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刚刚!中国连续2天成功试射“高超音速飞行器”?何为“高超”引网友与大V争议!

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来源:军武速递官方


7月3日晚间,生活在中国北部、西北部地区的居民们,再度看到了“天降异象”,从网上流传出的视频来看,一道耀眼的尾迹从地平线上升起,尔后缓缓划过天空,景象既诡异又壮丽;


网传视频截图

7月4日,根据西北工业大学微博的消息,称西工大航天学院空天组合动力创新团队研制的“飞天一号”验证机在西北某基地成功发射,对火箭、亚燃、超燃等多飞行模态进行了综合验证;


西北工业大学官宣“飞天一号”验证机成功发射

尽管目前没有证据可以证明,西北工业大学的微博和前一天晚上的“天降异象”是一码事。但是,我们能够确认,中国的高超音速飞行器研发事业,又往前大大迈进了一步。

西北上空不明飞行物的尾迹(来源:微博@刘柏柏)


“高超”的定义

不过,咱们说了这么长时间的高超音速,估计有些最基础的内容,大家反而闹不清楚了。比如“高超音速”和“高超音速飞行器”的定义,最近都出现了比较大的争议:


《睡前消息》的一期节目引发极大争议(图片源自互联网截图)

毕竟,所谓的“高超音速”,在很多人的印象里,基本上可以和“速度快”三个字等同起来。那既然是“速度快”,弹道导弹速度挺快的,航天飞机再入的时候速度也快。比如典型的洲际弹道导弹目标,主动段结束关机速度一般在7千米/秒左右,而航天飞机再入大气层时,进入卡门线(地球大气层与外太空的分界线,大约在海拔100公里)以下后,速度也高达15倍音速以上。


网络图

那么,为何弹道导弹和航天飞机等不能被称作是“高超音速飞行器”,现代的高超音速飞行器,在技术层次上应该具备哪些技术要件,具体的实现形式是什么,高超音速飞行器的技术和战术优势又到底体现在哪些方面呢?


桑格尔博士最初设计的飞行器

先说高超音速飞行器的定义好了,从高超音速飞行器的发轫、也就是纳粹德国火箭科学家桑德尔和佩内明德基地进行相关测试的情况看,最早的高超音速飞行器,被定义为一种可以借助自身升阻比、进行高空滑翔、以达到较大射程的飞行器。这一概念基本上奠定了高超音速飞行器的几个关键性的、和典型的弹道导弹与航天飞机能够有效区分的要素:


网络图

一是从飞行器的射程实现形式来看,高超音速飞行器的射程实现,来自于借助低层大气的气动滑翔。为此,需要火箭发动机或喷气式发动机为其赋予初始速度,当然高超音速飞行器自身也可以具备动力性能,而典型的弹道导弹射程实现形式来自于导弹主动段赋予它的关机速度、以及滑行段的弹道惯性;


钱学森发明的“飞向巴黎”,也就是著名的“钱学森弹道”

二是从飞行器的飞行弹道来看,高超音速飞行器由于需要进行气动滑翔,因此其弹道基本位于卡门线以下,同时弹道呈现出飞行器滑翔特征。而弹道导弹和航天飞机的飞行,如IRBM(中程弹道导弹)和ICBM(洲际弹道导弹),在主动段尚未结束前已经离开卡门线范围,进入外层空间,在再入前也不会再返回到卡门线以内,同时弹道导弹的弹道呈现出抛物线而非滑翔特征;


俄罗斯先锋(上)与美国HTV-2(下)高超音速滑翔体

三是从高超音速飞行器的外形设计来看,必须具备较高的升阻比,其气动设计的要求要远高于典型的弹道导弹。弹道导弹在外形设计上,在减阻上的考虑占据大头,毕竟要降低导弹在低层大气中飞行的阻力,而高超音速飞行器要求能够在卡门线以内进行滑翔飞行,对于升阻比的要求远远高于典型的弹道导弹。


网络图

这三个技术要素互相串联:射程实现形式的不同,决定了高超音速飞行器飞行轨迹和典型的弹道导弹、航天飞机飞行轨迹的大相径庭。而高超音速飞行器独特的、在卡门线以内进行滑翔飞行的飞行轨迹,又决定了高超音速飞行器在气动外形设计上,和弹道导弹和航天飞机的不同之处。


东风17/网络图

因此,通过以上的分析,我们大概就能知道,何为高超音速飞行器了:一种主要飞行轨迹位于卡门线以下(也有可能在卡门线边缘)、借助空气动力进行滑翔飞行、飞行轨迹相对比较平直(有跳跃轨迹)、从而达到较大的飞行速度和较远射程的新型飞行器。


东风41

而与之相对的,典型的弹道导弹就是:一种主要飞行轨迹在卡门线以上(排除短程弹道导弹),借助火箭发动机动力进行弹道式飞行,飞行轨迹具备典型的抛物线特征,从而达到一定射程的飞行器,这样咱们就能分清高超音速飞行器和弹道导弹的不同了。


几种典型的高超

说完了高超音速飞行器的定义,咱们接着来说说目前几种典型的高超音速飞行器的技术实现形式,以目前中、俄、朝等国高超音速飞行器的技术实现形式来看,可以进行如下分类:


曾在试射中打出过水漂状弹道的朝鲜火星-11乙

在高超音速滑翔体的设计上,目前已经发展了两代,包括第一代的双锥体高超音速滑翔体,第二代的乘波体高超音速滑翔体。前者包括朝鲜人民军火星炮兵部队的火星-11某改进型,美军目前尚未研制成功的LRHW也属于这一范畴;而后者目前公开的(部分公开)包括俄军的UR-100R“军刀”弹道导弹配备的高超音速滑翔弹头,美军尚未研制成功的AGM-183A“ARRW”也属于这一范畴。


美军LRHW

这两种滑翔体设计各有优劣,两相对比,双锥体高超音速滑翔体的容积比较大,可以很方便地安排制导设备和战斗部等,投送效率比较高,同时设计也相对简单,属于比较容易实现的高超音速滑翔体技术形式。但是,双锥体滑翔体的升阻比性能是相当一般的,自然滑翔能力要相对差一点。

而乘波体高超音速滑翔体的优势正好相反,升阻比性能出众,自然滑翔性能也要好于双锥体高超音速飞行器。但由于其外形设计是复杂的多曲面结构,对空气动力学、流体力学和飞行器热管理等要求极高,同时,它的滑翔体内部容积也不如典型的对称结构的双锥体高超音速滑翔器。这使得乘波体滑翔器在制导设备、控制机构和战斗部的结构安排上要局促不少。


网络图

而在高超音速飞行器的动力分类上,同样也可以分为两类:


米格-31发射“匕首”画面

一种是自身不具备自主动力性能的高超音速滑翔器。这种高超音速飞行器一般采用两级体制,包括一个火箭助推器和头部的、无动力滑翔器,发射之后由火箭发动机将滑翔器带到超高空、卡门线以上,随后火箭发动机和滑翔器分离(也有可能不分离,比如X-47M2“匕首”)。滑翔器有一个“下压”的动作,重新进入卡门线以下,在卡门线以内进行滑翔飞行,飞行弹道一般会采用“水漂”式的滑翔导弹弹道。


俄军“戈尔什科夫海军元帅”号护卫舰发射“锆石”高超音速反舰导弹

另外一种则是具备自主动力性能的高超音速飞行器。这种高超音速飞行器同样采用两级体制,但是第一级火箭发动机抛弃之后,第二级高超音速滑翔器可以具备自主动力性能,比如配备超燃冲压发动机,由自身携带的氧化剂和燃料箱,在卡门线以下进行远程自主动力高超音速飞行。


美国X-51A高超音速飞行器

两种技术实现形式同样各有优劣,高超音速滑翔器(HGV)不需要考虑超燃冲压发动机的研发问题,只需要考虑到滑翔器的气动设计问题,技术门槛相对较低;而具备自主动力的高超音速飞行器(HCM)则必须解决关键性的超燃冲压发动机研发问题,技术实现难度极高。目前似乎只有俄军的3M22“锆石”高超音速反舰导弹疑似进行了工程运用,其它国家的高超音速飞行器均未见类似技术。


网络图

最后要说一说的,是高超音速飞行器的技术和战术优势,其实,通过上面的分析,咱们也可以看出来,某些大V指出的,所谓高超音速的研发初衷和打击目标,是所谓的“打击时敏目标”,其实是一种不算严谨的说法。(当然,作为网络科普节目,节目稿件也许不是主讲人亲自撰写。由于编导水平层次不齐,难免会出现一些偏差)

毕竟,从高超音速飞行器的性能来看,它的全程平均速度固然很快,相比典型的巡航导弹或超音速巡航导弹等,具备相当巨大的优势,但是,它在速度方面的优势,相对于弹道导弹并未达到代差,毕竟弹道导弹的关机速度和再入速度,并不亚于典型的高超音速飞行器。


萨德系统

因此,要打击时敏目标,其实弹道导弹相比于高超音速飞行器,二者可以说是各有优劣,比如连美军之前都计划过,使用海基的“三叉戟II-D5”型潜射弹道导弹,带上常规弹头,打击阿富汗的时敏目标,就是发挥弹道导弹打击时敏目标优势的体现。

相对于典型的弹道导弹,高超音速飞行器的优势在于三个字:差异化。


俄媒关于“锆石”的介绍

一方面,它的飞行高度比较低,在卡门线以下,进入末段后还可以逐步降高,将高度进一步降低到距离地面30到50千米左右。以THAAD系统配备的AN/TPY-2型雷达为例,对于飞行高度300千米的目标,探测距离可以达到2000千米以上;但是对于飞行高度50千米的目标,探测距离将迅速缩水到700千米左右,这对于高超音速飞行器的隐蔽突防具备极高的战术意义。


西北工业大学出品

另一方面,高超音速飞行器在滑翔过程中,具备极佳的轨控能力。毕竟典型的弹道导弹在飞行过程中,一旦主动段结束,则不具备较好的轨控能力,只有较强的姿控能力。因此,其弹道是可以预测的,这也是当前反导拦截系统实施中末段拦截的技术基础。而高超音速飞行器在飞行全过程,其滑翔轨迹可控,尤其是可以进行复杂的横向机动,最远的横向机动范围甚至可以达到数百甚至上千千米,这对于当前的反导拦截系统来说不亚于灭顶之灾,其飞行轨迹完全没有预测算法。

这二者结合起来,使得高超音速飞行器的打击突然性和突防性能,要远远强于典型的中远程弹道导弹,这也是高超音速飞行器的独特魅力。总之,高超音速飞行器作为典型的新质战术兵器,目前的发展甚至才刚刚起步,还具备无限的发展空间,对此,值得我们继续关注。

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