布年度报告，认为中国将在2020年列装高超声速助推-滑翔导弹，在2025年列装高超声速巡航导弹。俄罗斯媒体多次报道称俄罗斯将在2020—2025年陆续列装一定规模的高超声速助推-滑翔导弹，在2022年列装“锆石”高超声速巡航导弹。美国目前还没有做出高超声速导弹的装备发展决策，只是计划在2019年完成高超声速助推滑翔-导弹和高超声速巡航导弹的集成演示验证，预计将在2025年前列装。
美国各界呼吁加速发展
自2016年以来，美国军方和工业界以及智库多次发出警告：美国在高超声速领域面临被赶超的危险，并强烈呼吁美军调整并加快高超声速武器的采办进程。2016年3月1日，美国空军协会米切尔研究所发布了题为《高超声速武器与国家安全：21世纪的突破》的研究报告，从发展路线、采办策略、关键技术、试验设施和人才培养等5个方面，建议美国全面加快推进高超声速导弹武器技术研发，提前谋划技术转化应用，加快型号立项和研制，以快速形成作战能力。2016年3月6日，美国国防部副部长罗伯特·沃克甚至公开表示，中国在高超声速领域已经领先于美国，俄罗斯位列第三。
可以预见，未来这类声音还将持续出现，形成一定舆论压力，迫使美国国会和军方加速高超声速武器的采办工作。
然而，外界也注意到，美国国内一直有智库在质疑，配装常规弹头的战略级高超声速助推-滑翔导弹的作战需求是否真实存在。此外，近两年国际上也有声音呼吁禁止发展高超声速导弹，以免打破当前基于核武器威慑平衡的全球稳定局势。
综合判断，美国国内呼吁加速发展高超声速武器的声音更为强势，因此美国在近期加速启动高超声速武器采办程序、完成型号立项将是一个大概率事件。
今年2月22日，美国《防务内情》网站爆出的一则消息进一步加强了上述判断的可信度。2015—2016年，美国时任国防部长阿什·卡特在给国会质询听证的书面答复中明确表示，美国国防部将在2018—2022年率先为欧洲司令部和太平洋司令部初步提供高超声速快速全球打击装备，其他战区则在“2022年以后再列装”。
2016年度国外高超声速飞行器
发展动向综述
本文由空天防务观察(ID:AerospaceWatch)授权转载
作者：廖孟豪
2016年，世界各国继续按照既定框架稳步推进高超声速飞行器技术发展，虽然没有出现特别重大的里程碑成果，但依托一系列新旧项目仍然取得了丰硕进展。总体上，高超声速导弹仍然是当前最为成熟的技术方向，延续了往年投入最大、进展最多、竞争最为激烈的总体态势，主要国家稳步推进全系统集成演示验证，并开始关注型号与采办事宜;高超声速飞机新启动了试飞平台、动力系统集成验证、共性支撑技术研发等一批重大项目，呈现出加速发展的趋势;可重复使用空天运载飞行器仍然以火箭动力飞行器为近期重点开展集成验证，同时不断探索和拓展远期吸气式动力飞行器的技术路线，积极开展方案论证和技术研发。
一、美国
在高超声速导弹方向，按计划顺利完成转阶段美国防部国防高级研究计划局(DARPA)和美空军联合主管的“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)和“战术助推滑翔”(TBG)两个战术级高超声速导弹演示验证项目连续授予了洛马和雷声公司共3份第二阶段(详细设计、试制和试飞阶段)合同(总金额近5亿美元)用以分别开展验证试飞，预计将在2019年实现首次试飞。美国防部“常规快速全球打击”(CPGS)项目按计划完成了潜射型高超声速助推滑翔导弹技术验证飞行试验系统关键设计评审，将在2017年完成首次试飞。近两年来，由于中、俄高超声速导弹发展迅猛，美国各界对加快型号立项和研制部署的呼吁明显增多。2017年能否完成高超声速导弹(特别是高超声速助推滑翔导弹)的装备发展决策或启动相关工作，将是一个里程碑式的重要关注点。
在高超声速飞机方向，新启动了3个重大项目：
——“高频次、低成本高超声速飞行试验(台)”(HyRAX)项目，制造3架可重复使用的高超声速试飞平台(每架寿命200~400架次以上)，在2020-2025年大量开展高超声速技术飞行试验，提升气动、控制、材料、推进、结构和机载系统等技术的成熟度，掌握高超声速科学测量方法及技术;
——“先进全速域发动机”(AFRE)项目，旨在以速度马赫数5、航程2200千米的高超声速作战飞机为牵引，投资6500万美元在2020年前利用现货涡轮发动机(罗罗公司F405涡扇发动机)完成Ma0-5级全尺寸涡轮基冲压组合发动机模态转换的地面集成验证;
——“高速作战系统支撑技术”(ETHOS)项目，计划投入7年周期和3亿美元预算，系统性地开展高速(马赫数3以上)作战平台部件级技术的识别、研发、成熟和验证等工作，以支撑在2025年前将高速作战平台相关技术的成熟度等级提升到6级，在2028年前完成可翻修后重复使用的高速作战系统验证机试飞验证，在2035年前完成可快速周转、不经翻修即可完全重复使用的验证机试飞验证。
此外，美国洛马公司3月份披露正在自主研发一型F-22大小的马赫数6级高超声速飞机验证机，并宣称其研制费用将不超过10亿美元。目前该机正在进行气动布局方案设计。
洛马公司公布的与F-22大小相当的高超声速飞机验证机概念图(美国《航空周刊与空间技术》图片)
在可重复使用空天运载飞行器方向，完成火箭动力飞行器演示验证项目转阶段，持续推进吸气式动力飞行器概念探索和技术研发。“实验性太空飞机”(XS-1)项目完成初步设计评审，正在由第一阶段(初始设计和风险降低)转进到第二阶段(详细设计、制造、集成和地面测试)和第三阶段(飞行试验)，计划2017年选定唯一合同商或团队进入第二、三阶段。美空军研究实验室(AFRL)如期公布了两套基于“佩刀”发动机的水平起降两级入轨飞行器概念方案，此类方案已经纳入成为美国可重复使用空天运载飞行器的重要技术路线之一。此外，美国航空航天局(NASA)仍在持续推动基于涡轮机组合循环(TBCC)动力的水平起降两级入轨飞行器技术发展，在推进马赫数4级大型TBCC进气道模态转换研究项目的同时，授予罗罗公司一份总价值259万美元的合同，用于评估在TBCC飞行研究机概念中采用喷水射流预冷方式扩展F405涡扇发动机工作包线的可操作性。
最后，美澳联合完成了“高超声速国际飞行研究实验”(HIFiRE)项目5b轮次飞行实验，实验中飞行器达到了最大高度278千米，最大速度马赫数7.5，测量了在真实飞行条件下三维复杂流场的边界层转捩、评估了碳/碳化硅材料性能和验证了高性能测温设备等。项目将继续在2017年开展高超声速安全分离、大机动滑翔飞行控制、自适应飞控系统性能、方转圆超燃冲压发动机自由飞行条件下的可操作性和性能等实验。
HIFiRE项目第5b轮次飞行实验中试飞系统起飞瞬间(澳大利亚国防科学与技术组织网站图片)
二、俄罗斯
战术级和战略级导弹项目均完成重大试飞。俄罗斯完成了“锆石”高超声速巡航导弹(射程约400千米，速度马赫数5~6)首次陆上试射活动。“锆石”导弹预计将在2017年上半年完成首次海基试射，年底前完成全部国家测试，2022年进入服役。4月和10月，俄罗斯“4202项目”成功完成了两次战略级高超声速助推滑翔飞行器试飞。俄媒称首批20枚弹头将在2020－2025年完成列装。
披露马赫数4级下一代高速截击机米格-41研制项目，开展高超飞机关键技术研发。1月，俄媒报道称米高扬飞机设计局目前正在开展米格-31后继机——米格-41的设计工作，预计未来两年内将完成一轮设计工作，并计划在2025年可进入批量生产。据称米格-41设计飞行速度为马赫数4.0~4.3。10月，俄未来研究基金会称正在开展高超声速飞机技术研发，并宣称在碳纤维高温复合材料方面取得领先。
俄罗斯“锆石”高超声速巡航导弹完成首次陆基试射，这是俄“卫星”新闻网在报道该消息时采用的配图。但从图中来看，该导弹似应是P-500“玄武岩”反舰导弹，而不是“锆石”。P-500“玄武岩”导弹被北约组织编号为SS-N-12，命名为“沙箱”，最大飞行速度为马赫数2.5(俄“卫星”新闻网图片)
三、印度
从引进和自主双线并行推进战术级高超巡航导弹，但进展缓慢。与俄合作研制的马赫数6~7级“布拉莫斯Ⅱ”高超声速巡航导弹目前正在进行初步设计工作，后期进度各方表述不一，前景堪忧。同时，印度国防研究与发展组织(DRDO)依托“高超声速试验验证飞行器”(HSTDV)项目正在同步自主开展以高超声速导弹为目标、以超燃冲压发动机为核心的高超声速技术研发工作，原计划在2016年12月份进行一次时长约20~22秒的关键试验，但未见公开报道。
在经历数次推延之后顺利完成可重复使用运载飞行器技术验证机首飞和首次超燃冲压发动机带飞点火试验。5月，印度空间研究组织(ISRO)成功完成可重复使用运载飞行器技术验证机(RLV-TD)首飞。RLV-TD验证机是印度瞄准完全可重复使用两级入轨运载飞行器开展的一个技术验证飞行器，长约6.5米，重1.75吨，外形与美国空军X-37B相似。首飞试验中，RLV-TD最大高度达到约65千米，最大速度超过马赫数5，飞行器最终溅落在预定海域，未进行回收。8月，ISRO又成功完成了首次超燃冲压发动机带飞点火试验。印度称该技术未来将用于开展采用吸气式动力的可重复使用空天运载飞行器。试飞系统在达到高度20千米、速度马赫数6的预定条件后，超燃冲压发动机点火启动，并持续工作5秒。此次试验成功验证了超声速点火、稳定燃烧、进气道结构、燃油喷注系统等关键技术。印媒称，此次试验使印度成为全球第四个(独立)实现首次超燃冲压发动机带飞点火的国家。
印度空间研究组织(ISRO)可重复使用运载飞行器技术验证机(RLV-TD)发射前状态(ISRO网站图片)
四、欧洲日本等
欧日等国继续创新探索高超声速飞机技术和概念。英国BAE系统公司与高校联合披露了一种创新的无人驾驶的马赫数5级小型高超声速作战飞机概念构想，并重点推介了一种用来快速制造这种小型飞机的全新的制造技术概念。日本继续开展用于高超声速飞机的马赫数5级预冷高速涡轮发动机技术研发，并披露该技术可军民两用。此外，欧洲数个私营科技公司还在不断探索逆向喷流、电磁减阻、混合电推进等前沿技术在高超声速飞机方向的应用。
英国“佩刀”发动机研发策略出现重大调整，或在高超声速飞行平台领域掀起变革。7月至9月，英国反作用发动机公司放弃原定的全尺寸“佩刀”发动机验证机研制计划，改为率先研制一型1/4缩比验证机，该验证机地面推力为20吨级，吸气式工作速度范围为马赫数0~5左右，尺寸与F-35联合攻击战斗机用的F135大推力涡扇发动机相当。计划2021年集成开展验证机在全部吸气式包线范围内(马赫数0~5)的地面测试，2025年前开展飞行验证。此次调整之后，更小型化的“佩刀”发动机验证机成本更低、周期更短、配装更加灵活，能够更快、更容易找到潜在应用方向，比如多级运载器、X试验机或者高超声速飞行验证机等。