美国高超声速武器研制历程及发展动态

导读:以美俄为首的世界军事强国,在高超声速武器领域的激烈角逐,正在掀起新一轮席卷全球、改变人类战争形态的军备竞赛。美国《航空周刊》曾发表文章称,美国陆、海、空三军都已经开展了各自的高超声速武器研究,并已将其列为最优项目,美国将全力投入高超声速竞赛,意图将俄罗斯的势头强压下去。可以预见,在战争进程被大大加速进入“读秒战争”的时代,对高超声速武器的防抗已经是世界各国军队必须直面的现实问题。

  自20世纪90年代末以来,美国先后实施了可负担得起的快速反应导弹演示(ARRMD)、高速打击导弹(Hy Strike)、高超声速飞行导弹(Hy Fly)、高超声速滑翔飞行器(HTV-2)等多个以高超声速导弹为应用背景的演示验证项目,但由于技术难度大、经费投入不足、试验能力支撑不足等原因,这些项目多半未能顺利向工程型号转化。美国早期的高超声速武器计划如下表所示。

  美国早期的高超声速飞行器发展计划

  近年来,随着主要对手反介入/区域拒止(A2/AD)能力的提升,尤其是俄罗斯等国家在高超声速武器技术领域的快速进展,美国开始担心在该领域会落后于竞争对手。自2016年以来,美国军方、国会、智库等各方均开始集中呼吁美军加快推动高超声速武器的采办工作,加速发展高超声速导弹,并启动了多个重要研制项目。2019年3月,美国国防部直属机构和各军种陆续公布了2020财年(2019年10月1日至2020年9月30日)的预算申请文件。美国国防部在概要文件中明确指出,美军2020财年高超声速预算申请总额高达26亿美元(包括高超声速防御方面),并计划未来5年在高超声速领域投入105亿美元。目前美国主要在研高超声速武器项目包括:

  美国在研高超声速武器项目

  先进高超声速武器(AHW)

  先进高超声速武器(Advanced Hypersonic Weapon,AHW)项目是美国陆军支持开展的类似于FALCON项目中HTV-2的快速打击方案,具有在35min完成6000km射程的飞行性能,精度小于10m。

  2011年11月,美国进行了AHW的首次试飞,成功完成了预定的约4000km飞行。2014年开展了第二次飞行试验,但是试验失败。据报道,AHW正在开展3900km、7000km、9000km等多种射程的助推级方案论证,空基、海基、潜射等多种类型。

  AHW首次试飞

  高超声速打击武器(HSSW)

  2014年,DARPA和AFRL共同提出了高超声速打击武器(High Speed Strike Weapon,HSSW)项目,该项目包括2个子项目HAWC和TBG,具体内容包括吸气式巡航导弹和无动力助推-滑翔武器飞行验证,目的是研发能够从安全距离发射并且突破敌综合防空体系并对目标实施快速打击的高超声速导弹。

  高超声速打击武器(HSSW)构想图

  2015年5月,美国空军研究实验室发布HSSW项目招标公告,旨在进一步提高吸气式和助推-滑翔两类高超声速飞行器在建模、仿真与分析,引战系统,制导、导航与控制/机体,推进,材料、结构/加工制造,总体设计与系统集成等6个技术领域的技术成熟度。公告首次将美国高超声速技术开发重点扩展到制导、导航与控制,引战系统等领域。此外,从建模、仿真与分析,总体设计与系统集成等领域的研究内容来看,美国空军已开始瞄准作战使用,在具体交战环境下着手考虑高超声速打击武器的作战样式、整体作战效能以及后勤保障等问题。2016年,空军针对HSSW项目拨付经费5061万美元。据美国空军2018财年科研预算文件表明,高速打击武器(HSSW)下的2个技术验证项目仍在按计划持续推进高超声速武器化关键技术(如末制导导引头等)的成熟并完成飞行演示验证,且未来5年保持高水平经费投入,旨在为后续进一步发展性能指标更为先进的高超声速导弹奠定基础。

  吸气式高超声速巡航导弹(HAWC)

  吸气式高超声速巡航导弹(Hypersonic Air-breathing Weapon Concept,HAWC)项目是X-51A的后继项目,目标为:巡航速度马赫数5~6,射程约1000km,发射平台考虑与战斗机、轰炸机和海基垂直发射系统的兼容性。

  HAWC概念图

  2016年底,HAWC已经完成多种方案比较和武器系统论证,进入方案设计阶段。2018年4月,美国空军与国防高级研究计划局(DARPA)合作,授予洛克希德马丁一份价值约9.28亿美元的合同,用于开发HAWC。

  根据DARPA最新的2020财年预算要求中的描述,该计划“将开发并展示有效且价格合理的空中发射高超音速巡航导弹的技术”。“这些技术包括能够进行高效超音速飞行的先进飞行器配置,能够实现持续高超音速巡航的碳氢超音波喷射动力推进装置,专为高温巡航设计的热管理方法,以及经济实惠的系统设计和制造方法。”

  战术助推滑翔武器(TBG)

  战术助推滑翔武器(Tactical Boost Glide,TBG)项目是HTV-2计划的后续项目,旨在验证一种由火箭发射的高超声速武器能力,以实现在10min内飞行926km的目标。根据DARPA提出的TBG计划目标和说明,该计划将验证战术射程空射高超声速助推-滑翔系统的关键技术,通过地面和飞行试验使这些技术达到成熟,并且对其集成后的系统性能进行验证。

  TBG计划计划将重点放在三个主要目标上:

  Ø 飞行器可行性:飞行器需要具有所需的空气动力学和气热性能,以及可控性和坚固性,适用于广泛的操作范围

  Ø 有效性:系统属性和子系统需要在相关的操作环境中有效

  Ø 可负担性:降低演示系统和未来运行系统的成本

  战术助推滑翔武器(TBG)概念图

  2015年4月,雷神公司获得了2050万美元原型研究合同。2016年9月,洛克希德·马丁公司获得了1.743亿美元的合同,以开发TBG概念解决方案。2019年3月,雷神公司获得了6330万美元的合同用于将TBG概念从初步设计评审(PDR)阶段推进到关键设计评审(CDR)阶段。

  高超声速打击武器(HCSW)

  高超声速打击武器(Hypersonic Conventional Strike Weapon,HCSW)项目通过利用HAWC和TBG项目中的技术成果发展的武器,由美空军于2017年7月公开启动,旨在研制一型由现役战斗机和轰炸机挂载的空射型高超声速导弹,通过GPS/惯导复合的导航制导方式,采用固体火箭发动机,并配装战斗部,用于从防区外快速打击反介入/区域拒止环境下的高价值时敏固定或可移动部署目标,计划在2023年前后实现列装。

  高超声速打击武器(HCSW)概念图

  2017年7月空军装备司令部(AFMC)发布的HCSW招标公告。于2018年美国空军授予洛马公司的9.28亿美元的不确定交付、不确定数量的合同,同样用于完成HCSW的设计、研发、工程研制、系统集成、试验、后勤规划及飞机集成等工作。

  空射快速反应武器(ARRW)

  空射快速反应武器(Air-Launched Rapid Response Weapon,ARRW)项目是在TBG高超声速技术演示验证项目的基础上发展作战原型机,开发能够以不同射程投送不同载荷的先进助推器。

  空射快速反应武器(ARRW)概念图

  2018年8月,美国空军装备部武器装备系统分部将采用非全面开放竞争方式,向洛马公司征集ARRW快速原型机项目提案,并计划授予其研制及低速生产合同,周期为5年。根据美空军2019财年预算申请文件,ARRW项目将在DARPA授予洛马公司的TBG项目第二阶段合同基础上开展一型高超声速助推滑翔导弹原型机的研制和试飞,预算文件明确该项目将在2022财年结束。这表明,美空军可能将在2022财年完成该导弹的工程研制阶段,并在2023财年将该项目转入生产与部署阶段。因此,ARRW很可能在2023年前后实现列装,并在2019财年正式启动,武器代号为AGM-183A。

  作战火力(OpFires)

  在TBG项目成果的基础上,美国国防预先研究计划局(DARPA)和美陆军联合开展作战火力(Operational Fires,OpFires)项目。该项目旨在发展新型战术高超声速助推滑翔武器,以突破敌方防空系统,摧毁时间敏感目标。

  OpFires项目包括两个独立的任务:推进系统任务和武器系统集成任务,每个任务都有一个单独的招标公告。推进系统任务将聚焦发展和演示灵活的射程助推器,并推进创新概念,主要分2个阶段进行:第1阶段包括推进系统初步设计和概念验证测试,以证明推进系统设计的关键要素;第2阶段使设计达到关键设计水平,并进行至少2个典型试验件的热/静态点火试验。

  作战火力(OpFires)作战概念图

  2018年5月10日,美国众议院军事委员会授权五角大楼在2019财年启动作战火力项目,并批准了DARPA的5000万美元预算申请。该项目将利用TBG项目的成果,开发能够以不同射程投送不同载荷的先进助推器。11月,DARPA选定洛克达因公司、外夸克公司和内华达公司开展OpFires项目的开发与演示验证工作。武器系统集成任务的广泛机构公告(BAA)计划于2019财年发布。此外,DARPA旨在开发一种先进的助推器,能够将不同的有效载荷投送到不同的距离。

  常规快速打击(CPS)

  2018年9月28日,为贯彻《2018财年国防授权法案》要求快速研制和原型化一型海军“常规快速打击”(Conventional Prompt 

Strike,CPS)武器系统,并集成和战术部署到海基发射平台的目标,美海军战略系统项目(SSP)办公室发布了“常规快速打击”(CPS)武器系统工业能力调研公告,旨在摸底潜在承包商的研发能力,帮助其后续制定相关招标文件。美国海军计划CPS项目2022年具备一定的作战能力。

  美海军CPS武器系统的主要子系统包括:

  Ø 全弹直径不小于30英寸(约0.76米),带有高超声速滑翔弹头;

  Ø 集成有用于火控的武器控制系统;

  Ø 每具载荷模块装载3枚导弹,并包含支撑结构、防护、压缩空气弹射装置以及环境控制装置等;

  Ø 舰/艇载信息系统,提供技术文档、训练、数据维护以及其他舰上技术信息,和潜在舰下保障系统。

  公告提到该弹弹径不小于0.76米,且采用一筒三弹式装填,结合美海军潜艇上VPT发射筒2.2米直径和9.1米长度,推测该弹全长约8.5米、弹径约0.8米。射程预计为1000千米。高超音速弹头为陆军AHW项目弹头,双锥体布局。

  常规快速打击(CPS)武器可从水下平台发射(图为三叉戟II D5导弹从弹道导弹核潜艇中发射)

  小结:美国为当今世界高超声速技术领域战略制定最全面、技术发展最快、项目数量及试验次数居高的国家,引领着全球高超声速领域的发展方向。纵观其二十多年在高超声速技术领域的研究历程,可知美国注重高超声速基础科研,正在加快高超声速关键技术攻关及演示验证研究,力争尽早实现高超武器实战化应用,夺取战略制高点。

  主要参考文献

  1、美国的鹰击-20(CPS项目),高超音速弹道导弹的海战时代正在到来!

  2、美军2020财年高超声速科研预算分析_郭杰

  3、美国高超声速导弹发展现状及路线分析_张灿

  4、2018年国外高超声速技术发展回顾_王璐

  5、2018年度国外高超声速飞行器发展动向_廖孟豪

  6、防抗高超声速武器作战体系建设思考_杨明映

  7、近二十年来年美军高超声速领域科研投入分析_苑桂萍

  8、对当前美国空军高超声速领域发展态势和方向的研判_胡冬冬

  9、高超声速武器及其对未来战争的影响_黄志澄


原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/O6NSSkR2NkCtw46jBz6wTA

  更多精彩 VX服务号:chinaequip

  高端装备产业研究中心 http://www.chinaequip.com.cn/

  北京太阳谷咨询有限公司(高端装备产业研究中心)立足于国防军工行业,面向高端装备产业,致力于成为国内首选高端装备产业研究与市场调查咨询机构。面对未来,我们将始终围绕国防军工技术与装备领域开展精细化研究工作,为战略决策、项目管理、规划论证、技术探索、产品开发、型号研制、市场拓展、课题研究等提供整体咨询解决方案与智力支撑。

推荐阅读更多精彩内容