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超高音速武器速度快航程遠 現有攔截系統無法應對(圖)

2014年09月24日08:39    來源:北京晚報    手機看新聞
原標題:風馳電掣 神出鬼沒

  試驗中的德國高超音速導彈。

  美國一種高超音速武器試驗失敗。

  美國X37B軌道飛行器。

  俄軍下一代戰略轟炸機PAK-DA外形想象圖。

  俄羅斯曾展出過的一種高超音速試驗飛行器的模型。

  美國X51A飛行器。

  今年8月,美國發射高超音速武器(又作超高音速武器)的實驗失敗,飛行器失去控制,軍方被迫將其引爆。而同一時期,中國的高超音速武器研發也成為關注重點。高超音速武器究竟是怎樣的一種武器,它具備哪些優勢,目前各國研發情況又如何?本期為您解讀。

  怎樣才能飛得快?

  “天下武功,唯快不破”。無論是比武場上還是戰場上,更快的速度總是能取得優勢。而軍事武器中,飛行在空中的飛機、導彈,速度遠遠超過陸地的坦克、裝甲車輛或水面、水下艦艇。對各國軍隊而言,擁有更快速的飛行器,將在未來戰爭中獲得顯著的優勢。

  一架(或一枚)飛行器怎樣才能飛得快?首先是空氣動力的問題,飛行器應有最佳的外形,減少高速飛行時帶來的阻力,或者干脆逃離大氣層,在稀薄的太空中飛行。其次,飛行器本身帶的發動機或火箭推進器越先進,能提供的推力越大,飛行器速度則能越高。

  除了更快的飛行速度之外,軍用飛行器還必須根據其用途,發展不同層次的綜合性能。例如對作戰飛機而言,續航力、機動力、載彈量甚至駕駛員安全、舒適程度都是要考慮的問題。而對導彈而言,還必須在提高速度的同時,解決如何防止敵方反導彈系統攔截,如何有效制導,確保導彈飛行精度等。

  核心設備是什麼?

  實現高超音速飛行的核心設備之一,是沖壓噴氣發動機。它被譽為世界航空史上繼螺旋槳、噴氣式發動機之后的第三次大革命。

  沖壓噴氣發動機,簡單說便是把飛行中產生的迎面氣流“吞”入發動機,利用高速的相對氣流,提高發動機內空氣的壓力,經壓縮后的空氣進入燃燒室,與燃料混合燃燒,生成的高溫燃氣在噴管中膨脹后,以更大的速度朝后面加速排出,從而產生推力。這樣,飛行器本身飛得越快,迎面來的氣體越猛烈,產生的后向推力也越大。

  不過,沖壓噴氣發動機不能自行從靜止時候啟動,因此必須由其他發動機先啟動飛行器本身,產生一定初速度后,沖壓發動機才能生效。此外,對於低速飛行的飛機而言,顯然沖壓噴氣發動機是沒有用武之地的——速度太小,迎面氣流不夠強,沖壓發動機效果也就很一般。

  高超音速有多高?

  高超音速武器,目前還是個新概念武器,只是在幾個國家開始試驗。按照美國軍方的界定,所謂“高超音速”,是指超過5馬赫即5倍音速。音速在大氣中為每秒340米,或者每小時1224公裡。因此高超音速大約是每秒1700米,每小時6000公裡以上。

  這個速度相當恐怖。以我國正在退役的三代戰斗機殲8為參考,殲8的最大速度是2.2馬赫,大約隻有高超音速的44%。美國最先進的五代機F22,其最大速度也不過2.25馬赫。而5馬赫高速的飛行器,隻需要10分鐘即可以從北京飛抵上海,從東京到紐約也要不了兩個小時,繞地球一圈也隻需要8個小時。而這只是高超音速武器的“入門價”。各國正在研發中的高超音速武器,理論上能達到10馬赫、15馬赫乃至20馬赫的高速。如20馬赫的武器,折合每秒6800米,每小時2.4萬公裡,先進武器中隻有洲際導彈能達到這個速度。

  目前設想中的高超音速武器,包括高超音速導彈、高超音速飛機、高超音速航天飛機等。

  “殺手?”是啥?

  高超音速武器同時具備遠程、高速度、高精度、機動靈活的特點。因此對超高音速導彈提出三個要求,第一是速度快,達到5-10馬赫,甚至20馬赫。第二是打擊距離要遠,要求能夠“一小時打擊全球”,即射程達到2萬公裡以上。第三則是要求打擊的精准性。

  這種導彈首先通過火箭助推器發射,使之飛升到幾十公裡以上的高空。之后,彈頭在大氣層外慣性飛行,飛行一段距離后再次進入大氣層。進入大氣層以后,導彈可以採用三種方式進行飛行。

  第一種方式是依靠導彈本身具有的高速,靠氣動產生的升力,做遠距離跳躍,甚至再次跳出大氣層。這種方式被形象地稱為“大氣層打水漂”。第二種方式是直接在大氣中進行滑翔機動飛行,並利用良好的氣動布局,保持高速度。第三是通過加裝的沖壓發動機,做有動力的機動飛行。飛行至目標上空30公裡左右時,開機對導彈進行末制導,引導導彈直扑目標,完成攻擊。

  不過,也正因為高超音速武器速度快,在震撼敵人的同時也會迷惑自己。在導彈最后的一程,高速沖刺的導彈如何實現精確制導,也是一個難題。美國近期的超高音速導彈試驗,正是因為速度過快,導致失聯才失敗的。

  戰略意義何在?

  高超音速武器(包括飛機和導彈等)在未來戰爭中的戰略價值,首先在於高速遠程打擊。能夠打擊全球范圍的高超音速武器,使得無論是幅員遼闊的大國,還是有著天然地理間隔(比如海洋)的國家,均不能再憑借“距離”享受安全感。隻要敵對方擁有了高超音速武器,你的每一片國土都可能受到威脅,而且人家隻要一小時甚至幾十分鐘就能打過來。

  其次,高超音速武器的突防能力也相當強。由於其速度快,給防守方的反應時間有限。從30公裡高空沖下來,幾秒鐘就能到眼前,很多攔截武器都失去了用武之地。

  現有的洲際彈道導彈,同樣具有每秒鐘幾公裡的速度,能夠打擊上萬公裡距離,這兩點與高超音速武器差不多。但洲際彈道導彈本身的彈道較為固定。在遠程警戒雷達和警戒衛星的上下監視下,導彈一旦發射,很快就會被看到,之后洲際導彈大部分飛行時間都是在大氣層之外,敵方的彈道攔截導彈也時刻待命。相反,高超音速武器在速度和距離不亞於洲際導彈的同時,其飛行方式更加靈活,甚至能在大氣層邊緣變向“蛙跳”,這就使得現在的彈道導彈攔截系統在很大程度上無法應對,從而大大增強了突破敵方防御、命中目標的能力。

  美國態度:又愛又恨 隻許州官放火

  作為世界軍事頭號強國,美國對超高音速武器的態度非常有趣。一方面,軍方在緊鑼密鼓不斷進行相關研發﹔另一方面,美國又有專家呼吁,各大國應該簽署合約,禁止超高音速武器的研發。據說,其原因之一是,如果核彈頭被超高音速武器攜帶,那麼將給世界和平帶來巨大威脅。這其實反映了美國對超高音速武器又愛又恨的心理。

  為了保持自己的領先優勢,美軍當然要大力發展超高音速武器,而且其研發確實也走在世界前列。對於美國的國家戰略來說,它搞的是全球霸權,而超高音速武器這種打擊全球的東西,當然用起來非常順手。

  不過另一方面,由於超高音速武器是一種新概念武器,各國研發都還處在起步階段。美國技術基礎更好,進展也快一些,但遠遠沒有形成代差,而且還可能被其他國家趕上。這樣一來,在該項目上美國如果無法保持領先地位,當然會感覺不爽了。

  更嚴重的是,全球打擊、超強突防能力的超高音速武器,恰好是削弱了美國固有的優勢。美國最大的優勢是隔著東西兩個大洋,本土安全程度較高。敵國的陸海空軍很難突破太平洋、大西洋上的防線,把戰火燃燒到美國本土。而洲際導彈來襲,美國又早已布置好嚴密的國家導彈防御系統和戰區導彈防御系統。如今,真要是讓其他國家擁有超高音速武器,美國現有的這些導彈防御系統便成了擺設。這樣一來,美國的安全感當然要下降。所以站在美國的立場,真要能把這個禍害禁掉,其實是好事。

  其他國家:俄緊鑼密鼓 印度奮起直追

  美國在超高音速武器的研究方面全球領先,然而其他一些國家也不甘落后。作為世界軍事第二強國。俄羅斯在高超音速飛行器方面的基礎能力較強。早在上世紀70年代就研究出玄武岩導彈、花崗岩導彈等超音速3倍的導彈。其后在2000年前后,試射匕首(SS-18洲際彈道導彈)、白楊-M等洲際導彈中,更是積累了豐富的技術經驗。

  目前,俄高超音速新技術已進入飛行驗証階段,正在研究規劃更接近實際的發展布局。此外,俄還在研制“新一代發射技術”高超音速試驗飛行器,將採用氫燃料超燃沖壓發動機,速度可達6至14馬赫。普京和其他俄高官多次強調,要大力發展“超高速飛行器”保家衛國。俄羅斯本身幅員遼闊,若其能成功研發高超音速武器,對美國霸權的反制能力將進一步加強。據報道,俄羅斯在2010年左右已經進行了高超音速武器的實驗。

  而正在積極追求大國地位的印度,則繼續秉持一貫的“借雞下蛋”捷徑,於2014年宣布,將和俄羅斯研制“布拉莫斯”反艦導彈的高超音速型號。該導彈的速度可達6到7馬赫。此外,印度還計劃研發至少5倍於音速的噴氣式戰斗機,並稱將是美國的X-43和X-51實驗型飛行器之后的全球第三。

  研發案例:HTV-2獵鷹 超音速20倍

  HTV-2獵鷹是美軍運用高超音速飛行技術打造的超級戰斗機(或者可以叫做導彈),每架造價3.8億美元。該戰機可攜帶5噸重的物資,用運載火箭發射,然后在大氣層外層的亞空間軌道,以20倍音速(約時速2.4萬公裡)飛行,接近目的地后再減速、滑翔到目標區域,實現精確打擊。由於地球周長不過4萬公裡,該機可以在1小時內到達地球上任何一個地點。尤其在攻擊敏感目標、加固目標等方面具有明顯優勢,更能適應未來作戰的需要。

  不過從2003年開始研發以來,獵鷹的試驗並不很順利。2010年4月首次發射9分鐘后失去聯系墜海。2011年8月第二次試驗發射成功,但在返回地球時失去聯系。

  X-37B空天飛機 在太空偵察投放衛星

  設計中的X-37B空間飛機,是一種既能從地面起飛,又能在太空遨游的空天兩用戰機。它以助推火箭發射或飛機投放、進入地球軌道高速飛行,在需要的時候再降落地面。X-37B無人駕駛,長9米,翼展4.57米,全機重量5噸,可攜帶4至5噸左右的載荷(包括武器、衛星等)。它的時速接近3萬公裡(25倍音速),很難被常規雷達發現,而且能在太空軌道運行達270天。2010年X-37B從佛羅裡達州成功發射升空,這也是人類的首架太空戰斗機。

  通過地面或其他空間設備的遙控,X-37B可以在太空完成偵察、投放衛星,甚至也不排除加裝攻擊武器系統如激光的可能。一旦有需要,X-37B甚至可能直接從地球軌道上俯沖入大氣層,對目標定點打擊。X-37B具有的“居高臨下”的位置及其高速,不但能使敵方防不勝防,而且可以直接利用動能產生巨大破壞力。哪怕一顆1.5公斤重的高超音速炮彈,也足以摧垮一座橋梁。

  X-51“沖浪者” 超音速巡航導彈

  洲際彈道導彈的射程遠,速度快,但其彈道特征容易被預知。巡航導彈更為機動靈活,但是速度較慢。1998年美國曾用阿拉伯海上的艦隊發射戰斧巡航導彈,攻擊1700公裡外的位於阿富汗的拉登營地。結果由於戰斧巡航導彈時速隻有700多公裡,等2小時后導彈飛達,拉登早就離開了。

  針對戰斧的這一問題,美軍在巡航導彈上加裝沖壓噴氣發動機,形成了既具有精准定位和自動導航能力,又能以高速飛行的超音速巡航導彈X-51“沖浪者”。該款新型導彈可由B-52轟炸機、多功能戰斗機和潛艇發射,速度達到10馬赫左右,射程高達6000公裡。如果1998年用這種導彈來打拉登,那麼隻需要飛行20分鐘就能炸到拉登的營地,拉登一定跑不了。(楊益)

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(責編:邱越、閆嘉琪)


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