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高超音速武器

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高超音速武器是利用高超音速飞行原理加以武器化的飞弹，可以在较低预算中达到天基动能武器的类似效果。高超音速武器是以五倍音速以上速度飞行的可操纵的武器，主要分为高超音速滑翔机（Hypersonic Glide Vehicle，HGV）和高超音速巡航导弹（Hypersonic Cruise Missile，HCM）两类[1]。高超音速武器是临近至太空底线卡门线以高超音速(5马赫以上)飞行。由超音速冲压发动机或超音速燃烧冲压发动机或火箭提供动力，以滑翔和机动飞行方式对目标发动攻击[1]。高超音速武器具有飞行距离远[2]、飞行速度快、能对远程目标实施即时打击、机动性强、难以被卫星和防空雷达探测到，具有较高的对导弹防御系统的突防能力等特点[1]。

这种武器早在第二次世界大战德国科学家桑格尔就提出构想，不过当时的目标是在高层大气中滑行，这一种“银鸟”空天轰炸机航程很长，可用于跨大西洋轰炸美国。之后中国科学家钱学森也在他的研究之上又提出新理论，称为“钱学森弹道”，认为有可能有一种物体能在极音速持续滑翔飞行。然而当时的科技无法达成这些构想，所以长时间以来都只能纸上谈兵。

冷战后弹道飞弹成为主流，这种超高速滑翔武器于是较少被提及。可是反导技术在80年代开始被发展，于是高速机动飞行的特性使得高超音速再次被注意，在2010年后由于技术逐渐成熟成为国际军事界热点议题，其巨大优势是飞行速度极快导致目前的任何型态反导弹拦截系统都无效，虽然有理论认为光速的雷射武器有可能拦截，但目前雷射武器在大气层中威力弱小射程短，纯粹在理论阶段。另一优势在于超高速度的动能物体自身打中目标时就能引发巨大毁灭性，甚至不需搭载火药弹头。

目前美国、俄罗斯、印度、中华人民共和国、日本、朝鲜、英国、澳大利亚等国皆在研制高超音速武器，而俄罗斯于2019年表示自己是世界上唯一部署高超音速武器的国家[3]，2022年俄罗斯于俄乌战争中首次实战应用高超音速武器匕首导弹[4]。

概念与历史

高超音速武器早于二战时已由德国科学家欧根·桑格尔（德语：Eugen Sänger）等人提出构想，并基于该设想研发出了长航程的在高层大气中滑行的银鸟空天轰炸机（英语：Silbervogel），可用于跨大西洋轰炸美国。之后，中国科学家钱学森在桑格尔的研究之上又提出名为钱学森弹道的新理论，该理论认为有可能有一种物体能在极音速持续滑翔飞行。然而当时的科技无法达成这些构想所以长时间都是纸上理论。冷战后弹道飞弹成为主流，这种超高速滑翔武器于是较少被提及。可是反导技术在80年代开始被发展，于是高速机动飞行的特性使得高超音速再次被注意，在2010年后由于技术逐渐成熟成为国际军事界热点议题，其巨大优势是飞行速度极快导致目前的任何型态反导弹拦截系统都无效[注 1]，虽然有理论认为光速的激光武器有可能拦截，但目前激光武器在大气层中威力弱小射程短，纯粹在理论阶段。另一优势在于超高速度的动能物体自身打中目标时就能引发巨大毁灭性，甚至不需搭载火药弹头。

发射理论为上升段火箭分离后或自飞机脱离，平飞段火箭将任务段发动机推到预定高度和速度。发动机进气道实现高效吸气，供油系统将航空煤油雾化喷入燃烧室，点火系统启动，燃烧室进入预定燃烧状态，发动机稳定工作后，获得持续推力，将弹头送至目标。

构造

高超音速武器分为弹体和推进装置两部份

弹体分为两类[7]：

  • 高超音速滑翔飞行器(Hypersonic Glide Vehicle，HGV) ：速度极快由载具射到外大气层外或边缘施放，利用地心引力或自身发动机加速冲向地表，同时做出滑翔机动对准目标，因拥有滑翔乘波结构，除了能做出一次性外大气层滑翔的钱学森弹道运动，还可做出能重复再进入外大气层滑翔的桑格尔弹道运动，理论能突破10马赫速度，结合部分轨道轰炸系统甚至可环绕地球一圈。
  • 高超音速巡弋飞弹(Hypersonic Cruise Missile，HCM）：与高超音速滑翔飞行器相比较为廉价的飞弹，类似传统巡弋飞弹的运作方式，因无滑翔乘波结构只能作出一次性外大气层滑翔的钱学森弹道运动，但利用高超音速飞行设计也能达到6马赫以上。

推进装置为三类：

  • 超音速冲压发动机（Ramjet, stovepipe jet, athodyd）：喷射发动机利用了引擎的前向运动来压缩空气，而不使用带有可旋转叶片的压缩机。冲压引擎无法在空速为零的时候产生推力，因此无法使飞行器从静止启动。冲压发动机主要是利用高速迎面气流进入发动机后减速使空气增压的航空发动机。通常由进气道（又称扩压器）、燃烧室和喷管组成。航空器飞行时迎面气流在通过进气道的过程中将动能转变为压力能，经压缩后的空气进入燃烧室与燃料混合进行等压燃烧，生成的高温燃气在喷管中膨胀加速后排出，产生推力。让超音速冲压发动机加速到高超音速。超音速燃烧冲压发动机优点有机动力高，缺点为较为高价。
  • 超音速燃烧冲压发动机（Supersonic combustion Ramjet，Scramjet）：超音速冲压发动机的一种，超音速燃烧冲压发动机与超音速冲压发动机的关键差异在于超音速冲压发动机的进气在实际进入燃烧室之前，需经过适当的导流减速到次音速，但超音速燃烧冲压发动机的进气仍可保持在超音速状态，因此不只加速到高超音速还可达到更高的飞行速度。超音速燃烧冲压发动机优点有机动力高，缺点为较为高价。
  • 火箭（rocket）：用固体或液体火箭加速至高超音速，火箭推进优点有较为廉价，缺点为机动力低。

发展状况

美国

美国X-51乘波者

美国NASA的“Hyper-X”极超音速飞行计画从1990年代开始，首先波音制造了X-43试验机，使用独特的超音速燃烧冲压发动机（Scramjet）作为动力，这种动力系统属于内燃机的一种，与传统高速飞行时所使用的火箭引擎不同，是从大气中吸入空气燃烧。必须由飞机携带先达到超音速状态才能引擎点火发射，以B-52同温层堡垒战略轰炸机改装机携带飞至高空后，点燃连结在X-43A上的飞马座火箭（Pegasus Booster，原本是作为反低轨道人造卫星飞弹用的推进系统）将X-43A推进到超音速的状态后，再点燃自身的超音速冲压发动机进行极音速飞行。[8]

之后美国波音公司建立了第二种飞行器X-51乘波者试验机，采用压缩升力外型设计，该试验机共试射四次，其中两次成功、两次失败坠毁，该试验机在试射时的最高速度为5.1马赫[9]。

2020年3月，美国国防部宣布成功试射一枚未搭载武器的高超音速导弹[10]。

俄罗斯

2019年12月24日，俄罗斯总统普京称，该国已经成为世界上唯一部署高超音速武器的国家[3]。同月27日，俄罗斯国防部长谢尔盖·绍伊古表示首批高超音速导弹先锋已于服役状态[11]。截至2021年8月 (2021-08)，俄罗斯共披露四款高超音速武器，分别为“先锋”“匕首”“锆石”和正处于研发阶段的Kh-95新型远程高超音速导弹[12]。

2022年3月18日，俄罗斯在俄乌战争期间，首度应用“匕首”导弹摧毁乌方军火库，为该国、以至世界上首次在战争中应用高超音速武器[13]。

印度

布拉莫斯2型巡弋飞弹2013年展出的模型

印度与俄国合作分担经费的共享方式研制HCM型，成果就是布拉莫斯2型巡弋飞弹，2010年有消息指出原型试射了一次成功，射程290公里。但中国二炮指挥学院教授邵永灵大校认为，布拉莫斯-2仅能说是研发阶段，但是没有研发成功所以迟迟未有量产消息，俄国自身也没有意图装备的消息，其实布拉莫斯1型的传统反舰飞弹当初研发成功后俄国自身也没有列装，可能有未知的问题存在。[14][15]

中华人民共和国

WU-14高超音速飞行器

中国人民解放军火箭军对于超高音速武器研制多少年外界不得而知，然而2014年美国探测到一枚弹道飞弹运载的HGV武器试射讯号，将其取名为WU-14高超音速飞行器（约10倍音速）。2014年1月15日，中国国防部证实了这一消息。[16]目前战略界认知该武器已经实战化，中国至2017年为止已经七次试射成功，怀疑曝光的DF-ZF型东风飞弹就是装备高超音速弹头的型号。[17]分析人士认为中国也可能先将WU-14高超音速飞行器用于战术目的，比如配置在东风-21D反舰导弹上面作为弹头，对付可移动的航空母舰，远期目标是对付美国的导弹防御网，美国的反弹道导弹（RIM-161导弹）很可能根本无法拦截这一武器。[18][19]

东风-17高超音速弹道导弹

主条目：东风-17高超音速弹道导弹

2017年10月，中国中央电视台播出的特别节目《还看今朝─喜迎十九大》中介绍了一款JF12激波风洞测试装置，其内文说明表示该风洞2008年就已经建造，可以吹出9马赫模拟风，温度可达摄氏3000度左右，完全模拟高超音速状态超过美国的7马赫风洞位居世界第一，同时画面中出现一款非常类似坊间流传WU-14外型的模型正在洞中测试，按照以往惯例已经非机密阶段的东西才会对大众公布，所以强化了外界判断中国可能已经将高超音速武器量产并实战化。[20][21]2017年底美国《国家利益》发布消息，11月份侦测到多次中国试射高超音速武器，美方判断名为“东风-17”中程弹道飞弹，射程约2千公里，末段弹头为高超音速滑翔体，无法被任何现有拦截科技拦下，可能为军事史上第一款实战化的高超音速武器。[22]2019年10月1日，中华人民共和国成立70周年国庆阅兵式上，东风-17弹道导弹公开亮相。东风-17射程介于1,800至2,500公里，是专门用于攻击先进导弹防御系统的导弹，也是全球首款搭载高超音速弹头的弹道导弹。

东风-27高超音速弹道导弹

2023年4月，媒体披露：根据美国泄密情报，中国在当年2月，秘密试射了一款基于东风-26的改进型高超音速导弹，型号为东风-27[23][24][25]。

长剑-100巡航导弹

主条目：长剑-100

2019年10月1日，中华人民共和国成立70周年国庆阅兵式中的导弹方队中，中国首次公开长剑-100巡航导弹，该导弹性能较长剑-10A更强，虽然速度大约仅4马赫左右，但被指亦使用高超音速技术。

星空2号

2018年8月3日，中国试射了星空2号[26]，该飞行器是中国首款乘波体气动布局的高超声速试验飞行器[27]。

鹰击-21高超音速反舰弹道导弹

2022年4月，中国海军在庆祝海军节的宣传视频中展示了一种新型舰载导弹的发射片段。《南华早报》[28]等媒体推测其是鹰击-21高超音速反舰弹道导弹[29][30][31][32]。《南华早报》报道中表示，鹰击-21的射程在1000至1500公里之间，并认为公开该武器影像是对美国及台湾的震慑[28]，《半岛电视台》的报道则认为中国公开鹰击-21是一个明显的警告[32]。2023年1月末，中国人民解放军战略支援部队社交账号《中国战略支援》发布文章，表示鹰击-21反舰弹道导弹全程6马赫飞行、末端10马赫，并表示“该末端速度是现阶段任何反导武器系统均无法拦截的”[33][34]。

高超音速武器轨迹预测

2022年4月，《宇航学报》刊载了一篇名为《一种高超声速滑翔飞行器轨迹智能预测方法》的论文，阐述了通过人工智能预测高超音速武器轨迹的方法，并表示通过该算法模拟的结果预测误差约为8公里，预测误差在可接受的范围之内，能够为目标拦截、攻击意图判断提供支撑[35]。同年6月1日，《南华早报》转述该论文内容，并表示大多数反高超音速武器的技术尚处于开发阶段[36]。次日，印度媒体《欧亚时报》转述了此前《南华早报》的报道，并表示若中国对于此类反高超音速武器的研究为真，则对于在高超音速武器竞赛中远远落后于中国的美国来说，美国将处于既没有高超音速武器可用，也没有防御高超音速武器措施的双重麻烦之中[37]。

其他研究

2018年4月27日晚，中国在夜间试射了一种不明型号的导弹，有媒体分析认为是中国试射的高超音速武器，北京周边等十多省份皆可目视看到一枚俯冲弹道[38]。2021年10月，据英国《金融时报》报道称[39]：“中国在今年8月测试过一枚可携带核弹头的在轨超高音速导弹，导弹最终落在偏离目标约32公里处。”报道称：“中国在超高音速武器发展方面的进展令美国情报部门感到措手不及[40]”、“今年8月中国试射了一枚可搭载核弹头的高超音速滑翔飞行器，但和以往弹道导弹不同的是，它在飞向目标之前，先在近地轨道空间进行环绕地球飞行，随后再重返大气层，最终战斗部落在距标靶20多英里处[41]。”对此，美国国防部感到十分震惊，并表示“此次试验表明，中国在高超音速武器方面取得了惊人进展，中国的高超音速技术远比美国认识到的先进。”而美国国防部一名知情人士承认：“我不知道中国人是怎么做到的[42]。”美国总统拜登周三（10月20日）在登上空军一号前往宾夕法尼亚州时[43]，被记者问及他是否对中国的高超音速导弹感到担忧，他说：“是的！”白宫发言人珍·莎琪同日接受记者采访时表示，白宫已经通过“外交渠道”提出了对中国高超音速导弹技术的担忧。美国国防部长劳埃德·奥斯汀周一（18日）表示，华盛顿正在密切关注中国先进武器系统发展，但他拒绝直接评论有关北京测试了具有核能力的高超音速导弹的报道，只表示华盛顿将继续关注北京在军事方面的挑战[44]。德国之声中文网报道：美国参谋长联席会议主席马克·米利将军在接受彭博电视“大卫鲁宾斯坦秀”采访时说，“我们看到的是一个非常重要的高超音速武器系统的测试事件。这非常令人担忧。我不知道这是否是一个斯普特尼克时刻，但我认为非常接近。它吸引了我们的全部注意”[45]。

朝鲜

2021年9月，朝鲜首次试射高超音速导弹[46]。2022年1月6日，朝鲜宣称成功试射高超音速导弹[47]。2022年1月11日，朝鲜再次宣布成功进行高超音速导弹试射[48]，导弹以10马赫的速度飞行大约700公里[49]。

法国

2019年，法国国防部长弗洛伦斯·帕利宣布启动高超音速滑翔载具研发项目时表示，“许多国家都拥有此类武器，（法国）不能继续坐以待毙”。当时预计首次测试工作将在2021年年底进行。据悉，法国推进实用化的高超音速武器立项是为了更换自己的空射核武器。法国在2019年3月启动代号ASN4G的第四代巡航导弹项目，以替代现役的ASMP-A空射核导弹，法国官员此前透露，第四代巡航导弹很可能采用高超音速设计，计划2035年投入使用，射程预计达1000公里以上，一旦装备部队将大大增强法国空基核力量的核威慑能力。

日本

在2019年，日本发展飞行速率5马赫以上的高超音速打击导弹。

日本瞄准更先进、突防能力更强的新型高超音速反舰/陆攻飞弹。此计画由日本防卫省防卫装备厅主导，主承包商是三菱重工；新型高超音速反舰陆攻飞弹的关键技术之一是双模式超音速冲压发动机，由防卫装备厅和三菱重工合力开发，结合冲压以及超音速燃烧冲压技术，使飞弹能根据不同的任务需求而以不同的速率飞行，最大飞行速率可达5马赫以上。防卫装备厅表示，此种高超音速飞弹能在高高度以高超音速（5马赫以上）航行与机动，使敌方难以防御。此种新型飞弹可搭载穿甲弹头来摧毁强固目标或敌方航空母舰的飞行甲板，或者搭载高密度高爆破片穿甲弹来大范围杀伤敌人地面部队。2022年7月24日，日本成功试射高超音速武器所用发动机。[50]

伊朗

2023年6月6日，伊朗伊斯兰革命卫队航空航天部队公布了伊朗自主研发的首款高超音速弹道导弹“法塔赫”，据伊朗伊斯兰共和国通讯社报道，法塔赫高超音速弹道导弹的射程为1400公里，击中目标前的速度可达13-15马赫，其在大气层内外拥有各种机动能力，以应对各类防空系统[51][52][53]。

各国高超音速武器一览

现役

中国

俄罗斯

朝鲜

美国

研制中

美国

  • AGM-183 ARRW（截至2023年3月，5次试射4次失败，项目已冻结[54]，但测试仍继续[55]）
  • HAWC飞弹
  • HACM飞弹 (HAWC的后继计画)
  • HALO的高超音速反舰导弹
  • OpFires飞弹
  • 常规快速打击武器[56]
  • Mako空射高超声速导弹[57]

俄罗斯

中国

法国

俄印合作

日本

注解

  1. ^ 但俄乌战争期间，乌克兰军队多次以爱国者二/三型导弹成功拦截俄方发射的匕首导弹[5][6]，表示高超音速武器并非完全不可拦截。

参考文献

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